Les protéines 14-3-3 sont des protéines adaptatrices qui exercent leurs fonctions biologiques en modulant l’activité de centaines d’autres protéines. De part leur impressionnant interactome, les protéines 14-3-3 sont des acteurs qui influencent de nombreux événements cellulaires et, par conséquent, de maladies associées. La stabilisation ou l’inhibition sélective d’interactions protéine-protéine (IPP) de 14-3-3 sont considérées comme des approches prometteuses pour trouver des thérapies innovantes contre des maladies comme la maladie d’Alzheimer, certains cancers ou la maladie de Parkinson.Notre premier but afin de trouver des petites molécules capables de moduler ces cibles a été d’étudier au niveau moléculaire des IPP de 14-3-3. Dans ce but, nous avons utilisé la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) pour attribuer les déplacements chimiques des atomes du squelette de 14-3-3σ. Nous avons ensuite étudié l’interaction entre 14-3-3 et la protéine Tau phosphorylée. Nous avons découvert que Tau se lie strictement dans la cavité amphipathique de 14-3-3 et peut s’ancrer aux deux monomères du dimère de 14-3-3. Nous avons aussi étudié l’interaction 14-3-3/p53 et avons découvert, en utilisant la RMN, que l’affinité du peptide p53 envers 14-3-3 est liée à des interactions intramoléculaires au niveau du peptide. Nous nous sommes enfin focalisés sur l’optimisation d’expériences RMN visant le criblage et la caractérisation de l’activité des petites molécules qui se lient à 14-3-3 ou à des complexes de 14-3-3 avec des peptides phosphorylés. Nous avons aussi utilisé des peptides phospho-mimétiques pour inhiber l’interaction 14-3-3/Tau. D’autre part, nous avons criblé une bibliothèque de fragments contre 14-3-3σ et trouvé trois hits qui se lient à des régions différentes de la protéine. Des expériences RMN ont ensuite permis de caractériser l’activité de certaines petites molécules actives sur des complexes de 14-3-3 avec, par exemple des peptides de p53 ou p65, et nous avons aussi démontré la capacité de certains de ces composés à stabiliser les complexes. / 14-3-3 proteins are adapter proteins that exert their biological functions by modulating the activity of hundreds of proteins. This remarkable interactome makes 14-3-3 proteins influent actors in many cellular events and, by consequence, in several pathologies. The selective stabilization or inhibition of 14-3-3 protein-protein interactions (PPIs) are therefore seen as promising approaches for finding innovative therapies for a number of conditions like Alzheimer’s, cancer or Parkinson. Our first objective towards finding small molecule modulators of these targets was to obtain the molecular detail of 14-3-3 PPIs. To this end, using Nuclear Magnetic Resonance (NMR), we assigned the backbone chemical shifts of 14-3-3σ. We then studied the 14-3-3/phosphorylated Tau interaction and found that Tau binds strictly within the amphipathic binding grove of 14-3-3 and can anchor in both monomers of the 14-3-3 dimer. We also studied the 14-3-3/p53 interaction and showed by NMR, that intramolecular interactions within the peptide define a conformation that drives the affinity towards 14-3-3. 2019We then focused on the optimization of NMR assays for screening and characterization of the effect of small-molecules binding to 14-3-3 or 14-3-3 complexes with target’s phosphopeptides. We used, for example, phospho-mimetic peptides to inhibit the Tau/14-3-3 interaction. In a different strategy, we screened a fragment library against 14-3-3σ and found three hits binding to different regions of the protein. Using our NMR assays we further characterized small molecules binding 14-3-3 complexes with, for example, p53 and p65 peptides and demonstrated the stabilization capacity of some compounds.

Les sphingolipides et plus particulièrement les bases à longue chaîne (LCBs) jouent un rôle crucial dans l'induction de la mort cellulaire programmée. Chez les végétaux, la fumonisine B1 (FB1), une mycotoxine produite par le champignon nécrotrophe Fusarium moniliforme, perturbe la voie de biosynthèse des sphingolipides ce qui conduit à l'accumulation des deux LCBs majoritaires chez Arabidopsis thaliana, à savoir la phytosphingosine (PHS) et la dihydrosphingosine (DHS). Néanmoins, la voie de signalisation induite par la FB1 demeure largement inconnue à ce jour. En utilisant A. thaliana, l'équipe a récemment montré qu'en réponse aux LCBs ou à la FB1, les protéines 14-3-3 sont phosphorylées par la protéine kinase dépendante du calcium CPK3, à laquelle elles sont associées de manière constitutive. Cette phosphorylation conduit à la dissociation du complexe CPK3/14-3-3s et au clivage de la protéine kinase qui a été identifiée comme étant un régulateur majeur de cette voie de signalisation. L'objectif de mon travail de thèse s'est inscrit dans la continuité de ces travaux et a consisté, de manière générale, à une meilleure compréhension des processus impliquant la protéine kinase CPK3, notamment sa régulation par les 14-3-3s et son devenir après la dissociation du complexe en réponse aux LCBs. A travers mes travaux de thèse, j'ai pu montrer que CPK3 interagit préférentiellement avec les isoformes de 14-3-3s appartenant au groupe non-epsilon de manière phospho- et calcium-dépendante en condition contrôle. Suite à sa perte d'interaction avec les 14-3-3s, j'ai montré que le domaine variable N-terminal de CPK3 est clivé de manière LCB-dépendante. Ce clivage est à corréler avec l'activation, dépendante de la PHS et de la FB1, de la protéase à cystéine de type papaïne, RD21 (responsive-to-dessication 21). De manière intéressante, alors que la forme pleine longueur de CPK3 est principalement associée aux membranes en condition contrôle, la forme clivée de cette protéine kinase est retrouvée exclusivement au niveau de la fraction soluble. Une approche génétique associée à des analyses phénotypiques indique que RD21 agit en tant que régulateur négatif de la PCD induite par la FB1 chez A. thaliana. / The sphingolipids and more particularly the long chain bases (LCBs) play a crucial role in the induction of programmed cell death. In plants, the mycotoxin fumonisin B1 (FB1) produced by the necrotrophic fungus Fusarium moniliforme disrupts sphingolipid biosynthesis, leading to the accumulation of the two major LCBs in Arabidopsis thaliana, i.e. phytosphingosine (PHS) and dihydrosphingosine (DHS). However, the FB1-induced signaling pathway remains largely unknown. By using A. thaliana as a plant model, the team has recently shown that, upon LCB or FB1 treatment, 14-3-3 proteins are phosphorylated by the calcium-dependent protein kinase, CPK3, with which 14-3-3s are constitutively associated. This phosphorylation event leads to the dissociation of the CPK3/14-3-3 complex and to CPK3 cleavage, which was identified as a crucial regulator of this signaling pathway. In this context, the objectives of my thesis were to get a deep further in the knowledge of this signaling pathway involving the protein kinase CPK3, including its regulation by 14-3-3s and its becoming after complex dissociation in response to LCBs. Thus, I have shown that CPK3 preferentially binds to the non-epsilon 14-3-3 isoforms in a phospho- and calcium-dependent manner in control condition. After the CPK3/14-3-3 complex dissociation, I have demonstrated that the N-terminal variable domain of CPK3 is cleaved in a LCB-dependent manner. This cleavage can be correlated with the PHS/FB1-induced activation of the papain-like cysteine protease, RD21 (responsive-to-dessication 21). Interestingly, while full-length CPK3 is mainly associated to membranes in control condition, its FB1-induced cleaved form becomes soluble. A genetic approach associated to phenotype analyses indicates that RD21 acts as a negative regulator of FB1-induced cell death in A. thaliana.

Les protéines 14-3-3 sont des protéines ubiquitaires conservées chez tous les eucaryotes. Elles interagissent avec de multiples partenaires, dont elles modulent la fonction et la localisation, et interviennent de ce fait dans de nombreux processus cellulaires. FTT-1 et FTT-2 sont les deux orthologues de 14-3-3 présents chez Caenorhabditis elegans. En utilisant l'approche de RNA interférence, nous avons montré que les protéines FTT sont impliquées dans la voie DAF-2/Insuline/IGF-1, régissant la longévité, la résistance au stress et le métabolisme chez C. elegans, et dont l'effecteur majeur est le facteur de transcription DAF-16, orthologue de Forkhead chez les mammifères. Ce travail de thèse a permis de caractériser les fonctions de chacune des protéines FTT dans la régulation des différents phénotypes engendrés par cette voie et de mettre en évidence le rôle prépondérant de FTT-2. D'autre part, nos données ont révélé la contribution supplémentaire de FTT-2 dans la régulation de la longévité et du métabolisme lipidique et de FTT-1 et FTT-2 dans la résistance au stress, à travers un mécanisme parallèle à la voie DAF-2/Ins/IGF-1 et ne mettant pas en jeu DAF-16. Les résultats de notre étude soulignent la complexité des fonctions des protéines FTT et démontrent leur participation à plusieurs processus importants pour la survie de C. elegans lors d'une exposition à un stress mais aussi lors du vieillissement physiologique du nématode.

La thermogenèse adaptative est un mécanisme de production de chaleur médié par les adipocytes bruns. En réponse au froid, ou à un stimulus adrénergique, les adipocytes blancs peuvent être convertis en adipocytes beiges lors d’un processus que l’on nomme le « beiging ». Contrairement aux adipocytes blancs, les adipocytes beiges et bruns expriment des taux élevés de la protéine de découplage 1 (UCP1) et dissipent l'énergie sous forme de chaleur grâce à l'oxydation des lipides. Il a été démontré chez les rongeurs que l’activation des adipocytes bruns et beiges entraîne une réduction significative du poids corporel et l’activation de ces adipocytes chez l’humain semble être un traitement prometteur contre l’obésité et le diabète. Nous avons précédemment identifié un rôle essentiel de la protéine d’échafaudage 14-3-3ζ dans l'adipogenèse, mais son rôle dans d'autres processus adipocytaires reste incertain. Une des premières fonctions identifiées de la 14-3-3ζ est sa capacité à réguler l'activité enzymatique de la tyrosine hydroxylase, indispensable à la production de norépinephrine pour la thermogenèse. Notre étude vise donc à déterminer si la 14-3-3ζ influence le développement et la fonction des adipocytes beiges et bruns. Nos données montrent que la délétion d’un allèle du gène de la 14-3-3ζ n’affecte pas la tolérance au froid aiguë. Comparées aux souris de type sauvage (WT), les souris transgéniques mâles surexprimant la 14-3-3ζ (TAP) ont une meilleure tolérance au froid aiguë (3 heures, 4 °C) et chronique (3 jours, 4 °C). On observe chez les TAP une augmentation du beiging due à une élévation significative de l'ARNm et de la protéine UCP1 dans le tissu adipeux blanc inguinal (iWAT). Par ailleurs, les souris TAP présentent également une réduction significative de la conductance thermique lors d’exposition au froid leur permettant de mieux conserver la chaleur. Collectivement, nos résultats soulignent le rôle novateur de la 14-3-3ζ dans le beiging et nous permettent de mieux comprendre comment la thermogenèse adaptative est régulée. / Adaptive thermogenesis is a mechanism of heat production primarily mediated by brown fat. In some instances, cold exposure or adrenergic stimuli can convert white adipocytes into brown-like or beige adipocytes during a process termed “beiging”. Both beige and brown adipocytes express higher levels of uncoupling protein 1 (UCP1) and can release energy in the form of heat following lipid oxidation. The activation of these thermogenic adipocytes increases energy expenditure to reduce body weight in rodents, and it has been postulated to be a promising therapy for the treatment of obesity and diabetes. We previously identified an essential role of the molecular scaffold, 14-3-3ζ, in adipogenesis, but its roles in other adipocyte processes is uncertain. An early identified function of 14-3-3 was its ability to regulate the enzymatic activity of tyrosine hydroxylase, which is indispensable in the production of norepinephrine for thermogenesis. Thus, our study aims to investigate whether 14-3-3ζ influences the development and function of beige and brown adipocytes. We report here that one allele deletion of the gene of 14-3-3ζ did not affect acute cold tolerance. On the other hand, transgenic overexpression of 14-3-3ζ in male mice (TAP) improves cold tolerance due to enhanced beiging with a remarkable increase in Ucp1 mRNA and protein in inguinal white adipose tissue (iWAT). Interestingly, beiging is increased in the TAP mice without any changes in sensitivity to beta-adrenergic stimuli, sympathetic innervation, or norepinephrine content being detected between WT and TAP mice. TAP mice also displayed significantly lower thermal conductance decreasing heat loss during the chronic cold challenge. Collectively, our results point to a novel role of 14-3-3ζ in beiging and increases our understanding of how adaptive thermogenesis is regulated.