Confidentiel / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La mycotoxine déoxynivalénol (DON) et son métabolite déépoxy-déoxynivalenol (DOM-1) ont des effets significatifs sur la modification de la fonction des cellules thècales de l’ovaire bovin. L'objectif de cette étude était d'identifier les différentes voies de signalisation impliquées dans le mécanisme d'action de DON et DOM-1 par la spectrométrie de masse. Méthodes: Les cellules thécales de l'ovaire bovin ont été récoltées à partir des vaches adultes, indépendamment du stade du cycle œstral, et ont été cultivées à une densité de 500000 cellules viables dans 1 ml de milieu de McCoy pendant 5 jours. Les cellules ont ensuite été traitées au jour 5 de la culture avec 1 ng/ml de DON ou DOM-1 pendant 30 minutes et des échantillons cellulaires de protéins totales ont été préparés pour spectrométrie de masse. Résultats: la spectrométrie de masse a montré que DON et DOM-1 induisent une surexpression simultanée de ERK1/2, MAPK14 (p38alpha) et MAPK13 (p38delta). La spectrométrie de masse a également indiqué que 94 peptides ont été surexprimés tels que GNGT1, EDN1 et YWHAB. Ils régulent la plupart des voies de prolifération des cellules et sont impliqués dans la biosynthèse des lipides et des glucides. Néanmoins, 255 peptides ont été régulés à la baisse, tels que CALR3, PTGES3, RAD21, ACVR2B et TGFBR1 dont leurs activités sont principalement l'activation ou la désactivation des processus apoptotiques, et le métabolisme du glucose et de la choline. Nos résultats montrent que DON et DOM-1, à une dose de 1 ng/ml, ont le potentiel de stimuler la surexpression de MAPK distinctes et réguler négativement les voies de signalisation spécifiques qui stimulent la prolifération les cellules de la thèque de l’ovaire de bovin. / The mycotoxin deoxynivalenol (DON) and its metabolite deepoxy-DOM-1 have significant effects on bovine ovarian theca cell function. The objective of this study was to identify different signaling pathways involved in the mechanism of action of DON and DOM-1 by mass spectrometry. Methods: bovine ovarian theca cells were harvested from adult cows independently of the stage of the estrous cycle, and were cultured at a density of 500000 viable cells in 1 ml McCoy’s medium for 5 days. The cells were then treated on day 5 of culture with 1 ng/mL DON or DOM-1 for 30 minutes and total cell protein was collected for mass spectrometry. Results from mass spectrometry showed that both DON and DOM-1 induce simultaneous upregulation of ERK1/2 , MAPK14 (p38alpha) and MAPK13 (p38delta). Mass spectrometry also indicated that 94 peptides such as GNGT1, EDN1 and YWHAB were upregulated. They mostly regulate cell proliferation pathways and are involved in biosynthesis of lipid and carbohydrates. Nevertheless, 255 peptides such as CALR3, PTGES3, RAD21, ACVR2B and TGFBR1 were downregulated whose activities are mainly activation or deactivation of apoptotic processes, and glucose and choline metabolism. Our findings show that both DON and DOM-1 at least at a low dose (1 ng/ml) have the potential to stimulate upregulation of distinct MAPKs and downregulate specific signaling pathways that stimulate bovine ovarian theca cell proliferation.

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Les performances reproductrices des espèces d’intérêt agronomique sont dépendantes d’une régulation minutieuse de la folliculogenèse ovarienne. Parmi les régulateurs impliqués, il y a les facteurs de croissance fibroblastiques (FGFs), stimulant notamment la phosphorylation des protéines kinases activées par des agents mitogènes (MAPKs), afin de contrôler le devenir du follicule mais aussi les évènements qui y sont associés tels que la stéroïdogenèse, l’angiogenèse, la formation du corps jaune. Dans plusieurs types cellulaires non ovariens, des phosphatases à double spécificité (DUSPs), dont l’expression est induite en réponse à des facteurs de croissance, déphosphorylent les MAPKs. La présence et la régulation des DUSPs dans l’ovaire des mammifères est cependant peu documentée. Ces travaux de thèse avaient ainsi pour objectifs, (1) de déterminer la présence des DUSPs, (2) leur régulation par les FGFs et (3) leur rôle dans les cellules de granulosa de vache et de brebis. Dans la première étude effectuée chez la brebis, les ARNm codant pour 16 DUSPs ont été détectés, et leur profil d’expression a été dressé dans des cellules de granulosa issues de follicules antraux. Puis, les niveaux d’ARNm pour DUSP1, DUSP2, DUSP5 et DUSP6, ainsi que les niveaux de protéines pour DUSP1 et DUSP6 ont été augmentés par FGF2 mais pas par FGF8 ou FGF18. L’inhibition de DUSP1/6 et DUSP1 a également suggéré un rôle pour DUSP6 dans la déphosphorylation de MAPK8 chez la brebis. Avec la deuxième étude chez la vache, il ressort que la régulation de ces trois DUSPs semble bien conservée car les niveaux d’ARNm pour DUSP1, DUSP5 et DUSP6 et de protéines pour DUSP5 et DUSP6 ont été augmentés en réponse à FGF2. De plus, en s’intéressant au contrôle de l’expression de DUSP1, DUSP5 et DUSP6, il est ressorti que l’accumulation d’ARNm pour DUSP5 et DUSP6 nécessitait l’activation de MAPK3/1, et la signalisation calcique pour les ARNm pour DUSP6. D’après l’ensemble de ces données, DUSP1, DUSP5 et DUSP6 sont régulées de manière complexe dans les cellules de granulosa, et peuvent être désignées comme des phosphatases participant à la signalisation des FGFs ; cela contribue ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes régulatoires de la folliculogenèse chez les ruminants. / The reproductive performance of species of agronomic interest is dependent on the careful regulation of ovarian folliculogenesis. Among the regulators involved are fibroblast growth factors (FGFs) that stimulate the phosphorylation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) to control the fate of the follicle and associated events such as steroidogenesis, angiogenesis and corpus luteum formation. In several non-ovarian cell types, dual specificity phosphatases (DUSPs), whose expression is induced in response to growth factors, dephosphorylate MAPKs. However, the presence and regulation of DUSPs in the mammalian ovary are poorly documented. The objectives of this thesis were (1) to determine the presence of DUSPs, (2) their regulation by FGFs and (3) their role in cow and sheep granulosa cells. In the first study in sheep, mRNAs encoding 16 DUSPs were detected and profiled in granulosa cells from antral follicles. Subsequently, DUSP1, DUSP2, DUSP5 and DUSP6 mRNA levels, as well as proteins for DUSP1 and DUSP6, were increased by FGF2 but not FGF8 or FGF18. Inhibition of DUSP1/6 and DUSP1 also suggested a role for DUSP6 in the dephosphorylation of MAPK8 in sheep. In the second study in the cow, the regulation of these three DUSPs appeared to be well conserved as DUSP1, DUSP5 and DUSP6 mRNA levels and DUSP5, DUSP6 protein levels were increased in response to FGF2. In addition, by focusing on the control of DUSP1, DUSP5 and DUSP6 expression, it was found that the accumulation of DUSP5 and DUSP6 mRNAs required the activation of MAPK3/1, and calcium signaling for DUSP6 mRNA. Taken together, these data suggest that DUSP1, DUSP5 and DUSP6 are regulated in a complex manner in granulosa cells, and can be designated as phosphatases involved in FGF signaling, thus contributing to a better understanding of the regulatory mechanisms of folliculogenesis in ruminants.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Protein-protein interactions are an integral component of signal transduction pathways. The interactions are mediated by modular domains which are present within the structure of the signalling molecule. These domains include PDZ, SH2, SH3, WW, PTB and LIM domains. hPTP1E is a protein-tyrosine phosphatase which contains within its primary structure a region with homology to Band 4.1 proteins, five PDZ domains and a catalytic domain. While the function of this PTPase remains unknown, the structure of hPTP1E suggest it may recruit several proteins into a multiprotein complex. In order to understand the role of hPTP1E, the protein interactions within its signalling cascade were examined. hPTP1E interacts with ZRP-1 and GEF-5.1 via its second PDZ domain and tuberin via its fourth PDZ domain in the yeast two-hybrid system. In order to characterize these proteins and their interactions, antibodies were generated against ZRP-1 and GEF-5.1. The antibodies which detected the antigen expressed in bacteria were purified by affinity chromatography. The antibodies raised against ZRP-1 and hPTP1E detected proteins of appropriate molecular weights in total cell extracts. HPTP1E is ubiquitously expressed whereas ZRP-1 is restricted to HeLa and MCF-7 cells among the cells tested. Unfortunately, antibodies against GEF-5.1 did not detect a protein of the predicted molecular weight in any of the cell extracts. Immunoprecipitation of hPTP1E fi-om cells overexpressing regions of ZRP-1 and tuberin with a hemaglutinin tag demonstrated the presence of an interaction between the phosphatase and tuberin in vivo. However, ZRP-1 and hPTP1E did not interact under these experimental conditions. Confirmation of the yeast two-hybrid results provides further support for a possible role of hPTP1E in the regulation of endocytosis. Additional molecules involved in the signalling pathways involving hPTP1E were identified by interaction trap. In one study, the proline rich amino terminus of ZRP-1 interacted with several clones encoding a segment of hCDC47 and NtZRP-p33, a clone containing an SH3 domain. The significance of these findings is unknown. HCDC47 is a minichromosome maintenance protein wich regulate DNA replication. Further, a clone called KIAA0769 containing the sequence of NtZRP-p33 depicts the typical structure for a scaffolding protein. Another yeast-two hybrid cDNA library screening using the CDC25 homology domain of GEF-5.1 did not detect an interaction with any GTPase but with 14-3-3E. 14-3-3 proteins are regulatory molecules which interact with various types of proteins by means of a phosphorylated serine residue. Mutational analysis demonstrated that the interaction is dependent on the second serine residue within the consensus sequence RSLSQG found in GEF-5.1. The primary structure of the open reading frame of GEF-5.1 was analyzed using profilescan. The software predicted the presence of several domains including a cNMP binding domain, a LTE domain, a PDZ domain, a rasassociated domain and a CDC25 homology domain. A family of guanidine nucleotide exchange factors may exist as clones KIAA0313 and T14G10 have the same structure. These results indicate a role for GEF-5.1 in Ras signalling pathways. Further, its activity may be regulated by the binding of cNMP molecules and 14-3-3E. The identification of ZRP-1 and GEF-5.1 interacting proteins as well as the analysis of the primary structure of GEF-5.1 have provided additional information about the function of hPTP1E. This cytoplasmic phosphatase may be involved in the regulation of processes such as transcription, DNA replication and. Further, an interaction between tuberin and hPTP1E suggests a role for this PTPase in the regulation of endocytosis. / La phosphorylation des protéines est une modification post-traductionelle fréquemment employée pour moduler la transmission des signaux intracellulaires. Il est nécessaire qu'un équilibre du niveau de phosphorylation soit maintenu pour le fonctionnement normal de la cellule sinon des maladies comme le cancer peuvent apparaître. Les enzymes responsables de la phosphorylation des protéines sont les protéines kinases tandis que les protéines phosphatases enlèvent les groupements phosphate. Les résidus phosphorylés dans les protéines sont certains résidus sérines, thréonines et/ou tyrosines. Les différentes enzymes sont classées en deux familles selon leur spécificité. Les protéine-tyrosine phosphatases (PTPase) sont elles-même regroupées dans deux familles selon leur localisation intracellulaire: les PTPases de type récepteur et les phosphatases cytoplasmiques. La structure des phosphatases de type récepteur inclus un domaine extracellulaire, un domaine transmembranaire et un (ou deux) domaine(s) catalytique(s). Les PTPases cytoplasmiques contiennent un domaine catalytique unique et généralement un/ ou des domaine(s) responsable(s) de leur localisation intracellulaire ou impliqué(s) dans des interactions protéine-protéine. Dans notre laboratoire, une phosphatase cytoplasmique dénommée liPTP1E par nous (et PTPL1, PTPBAS, FAP par d'autres) a été isolée. En plus de son domaine catalytique, cette protéine-tyrosine phosphatase contient 1 domaine de type "Band 4.1" qui est impliqué dans la localisation de la protéine à la membrane cellulaire via une interaction avec le cytoskelette, et 5 domaines PDZ. Ces domaines PDZ sont en général impliqués dans les interactions protéineprotéine. Plusieurs études récentes ont tenté de définir la fonction de hPTP1E. Sato et ses collègues ont isolé hPTP1E lors d'un criblage d'une librairie d'ADNc en utilisant le système des deux-hybrides dans la levure avec la partie cytoplasmique du récepteur Fas, comme appât. Ils ont aussi démontré que hPTP1E peut inhiber l'effet apoptotique de Fas. L'apoptose des cellules cibles qui est induit par les lymphocytes T cytotoxiques utiliserait le système Fas. De plus, Fas pourrait être associé à des maladies auto-immunes. En plus, hPTP1E pourrait jouer un rôle dans l'apparition de cellules resistantes aux effets de Fas tel que retrouvées dans les sarcomes de Kaposi chez les sidéens. Malgré des données convaincantes, il reste quand même des doutes quant à l'importance de hPTP1E dans ces maladies. Ainsi une étude publiée n'a pu démontrer une interaction entre les homologues de Fas et hPTP1E chez la souris. Depuis d'autres groupes étudiant les interactions de hPTP1E ont découvert plusieurs protéines qui interagissent avec celle-ci. La première, PARG, est membre de la famille des Rho-GAP, des protéines impliquées dans l'activation des GTPases de type Rho. L'interaction aurait lieu avec le 4ième domaine PDZ de hPTP1E. De plus, le domaine LEVI de RIL interagirait avec hPTP1E via ses 2ième et 4ième domaines PDZ. La fonction biologique de ces interactions n'a toutefois pas été déterminée à ce jour. Pour caractériser la fonction biologique de hPTP1E, nous avons utilisé le système des deux-hybrides de la levure pour identifier des protéines qui interagiraient avec les domaines PDZ de hPTP1E. J'ai ainsi identifié deux protéines nommés ZRP-1 et GEF-5.1, qui se lient à hPTP1E. ZRP-1 possède une structure semblable à celle de zyxin.Ces deux dernières protéines contiennent une région amino-terminale riche en résidus proline et 3 domaines de type LEM à l'extrémité carboxyl terminale. GEF-5.1, d'autre part démontre une homologie marquée aux GEFs de la famille CDC25 impliquées dans l'activation des GTPases de la famille Ras. Des anticorps ont été générés contre ZRP-1, GEF-5.1 et hPTP1E afin de fournir les outils nécessaires pour mieux caractériser ces différentes protéines. Ainsi, j'ai exprimé et purifié le troisième domaine LIM de ZRP-1 ainsi que le domaine PDZ de GEF-5.1, sous forme de protéines de fusion avec la glutathioneS-transferase (GST). Ces protéines ont servis d'antigène pour générer des anticorps chez le lapin. Des anticorps dirigés contre le deuxième domaine PDZ de hPTP1E étaient déja disponibles dans le laboratoire. Ces anticorps ont été purifiés sur une colonne d'affinité GST. Les anticorps anti-ZRP-1 et anti-hPTP1E détectent tous les deux des protéines du poids moléculaire attendu. HPTP1E est exprimé d'une facon ubiquitaire tandis que l'expression de ZRP-1 est plus restrainte parmi les cellules testées. Toutefois, les immunoglobulines dirigées contre GEF-5.1 ne détectent aucune protéine du poids moléculaire attendu dans un extrait cellulaire brut. Parallèlement, d'autres membres du laboratoire ont démontré une interaction entre la tuberine, le produit du gène TSC2, un oncogène impliqué dans la sclérose tubéreuse, et le quatrième domaine PDZ de hPTP1E. Afin de caractériser ces interactions in vivo, des immunoprécipitations de hPTP1E à partir de cellules dans lesquelles une région de ZRP-1 et/ou de la tuberine étaient surexprimé ont été conduites. Sous les conditions expérimentales utilisées, ZRP-1 n'a pas co-immunoprécipité avec hPTP1E. Cependant une interaction avec la tuberine a été détectée utilisant cette stratégie suggérant que HPTP1E pourrait jouer un rôle dans la modulation de l'endocytose. La structure de ZRP-1 inclus un domaine riche en proline qui n'est pas nécessaire pour son interaction avec hPTP1E mais qui pourrait interagir avec d'autres protéines en particulier avec des protéines contenant un/ ou des domaine(s) SH3. La moitié amino-terminale de ce domaine a été utilisé pour cribler une librairie d'ADNc par le système des deux-hybrides. Un clone appelé NtZRP-p33 contenant un domaine SH3 a été identifié. La conséquence biologique de cette interaction reste toutefois a être déterminée. Cependant, NtZRP-p33 possède une structure suggérant son implication dans la signalisation intracellulaire. Un deuxième criblage de la librairie d'ADNc a été initié pour caractériser les protéines impliquées dans le mécanisme de signalisation de hPTP1E. En utilisant le domaine de GEF-5.1 homologue à CDC25, des clones correspondants à la protéine 14-3-3 ont été isolés. Les protéines 14-3-3 forment une famille de protéines qui régularisent la fonction de plusieurs protéines. Leurs interactions se font via un residu sérine qui est phosphorylé. Des mutations du domaine catalytique ont démontré que l'interaction entre 14-3-3s et GEF-5.1 est dépendante du deuxième sérine de la séquence RSLSQG qui se retrouve immédiatement du coté carboxyl terminale du domaine GEF de la protéine GEF-5.1. Ces résultats suggèrent que l'activité de GEF-5.1 pourrait être modulée par la 14-3-38. En conclusion, les résultats expérimentaux présentés dans ce mémoire indique un rôle potentiel de hPTP1E dans plusieurs fonctions cellulaires. En s'associant à la tuberine, hPTP1E pourrait régulariser l'endocytose. Aussi, cette PTPase pourrait être impliquer dans le cycle cellulaire. Ras étant un activateur de la mitose, HPTP1E pourrait moduler l'activité de Ras par voie de GEF-5.1. Ainsi, hPTP1E pourrait agir comme proto-oncogène ou un gène suppresseur des tumeurs. Zyxin est une protéine qui se retrouve près des sites membranaires en association avec le cytoskelette. Puisque la structure de ZRP-1 et zyxin est semblable, ce dernier sert de modèle pour la fonction de ZRP-1. En collaboration avec hPTP1E, ces deux protéines pourrait régulariser la structure du cytoskelette.