Les mélanomes malins (MM) constituent le deuxième type de cancer le plus fréquent chez les jeunes adultes canadiens (entre 20 et 44 ans) ainsi qu’un des rares cancers dont l’incidence augmente annuellement. À moins que les MM ne soient excisés à temps par chirurgie, les chances de survie des patients sont pratiquement nulles puisque ce type de tumeur est très réfractaire aux traitements conventionnels. Il est bien connu que l’exposition aux rayons ultraviolets (UV), induisant des photoproduits génotoxiques, est une déterminante majeure dans l’acquisition de MM. À cet effet, la réparation par excision de nucléotides (NER) est la ligne de défense principale contre le développement des mélanomes puisqu’elle est la voie de réparation prépondérante en ce qui a trait aux dits photoproduits. Malgré cela, la contribution potentielle de défauts de la NER au développement des MM dans la population normale n’est toujours pas bien établie. Notre laboratoire a précédemment développé une méthode basée sur la cytométrie de flux qui permet de mesurer la NER en fonction du cycle cellulaire. Cette méthode a déjà mise en évidence qu’une déficience de l’activité de la protéine ATR peut mener à une déficience de la NER exclusive à la phase S dans des fibroblastes humains. Pareillement, nous avons démontré que plusieurs lignées cellulaires cancéreuses modèles comportent une déficience en NER en phase S, suggérant qu’une telle déficience puisse caractériser certains types de cancers. Nous avons voulu savoir si une déficience en NER en phase S pouvait être associée à une proportion significative de mélanomes et si le tout pouvait être attribuable à une diminution de l’activité d’ATR. Nos objectifs ont donc été de : (i) mesurer l’efficacité de la NER en fonction du cycle cellulaire dans les MM en comparaison avec les mélanocytes primaires, (ii) vérifier si le niveau d’activité d’ATR corrèle avec l’efficacité de la NER en phase S dans les lignées de MM et (iii) voir si un gène fréquemment muté dans les mélanomes (tels PTEN et BRAF) pouvait coopérer avec ATR pour réguler la NER en phase S dans les mélanomes. Nous avons démontré que 13 lignées de MM sur 16 ont une capacité grandement diminuée à réparer les photoproduits induits par UV spécifiquement en phase S. De plus, cette déficience corrèle fortement avec une réduction de l’activation d’ATR et, dans plusieurs lignées de MM, avec une phosphorylation d’Akt plus importante. L’utilisation d’ARN interférent ou d’un inhibiteur du suppresseur de tumeurs PTEN, a permis, en plus d’augmenter la phosphorylation d’Akt, de réduire la réparation des photoproduits et l’activation d’ATR dans les cellules en phase S. En addition, (i) l’expression ectopique de la protéine PTEN sauvage dans des lignées déficientes en PTEN (mais pas d’une protéine PTEN sans activité phosphatase) ou (ii) l’inhibition pharmacologique d’Akt a permis d’augmenter la réparation en phase S ainsi que l’activation d’ATR. En somme, cette étude démontre qu’une signalisation d’ATR dépendante de PTEN/Akt amenant à une réparation déficiente des photoproduits génomiques causés par les UV en phase S peut être déterminante dans le développement des mélanomes induits par UV. / Malignant melanoma (MM) is the second most frequent neoplasia among young Canadian adults (aged 20-44); moreover the incidence of this disease continues to rise annually at an alarming rate. Unless primary melanoma is diagnosed early and promptly resected the patient prognosis is dismal since this deadly tumour type metastasizes extremely aggressively and is highly refractory to conventional treatment protocols. It is well established that exposure to UV light, and subsequent induction of genotoxic DNA photoproducts, is a primary determinant in the initiation of MM. Furthermore nucleotide excision repair (NER) clearly represents a critical frontline defence against MM because it is the only human pathway designed to remove the aforementioned DNA photoproducts. Despite this, the potential contribution of NER defects to sporadic MM development in the general population has remained unclear. Our laboratory previously developed a novel flow cytometry-based assay to evaluate the efficiency of NER as a function of cell cycle. This method was employed to demonstrate that functional ATR kinase is strictly required for NER during S phase in primary human fibroblasts. Intriguingly we also reported that many model tumour cell lines are deficient in NER uniquely in S phase populations, raising the possibility that such a defect might be characteristic of certain types of cancers. We therefore hypothesized that a significant proportion of human MM cell lines may exhibit reduced NER capacity specifically during S phase, and that this in turn might be attributeable to reduced ATR signaling. To test this hypothesis, three major specific aims were proposed: (i) To measure the efficiency of NER as a function of cell cycle among a panel of human MM cell lines and in primary melanocytes; (ii) To investigate whether any correlation exists between NER status and ATR activity during S phase in human MM cell lines; (iii) To investigate whether frequently mutated genes in melanoma (eg., PTEN, BRAF) might cooperate with ATR to regulate S phase-specific NER in MM cell lines. We were able to demonstrate that, in fact, 13/16 MM cell lines display remarkably diminished capacity to remove UV-induced DNA photoproducts specifically during S phase. Furthermore this defect correlates strongly with reduced activation of ATR kinase and, for a majority of MM, higher Akt phosphorylation levels. RNAi-mediated knockdown of the PTEN tumour suppressor, while stimulating Akt phosphorylation as expected, also engenders reductions in both photoproducts repair and ATR activation in S phase cells. In addition, (i) ectopic expression in PTEN-null strains of wild type PTEN but not of PTEN variants deficient in phosphatase activity, or (ii) pharmacological inhibition of Akt, significantly rescue S phase-specific repair as well as ATR activation. Our data indicate that reduced PTEN/Akt-dependent ATR signaling leading to defective repair of UV DNA photoproducts uniquely during S phase may represent an heretofore unrecognized major determinant in sunlight-induced melanoma development.

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Alterações no genoma de células tumorais são eventos comuns durante a carcinogênese. Tais aberrações genômicas - como mutações e variações estruturais - são diretamente relacionadas a detecção e morte de células neoplásicas pelo sistema imune. Além da contribuição da perda de função de genes supressores tumorais (GSTs) no desenvolvimento neoplásico, GSTs também influenciam a resposta imune no câncer. Por exemplo, o GST PTEN afeta diretamente a via interferon através da desfosforilação do fator regulador de interferon 3 (IRF3). No entanto, se mantém inconclusivo se a inativação de PTEN diretamente influencia a resposta imune através de IRF3 ou por provocar altos níveis de instabilidade genômica. Para responder essa questão, conduzimos uma análise PanCancer de 33 tipos tumorais da coorte The Cancer Genome Atlas para identificar se existem associações entre a inativação do gene PTEN e alterações genômicas específicas que podem suprimir ou ativar a resposta imune antitumoral. O status de inativação de PTEN foi determinado a partir de dados de variação no número de cópias e presença de mutações de ponto. Nesse estudo, investigamos o efeito da inativação de PTEN nas alterações genômicas de tumores e na abundância de 22 células do sistema imune derivadas do algoritmo CIBERSORT. Observamos que a inativação de PTEN foi significantemente associada com níveis elevados de aneuploidia, mutações, e heterogeneidade intratumoral. Além disso, nossos achados mostraram que a inativação de PTEN é altamente específica para cada tipo tumoral. Da mesma maneira, observamos que pacientes com tumores PTEN-inativos podem apresentar variações na resposta a imunoterapia. Tal observação deriva da correlação significativa entre a inativação de PTEN e a expressão dos alvos terapêuticos proteína programada 1 da morte celular (PD1), seu ligante (PDL1), e indoleamina 2,3 dioxigenase (IDO1). Na análise PanCancer, a inativação de PTEN também foi significativamente associada à composição de células do sistema imune no microambiente tumoral, incluindo células T regulatórias (Treg) e células CD8+. A partir desses achados, conduzimos uma análise aprofundada de tumores de próstata primários e metastáticos com a perda de PTEN. Através de uma análise in silico, nós observamos que tumores primários e metastáticos apresentam maiores densidades de Treg quando há perda da proteína PTEN. Nós também observamos que, dependendo do local de metástase prostática, a deficiência de PTEN é associada a um perfil de células imunes supressivas no microambiente tumoral. A partir da análise de uma coorte brasileira composta por 94 tumores primários de próstata, observamos que a perda de PTEN se associa a uma maior densidade de Tregs e uma maior expressão da proteína imunossupressora IDO1. Além disso, tumores PTEN-deficientes com altas densidades de Tregs apresentaram o pior prognóstico entre pacientes. Coletivamente, nós demonstramos que a inativação de PTEN é associada a um estado imunossuprimido no microambiente tumoral. Ademais, a perda de PTEN possivelmente se associa a resposta imune antitumoral através da combinação de duas diferentes vias - uma dependente de IRF3 e outra relacionada ao efeito no genoma de células cancerosas. Ensaios funcionais são necessários para validar os achados desse estudo; porém, sugerimos que a avaliação do status de inativação de PTEN pode ter alto potencial para discernir pacientes que responderão à imunoterapia. / Cancer-cell genomes undergo several abnormalities during carcinogenesis. Indeed, many of the tumor-specific genomic changes, such as mutations and chromosomal aberrations, are related to how the host immune system responds to detect and kill tumor cells. In addition to these general effects, loss of function of specific tumor suppressor genes (TSG) contributes to tumor development and progression and at the same time also regulates several facets of the immune response in cancer. For instance, the TSG phosphatase and tensin homolog (PTEN) was shown to directly regulate the anti-viral interferon response by licensing the interferon regulatory factor 3 (IRF3). However, it is still unclear whether PTEN directly influences the immune response through the interferon network or by provoking higher levels of genomic instability. To address this question, we conducted a PanCancer analysis of 33 tumor types from The Cancer Genome Atlas to determine whether there were associations between PTEN inactivation and specific genomic features that are linked to immunosuppressive states in cancer. PTEN inactivation status was determined by combining copy number and point mutation data. Then, we performed a parallel analysis of genomic instability and immune-cell abundances derived from the CIBERSORT algorithm comparing PTEN deficient to intact tumors. We found that PTEN inactivation was strongly associated with enhanced levels of aneuploidy, mutation load, immunogenic mutations, and tumor heterogeneity. Furthermore, we found that the outcome of PTEN inactivation status was highly specific to each tumor type and the induced changes appeared to lead to variation in immune responses in different cancers. Response to current immunotherapeutic approaches depends on the expression of targeted immune checkpoints, and we found that tumors with PTEN deficiency had altered expression of programmed death protein 1 (PD1), its ligand (PDL1), and the immunosuppressive protein indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO1). We also found that PTEN inactivation led to a distinct immune-cell composition in the tumor microenvironment, including regulatory T cells and CD8+ T cells. Lastly, we performed an in-depth analysis of the immune-cell content of prostate tumors that harbored PTEN protein loss. Through an in silico analysis of 622 tumors, we found that both primary and metastatic lesions had higher densities of regulatory T cells when PTEN was lost. Then, the analysis of 94 primary prostate tumors from Brazil demonstrated that PTEN protein loss was significantly associated with high Treg density and IDO1 protein expression. Moreover, PTEN-null tumors with high Treg density exhibited the worse outcome among patients. We also found that, depending on the prostate cancer metastatic site, PTEN deficiency was linked to variation in the immunosuppressive immune cell landscape. Collectively, we show that PTEN inactivation associates with the anti-tumor immune response likely through direct avenues (via licensing of IRF3) and indirectly by influencing the genome of cancer cells. Functional studies are required to validate our in silico findings; however, we speculate that determining PTEN inactivation status may allow clinicians to distinguish patients that are more likely to respond to current immunotherapies.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-27T14:40:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImunoexpressaoProteinaPten.pdf: 721291 bytes, checksum: 03e5ed9580eb970d3aead1e730a43890 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-04-11T15:25:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImunoexpressaoProteinaPten.pdf: 721291 bytes, checksum: 03e5ed9580eb970d3aead1e730a43890 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-11T15:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ImunoexpressaoProteinaPten.pdf: 721291 bytes, checksum: 03e5ed9580eb970d3aead1e730a43890 (MD5) Previous issue date: 2016-06-03 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O Carcinoma de Células Escamosa Oral (CCEO) é a neoplasia maligna mais comum que afeta a cavidade oral, sendo responsável por mais de 90% dos casos diagnosticados neste sítio anatômico. Apesar dos recentes avanços no tratamento, a taxa de sobrevivência de 5 anos ainda gira em torno de 30-50%. Mecanismos moleculares que esclarecem a agressividade de lesões ajudam na identificação de quimioterápicos que possam ser utilizados para melhorar a taxa de sobrevida. O objetivo deste estudo foi investigar a imunoexpressão da proteína PTEN através da técnica de imuno-histoquímica (IHC) em amostras de pacientes com carcinoma epidermoide de boca (CEB) e relacioná-la com características clínico-patológicas, grau histológico e sobrevida e, ao lado disso, avaliar a presença de deleção alélica através da técnica de FISH. Nossos resultados mostraram que em um total de 119 casos de carcinoma epidermoide, 31 casos foram negativos para expressão de PTEN e 88 casos foram positivos, sendo 15 (17,05%) bem diferenciados, 43 (48,86%) moderadamente diferenciados e 30 (34,09%) pouco diferenciados. Considerando as características clinico-patológicas não foram encontradas correlações estatísticas significantes com a expressão de PTEN por IHC. Em relação à sobrevida foi observado que pacientes com infiltração linfononal (N) = 2 ou 3 cm tem risco 4 vezes maior de ir a óbito do que um paciente com N = 0 ou 1 cm. Por fim, houve associação significativa entre expressão por IHC negativa e o resultado da técnica de FISH no que diz respeito a deleção e entre expressão por IHC positiva e o resultado da técnica de FISH não deletado. / Oral Squamous Cell Carcinoma (OSCC) is the most common malignant neoplastic that affects the oral cavity, accounting for 90% of all cases diagnosed in this anatomic site. Despite the recent advances in the treatment, the survival rate varies from 30 to 50%. Molecular mechanisms which elucidates the agressive behaviour of these lesions help to identify new chemotherapeutics that might be used in the treatment in order to improve the survival rates. The aim of this study was investigating the imunoexpression of PTEN protein through the immunohistochemical technique (IHC) in CEB samples and relate them with clinicopathological features, histological grades and survival and in addition, evaluate the presence of allelic deletion through the Fluorescent In Situ Hybridization technique (FISH). Our results showed that a total from 119 cases of CEB, 31 cases were negative to expression of protein PTEN and 88 cases were positive for PTEN, from which 15 (17,05%) were well differentiated, 43 (48,86%) moderately differentiated and 30 (34,09%) were poorly differentiated. Considering the clinicophatological features, there were not statistically significant correlations with the IHC expression of PTEN. Regarding the survival rates, it was observed that patients presenting lymph node infiltration (N) = 2 or 3 has 4 times greater risk of dying than those presenting N = 0 or 1. Finally, there was a significant association between expression by IHC negative and the result of FISH technique regarding the deletion, and between the positive PTEN expression and the non-deleted result of FISH technique.

Les mélanomes malins (MM) constituent le deuxième type de cancer le plus fréquent chez les jeunes adultes canadiens (entre 20 et 44 ans) ainsi qu’un des rares cancers dont l’incidence augmente annuellement. À moins que les MM ne soient excisés à temps par chirurgie, les chances de survie des patients sont pratiquement nulles puisque ce type de tumeur est très réfractaire aux traitements conventionnels. Il est bien connu que l’exposition aux rayons ultraviolets (UV), induisant des photoproduits génotoxiques, est une déterminante majeure dans l’acquisition de MM. À cet effet, la réparation par excision de nucléotides (NER) est la ligne de défense principale contre le développement des mélanomes puisqu’elle est la voie de réparation prépondérante en ce qui a trait aux dits photoproduits. Malgré cela, la contribution potentielle de défauts de la NER au développement des MM dans la population normale n’est toujours pas bien établie. Notre laboratoire a précédemment développé une méthode basée sur la cytométrie de flux qui permet de mesurer la NER en fonction du cycle cellulaire. Cette méthode a déjà mise en évidence qu’une déficience de l’activité de la protéine ATR peut mener à une déficience de la NER exclusive à la phase S dans des fibroblastes humains. Pareillement, nous avons démontré que plusieurs lignées cellulaires cancéreuses modèles comportent une déficience en NER en phase S, suggérant qu’une telle déficience puisse caractériser certains types de cancers. Nous avons voulu savoir si une déficience en NER en phase S pouvait être associée à une proportion significative de mélanomes et si le tout pouvait être attribuable à une diminution de l’activité d’ATR. Nos objectifs ont donc été de : (i) mesurer l’efficacité de la NER en fonction du cycle cellulaire dans les MM en comparaison avec les mélanocytes primaires, (ii) vérifier si le niveau d’activité d’ATR corrèle avec l’efficacité de la NER en phase S dans les lignées de MM et (iii) voir si un gène fréquemment muté dans les mélanomes (tels PTEN et BRAF) pouvait coopérer avec ATR pour réguler la NER en phase S dans les mélanomes. Nous avons démontré que 13 lignées de MM sur 16 ont une capacité grandement diminuée à réparer les photoproduits induits par UV spécifiquement en phase S. De plus, cette déficience corrèle fortement avec une réduction de l’activation d’ATR et, dans plusieurs lignées de MM, avec une phosphorylation d’Akt plus importante. L’utilisation d’ARN interférent ou d’un inhibiteur du suppresseur de tumeurs PTEN, a permis, en plus d’augmenter la phosphorylation d’Akt, de réduire la réparation des photoproduits et l’activation d’ATR dans les cellules en phase S. En addition, (i) l’expression ectopique de la protéine PTEN sauvage dans des lignées déficientes en PTEN (mais pas d’une protéine PTEN sans activité phosphatase) ou (ii) l’inhibition pharmacologique d’Akt a permis d’augmenter la réparation en phase S ainsi que l’activation d’ATR. En somme, cette étude démontre qu’une signalisation d’ATR dépendante de PTEN/Akt amenant à une réparation déficiente des photoproduits génomiques causés par les UV en phase S peut être déterminante dans le développement des mélanomes induits par UV. / Malignant melanoma (MM) is the second most frequent neoplasia among young Canadian adults (aged 20-44); moreover the incidence of this disease continues to rise annually at an alarming rate. Unless primary melanoma is diagnosed early and promptly resected the patient prognosis is dismal since this deadly tumour type metastasizes extremely aggressively and is highly refractory to conventional treatment protocols. It is well established that exposure to UV light, and subsequent induction of genotoxic DNA photoproducts, is a primary determinant in the initiation of MM. Furthermore nucleotide excision repair (NER) clearly represents a critical frontline defence against MM because it is the only human pathway designed to remove the aforementioned DNA photoproducts. Despite this, the potential contribution of NER defects to sporadic MM development in the general population has remained unclear. Our laboratory previously developed a novel flow cytometry-based assay to evaluate the efficiency of NER as a function of cell cycle. This method was employed to demonstrate that functional ATR kinase is strictly required for NER during S phase in primary human fibroblasts. Intriguingly we also reported that many model tumour cell lines are deficient in NER uniquely in S phase populations, raising the possibility that such a defect might be characteristic of certain types of cancers. We therefore hypothesized that a significant proportion of human MM cell lines may exhibit reduced NER capacity specifically during S phase, and that this in turn might be attributeable to reduced ATR signaling. To test this hypothesis, three major specific aims were proposed: (i) To measure the efficiency of NER as a function of cell cycle among a panel of human MM cell lines and in primary melanocytes; (ii) To investigate whether any correlation exists between NER status and ATR activity during S phase in human MM cell lines; (iii) To investigate whether frequently mutated genes in melanoma (eg., PTEN, BRAF) might cooperate with ATR to regulate S phase-specific NER in MM cell lines. We were able to demonstrate that, in fact, 13/16 MM cell lines display remarkably diminished capacity to remove UV-induced DNA photoproducts specifically during S phase. Furthermore this defect correlates strongly with reduced activation of ATR kinase and, for a majority of MM, higher Akt phosphorylation levels. RNAi-mediated knockdown of the PTEN tumour suppressor, while stimulating Akt phosphorylation as expected, also engenders reductions in both photoproducts repair and ATR activation in S phase cells. In addition, (i) ectopic expression in PTEN-null strains of wild type PTEN but not of PTEN variants deficient in phosphatase activity, or (ii) pharmacological inhibition of Akt, significantly rescue S phase-specific repair as well as ATR activation. Our data indicate that reduced PTEN/Akt-dependent ATR signaling leading to defective repair of UV DNA photoproducts uniquely during S phase may represent an heretofore unrecognized major determinant in sunlight-induced melanoma development.

La division cellulaire est un événement fondamental, indispensable au développement embryonnaire animal et à l’homéostasie des organismes adultes. Il s’agit d’un processus complexe qui doit être précisément contrôlé dans le temps et l’espace pour permettre la formation de deux cellules filles, au contenu génétique identique à celui de la cellule mère. Ceci requiert une coordination entre la ségrégation des chromosomes, opérée par les microtubules, et le clivage de la cellule, engageant une réorganisation dynamique du cytosquelette d’Actine. La modification de la forme des cellules en cours de division est en effet due au remodelage du cortex cellulaire, incluant la membrane plasmique et le réseau de filaments d’Actine sous-jacent. Bien que cette série de modifications du cortex soit indispensable au déroulement correct de la division cellulaire, les mécanismes moléculaires du contrôle l’organisation corticale en mitose restent mal caractérisés. Le PI(4,5)P2 est un phosphoinositide constituant de la membrane plasmique, notamment nécessaire à la division cellulaire. Nos travaux chez la drosophile mettent en évidence que ce phospholipide présente une distribution dynamique, homogène sur l’ensemble du cortex à l’entrée en mitose, puis se concentrant à l’équateur des cellules après la séparation des deux lots de chromosomes. Nous montrons que le PI(4,5)P2 est nécessaire au contrôle de la stabilité corticale et du fuseau mitotique, au moins en partie par son rôle favorisant l’activation de la dMoésine. La dMoésine régule l’interaction entre les filaments d’Actine et la membrane plasmique, jouant un rôle clé dans l’organisation locale du cortex des cellules en mitose et ses propriétés mécaniques. Nous montrons que l’interaction PI(4,5)P2/dMoésine participe à la contraction cellulaire à l’entrée en mitose, puis à l’élongation cellulaire caractéristique des étapes plus tardives de la division. A la fin de la mitose, nous montrons que la phosphatase pP1-87B inhibe l’activation de la dMoésine, indispensable à la relaxation du cortex des cellules en interphase. Par un crible fonctionnel systématique, nous avons recherché l’ensemble des facteurs indispensables à la production et à l’enrichissement localisé du PI(4,5)P2 au cortex mitotique. Nous montrons le rôle majeur de deux voies de biosynthèse, qui collaborent pour produire localement le PI(4,5)P2 à la membrane plasmique au cours de la mitose. Leur absence prévient l’activation et le recrutement membranaire de la dMoésine, et conduit à une instabilité corticale associée à des défauts du fuseau mitotique. Une troisième voie, nécessitant l’activité de la protéine dOcrl, contribue à l’homéostasie de ce phosphoinositide, en dégradant le PI(4,5)P2 présent sur les membranes internes de la cellule. L’inactivation de dOcrl empêche la formation normale et l’ingression du sillon de clivage. Ensemble, ces résultats identifient donc des régulateurs importants de la membrane plasmique et de son interaction avec le cytosquelette, permettant de mieux comprendre les mécanismes de la réorganisation de la forme cellulaire au cours de la mitose. / Cell division must be accurately controlled in time and space to permit the formation of two daughter cells whose genetic content is identical to that of the mother cell. This process requires successive modifications of cell shape, induced by cortical remodelling. Molecular mechanisms controlling cortical reorganization during mitosis remain partially uncharacterized. Our work in Drosophila cells demonstrates that PI(4,5)P2, a phosophoinositide of the plasma membrane, is enriched at the equatorial region at the onset of anaphase. This PI(4,5)P2 is necessary for the cortical stability of mitotic cells, and requires dMoesin activation. The dMoesin, linking actin to the plasma membrane, plays a critical role in the cortical organization of mitotic cells and in the regulation of its mechanical properties. We show that the interaction PI(4,5)P2/dMoesin participates in cellular contraction at the beginning of mitosis, then in cell elongation characteristic of subsequent steps. At the end of mitosis, the Pp1-87B phosphatase inactivates the dMoesin. By a systematic functional screen, we characterize the key role of two pathways acting in synergy to locally produce PI(4,5)P2, Skittles- and Pten-dependent, and the role of a third pathway requiring dOcrl activity to control PI(4,5)P2 homeostasis. Altogether, these results allow us to better understand the mechanisms controlling cortical remodelling and modifications of cell shape that occur during mitosis. / Doctorat réalisé en cotutelle avec le laboratoire de François Payre au Centre de Biologie du Développement à Toulouse, France (Université de Toulouse III - Paul Sabatier)

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Name: Anna Jadwiga Kielkowska Dissertation title: The role of PTEN as a PI(3,4)P2 lipid phosphatase in Class I phosphoinositide 3-kinase signalling Abstract Class I phosphoinositide 3-kinases (Class I PI3Ks) are essential players involved in the signalling events in the cell and are critical promoters of cellular growth, survival and metabolism. Once activated by environmental stimuli such as growth factors, cytokines or antigens, they exert their catalytic activity by phosphorylating phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate (PI(4,5)P2) to yield a second messenger - PI(3,4,5)P3. Unrestrained PI(3,4,5)P3 signalling has been classically associated with hyperactivation of the Class I PI3K/AKT pathway and has been shown to be a molecular trigger of many pathophysiologies in humans, including autoimmune disorders, respiratory diseases and cancer. To date, two classes of lipid phosphatases SHIP1/2 and PTEN have been reported, which dephosphorylate PI(3,4,5)P3 on positions 5’ and 3’ of the inositol ring to generate PI(3,4)P2 and PI(4,5)P2 respectively, and thus quench Class I PI3K signalling. Moreover, PI(3,4)P2 levels in the cell are regulated by two important lipid 4-phosphatases - INPP4A/B. While the role of PTEN as a tumour suppressor is well established, functions of SHIP1/2 and INPP4A/B are just starting to emerge. A major barrier to progress in this field has been the lack of high quality measurements of PI(3,4)P2, to assess the impact it may have on shaping cellular behaviour. This dissertation summarises the work performed to develop a novel, HPLC-ESI MS/MS based method, in order to measure the product of PI(3,4,5)P3 5-dephosphorylation, PI(3,4)P2, separated from its more abundant regioisomer in cells - PI(4,5)P2. This and an existing HPLC-ESI MS/MS method for measuring PI(3,4,5)P3, have enabled us to describe the fluxes through Class I PI3K-controlled PI(3,4,5)P3 generation and its subsequent 3- and 5- dephosphorylation pathways in human mammary epithelial cells (Mcf10a) stimulated with epidermal growth factor (EGF). By means of genetic suppression of PTEN and INPP4B, we revealed an unexpectedly high level of PI(3,4)P2 that accumulates in EGF-stimulated PTEN-INPP4B-KO Mcf10a cells. Further, an in vitro biochemical assay suggested a novel role for PTEN as a direct PI(3,4)P2 3-phosphatase in Mcf10a cells. This important observation was supported by in sillico phosphatidylinositol lipid modelling of the relevant pathways. In an effort to understand its potential physiological significance, we demonstrated that PI(3,4)P2 accumulation correlates with the ability of genetically modified Mcf10a cells to form gelatin-degrading invadopodia. Finally, we used a mouse prostate cancer model to show PTEN’s importance in controlling PI(3,4)P2 levels in vivo, pointing to a potential role for PI(3,4)P2 in PTEN-dependent tumourigenesis. I hope that the work described in this dissertation will contribute to the current knowledge of phosphatidylinositol lipid biology in the context of Class I PI3K signalling and will simulate future efforts to gain an in-depth understanding of the roles of PTEN and PI(3,4)P2 in cellular physiology.

Le métabolisme des phosphoinositides est constitué d’un réseau complexe d’enzymes et de seconds messagers phospholipidiques et solubles cruciaux pour de nombreux processus cellulaires. Le phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate (PtdIns(3,4,5)P3), second messager très important dans la cellule est contrôlé par plusieurs phosphatases. La phosphatase PTEN, fréquemment mutée dans de nombreux cancers humains (glioblastome, cancer de la prostate, cancer du sein, …), le déphosphoryle en position 3 pour donner du phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P2). Les cellules de mammifères possèdent également une activité « inositol 5-phosphatase » pour de nombreux dérivés du myo-inositol. C’est la protéine SHIP2 (SH2-containing Inositol 5-phosphatase 2), une lipide phosphatase membre de la famille des phosphatidylinositol polyphosphate 5-phosphatases qui est, entre autres, responsable de cette activité. <p>Le but de ce travail de thèse a été de mettre en évidence un rôle potentiel de SHIP2 et/ou PTEN dans un modèle murin de tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST) ;ce modèle exprime une forme constitutivement active du récepteur tyrosine kinase Kit muté sur l’acide aminé 641. Les souris qui ont été générées par le groupe du Dr Brian Rubin (Lerner Research Institute and Taussig Cancer Center, Cleveland) sont dénommées, les souris KitK641E.<p>La caractérisation des souris KitK641E nous a permis de montrer que SHIP2 et PTEN étaient exprimés dans les cellules Kit positives, les cellules de Cajal et qu’ils semblaient régulés de façons différentes.<p>En effet, nous avons pu mettre en évidence une augmentation de l’expression de PTEN dans l’antre gastrique des souris KitK641E homozygotes. Cette augmentation d’expression a également été observée dans l’antre gastrique de souris double transgéniques KitK641E x PTEN+/- alors que l’expression de PTEN dans le foie, un tissu n’exprimant pas de cellules Kit positives, était bien diminuée. Des expériences de PCR quantitative ont également permis de montrer que cette augmentation d’expression de PTEN ne provenait pas d’une augmentation du taux d’ARNm mais qu’elle se situait plutôt au niveau post-traductionnel. Ces données nous permettent de conclure que l’augmentation d’expression de PTEN dans les cellules Kit positives des souris KitK641E homozygotes est influencée par l’activation constitutive du récepteur Kit. <p>A l’inverse, l’expression de SHIP2 dans les cellules Kit positives n’a pu être mise en évidence qu’après activation constitutive du récepteur Kit. En parallèle, l’étude des voies de signalisation dépendantes du récepteur Kit nous ont permis de montrer que la phosphorylation de PKB ne semblait pas être affectée et que ce serait plutôt la voie des MAPK kinases qui interviendrait dans ce modèle. <p>Nous avons également observé la localisation subcellulaire de SHIP2 et de PTEN en utilisant un modèle cellulaire de cellules GIST882 (cellules dérivées d’un GIST humain portant la mutation correspondante à notre modèle murin). Dans ce modèle, PTEN est principalement localisé dans le noyau alors que SHIP2 est localisé à la fois au sein du noyau et du cytoplasme. Ce modèle nous a également permis de montrer que la forme phosphorylée sur tyrosine de SHIP2 (Y1135) était localisée dans le noyau et qu’elle était modulée en fonction du cycle cellulaire.<p>En conclusion, ces travaux ont permis de montrer que dans le modèle de souris KitK641E, SHIP2 et PTEN étaient localisés au sein des cellules Kit positives et qu’ils étaient modulés par des mécanismes différents. L’augmentation d’expression de PTEN observée dans les souris KitK641E homozygotes pourrait constituer un mécanisme de rétrocontrôle négatif afin de modifier l’impact de voies de signalisation en aval du récepteur Kit dans ce modèle oncogénique.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cancer is the second leading cause of death among men and women after heart disease. Though our knowledge associated with the complexities of the cancer network has significantly improved over the past several decades, we have only recently started to get a more complete molecular understanding of the disease. To better comprehend signaling pathways that prevent disease development, we focused our efforts on investigating endogenous tumor suppression networks in controlling effectors of cancer cell survival and proliferation. Survivin is one such effector molecule that controls both cell proliferation and survival. In order to identify how this protein is overexpressed in cancer cells as opposed to normal cells, we looked at signaling molecules that negatively regulate this inhibitor of apoptosis protein. PTEN and caspase 2 are two of the identified proteins that utilize their enzymatic activity to suppress tumor growth by inhibiting downstream cell survival effectors, namely survivin. PTEN uses its phosphatase activity to suppress the PI3K/AKT pathway and maintain cellular homeostasis. In the absence of AKT activity, FOXO transcription factors are able to target downstream gene expression and regulate cell proliferation and survival. Here we have identified survivin as a novel gene target of FOXO, which binds to a specific promoter region of survivin and suppresses its transcription. Alternatively, caspase 2 uses its catalytic activity to suppress survivin gene expression by targeting the NFκB pathway. Caspase 2 acts by cleaving a novel substrate known as RIP1 that prevents NFκB from entering the nucleus, thus inhibiting target gene transcription. Interestingly, survivin is known to be a direct gene target of NFκB that controls cancer cell survival. In our investigation, we found that survivin is downregulated upon caspase 2 activation via the NFκB pathway, resulting in decreased cell cycle kinetics, increased apoptotic threshold and suppressed tumor growth in mice. These studies conclude that survivin is a common effector molecule that is regulated by tumor suppressors to maintain cellular homeostasis. However, upon deactivation of the tumor suppressor pathway, survivin is deregulated and contributes significantly to disease progression. These observations may lead to potential therapeutic implications and novel targeting strategies that will help eradicate harmful cancer cells and spare surrounding healthy cells; often the most persistent problem of most conventional chemotherapy.