Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / La mort cellulaire programmée (PCD) est un processus physiologique ou pathologique permettant l’élimination sélective de cellules devenues inutiles, endommagées ou infectées pour le maintien de l’intégrité ou l’adaptation (fitness) de l’organisme ou de la population cellulaire. Chez les végétaux, les mécanismes moléculaires régulant la PCD ne sont pas encore élucidés, mais la découverte que la protéine humaine anti-PCD Bax Inhibitor-1 (BI-1) est conservée chez les plantes, pourtant dépourvues de la protéine pro-PCD Bax, en a fait un candidat fort prometteur pour l’élucidation de sentiers de mort évolutivement conservés. En ce sens, cette thèse décrit la caractérisation d’orthologues de BI-1 isolés de Brassica napus (BnBI-1) et de Nicotiana tabacum (NtBI-1). Nous avons déterminé par des analyses informatiques et des études d’expression que BI-1 est une protéine membranaire intégrale possédant sept domaines transmembranaires putatifs et localisée au réticulum endoplasmique. Des essais fonctionnels dans des cellules humaines HEK 293 ont révélé que des orthologues végétaux de BI-1 peuvent inhiber la PCD (apoptose) induite par Bax dans ces cellules. Par ailleurs, des lignées cellulaires de tabac présentant des niveaux inférieurs de la protéine NtBI-1 grâce à l’expression d’un ARNm antisens entament un programme précoce de PCD suite à une déficience en carbone, démontrant ainsi le rôle anti-PCD intrinsèque de BI-1 dans des cellules végétales. Nous avons également découvert que la protéine NtBI-1 est surexprimée en présence de cytokinines (CK) dans des cultures cellulaires de tabac, et ce à des concentrations coïncidant avec l’établissement d’une réponse de stress, un phénomène impliquant des mécanismes de régulation post-transcriptionnels. La réponse cellulaire envers les CK comprend également un influx rapide de Ca2+ de l’apoplaste vers le cytosol. Cet influx est partiellement impliqué dans l’induction de la PCD mais non dans la signalisation menant à la surexpression de BI-1. L’ensemble de nos résultats indique que BI-1 est bel et bien un régulateur négatif de la PCD végétale, qui agirait au sein d’un sentier de mort évolutivement conservé. L’augmentation de l’accumulation de la protéine NtBI-1 lors de la réponse de stress envers les CK pourrait contribuer à la survie des cellules et laisse supposer que la protéine est impliquée dans l’activité anti-sénescence des CK. BI-1 s’insère dans un sentier où son niveau d’expression influence la capacité cellulaire à résister aux stress générés entre autres par une disette en carbone, et ce potentiellement via la modulation de l’homéostasie du Ca2+ intracellulaire. / Programmed cell death (PCD) is a physiological or pathological process allowing the selective elimination of useless, damaged or infected cells with the aim of maintaining the integrity or fitness of the remaining organism or cell population. In plants, molecular mechanisms regulating PCD are not yet elucidated, but the identification of functional plant orthologs of the human anti-PCD protein Bax Inhibitor-1 (BI-1), given that the pro-PCD protein Bax is absent in the plant kingdom, revealed the potential of BI-1 as an evolutionary conserved cell death regulator. Accordingly, this thesis describes the characterization of BI-1 orthologs isolated from Brassica napus (BnBI-1) and Nicotiana tabacum (NtBI-1). While combining bioinformatics analysis and localization studies using a fusion between BnBI-1 and the green fluorescent protein, we determined that BI-1 is an integral membrane protein provided with seven putative transmembrane domains localized at the endoplasmic reticulum. We also proceeded to functional assays in human HEK 293 cells, and we demonstrated that plant BI-1 orthologs can inhibit Bax-induced PCD (apoptosis) in these mammalian cells. On the other hand, we demonstrated that tobacco cell lines expressing lower levels of the NtBI-1 protein via an antisens mRNA induced an early PCD program under carbon starvation. We also discovered the up-regulation of NtBI-1 when cultured cells were grown in the presence of cytokinins (CKs), which correlated with the establishment of a stress response. The phenomenon involved post-transcriptional regulatory mechanisms of the BI-1 protein accumulation. Cellular response to CKs also involved a rapid influx of Ca2+ from the apoplast to the cytosol and this influx is partly involved in PCD induction but not in signaling leading to BI-1 modulation. Taken together, our data indicate that BI-1 is a negative regulator of plant PCD that would act in an evolutionary conserved death pathway. NtBI-1 protein over-accumulation in the stress response to CKs could contribute to cell survival and suggests the involvement of the protein in the senescence-delay activities of CKs. BI-1 is part of a pathway where its expression level influence cellular ability to resist to carbon starvation- or senescence-induced stresses, potentially via modulation of intracellular Ca2+ homeostasis.

Les chimiokines sont parmi les premiers médiateurs de la réponse immunitaire inflammatoire. Le macrophage (M0) synthétise ces dernières et les relâche afin de recruter les leucocytes aux sites d'inflammation. L'expression des chimiokines est régulée principalement au niveau transcriptionnel. Un des facteurs reconnu comme étant impliqué dans leur régulation est le facteur de transcription AP-1. Cependant, aucun rôle dans l'induction des chimiokines n'a été identifié jusqu'à présent pour son co-activateur JABl. L'objectif des travaux présentés dans cette thèse était donc d'évaluer l'implication de JABl lors de l'expression des chimiokines par le M0, et d'étudier sa propre régulation cellulaire. Ainsi, nous avons démontré que l'induction de l'expression de chimiokines par le LPS (RANTES, MlP-la, MIP-lp, MIP-2, IP-10 et MCP-1) implique le facteur de transcripfion AP-1. De plus, il fut établi que 1'activation du M0 par le LPS induit la phosphorylation de JABl par les PKCa et p, et ce, principalement au niveau de son résidu serine en position 307. Enfin, puisqu'aucun régulateur de JABl ne fut identifié chez le M0 au repos jusqu'à présent, nous avons évalué la possibilité que la protéine tyrosine phosphatase (PTP) SHP-1 jouerait ce rôle, et ce, par le biais d'une interaction directe avec celui-ci. Il fut donc déterminé que chez le M0 au repos, la SHP-1 conserve l'activité de JABl à un niveau basai en s'y attachant. En absence de stimulation, cette interaction joue un rôle dans l'inhibition de l'expression de l'ARNm de quatre chimiokines (MlP-la, MIP-ip, MIP-2 et MCP-1) dépendante des cascades signalétiques des MAP kinases ERKl/2 et JNK, ainsi que de l'activité d'AP-1 et de JABl. Les travaux rapportés dans la thèse illustre donc le rôle de JABl dans l'expression des chimiokines essentielles lors de l'inflammation par le M0. Lors d'une stimulation au LPS, cette fonction semble être effectuée après sa propre phosphorylation par les PKC a et P, tandis qu'en absence de stimulation, l'expression indésirable de chimiokines par le M0 est en partie inhibée par l'interaction entre la PTP SHP-1 et JABl. Collectivement, ces résultats suggèrent un rôle positif pour JABl dans l'inflammation et révèlent deux nouveaux mécanismes pour sa propre régulation.

L'enzyme de conversion de l'angiotensine (ECA) et le récepteur B₁. (RBO des kinines jouent des rôles essentiels dans la régulation de la pression artérielle et l'inflammation. Bien que les mécanismes par lesquels ils exercent leurs effets soient bien connus, leurs modes de régulation et d'expression au niveau cellulaire restent encore mal compris. La première partie de notre étude visait particulièrement à élucider l'ensemble des voies de signalisation responsables de la modulation de l'ECA. Dans la seconde partie, nous avons tenté de caractériser le RB₁ en identifiant les facteurs et les mécanismes intracellulaires essentiels à son expression. Les cellules vasculaires endothéliales et musculaires lisses, ainsi que des essais de contractilité d'aortes de lapin isolées étaient exploités pour répondre à nos objectifs. Les cytokines pro-inflammatoires régulent négativement l'expression de l'ECA tandis que le PMA augmente plutôt sa densité membranaire. L'effet des cytokines semble tributaire de l'activation du facteur de transcription NF-KB ainsi que de la MAP kinase p38. Le PMA, en activant les protéines kinase C (PKC), conduit à la mobilisation des voies de signalisation impliquant MEK1, ERK 1/2 et accessoirement, l'activation de la protéine c-Fos. Les PKC classiques, à l'exclusion de l'isoforme β joueraient un rôle essentiel dans cette expression. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons montré que l'isolation de l'aorte de lapin activait la signalisation du récepteur EGF (R-EGF) et que cette signalisation serait responsable de la sensibilisation spontanée de cet organe en réponse aux agonistes du RBi, . L'EGF induirait la sécrétion de l'interleukine 1 qui, de façon autocrine, augmenterait le RBi. Au niveau des cellules vasculaires humaines, l'interféron-γ potentialise l'effet d'autres cytokines telles que le TNF-α et cause une augmentation considérable de l'expression membranaire du RB₁. L'interféron-y semble agir au niveau transcriptionnel en augmentant l'ARN messager codant pour ce récepteur. Cet effet serait la conséquence de la mobilisation, par cette cytokine, d'une voie de signalisation atypique impliquant l'interaction de Tyk2 et STAT1 dans les cellules vasculaires. Ainsi, notre étude nous à permis de mieux comprendre les mécanismes responsables de la modulation de l'ECA et du RB₁ au niveau vasculaire. Nous espérons que ces résultats permettront de mieux comprendre leur régulation en physiopathologie cardiovasculaire et inflammatoire.

Regulatory T cells (Tregs) are a subpopulation of T cells with immuno-suppressive properties. Tregs play a key role in immune response regulation and tolerance to antigens, thereby preventing autoimmunity, and may be partly responsible for the lack of an appropriate immune response against tumor cells. However, a human microRNA (miR) Treg signature has not been described yet. We investigated human natural Tregs and identified a signature composed of five microRNAs (-21, -31, -125a, -181c and -374). Among those, two were considerably under-expressed (miR-31 and miR-125a). We identified a functional target sequence for miR-31 in the 3’ untranslated region (3’ UTR) of FOXP3 mRNA. Using lentiviral transduction of fresh cord blood T cells, we demonstrated that miR-31 and miR-21 had opposite effects on FOXP3 expression. We showed that miR-31 negatively regulates FOXP3 expression by binding directly to its potential target site in the 3’ UTR of FOXP3 mRNA. We next demonstrated that miR-21 acted as a positive, though indirect, regulator of FOXP3 expression.<p>Recent reports have shown that histone deacetylase inhibitors increased FOXP3 expression in T cells. We therefore decided to investigate in non-Treg CD4-positive cells, the mechanisms by which an aspecific opening of the chromatin could lead to an increased FOXP3 expression. We focused on the binding of potentially activating transcription factors to the promoter region of FOXP3 and on modifications in the five miRs constituting the Treg signature. Valproate treatment induced binding of Ets-1 and Ets-2 transcription factors to the FOXP3 promoter and acted positively on its expression, by increasing the acetylation of histone H4 lysines. Valproate treatment also induced the acquisition of the miRs of Treg signature. To elucidate whether the changes in the miRs expression could be due to the increased FOXP3<p>expression, we transduced these non-Tregs with a FOXP3 lentiviral expression vector, and found no changes in miRs expression. Therefore, the modification in their miR expression profile is not due to an increased expression of FOXP3 but directly results from histone deacetylase inhibition. Rather, the increased FOXP3 expression results from the additive effects of Ets factors binding and the change in the expression level of miR-21 and miR-31. These data, by allowing a better understanding of the molecular phenomena underlying the number and function of Tregs, could open the door to novel therapeutic approaches in cancer immunotherapy and treatment of autoimmune disorders. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de ce travail de thèse, nous avons abordé l’étude des gènes BTBD6 et Dmrt5 au cours du développement embryonnaire en utilisant les avantages complémentaires de plusieurs organismes modèles.<p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The failure of the immune system to provide efficient protection against tumour cells has been considered as a major issue in immunology. It is now well established that inadequate function of the host immune system is one of the main mechanisms by which tumours escape from immune control contributing to the limited success of cancer immunotherapy. Several cell populations have been described which display immunosuppressive properties and may impede tumor-specific immunity. Among them, GR1+CD11b+ immature myeloid suppressor cells and CD4+CD25+ regulatory T cells seem to play an important role. These cells accumulate in the spleens of tumour bearing mice and patients with cancer and contribute to immunosuppression by inhibiting the function of CD8+ T cells and/or by promoting tumour angiogenesis.<p><p>The aim of our work was to define the mechanisms by which a single dose of cyclophosphamide (CTX), a chemical agent commonly used in chemotherapy treatment, induces the rejection of established P815 mastocytoma. <p><p>Our data show that CTX treatment leads to the selective loss of GR1medCD11b+ splenic myeloid cell producing TGF-â, a cytokine which is known to suppress antitumoral response. Furthermore, injection of CTX causes a decrease in the number of naturally occurring regulatory T cells (CD4+CD25+Foxp3+) in the spleen and the tumor. Finally, CTX treatment induces the differentiation of GR1highCD11b+ splenic myeloid cells into mature GR1highCD11b+CD11c+ (possibly dendritic cells?) which express high levels of CD11c, MHC class II and CD86 molecules. Of note, these cells are mainly detected in tumour necrosis areas. <p><p>Collectively, these results suggest that CTX prevents suppressive mechanisms and induces a population of CD11c+ myeloid cells which may present tumor antigens and activate T lymphocytes, an hypothesis in line with the requirement for CD4+ cells in CTX-induced long term resistance. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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.