Shiga toxin and cholera toxin are members of the AB5 family of protein exotoxins. The A subunit is the enzymatic subunit, whereas the pentameric B subunit binds cell surface receptors and carries the A subunit to the endoplasmic reticulum (ER) where it can be released into the cytosol. The B-subunits (STxB or CTxB) mediate toxin traffic along the retrograde pathway from the plasma membrane to the ER via early/recycling endosomes and the Golgi apparatus. It is unknown if STxB requires transport through the Golgi, or if it is just kinetically favorable. It is also unknown if the recycling endosome (RE) plays a role in the retrograde transport of STxB and CTxB. The first goal of this dissertation research was to demonstrate that transport through the Golgi is required for STxB to reach the ER. Using aluminum fluoride treatment, a simple temperature block, and cytoplast studies, I show that Golgi transport is necessary for STxB to reach the ER. The second goal of this dissertation research was to tease apart how STxB and CTxB move through early and recycling endosomes as well as elucidate a mechanism of how STxB exits endosomes en route to the Golgi. The role of the RE in STxB and CTxB transport is unclear. I used transferrin colocalization and temperature block studies to show that STxB and CTxB traffic through the RE. I then used HRP ablation of the RE to show that STxB requires the RE to reach the Golgi. I also examined the role of an RE-specific protein, EHD1, in exit of STxB from the RE. EHD1 has been previously shown to regulate recycling Tfn exit from the RE but its role in STxB transport is unknown. Expression of a dominant negative form of EHD1 arrested STxB at the RE and prevented it from reaching the Golgi. Together, these results suggest that STxB and CTxB transit the RE, STxB requires a functional RE for normal retrograde trafficking, and that STxB exit from the RE is regulated by EHD1.

Au cours de l’ovogenèse chez la mouche du vinaigre: Drosophila melanogaster, un groupe de cellules folliculaires appelées cellules de bord, migrent à travers les cellules nourricières pour atteindre l’ovocyte. Cet événement, nécessitant la transition épithélio- mésenchymateuse (TEM), la réorientation, puis l’arrêt, ressemble à la formation de métastases. L’endocytose est un régulateur clé de plusieurs événements polarisés, y compris la migration cellulaire. En effet, différentes protéines impliquées dans la migration, comme les intégrines et les E-cadhérines (cadhérines épithéliales), sont régulées par transport à travers les endosomes. De même, l’endocytose restreint au front de migration l’activité des récepteurs tyrosine kinases (RTKs) qui guident les cellules de bord dans leur mouvement. Cependant les mécanismes moléculaires de cette restriction spatiale de l’activité des RTKs demeurent largement inconnus. Nous avons testé l’implication du trafic vésiculaire à travers la machinerie d’endocytose, dans la migration dirigée des cellules de bord, car ce système est facilement accessible pour l’expression de protéines et l’analyse de mutants. Nous avons commencé par confirmer une observation précédente du rôle de l’endosome précoce dans la migration des cellules de bord. Ensuite, nous avons identifié l’endosome de recyclage (ER) comme un régulateur clé de cette migration. En effet, nous avons démontré que l’expression dans les cellules de bord d’une forme dominante négative de Rab11, la petite GTPase régulant le transport vésiculaire à travers l’ER, bloque la migration ou entraîne de sévères défauts de migration dans environ 80% des chambres d’œufs examinées. De plus, nous observons par immunofluorescence une relocalisation de l’activité des RTKs alors que d’autres protéines de migration ne sont pas affectées par Rab11 dominant négatif. Ce résultat a été par la suite confirmé par une interaction génétique entre Rab11 et les RTKs. D’autre part, nous avons montré que le complexe exocyste, un effecteur de Rab11, est impliqué dans la migration des cellules de bord. Nous avons trouvé par microscopie confocale en tissu fixé et par microscopie en temps réel que Sec15, un composant de ce complexe, est polarisé, de façon Rab11- dépendante, dans des vésicules qui s’accumulent au front de migration tout au long du mouvement des cellules de bord. De plus, la perte de l’activité de Sec15 perturbe à son tour la migration. Ainsi, toutes ces données démontrent le rôle fondamental d’un cycle d’endo- exocytose dans le maintien des RTKs actifs au niveau du front de migration des cellules de bord le long de leur mouvement. / During Drosophila melanogaster’s oogenesis, a cluster of folllicle cells, called border cells, perform an invasive migration through the surrounding nurse cells to reach the oocyte. This event resembles metastasis formation since it requires epithelial- mesenchymal transition, reorientation and arrest. Endocytosis plays a fundamental role in many polarized processes, including cell migration, since different migration proteins, like integrins and E-cadherins traffic through the endocytic pathway. Furthermore, receptor tyrosine kinases (RTKs) that guide border cells during their migration are regulated by endocytosis, although the mechanisms involved are largely unknown. We tested the implication of vesicular trafficking through the endocytic machinery, in border cells’ directed migration, because this system is easily accessible for protein expression and mutant analysis. We first confirmed previous observation that trafficking through the early endosome is necessary for border cells migration, and then we identified the recycling endosome as a key compartment for this migration. Indeed, we showed that overexpression in border cells of a dominant negative form of Rab11, the small GTPase regulating vesicular trafficking through the recycling endosome, blocks migration or leads to severe migration defects in about 80% of examined egg chambers. Furthermore, using immunofluorescence, we observed a relocalization of RTKs activity, whereas other migration proteins were not redistributed upon dominant negative Rab11 expression. This result was further confirmed by a genetic interaction between Rab11 and RTKs. Moreover, we showed that the exocyst complex, an effector of Rab11, is also involved in border cells migration. We found by using confocal microscopy of fixed tissues and time-lapse microscopy of living egg chambers, that Sec15, a member of this complex, is distributed in vesicles which are polarized, in a Rab11- dependent manner, throughout border cells migration. In addition, loss of Sec15 also impairs migration. Together these data demonstrate a fundamental role for an endo- exocytic cycle in the maintenance of active RTKs at the leading edge of border cells during their migration.

Au cours de l’ovogenèse chez la mouche du vinaigre: Drosophila melanogaster, un groupe de cellules folliculaires appelées cellules de bord, migrent à travers les cellules nourricières pour atteindre l’ovocyte. Cet événement, nécessitant la transition épithélio- mésenchymateuse (TEM), la réorientation, puis l’arrêt, ressemble à la formation de métastases. L’endocytose est un régulateur clé de plusieurs événements polarisés, y compris la migration cellulaire. En effet, différentes protéines impliquées dans la migration, comme les intégrines et les E-cadhérines (cadhérines épithéliales), sont régulées par transport à travers les endosomes. De même, l’endocytose restreint au front de migration l’activité des récepteurs tyrosine kinases (RTKs) qui guident les cellules de bord dans leur mouvement. Cependant les mécanismes moléculaires de cette restriction spatiale de l’activité des RTKs demeurent largement inconnus. Nous avons testé l’implication du trafic vésiculaire à travers la machinerie d’endocytose, dans la migration dirigée des cellules de bord, car ce système est facilement accessible pour l’expression de protéines et l’analyse de mutants. Nous avons commencé par confirmer une observation précédente du rôle de l’endosome précoce dans la migration des cellules de bord. Ensuite, nous avons identifié l’endosome de recyclage (ER) comme un régulateur clé de cette migration. En effet, nous avons démontré que l’expression dans les cellules de bord d’une forme dominante négative de Rab11, la petite GTPase régulant le transport vésiculaire à travers l’ER, bloque la migration ou entraîne de sévères défauts de migration dans environ 80% des chambres d’œufs examinées. De plus, nous observons par immunofluorescence une relocalisation de l’activité des RTKs alors que d’autres protéines de migration ne sont pas affectées par Rab11 dominant négatif. Ce résultat a été par la suite confirmé par une interaction génétique entre Rab11 et les RTKs. D’autre part, nous avons montré que le complexe exocyste, un effecteur de Rab11, est impliqué dans la migration des cellules de bord. Nous avons trouvé par microscopie confocale en tissu fixé et par microscopie en temps réel que Sec15, un composant de ce complexe, est polarisé, de façon Rab11- dépendante, dans des vésicules qui s’accumulent au front de migration tout au long du mouvement des cellules de bord. De plus, la perte de l’activité de Sec15 perturbe à son tour la migration. Ainsi, toutes ces données démontrent le rôle fondamental d’un cycle d’endo- exocytose dans le maintien des RTKs actifs au niveau du front de migration des cellules de bord le long de leur mouvement. / During Drosophila melanogaster’s oogenesis, a cluster of folllicle cells, called border cells, perform an invasive migration through the surrounding nurse cells to reach the oocyte. This event resembles metastasis formation since it requires epithelial- mesenchymal transition, reorientation and arrest. Endocytosis plays a fundamental role in many polarized processes, including cell migration, since different migration proteins, like integrins and E-cadherins traffic through the endocytic pathway. Furthermore, receptor tyrosine kinases (RTKs) that guide border cells during their migration are regulated by endocytosis, although the mechanisms involved are largely unknown. We tested the implication of vesicular trafficking through the endocytic machinery, in border cells’ directed migration, because this system is easily accessible for protein expression and mutant analysis. We first confirmed previous observation that trafficking through the early endosome is necessary for border cells migration, and then we identified the recycling endosome as a key compartment for this migration. Indeed, we showed that overexpression in border cells of a dominant negative form of Rab11, the small GTPase regulating vesicular trafficking through the recycling endosome, blocks migration or leads to severe migration defects in about 80% of examined egg chambers. Furthermore, using immunofluorescence, we observed a relocalization of RTKs activity, whereas other migration proteins were not redistributed upon dominant negative Rab11 expression. This result was further confirmed by a genetic interaction between Rab11 and RTKs. Moreover, we showed that the exocyst complex, an effector of Rab11, is also involved in border cells migration. We found by using confocal microscopy of fixed tissues and time-lapse microscopy of living egg chambers, that Sec15, a member of this complex, is distributed in vesicles which are polarized, in a Rab11- dependent manner, throughout border cells migration. In addition, loss of Sec15 also impairs migration. Together these data demonstrate a fundamental role for an endo- exocytic cycle in the maintenance of active RTKs at the leading edge of border cells during their migration.