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The purpose of this project was to determine how Dlc-2 and Rho signaling modulate the ceramide induction of PGP synthase. This induction was studied at the transcriptional, post-transcriptional, and post-translational levels using cell culture, Real-Time RT-PCR, protein purification, phage display, and western blotting techniques. We have demonstrated that the PGP synthase gene is not controlled at the transcriptional level by ceramide and Rho, nor is the mRNA stability of PGP synthase affected. However, ceramide and Rho do seem to exhibit translational or post-translational control over the PGP synthase protein. The relationships between Dlc-2 (and Rho), ceramide, and PGP synthase (and CL) are important to understand. All three are involved in cancer and apoptotic responses. The knowledge gained by the experiments discussed in this thesis will contribute to an understanding of how these proteins and lipids interact. This knowledge may then be used in the future to develop cancer treatments.

The purpose of this project was to determine how Dlc-2 and Rho signaling modulate the ceramide induction of PGP synthase. This induction was studied at the transcriptional, post-transcriptional, and post-translational levels using cell culture, Real-Time RT-PCR, protein purification, phage display, and western blotting techniques. We have demonstrated that the PGP synthase gene is not controlled at the transcriptional level by ceramide and Rho, nor is the mRNA stability of PGP synthase affected. However, ceramide and Rho do seem to exhibit translational or post-translational control over the PGP synthase protein. The relationships between Dlc-2 (and Rho), ceramide, and PGP synthase (and CL) are important to understand. All three are involved in cancer and apoptotic responses. The knowledge gained by the experiments discussed in this thesis will contribute to an understanding of how these proteins and lipids interact. This knowledge may then be used in the future to develop cancer treatments.

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Diese Dissertation analysiert zum ersten Mal STARD13, ein Protein mit einer RhoGAP-Domäne, und dessen Rolle als essentiellen Regulator der Pankreasarchitektur im Mausembryo. Es wird gezeigt, dass Stard13 anfangs im pankreatischen Endoderm exprimiert wird und später in den “Epithelspitzen” angereichert ist. Konditionelle Ablation von Stard13 im Mauspankreas beeinflusst die normale Epithelmorphogenese und die Organisation der “Epithelspitzen”. Das beeinträchtigt die Proliferation der Pankreasvorläuferzellen und führt zu Organhypoplasie. Dabei reguliert STARD13 örtlich und zeitlich Rho-Signale, die für die Morphogenese essentiell sind. Desweiteren werden die Mechanismen, die für die Entwicklung des Pankreasepithels in ein funktionierendes Organ notwendig sind, neu beleuchtet. Es wird zum Beispiel eine funktionelle Verbindung zwischen Rho-vermittelter Kontrolle der Epithelumgestaltung und der Determinierung der Organgröße hergestellt. Dabei spielt die reziproke Interaktion von actin-MAL-SRF and MAPK Signalen eine wichtige Rolle. / The development of functional organ architecture relies on coordinated morphogenesis and growth. In the developing pancreas, the branching epithelium is organized in discrete domains that delineate one specific domain of progenitor cells at the tip of the branches. Very little is known about branching morphogenesis in the pancreas and how it is coordinated with proliferation. This thesis presents the first analysis of the RhoGAP-domain-containing protein STARD13 and its role as an essential regulator of pancreas tissue architecture in the mammalian embryo. It is shown that Stard13 is expressed in the pancreatic endoderm and enriched at the distal tip of the branching epithelium. Conditional ablation of Stard13 expression in the mouse pancreas disrupts epithelial morphogenesis and tip domain organization, resulting in hampered proliferation of pancreatic progenitors and subsequent organ hypoplasia. Stard13 acts by regulating Rho signaling spatially and temporally during pancreas development. This thesis provides new insights into the mechanisms that shape pancreatic epithelium to create a mature organ and establishes a functional link between Rho-mediated control of epithelial remodeling and organ size determination, involving reciprocal interaction of actin-MAL-SRF and MAPK signaling.

L’équipe a identifié une nouvelle GAP de RhoA, ARHGAP19, majoritairement exprimée dans le système hématopoïétique. Le projet a consisté à étudier la régulation de cette protéine dans des lymphocytes T humains. Pour cela, les analyses se sont portées sur la phosphorylation d’ARHGAP19 et sur sa localisation au cours de la division des lymphocytes T. ARHGAP19 est phosphorylée par l’effecteur de RhoA, la protéine kinase ROCK, sur la Sérine 422 et par la protéine kinase mitotique CDK1 sur les Thréonines 404 et 476. La phosphorylation par ROCK permet à ARHGAP19 d’interagir avec la famille de protéines 14-3-3 qui la protège des déphosphorylations pouvant avoir lieu au cours de la division cellulaire. L'ensemble des phosphorylations est primordial pour la régulation de la localisation cellulaire d'ARHGAP19 et contribue à une division cellulaire correcte. En effet, en absence de phosphorylation, on observe des défauts lors de la cytodiérèse entrainant la formation de cellules multinucléées. De plus, des dérégulations de RhoGTPases comme l’absence de GAP, sont aujourd’hui mises en évidence dans les cancers. C’est pourquoi nous avons généré des souris arhgap19 KO pour étudier les conséquences de l’absence du gène codant pour ARHGAP19, dans le système hématopoïétique murin. L’ensemble des cellules progénitrices et matures intervenant dans l’hématopoïèse murine a été analysé. Par ce modèle d’invalidation conditionnelle d’arhgap19, aucun rôle majeur de la protéine n'a été mis en évidence mais les résultats suggèrent une implication aux différents stades de la différenciation hématopoïétique et un impact sur l'ensemble des populations de ce système. / The team identified a new GAP of RhoA, ARHGAP19, mostly expressed in the hematopoietic system. The project consisted in studying the regulation of this protein in human T lymphocytes. For this, the analyzes focused on the phosphorylation of ARHGAP19 and on its localization during the division of the T lymphocytes. ARHGAP19 is phosphorylated by the effector of RhoA, the protein kinase ROCK, on the Serine 422 and by the protein CDK1 mitotic kinase on Threonines 404 and 476. ROCK phosphorylation allows ARHGAP19 to interact with the 14-3-3 family of proteins that protects it from dephosphorylation that occur during cell division. All phosphorylations are essential for regulating the cellular localization of ARHGAP19 and contribute to correct cell division. Indeed, in the absence of phosphorylation, defects are observed during cytodiérèse resulting in the formation of multinucleate cells. In addition, deregulation of RhoGTPases, such as the absence of GAP, are now highlighted in cancers. This is why we generated arhgap19 KO mice to study the consequences of the absence of the gene coding for ARHGAP19, in the murine hematopoietic system. All progenitor and mature cells involved in murine hematopoiesis were analyzed. By this model of conditional invalidation of arhgap19, no major role of the protein has been demonstrated but the results suggest an involvement at different stages of hematopoietic differentiation and an impact on all populations of this system.

La polarité cellulaire est un phénomène biologique essentiel du monde vivant. Chez la levure Candida albicans, sa capacité à croître sous une forme hyperpolarisée semble être un élément déterminant de sa pathogénicité. Nous avons entrepris d’identifier les éléments moléculaires d’une structure essentielle à cette croissance hyphale, le Spitzenkörper, afin de mieux comprendre le rôle de ce corps apical dans la croissance polarisée. Nous nous sommes également intéressés à la régulation des protéines Rho3 et Rho4 impliquées dans la croissance polarisée de C. albicans, à travers l’identification et l’étude de la protéine RhoGAP commune à ces deux protéines Rhos, la protéine Rgd1.Chez la levure Saccharomyces cerevisiæ, les protéines Rho3 et Rho4 sont également impliquées dans le contrôle de la croissance polarisée, et sont régulées par la protéine Rgd1. Le laboratoire, à l’origine de la découverte de ce régulateur commun, étudiait des aspects de croissance polarisée contrôlée par les protéines Rho3 et Rho4, à travers l’étude de la régulation de la protéine Rgd1. Nous avons notamment mis en évidence que Rgd1p est modifiée au niveau post-traductionnel par des phosphorylations. La kinase Ipl1 de la famille des kinases Aurora est un des acteurs de cette modification. Différents éléments indiquent que le complexe phosphatase Glc7-Bud14 serait également impliqué dans le contrôle de l’état de phosphorylation de Rgd1p, de façon antagoniste à la kinase Ipl1 / Cell polarity is an essential process for living organisms. In the yeast Candida albicans, its ability of hyperpolarized growth seems to be a decisive element for its pathogenicity. We undertook to identify molecular elements of an essential structure for hyphal growth, named Spitzenkörper, to better understand the role of this apical body in polarised growth. We also studied regulation of Rho3 and Rho4 proteins implicated in C. albicans polarised growth, through identification and study of a shared RhoGAP protein, named Rgd1.In the yeast Saccharomyces cerevisiæ, Rho3 and Rho4 proteins are also implicated in polarised growth control, and are regulated by Rgd1 protein. The laboratory, which identified this shared regulator, studied polarised growth aspects controlled by Rho3 and Rho4 proteins, through study of Rgd1p regulation. We showed that Rgd1p is post-translationally modified, by phosphorylations. The Ipl1 kinase, an Aurora family member, is implicated in this modification. Several elements indicate that the Glc7-Bud14 phosphatase complex would be also implicated in the control of Rgd1 phosphorylation state, antagonistically to Ipl1p

Les phosphoinositides sont des molécules régulatrices présentes à l'interface membrane-cytosol, impliquées dans la transduction du signal, le trafic membranaire ainsi que l'organisation du cytosquelette. Ces lipides recrutent non seulement diverses protéines vers des compartiments spécifiques, mais régulent aussi leur activité enzymatique. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, ils interagissent directement avec le domaine RhoGAP de la protéine Rgd1, identifiée comme un activateur commun aux GTPases Rho3 et Rho4. Ces 2 protéines, respectivement impliquées dans la croissance polarisée et la cytocinèse, voient leur activité GTPasique exacerbée en présence de Rgd1pet des PIPs. L'objectif de cette thèse était comprendre à l'échelle moléculaire le processus unique d'activation de RhoGAP par les PIPs. Pour ce faire, nous avons réalisé l'étude structurale de RhoGAP par cristallographie couplée à la RMN en solution. Nos résultats montrent que le domaine possède les éléments essentiels à l'activation des protéines Rho. L'interaction avec les PIPs a été suivie par RMN en présence de PI(4)P et de PI(4,5)P2, respectivement localisés dans les vésicules de sécrétion et à la membrane plasmique. Nos résultats révèlent un site de liaison commun aux PIPs dans une région non conservée chez les domaines RhoGAP. L'affinité des complexes, de l'ordre de la centaine de micromolaires suggèrent qu'in vivo l'interaction soit transitoire et réversible avec les PIPs. La sélectivité de l'interaction se ferait donc de façon spatio-temporelle, au niveau des vésicules de sécrétion pour la croissance polarisée et de la membrane plasmique pour la cytocinèse. / Phosphoinositides act as regulatory and signalling molecules at the membrane-cytosol interface in signal transduction, membrane traffic and cytoskeleton organization. These lipids recruit several proteins to specific compartments, but also regulate their activity. In the yeast Saccharomycescerevisiae, they directly bind the Rgd1-RhoGAP domain, that stimulates the GTPase activity of bothRho3p and Rho4p. The GTPase activity of these two Rho proteins, respectively involved in the polarized growth and cytokinesis of the yeast, is enhanced with the presence of Rgd1p and PIPs. The main objective of this thesis is to understand the PIP-RhoGAP interaction at the molecular level. In order to do that, we coupled X-ray structure determination to solution NMR spectroscopy on the isolated RhoGAP domain. Our results show that the domain contains the conserved elements that would usually confer the catalytic GTPase activation. We us e liquid-state NMR spectroscopy to follow the interaction with PI(4)P and PI(4,5)P2, respectively found in secretion vesicles and the plasma membrane. Our study reveals a common binding site for both PIPs in a non-conserved region in the RhoGAP domain family. We measured sub-millimolar binding affinity for PIPs. Such moderate binding affinities are consistent with the biological requirement for reversible complex formation. The selectivity of the interaction could be made in a spatio temporal way, on the secretion vesicles during polarized growth and at the plasma membrane during cytokinesis.

Chez l’ensemble des organismes, la capacité des cellules à se polariser est une propriété nécessaire à la croissance, à la division, à la mobilité, à la différenciation ou encore au trafic intracellulaire. Les GTPases de la famille Rho jouent des rôles prépondérants dans la régulation de ces mécanismes. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous étudions la manière dont le régulateur RhoGAP Rgd1p des protéines Rho3 et Rho4 est lui-même régulé au cours de la croissance polarisée. Nous avons montré que la protéine Rgd1 est localisée au fond du bourgeon lors de la croissance isotropique du bourgeon puis sous forme d’un anneau au cou du bourgeon lors de la cytocinèse. Nous avons également montré que le trafic intracellulaire, notamment l’exocytose et les phosphoinosotides tels que le PdtIns(4)P et le PdtIns(4,5)P2 ont un rôle majeur dans la régulation spatio-temporelle de la protéine Rgd1. Ces mécanismes permettraient d’acheminer la protéine RhoGAP au niveau des sites de croissances afin d’agir sur les protéines Rho3 et Rho4. / In all organisms, the ability of cells to polarize is a property necessary for growth, cell division, mobility, cell differentiation or intracellular trafficking. GTPases of the Rho family play central roles in the regulation of these mechanisms. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, we study how the regulator RhoGAP Rgd1p of Rho3 and Rho4 proteins may be itself regulated during polarized growth. We showed that the protein Rgd1 is located at the bud tip during isotropic growth of the bud and form a ring at the bud neck during cytokinesis. We also showed that the intracellular traffic, especially the exocytosis and phosphoinosotides as the PdtIns(4)P and PdtIns(4,5)P2 have a major role in the spatio-temporal regulation of the Rgd1 protein. These mechanisms would deliver the RhoGAP protein at growth sites to act on Rho3 and Rho4 proteins.

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