Les voies de signalisation Wnt et FGF sont parmi les plus importantes dans les communications inter-cellulaires qui régissent le développement et l’homéostase des tissus embryonnaires ou adultes. Bien que l’on connaisse énormément de choses sur ces voies et les protéines qui les composent, plusieurs questions persistent quant à leur régulation. Notre travail fait usage du modèle amphibien Xenopus laevis dans l’étude du rôle de deux MAP4K kinases de la famille Misshapen: xTNIK et xMINK dans la balance entre les branches «canonique» et «non-canonique» de la signalisation Wnt, ainsi que dans l’étude d’une nouvelle protéine adaptatrice de l’endocytose: E-Syt2 et de son rôle dans la régulation de la signalisation FGF. La voie signalétique Wnt est principalement traduite par la famille des récepteurs serpentins Frizzled vers deux voies distinctes : la voie dite «canonique» régulant la β-catenine nucléaire, et la voie dite «non-canonique» qui active les petites GTPases Rac et RhoA ainsi que la MAP-kinase JNK et les PKCs. Nous montrons ici que TNIK (Traf2 and Nck-interacting kinase) et xMINK (Misshapen/NIKs-related kinase) sont des composantes essentielles de ces deux voies de réponse. xTNIK et xMINK interagissent ensemble in vivo et subissent un clivage protéolytique libérant des domaines Kinase et Citron-NIK-Homology (CNH) respectivement activateur et suppresseur du signal. Les deux kinases interviennent dans la voie «non-canonique» cependant, alors que xTNIK est également un médiateur de la voie «canonique», xMINK y joue un rôle antagoniste et ces effets dépendent de leurs activités catalytiques. Nous apportons enfin la preuve qu’une régulation spécifique du clivage protéolytique des deux pro-enzymes dans les différents tissus embryonnaires régule leur activité de façon différentielle et suggérons qu’il s’agit là d’un mode d’aiguillage de la réponse Wnt entre les voies «canonique» et «non-canonique» in vivo. Enfin, nous montrons que la protéine membranaire de type synaptotagmine E-Syt2 est essentielle dans la phase précoce de l’endocytose du récepteur aux FGF activé, elle-même nécessaire à l’activation de ERK et à l’induction du mésoderme. E-Syt2 interagit spécifiquement avec le récepteur aux FGF activé ainsi qu’avec l’Adaptin-2. Il est en outre requis en amont de Ras dans l’activation de ERK et nos données identifient donc E-Syt2 comme un adaptateur endocytique de la voie de la clathrine. / The Wnt and FGF pathways are among the most critical inter-cellular signalling pathways controlling embryo development and the homeostasis of adult tissues. Although much is known about the signal transduction routes and proteins constituting these pathways, many questions concerning their regulation remain to be answered. The present work uses the Xenopus laevis model system to study the role of two kinases of the Misshapen family of MAP4K signalling kinases, xTNIK and xMINK, in the balance between canonical and non-canonical branches of Wnt signalling, and the role of a new endocytic adapter protein, E-Syt2, in regulation of FGF signalling by endocytosis. Wnt signals are predominantly transduced via the Frizzled family of serpentine receptors to two distinct pathways, the canonical pathway regulating nuclear -catenin and a non-canonical pathway that activates the small GTPases Rac and RhoA, the JNK MAP-kinase and PKC. My work shows that xTNIK (Traf2 and Nck-interacting kinase) and xMINK (Misshapen/NIKs-related kinase) are essential and indeed integral components of both the canonical and non-canonical Wnt pathways. xTNIK and xMINK interact with each other and are proteolytically cleaved in vivo to generate Kinase domain fragments that are active in signal transduction, and Citron-NIK-Homology domain (CNH) fragments that are suppressive. The Kinase domain fragments of xTNIK mediate both canonical and non-canonical signalling, whereas those derived from xMINK mediate non-canonical signalling but strongly antagonize canonical signalling. This work suggests that tissue specific regulation of the proteolytic cleavage of xTNIK and xMINK controls the balance between canonical and non-canonical Wnt signalling. The synaptotagmin-related membrane protein E-Syt2 was found to be essential for an early phase of activated FGF receptor endocytosis that is necessary for functional ERK activation and mesoderm induction. E-Syt2 interacts selectively with the activated FGF receptor and with Adaptin-2, and is required upstream of Ras for ERK activation. Together these data identified E-Syt2 as an endocytic adapter for the Clathrin-dependent pathway.

Les protéines kinases de type NIMA (NIMA related kinases - Neks) forment une famille relativement bien conservée chez les eucaryotes. Plusieurs d’entre elles, comme la protéine kinase NIMA d’Aspergillus nidulans et la protein Nek2 de mammifères ont fait l’objet d’études suffisamment approfondies pour les impliquer dans la régulation du cycle cellulaire. L’objectif du présent travail était de caractériser la famille des Neks chez les plantes, et plus particulièrement de déterminer le rôle de PNek1, une Nek de peuplier. J’ai identifié neuf PtNeks chez Populus trichocarpa, sept AtNeks chez Arabidopsis thaliana et six OsNeks chez Oryza sativa. L’analyse phylogénétique et leur distribution chromosomique suggèrent une descendance unique chez les plantes, probablement à partir de Nek1. L’analyse du profil d’expression transcriptionnelle indique que la régulation de l’expression des Neks est liée aux patrons de développement basipétal de la feuille et vasculaire de la plante. Plus particulièrement, l’analyse de l’expression du gène PNek1 révèle une concordance exacte avec les sites de production de l’auxine, du développement basipétal de la feuille et de l’initiation du système vasculaire. PNek1 n’est toutefois pas induite par la signalisation de l’auxine. La surexpression de PNek1 chez Arabidopsis induit des anomalies importantes au niveau de l’inflorescence, empêchant même la fertilisation de la fleur. Au plan cellulaire, PNek1 est localisé dans le nucléole et s’accumule lors de la phase G2 précédant la mitose. L’accumulation de PNek1 est aussi induite lors d’un stress génotoxique au point de contrôle en G1/S. Des résultats récents de double hybride indiquent que PNek1 pourrait être impliquée dans la maturation de l’ARNm puisqu’elle interagit avec DBR1, une protéine directement impliquée dans l’épissage. Le présent travail offre une perspective inédite de la littérature des Neks comme régulateurs du cycle cellulaire. Le contexte biologique particulier du peuplier m’a aussi conduit à associer les Neks au développement d’organes complexes. Cette approche et ces observations représentent donc en soit une contribution originale, se distinguant des nombreuses études antérieures faites chez les mammifères, où seule leur relation au cycle cellulaire a été étudiée. / The NIMA-related kinases family (Neks) is well conserved among eukaryotes. Several studies, especially on Aspergillus nidulans NIMA and mammalian Nek2, have tagged them as cell cycle regulators. The objective pursued in this work was to characterise the plant Nek family and, more specifically, to identify a possible role for PNek1, a Nek from poplar tree. Here, I describe nine PtNeks in Populus trichocarpa, seven AtNeks in Arabidopsis thaliana and six OsNeks in Oryza sativa. Phylogenetic analysis in addition to their chromosomal distribution suggest a unique origin for all plant Neks. Exhaustive transcript expression analysis indicates that plant Neks regulation is related to the basipetal and vascular plant development patterns. Moreover, PNek1 promoter expression analysis reveals a striking similarity with sites of auxin production, basipetal leaf development and vascular initiation. However, PNek1 is not induced by auxin signalling. PNek1 overexpression in Arabidopsis induces severe inflorescence anomalies, which can lead to flower sterility. At the cell level, PNek1 is localised in the nucleoli and accumulates during the G2 phase before the onset for mitosis. PNek1 transcript accumulation could also be induced by a genotoxic stress at the G1/S checkpoint. Yeast two-hybrid experiments indicate that PNek1 could be involved in mRNA maturation since it interacts with DBR1, a protein directly involved in RNA splicing. This work offers a unique perspective to the actual Neks literature as cell cycle regulators. The particular biological context of poplar trees also brought me to associate Neks with complex organ development. This approach and these observations represent an original contribution, distinguishing itself from the numerous mammalians studies which only looked at their relation to the cell cycle regulation.

La voie de signalisation mTORCl/S6Kl est impliquée dans le développement de la résistance à l'insuline associée à l'obésité en exerçant une boucle de rétro-contrôle négative sur la voie de signalisation PI3K-Akt. Tandis que l'utilisation à court terme de la rapamycine, l'inhibiteur pharmacologique de la voie mTORCl, permet d'inhiber le rétro-contrôle négatif, les effets de l'inhibition chronique de la voie sur le métabolisme ne sont pas connus. L'objectif principal des études présentées dans cette thèse était d'investiguer les effets métaboliques de l'inhibition chronique de la voie de signalisation mTORCl/S6Kl in vitro et in vivo. Dans la première étude, nous avons montré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6Kl découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui cause une résistance à l'insuline dans les cellules 3T3-L1. Dans une deuxième étude, nous avons découvert que l'utilisation chronique de la rapamycine in vivo cause une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline de par une augmentation de la gluconéogénèse hépatique en plus d'affecter négativement le métabolisme des lipides. Dans une troisième étude, nous avons démontré que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules hépatique FAO découple l'activation d'Akt de la PI3K ce qui augmente la production de glucose hépatique. Finalement, dans une quatrième étude, nous avons déterminé que l'inhibition chronique de mTORCl/S6K1 dans les cellules L6 ne permet pas de restaurer le transport du glucose stimulé par l'insuline en présence d'un excès de nutriments. L'ensemble de nos études démontre le rôle important joué par la voie de signalisation mTORCl/S6K1 sur le contrôle du métabolisme du glucose et des lipides et limite l'inhibition chronique de mTOR comme cible thérapeutique pour le traitement du diabète de type 2 et de l'obésité.

Les lipides sont présents en grande concentration au cerveau où ils y jouent des rôles structuraux, biochimiques, et de signalisations cellulaires connues pour influencer nos comportements. Cependant, leurs impacts sur la physiologie des neurones sont encore mal compris. Dans cette thèse, nous avons étudié la physiologie des neurones du cortex entorhinal suite à des traitements alimentaires changeant la teneur en lipide du cerveau. Le cortex entorhinal a été sélectionné car il joue un rôle essentiel dans les processus cognitifs et est impliqué dans diverses maladies telles l'Alzheimer et l'épilepsie. Nous avons observé que la consommation d'huile de canola:soya, comparativement à une huile de carthame:maïs, module l'ensemble des propriétés actives des neurones comme le potentiel d'action, l'activité de décharge et les réponses postsynaptiques excitatrices. Des études supplémentaires ont suggéré que les acides gras monoinsaturés étaient les ingrédients actifs des huiles de canola:soya à ce niveau. Ensuite nous avons étudié les effets d'un acide gras polyinsaturé n-3 de 22 carbones le DHA, chez un modèle murin de la maladie Alzheimer (MA), la souris 3xTg-AD. L'acide docosahexaénoïque (DHA) a prévenu la perte de capacitance cellulaire et la hausse de l'activité de décharge des neurones, en plus de compenser la déficience de reconnaissance et de réduire l'expression d'un phénotype akinétique chez les souris transgéniques. Une étude chez l'animal non transgénique (NonTg) a démontré que la consommation d'acide linolénique (LNA), un acide gras polyinsaturé n-3 de 18 carbones, ne reproduisait pas les effets neuronaux du DHA. Finalement, nos travaux ont démontré que la kinase PAK (p21 -activated kinase) exerce un rôle important, quoique complexe, sur les marqueurs neuropathologiques et les anomalies comportementales et morphologiques chez la souris 3xTg-AD. En somme, nos résultats démontrent que les lipides alimentaires peuvent influencer la fonctionnalité du cerveau et qu'on peut les utiliser pour corriger certaines anomalies physiologiques associées à la MA. De plus, nous avons approfondi le rôle de la kinase PAK dans le développement de la MA.

Les réactions de phosphorylation / déphosphorylation chez les bactéries régulent plusieurs fonctions cellulaires telles que croissance, différenciation, pathogénie, résistance aux antibiotiques, réponse au stress, formation des biofilms ainsi que plusieurs processus impliqués dans le métabolisme secondaire. Cependant, les signaux qui déclenchent la cascade de signalisation par phosphorylation/déphosphorylation intracellulaire restent encore peu connus. Staphylococcus aureus est une bactérie à Gram-positif pathogène pour l‟homme. Elle est l‟une des principales causes des infections nosocomiales et ce pathogène opportuniste est capable de provoquer de multiples infections allant du furoncle à la septicémie. Nos études se sont basées sur la caractérisation aux niveaux structural et fonctionnel de deux protéines de cette bactérie : une sérine/thréonine kinase nommée Stk1 ainsi que l‟un de ses substrats, la triose phosphate isomérase. Stk1 a déjà été identifiée comme responsable de la phosphorylation de plusieurs enzymes impliquées dans le métabolisme central de la bactérie ainsi que dans les phénomènes de virulence et de résistance à l‟antibiotique phosphomycine. Cependant, à ce jour, aucune caractérisation structurale n‟a été conduite sur cette kinase. Nous avons ainsi mené une étude cristallographique de plusieurs domaines de cette protéine et nous présentons, plus particulièrement, la structure de trois domaines extracellulaires dits « PASTA », ainsi qu‟un modèle tridimensionnel de la protéine entière. Les domaines PASTA sont spécifiques des Ser/Thr kinases et des Penicillin-Binding Proteins et sont impliqués dans la synthèse du peptidoglycane. Par conséquent, la connaissance de la structure de ces domaines chez Stk1 pourrait servir de base à la conception rationnelle de nouveaux inhibiteurs à visée thérapeutique. Enfin, nous avons démontré que l‟activité de l‟un des substrats de Stk1, la triose phosphate isomérase, était régulée par phosphorylation / déphosphorylation, et nous avons décrit le mécanisme qui contrôle son activation/inactivation réversible. / The phosphorylation /dephosphorylation reactions in bacteria regulate various cellular functions such as growth, differentiation, pathogenicity, antibiotic resistance, stress response, biofilm formation as well as several processes involved in secondary metabolism. However, detailed understanding of their complete signaling pathways induced by phosphorylation/dephosphorylation is still unclear. Staphylococcus aureus is a Gram-positive bacterium and a human pathogen. It is one of the primary causes of nosocomial infections and this opportunist pathogen is able to cause multiple infections ranging from furuncle to septicemia. This study is focused on the structural and functional characterizations of two proteins from this bacterium: the serine/threonine kinase Stk1 and one of its substrates, the triose phosphate isomerase. Stk1 has been previously identified as responsible for the phosphorylation of several enzymes involved in the central metabolism of this bacterium as well as virulence and resistance to the antibiotic phosphomycin. However, no structural characterization has been done to date. We have performed a crystallographic study of several domains of this protein. We now present the structure of three extracellular domains designated “PASTA” in addition to the 3D molecular model of the entire protein. PASTA domains are specific to bacterial Ser/Thr kinases and to Penicillin-Binding Proteins which are involved in the peptidoglycan synthesis. Thus, the structural knowledge of PASTA domains from Stk1 could be of particular interest in the rational drug-design of new inhibitors with therapeutic aims. Finally, we have demonstrated that triose phosphate isomerase activity is regulated by phosphorylation/dephosphorylation and we have described the reversible activation/inactivation mechanism.

Toxoplasma gondii, le protozoaire intracellulaire obligatoire responsable de la toxoplasmose, fait partie du phylum des Apicomplexa. Comme les autres membres de ce phylum, il a développé des propriétés mobiles particulières qui lui permettent de se déplacer et d'envahir très rapidement la cellule dans laquelle il se multiplie. Ces processus de locomotion et d'invasion sont dépendants du cytosquelette d'actine du parasite. Une protéine, la toxofiline, identifiée uniquement chez T. gondii, a été caractérisée au laboratoire comme étant capable de réguler la dynamique du cytosquelette d'actine. Plus précisément, la toxofiline séquestre l'actine monomérique, empêchant ainsi sa polymérisation. L'affinité de la toxofiline pour l'actine est modulée par phosphorylation/déphosphorylation par une caséine kinase 2 et une sérine-thréonine phosphatase de type 2C (TgPP2C). Mon projet de thèse a porté sur l'étude du rôle de la TgPP2C dans l'interaction entre T. gondii et sa cellule hôte. Le premier objectif de mon travail a été de disséquer les interactions moléculaires entre les trois membres du complexe actine G - toxofiline - TgPP2C. J'ai ainsi identifié, par différentes approches biochimiques, les régions et les acides aminés de la toxofiline, critiques pour sa liaison avec ses deux partenaires. Tout d'abord, la toxofiline possède un domaine suffisant pour lier et séquestrer l'actine G dans des tests de polymérisation. Ce domaine, qui a été appelé CC1A, correspond à une région de 9 kDa comprenant un domaine en super hélice. Trois séries de peptides chevauchants, présents dans CC1A, capables de lier l'actine G, ont été plus précisément détectés. Nous avons également identifié d'autres régions de la toxofiline ayant des propriétés de liaison différentes à l'actine, en particulier dans le domaine N-terminal (NoCC). Le premier domaine en super hélice, et en position C-terminale de CC1A, lie la TgPP2C. Une autre séquence de plusieurs acides aminés, dans la région N-terminale et contenant la sérine 53, substrat de la TgPP2C, interagit avec la phosphatase. Le deuxième objectif de mon projet de thèse a porté sur l'analyse des propriétés fonctionnelles de la TgPP2C dans le tachyzoïte. Par une stratégie de surexpression dans les parasites, nous avons tout d'abord montré que la TgPP2C jouait un rôle dans la multiplication du parasite. En effet, des tachyzoïtes qui surexpriment la forme active de la TgPP2C ne se divisent pas normalement dans la vacuole parasitophore et finissent par dégénérer. On observe des parasites anormaux avec un noyau géant, qui suggère un défaut dans la division nucléaire ou l'individualisation des cellules filles. Nous avons également mis en évidence que la TgPP2C est sécrétée par le parasite dans le cytoplasme et le noyau de sa cellule hôte. Cette sécrétion est dépendante du domaine N-terminal unique de 18 acides aminés de cette phosphatase. Enfin, le troisième objectif de mon travail a consisté à étudier le rôle de la TgPP2C dans la cellule infectée. Par une approche d'expression ectopique de la phosphatase dans des cellules de mammifère, nous avons mis en évidence que la TgPP2C agissait au niveau du cycle de ces cellules. En effet, les cellules qui expriment la phosphatase parasitaire sont bloquées en phase G2/M. Certaines cellules en division n'achèvent pas la cytocinèse et restent reliées par un long pont cytoplasmique contenant de l'ADN et la TgPP2C. A un temps plus tardif, elles présentent les signes caractéristiques d'une apoptose. D'autre part, nous avons réalisé un crible double hybride en levure afin d'identifier les partenaires hôtes de la TgPP2C. Plusieurs protéines candidates on ainsi été obtenues, dont la protéine Spire qui possède des propriétés de nucléation de l'actine in vitro et dont nous avons confirmé l'interaction avec la TgPP2C. La poursuite de cette étude permettra de caractériser l'effet de la TgPP2C sur Spire, et le rôle de cette dernière dans le développement des tachyzoïtes.

La neurodégénérescence fait partie intégrante de la maladie de Huntington (MH) dont les premiers symptômes moteurs et cognitifs apparaissent vers l’âge de 30 à 40 ans. Cette maladie incurable est causée par une mutation dans le gène codant pour la protéine huntingtin (htt). L’activation de la caspase-6 (casp6) est observée au stade présymptomatique chez l’humain et les modèles murins MH faisant de la casp6 un joueur majeur dans la neurodégénérescence précoce associé à la MH. De plus, le clivage de htt mutant par la casp6 produit un fragment N-terminal neurotoxique essentielle au développement de la MH. Des résultats préliminaires ont permis de révéler l’interaction et le clivage des protéines proapoptotiques Serine/Threonine Kinase 3 (STK3), Death-Domain Associated Protein (DAXX) par la casp6. Des effets proapoptotiques sont associés à leurs fragments et leur production par les caspases pourrait influencer la neurodégénérescence observée dans diverses maladies neurodégénératives et dans le vieillissement normal. Nos résultats dans les souris C57Bl/6 démontrent que l’expression de DAXX varie fortement avec l’âge selon l’organe analysé. Ses divers fragments ne suivent pas la même tendance d’un organe à l’autre suggérant des fonctions différentielles à travers l’organisme et une importante régulation de ses fonctions par des modifications post-traductionnelles. Chez les modèles murins de la MH, les souris YAC128, nous avons constaté une augmentation des fragments à 65 et 70 kDa dans le cortex et une diminution de DAXX entier et du fragment à 70 kDa dans le cervelet soulignant la possibilité de fonctions spécifiques selon les régions cérébrales. Nous avons aussi démontré pour la première fois le clivage de STK3 par la caspase-7 et la production différentielle de fragments par les caspase-3, 6 et 7. L’expression protéique de STK3 augmente globalement à travers l’organisme avec l’âge et dans le cervelet des souris YAC128. Par contre, une diminution de l’expression de STK3 est observée dans le cortex des individus atteints de la MH et des souris YAC128. Finalement, par l’induction de différents stress cellulaires, nous avons constaté la présence d’un mécanisme adaptatif des neurones modèles de la MH impliquant STK3. En conclusion, l’expression de DAXX et STK3 varie avec l’âge à travers l’organisme et est altérée dans la maladie de Huntington. Plus particulièrement, STK3semble être impliqué dans un mécanisme protégeant les neurones de la mort cellulaire dans la MH.

La capacité d'adaptation des bactéries à leur environnement repose, entre autres choses, sur des mécanismes de transduction du signal. Ces mécanismes leur permettent de percevoir la nature et les modifications du milieu dans lequel elles évoluent et d'adapter en conséquence leur métabolisme et leur physiologie. L'un de ces mécanismes identifié chez les procaryotes repose sur un processus de régulation impliquant, suite à un stimulus extérieur, une modification réversible des protéines au niveau de résidus séryles et thréonyles par phosphorylation via les sérine/thréonine protéine-kinases (STPK). Chez les bactéries pathogènes, notamment Mycobacterium tuberculosis et Staphylococcus aureus, les STPKs sont impliquées dans la régulation du métabolisme central, de la division cellulaire, de la composition de la paroi et de la virulence. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif d'approfondir les connaissances sur la régulation post-traductionnelle des protéines via les STPKs chez ces deux pathogènes humains. Nous avons ainsi identifié de nouveaux substrats des STPKs chez M. tuberculosis et S. aureus et caractérisé l'effet de la phosphorylation sur l'activité de ces substrats. L'ensemble de mes travaux de thèse met en avant le rôle important de la régulation par les STPKs de voies métaboliques diverses chez ces deux pathogènes. / To overcome the stressful conditions imposed during host infections, pathogens have evolved various protective and offensive responses that could be achieved through cascades of phosphorylation. Many of the encountered external stimuli are transduced via sensor kinases embeded within the bacterial membrane, allowing the pathogen to adapt and survive in hostile environments. In addition to the classical two-component systems, Staphylococcus aureus and Mycobacterium tuberculosis possess eukaryotic-like Serine/Threonine Protein-Kinases (STPK). It is becoming clear that in these two human pathogens, many of the STPKs are involved in the regulation of metabolic processes, division, cell wall composition, virulence, etc. Therefore, signalling through STPK phosphorylation has recently emerged as a key regulatory mechanism in pathogenic bacteria. Thus, to investigate the mechanisms of STPK-dependent regulation in M. tuberculosis and S. aureus, we identified and characterized novel endogenous phosphorylated substrates, and analyzed the impact of phosphorylation on their specific activity. Overall, the results presented herein emphasize the important role of STPK-dependent mechanisms in various metabolic pathways in these two pathogens.

Ce travail porte sur l’étude des mécanismes de phosphorylation des protéines par les sérine/thréonine kinases chez Staphylococcus aureus. Nous avons, tout d’abord, mis en évidence et caractérisé une seconde Ser/Thr-kinase, nommée Stk2. Cette kinase présente peu d’homologies avec les autres Ser/Thr-kinases bactériennes décrites à ce jour, en particulier avec la première Ser/Thr-kinase mise en évidence précédemment chez S. aureus, Stk1. Nous avons ensuite caractérisé dix sites d’autophosphorylation de Stk2 et nous avons montré que trois sites sont nécessaires à son activité. Enfin, nous avons montré que le régulateur global de virulence, SarA, est phosphorylé à la fois par Stk1 et Stk2. La phosphorylation de SarA influence sa capacité de liaison à l’ADN. Cette étude contribue à mieux appréhender, au niveau moléculaire, le rôle des Ser/Thr-kinases dans le métabolisme des bactéries et, plus particulièrement, dans la régulation de leur virulence / We report that protein phosphorylation on serine and threonine is required for controlling staphylococcal virulence. We identified and characterized a second serine/threonine kinase, Stk2, in S. aureus. Biochemical analyses revealed that this enzyme displays autokinase activity on both threonine and serine residues. Stk2 is atypical in the sense that it exhibits a weak similarity with the first Ser/Thr-kinase previously detected, Stk1, and its undergoes a different mechanism of activation compared to the other bacterial Ser/Thr-kinases described so far. We also showed that SarA, a major transcription factor that regulates more than a hundred virulence genes, is phosphorylated by both Stk1 and Stk2. Phosphorylation of SarA leads to strong effects on its ability to bind DNA. The study of Stk1 and Stk2, at the molecular level, provides a better understanding of the role of these staphylococcal Ser/Thr-kinases in bacterial metabolism and, in particular, in the regulation of virulence

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le phénotype d'une cellule cancéreuse résulte d'un regroupement de plusieurs caractéristiques qui constituent la forme clinique du cancer. Malgré cette diversité, il est possible de mettre en évidence un certain nombre de traits distinctifs communs à la plupart des tumeurs. Parmi ceux-ci, l'invasion tissulaire et la formation de métastases sont les causes de près de quatre-vingt dix pourcent de la mortalité attribuable au cancer. Plusieurs similitudes entre le développement embryonnaire et la cancérogenèse ont été mises en évidence. Les recherches menées durant la dernière décennie sur le rôle que jouent les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeurs dans le développement normal d'un organisme ont grandement amélioré notre compréhension du cancer. La différence fondamentale séparant les deux processus est qu'un organisme émane d'une suite logique d'étapes reproductibles et bien définies, alors que le développement d'une tumeur demeure complètement imprévisible. Par contre, il est clair que plusieurs de ces étapes sont partagées, par exemple la régulation du cytosquelette, de l'adhérence et de la migration de la cellule. Nous avons étudié les fonctions in vivo de deux familles de protéines kinases, soit les p21-activated kinase (PAK) et les mixed-lineage kinase (MLK), qui sont en mesure de réguler certains de ces événements. Nous avons utilisé trois approches différentes pour caractériser les fonctions de PAKl durant le développement de Xenopus. Premièrement, nous avons montré que PAKl est clivée par les caspases durant l'apoptose dans les embryons. Nous avons aussi démontré que PAKl phosphoryle directement la myosine II, et que cette activation est nécessaire et suffisante à la fragmentation cellulaire caractéristique des cellules en apoptose. Deuxièmement, nous avons découvert que PAKl induit une perte de l'adhérence cellulaire dépendante de la signalisation par le récepteur tyrosine kinase EphA4. Nous avons proposé un nouveau mécanisme pour préciser la migration cellulaire dirigée par EphA4, selon lequel l'activation du récepteur EphA4 recrute PAKl à la membrane pour séquestrer la forme active de Cdc42, et ainsi diminuer l'adhérence cellulaire. Finalement, nous avons déterminé que PAKl contrôle l'induction et la migration des cellules de la crête neurale en partie par sa régulation de l'expression de Snail et de Twist, deux instigateurs importants de la progression tumorale. En somme, par sa régulation de la dynamique du cytosquelette et de l'expression génique, PAK1 joue un rôle central dans le contrôle de l'adhérence et de la motilité des cellules. Par conséquent, PAK1 serait une cible intéressante pour la prévention de l'invasion tissulaire et de la formation de métastases. Nos travaux ont aussi mis en évidence que la fonction de MLK2, une cible potentielle de PAK1, est nécessaire à la différenciation des tubules néphrétiques dans les embryons de Xenopus. Par ailleurs, nos études ont démontré que la perte de Mlkl, de Mlkl, ou de ces deux gènes chez la souris n'entraîne aucun effet sur leur viabilité et leur fertilité, de même qu'aucun changement dans la morphologie globale des tissus dans lesquels ces deux gènes sont exprimés. Les données observées pour MLK2 chez Xenopus suggèrent que l'expression de protéines kinases restreinte à certains tissus est importante pour générer des réponses spécifiques à des signaux extracellulaires communs. De plus, l'inactivation génique des MLK suggère fortement l'existence chez les mammifères d'une redondance des fonctions associées à Mlkl et Mlk2 avec celles de l'autre membre de la famille MLK, Mlk3. / The clinical manifestation of cancer is the result of a complex set of characteristics that together create diverse cancer cell phenotypes. Despite this variety, there appear to be a number of common traits that govern the conversion of normal human cells into malignant cancer cells. Among these traits, tissue invasion and metastasis feature in the most aggressive and lethal tumors and together account for approximately ninety percent of cancer deaths. Important parallels have been made between embryonic development and the growth and spread of cancer. The last decade of research has proven that our understanding of cancer has been greatly advanced by our comprehension of the role that so-called oncogenes and tumor suppressors play in the normal development of an organism. The fondamental difference between development and cancer is that development uses regulated, reproducible cellular processes, whereas in cancer these processes become irregular, leading to an unpredictable chain of events. On the other hand, some cellular events are clearly common to both; cytoskeletal dynamics, cell adhesion and migration are such examples. We have utilized the frog embryo and mouse genetics to study the in vivo functions of two groups of protein kinases, the p21 -activated kinases (PAKs) and the mixed-lineage kinases (MLKs) that are believed to regulate these events. We used three different approaches to investigate PAK1 functions during Xenopus development. Firstly, we showed that PAK1 is activated following its cleavage by caspases during apoptosis in embryos. We demonstrated that PAK1 directly phosphorylates myosin II, and that this activation of myosin is sufficient to cause cell fragmentation, a hallmark of apoptotic cells. Secondly, we determined that PAK1 induces a loss of cell adhesion dependent of a signalling pathway downstream of the EphA4 tyrosine kinase receptor. We found that EphA4 activation sequesters active Cdc42 to down-regulate cell-cell adhesion and we proposed a novel mechanism to explain Eph-directed cell migration. Finally, we demonstrated that PAK1 regulates neural crest specification and migration, in part through its regulation of the expression of Snail and Twist, two master regulators of tumor progression. In summary, by regulating cytoskeletal dynamics and gene expression, PAK1 function appears mandatory for cell adhesion and motility, and thus would be an interesting target for the prevention of tissue invasion and metastasis. We also showed that MLK2, a potential downstream target of PAKl, is required for pronephric tubule differentiation in Xenopus embryos. On the other hand, we also revealed by gene inactivation that mice lacking Mlkl, Mlk2 or both genes are viable, fertile and do not display any obvious phenotypic defects in the tissues where these genes are expressed. While the Xenopus MLK2 data suggest that tissue restricted expression of protein kinases could play an important role in signal transduction by mediating cell-specific responses to common signals, gene inactivation in mouse strongly suggests that Mlkl and Mlk2 functions in mammals are redundant with those of the other member of the MLK family, Mlk3.