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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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La consommation d'un régime hyper protéique (HP) améliore l'homéostasie glucidique, le gain de poids, l'adiposité, en réduisant le tissus adipeux blanc et la taille des adipocytes. Les adaptations métaboliques dues à l'augmentation de l'apport protéique sont au moins caractérisées, au niveau du foie, par la diminution de la lipogenèse et l'augmentation de la conversion des acides aminés (AA) en glycogène. Cependant, le rôle des acides aminés dans le contrôle de ces adaptations métaboliques et des voies de transduction responsables de la transmission du signal " acides aminés " n'ont pas encore été élucidés. L'objectif de notre étude a été de déterminer l'effet de l'augmentation de l'apport en acides aminés sur la traduction et la protéolyse, et d'identifier les voies de signalisation impliquées dans la détection des acides aminés ainsi que l'acide aminé ou le groupe d'acide aminés responsable de ces effets, en utilisant des approches in vivo et in vitro. Les extraits protéiques ont été analysés par western blots pour examiner l'état de phosphorylation des protéines impliquées dans les voies de signalisation qui participent à la détection des AAs et à la régulation de la traduction, à savoir les voies: " mammalian target of rapamycin " (mTOR), " adenosine monophosphate-activated protein kinase " (AMPK) et " general control non-depressible kinase 2 " (GCN2). Cette étude a montré que l'adaptation à un régime de HP est caractérisée par la stimulation de la traduction dans le foie, au moins au niveau de l'étape d'initiation. Cette activation requiert à la fois la présence de fortes concentrations en AA (au moins la leucine ou des AAs à chaîne branchée) et d'insuline, comme l'indique l'augmentation de la phosphorylation de mTOR, 4E-BP1 et S6 et la diminution de la phosphorylation de l'AMPK et GCN2. L'utilisation de l'AICAR (activateur de l'AMPK) et de la rapamycine (inhibiteur de mTOR) nous a permis de montrer qu'en présence de fortes concentrations en AA et d'insuline, mTOR n'est pas le seul régulateur de 4E-BP1 et de la S6K1 (cibles de mTOR) et que l'AMPK peut également jouer un rôle important dans la régulation de leur état de phosphorylation. En outre, l'augmentation de l'apport protéique provoque une inhibition de la dégradation des protéines dans le foie et une diminution de l'expression des gènes codant les principales protéines du système autophagie et de l'ubiquitine-protéasome. En conséquence, les protéines sont moins ubiquitinées, donc moins dégradées. Les AAs et l'insuline semblent être les principaux régulateurs de la voie de protéolyse ubiquitine-protéasome et les voies mTOR et AMPK seraient les médiateurs des effets acides aminés et de l'insuline. Ces résultats suggèrent que le contrôle des voies cataboliques et anaboliques du métabolisme des protéines sont régulées par les mêmes signaux et font intervenir les mêmes voies de signalisation.

La réinitiation de la traduction est un mécanisme permettant de traduire des ORF qui sont présents dans la région leader de différents ARNm cellulaires (uORF). La majorité des cas de réinitiation de la traduction chez les eucaryotes concerne des uORF de petite taille. Des stratégies alternatives ont été développées, entre autres par les virus, afin de réinitier la traduction après un long uORF. Le virus de la mosaïque du chou-fleur (CaMV) exprime un ARNm polycistronique codant la totalité des protéines virales. L’une d’entre elle, la protéine TAV (TransActivateur/Viroplasmine) est un facteur essentiel qui rend possible la réinitiation de la traduction après de longs ORF et qui, de plus, active la protéine kinase TOR. La sous-unité h du facteur d’initiation de la traduction eIF3, requise pour promouvoir la reinitiation après un petit ORF chez les plantes, a été identifiée comme étant une nouvelle cible de phosphorylation de la voie de signalisation de TOR. L’objectif principal de ma thèse a été d’élucider la fonction de la protéine eIF3h dans la réinitiation après un petit ORF ainsi que dans la réinitiation de la traduction, assurée par TAV, après un long ORF. Nous avons exploité les lignées transgéniques eif3h-1 d’Arabidopsis exprimant la protéine eif3h tronquée de son extrémité C-terminale, qui sont déficientes pour la réinitiation mais pas pour l’initiation de la traduction. Nous avons montré que la phosphorylation de eIF3h est essentielle pour stabiliser eIF3 au niveau des ribosomes durant l’élongation, ce qui favorise la ré-acquisition par le ribosome de facteurs nécessaires à la réinitiation de la traduction, et que la délétion de sa région Ct abolit son intégration dans le complexe eIF3. De plus, nous avons montré que eIF3h, la cible de la voie de signalisation de TOR, interagit avec S6K1. Des protoplastes préparés à partir des plantes mutantes eif3h-1 sont incapables de promouvoir la réinitiation après de longs ORF en présence de TAV. La surexpression de eIF3h, indifféremment de son état de phosphorylation, est indispensable pour restaurer la reinitiation assurée par TAV dans les protoplastes eif3h-1. Par ailleurs, les plantes eif3h-1 déficientes dans la réinitiation, sont résistantes à l’infection par le CaMV démontrant l’importance de eIF3h pour la réplication du CaMV. En revanche, ces plantes eif3h-1 peuvent être infectées par d’autres virus dont la traduction de l’ARN génomique est coiffe- ou IRES-dépendante. Ainsi, nos résultats suggèrent que eIF3h est un facteur de reinitiation important aussi bien pour la reinitiation après un petit qu’après un long ORF (controlée par TAV), et que TAV exploite cette machinerie cellulaire, et plus particulièrement TOR et eIF3h, pour exprimer ses propres protéines par réinitiation de la traduction. / Translation of mRNAs that harbor upstream open reading frames (uORFs) within their leader regions operates via a reinitiation mechanism. In plants, reinitiation is up regulated by the target of rapamycin (TOR) signaling via phosphorylation of the subunit h of initiation factor 3 (eIF3). The eif3h-1 mutant expressing the C-terminally truncated eIF3h while maintaining high translation initiation efficiency is not active in reinitiation. Cauliflower mosaic virus (CaMV) pregenomic polycistronic RNA is translated via an exceptional mechanism of reinitiation after long ORF translation under control of CaMV protein TAV, which ensures activation of TOR. To find the link between underlying mechanisms, we examined eIF3h function in cellular and viral context. Here we show that eIF3h, if phosphorylated, has a role in recruitment of eIF3 into actively translating ribosomes that is a prerequisite for formation of reinitiation-competent ribosomal complexes. C-terminal truncation of eIF3h abolished its integration into the eIF3 complex and eIF3 loading on polysomes as manifested by the eIF3 core subunit c. We also show that eIF3h as a putative target of TOR/S6K1 binds S6K1 in vitro. eIF3h phosphorylation is not required for eIF3 complex formation. We demonstrated that eIF3h is essential for TAV to activate reinitiation after long ORF translation. Protoplasts derived from eif3h-1 mutant failed to support TAV function in reinitiation, which is restored only upon overexpression of recombinant eIF3h indifferent to its phosphorylation status. eif3h-1 mutant defective in reinitiation was found resistant to CaMV infection suggesting that eIF3h is critical for virus amplification. In contrast, viruses that evolve translation initiation dependent on either cap or the internal ribosome entry site infect reinitiation deficient mutant. Thus, we conclude that TAV exploits the basic cell reinitiation machinery, particularly TOR and eIF3h, to overcome cellular barriers to reinitiation after long ORF translation.

Chez Arabidopsis, la protéine RISP est détournée par le virus CaMV pour assurer, ensemble avec la protéine virale TAV, la traduction de son ARN polycistronique. RISP a été identifiée comme une cible de la voie de signalisation de TOR et il a été montré que sa phosphorylation est requise pour promouvoir la réinitiation de la traduction activée par TAV. Les résultats que j’ai obtenus suggèrent que RISP, lorsqu’elle n’est pas phosphorylée, intervient ensemble avec eIF3, au niveau du complexe de pré-initiation 43S pour recruter le complexe ternaire grâce à l’interaction entre RISP et la sous-unité b du facteur eIF2. Il s’est avéré que RISP a la capacité, lorsqu’elle est phosphorylée, d’interagir non seulement avec la protéine ribosomique eL24 mais également avec eS6. Nos résultats indiquent que la liaison entre les sous-unités ribosomiques 60S et 40S sous l’effet de RISP, est régulée par la voie de TOR et qu’elle joue un rôle important dans le contrôle de la réinitiation de la traduction. / Many factors are required to recruit the tRNAi and a 60S ribosomal subunit to the 40S ribosomal subunit preinitiation complex. This recruitment is normally strictly limited during reinitiation of translation if factors recruited during the primary translation event are shed from 40S. However, factor retention can occur during long ORF translation if the CaMV viral factor TAV is present. RISP is a downstream target of TOR and found either within the 43S preinitiation complex, if bound to eIF3, and/or attached to 60S, if phosphorylated by TOR. We show here that RISP interacts with subunit b of eIF2 before phosphorylation. Critically, TOR activation up-regulates phosphorylation of both RISP and eS6 as well as the binding of both factors. Importantly, eS6-deficient plants are less active in TAV-mediated reinitiation and are thus less susceptible to CaMV infection. It is attractive to propose that eS6 phosphorylation contributes to retention and re-use of 60S during 40S scanning.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The development and function of hematopoietic stem cells (HSCs) is regulated by numerous signaling pathways including Akt-mechanistic target of rapamycin complex1 (mTORC1) pathway. Dysregulation of this pathway results in impaired HSC function and contributes to the development of hematologic malignancies. Activated mTORC1 phosphorylates and subsequently activates ribosomal protein S6 kinase 1 (S6K1). To study the role of S6K1 in hematopoiesis as well as leukemogenesis, we used a genetic model of S6K1 deficient mice (S6K1-/-). We found that loss of S6K1 expression in HSCs results in reduction of absolute HSC number in bone marrow (BM). Following chemotherapy, cycling HSCs undergo apoptosis and quiescent HSCs are required to cycle to regenerate the hematopoietic system. S6K1 regulates the quiescence of HSCs and in the absence of S6K1, mice are more susceptible to repeated myeloablative stress. We also observed that loss of expression as well as gain of expression of S6K1 affects the self-renewal ability of HSCs. Interestingly, when we overexpressed S6K1, it also resulted in reduced self-renewal of HSCs. Next, we assessed the role of S6K1 in the propagation of acute myeloid leukemia (AML). The mixed-lineage leukemia (MLL) gene is required for the maintenance of adult HSCs. Translocations in MLL are detected in approximately 5-10% of adult acute leukemia patients and in approximately 70% of acute leukemias in infants. We expressed MLL-AF9 fusion oncoprotein in WT and S6K1-/- hematopoietic stem and progenitor cells (HSC/Ps) and performed serial transplantation. Upon secondary transplantation, recipients of S6K1 deficient AML cells survived significantly longer compared to controls. In vitro, pharmacological inhibition of S6K1 activity resulted in reduced growth of primary human cells expressing MLL-AF9. Both human and murine HSC/Ps expressing MLL-AF9 showed reduced mTORC1 activity upon inhibition of S6K1 suggesting that loss of S6K1 activity results in reduced Akt-mTORC1 activation both upstream and downstream of mTORC1. Overall, our studies establish a critical role of S6K1 activity in the maintenance of HSC function and in the propagation of leukemia.