Les réarrangements du cytosquelette sont essentiels pour la libération de plaquettes. Les RHO-GTPase, en tant que régulateurs du cytosquelette d'actine, joue un rôle important dans la formation de proplaquettes. Dans plusieurs processus cellulaires, CDC42 joue un rôle opposé à RHO/ROCK, qui régule négativement la formation de proplaquettes. Nous montrons que l'activité CDC42 augmenté pendant la différenciation des mégacaryocytes (MK). L’inhibition chimique via la CASIN aussi que l’utilisation d'une forme constitutionnellement active et d’une dominante négative de CDC42 ont montré que le CDC42 régule positivement la formation de proplaquettes. Ensuite nous avons investigué les effecteurs de CDC42 pour déterminer lequel est impliqués dans la formation de proplaquettes. Nous nous sommes d'abord concentrés sur PAK2, qui récemment chez la souris a été montré être activé par CDC42 dans la formation de proplaquettes. En utilisant des inhibiteurs chimiques et un shRNA contre PAK2, nous avons déterminé que, chez l'homme, PAK2 a un effet marginal sur la différenciation terminal des MKs. Donc nous avons étudié la famille WASP. Nous avons déterminé que N-WASP, mais pas WASP, était impliqué dans la formation de proplaquettes. L’ablation de N-WASP, entraîne une diminution marquée de la formation de proplaquettes pour un défaut dans le système de membrane de démarcation (DMS). Ceci a été associé à l'activation de RHOA, et a une concomitante augmentation de la phosphorylation de MLC2 sur Ser19. L’activation de N-WASP augmente pendant la différenciation MK. L'inhibition de la phosphorylation de N-WASP par deux inhibiteurs de la famille de Src kinase familiale, PP2 et Dasatinib, entraine la diminution de la formation de proplaquettes. Nous concluons que N-WASP, mais pas WASP régule positivement le développement du DMS et la formation de proplaquettes et que les kinases de la famille Src en association avec CDC42 régulent la formation de proplaquettes via N-WASP. / Cytoskeleton rearrangements are essential in platelet release. The RHO small GTPase family, as regulators of the actin cytoskeleton, plays an important function in proplatelet formation. In many cellular processes, CDC42 plays an opposite role to RHO/ROCK, which negatively regulates proplatelet formation. We show that CDC42 activity increased during megakaryocyte (MK) differentiation. Use of a chemical inhibitor CASIN or of an active or a dominant-negative form of CDC42 demonstrated that CDC42 positively regulates proplatelets formation. We determined which CDC42 effectors were involved in proplatelets formation. We first focused on PAK2, which was recently shown in mouse to be activated by CDC42 and regulate proplatelets formation. Using chemical inhibitors and an shRNA against PAK2, we determined that in human, PAK2 only has a marginal effect on terminal MK differentiation. Therefore, we switched our study towards the WASP family. We determined that N-WASP but not WASP was involved in proplatelets formation. N-WASP knock-down, led to a marked decrease in proplatelets formation due a defect in the demarcation membrane system (DMS). This was associated with RHOA activation, and a concomitant augmentation in the phosphorylation of MLC2 on Ser19. N-WASP phosphorylation, a primed form of N-WASP, increased during MK differentiation. Phosphorylation inhibition by two Src family kinase inhibitors, PP2 and Dasatinib, decreased proplatelets formation. We conclude that N-WASP, but not WASP positively regulates the DMS development and proplatelets formation and that the Src family kinases in association with CDC42 regulate proplatelets formation through N-WASP.

Diplomová práce analyzuje postavení státních fondů ve veřejné rozpočtové soustavě. První kapitola obsahuje vysvětlení pojmu fond, obecnou charakteristiku státních fondů, vymezení jejich výhod a nevýhod. Další kapitoly se věnují jednotlivým fondům, které existují v současné době (1. polovina roku 2007) v České republice. Je dodržena stejná struktura: charakteristika fondu, podporované programy a pravidla pro čerpání prostředků, hospodaření fondu. Cílem je rovněž nastínění budoucího vývoje daného fondu a zvýšení informovanosti o této problematice u širší veřejnosti.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie rare définie par une augmentation de la pression artérielle pulmonaire moyenne due à un remodelage progressif des artérioles pulmonaires, menant à une défaillance du ventricule cardiaque droit. Le remodelage vasculaire est la conséquence d’une dysfonction endothéliale conduisant à une hyperprolifération et à un défaut d’apoptose des cellules vasculaires pulmonaires. Le récepteur NMDA (NMDAR), un récepteur au glutamate connu pour son rôle dans la plasticité neuronale et la transmission synaptique, a été récemment identifié comme acteur de ce remodelage vasculaire. Cependant, le sous-type de NMDAR impliqué n’est pas connu. Le développement de traitements potentiels ciblant le NMDAR nécessite de mieux comprendre quelles sous-unités du récepteur sont mobilisées dans la maladie. Dans la mesure où la sous-unité GluN2A est impliquée dans la survie des neurones et la sous-unité GluN2B dans leur mort, nous avons fait l’hypothèse que la composition des NMDARs vasculaires pulmonaires devait être dérégulée dans l’HTAP. Par conséquent, cette thèse a pour objectifs i) d’étudier la composition du NMDAR dans l’HTAP, ii) d’en identifier les conséquences fonctionnelles, et iii) d’explorer son intégration au sein de la physiopathologie de l’HTAP.Nous avons montré que l’expression de la sous-unité GluN2B est réduite dans les artères pulmonaires des patients HTAP comparés à des sujets non-HTAP, malgré l’augmentation de l’expression de la sous-unité obligatoire GluN1, suggérant une commutation de l’expression des NMDARs de type GluN2B vers d’autres sous-types. Nous avons également montré que les NMDARs de type GluN2B sont rapidement et transitoirement recrutés à la membrane des cellules musculaires lisses (CMLs) en réponse à un facteur de croissance, le PDGF, par l’intermédiaire des Src family kinases (SFKs). En utilisant un inhibiteur spécifique des NMDARs de type GluN2B, nous avons observé qu’ils réduisaient la prolifération et la migration dépendantes du PDGF, indiquant une boucle de rétrocontrôle négatif. Ces résultats suggèrent une signalisation croisée entre le PDGFR-β, les SFKs et les NMDARs de type GluN2B. Ainsi le déficit en NMDARs de type GluN2B chez les patients HTAP pourrait potentialiser la réponse proliférative et migratoire au PDGF, une voie suractivée dans l’HTAP. De plus, nous avons montré que les NMDARs de type GluN2A sont recrutés de façon prolongée à la membrane des CMLs lors d’une stimulation par le PDGF. Néanmoins, le rôle précis des récepteurs de type GluN2A dans l’HTAP reste à découvrir. Pour approfondir le rôle du NMDAR dans la physiopathologie de l’HTAP, nous avons mené une étude bio-informatique complémentaire afin de modéliser les voies de signalisation impliquant le NMDAR dans l’HTAP. Nous avons construit et connecté en réseau les bases de connaissance sur les acteurs de l’HTAP d’une part, et les voies de signalisation impliquant le NMDAR dans le système nerveux central d’autre part. Nous avons montré que ces réseaux positionnent le NMDAR au cœur de nombreuses voies de signalisation caractéristiques de l’HTAP, dont celle du PDGFR-β.Ainsi, nous avons montré que l’expression membranaire des récepteurs de type GluN2A et GluN2B est dérégulée dans l’HTAP, orientant probablement la réponse au glutamate dépendante du PDGF vers les récepteurs de type GluN2A. Les conséquences d’un tel déséquilibre sont l’augmentation de la prolifération et de la migration des CMLs vasculaires pulmonaires. De plus le manque de récepteurs de type GluN2B est une caractéristique physiopathologique nouvelle dans l’HTAP et dans la compréhension du mode d’action des NMDARs périphériques en général. Enfin, le NMDAR semble être un acteur central dans la physiopathologie de l’HTAP, interagissant avec de nombreuses voies de signalisation impliquées dans la maladie, suggérant de nouvelles pistes pour avancer dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques de l’HTAP. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disease defined by an increase in mean pulmonary arterial pressure due to progressive obstruction of the small pulmonary arteries, leading to right heart failure and death. The vascular remodeling is a consequence of complex and multiple patho-mechanisms, including endothelial cells dysfunction and hyperproliferation of smooth muscle cells in the pulmonary vascular wall. The N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR), a glutamate receptor, has been recently identified as playing an active role in this vascular remodeling. It has been shown that in pulmonary arteries of PAH patients, NMDAR is overexpressed and overactivated and is involved in the proliferation and resistance to apoptosis of pulmonary vascular cells. However, the NMDAR subtype involved in this process remains unknown. The development of potential treatments targeting the NMDAR requires a better understanding of its subunit involvement in the disease. Since the GluN2A subunit is involved in the survival of neurons and the GluN2B subunit in their death, we hypothesized that the pulmonary vascular NMDAR subunit composition could be dysregulated in PAH. Therefore, in this thesis study we aimed to: i) study the composition of NMDAR in PAH, ii) explore its functional consequences in the pathophysiology of PAH, and iii) uncover its integration in the pathophysiology of PAH.We showed that the expression of the GluN2B subunit is reduced in the pulmonary arteries of PAH patients compared to non-PAH subjects. This occurs despite the overall increased expression of the obligatory GluN1 subunit, suggesting a switch from GluN2B-type receptors to, at least, another GluN2-type receptor. We also showed that in the presence of PDGF-BB, there is an immediate increase in the levels of phosphorylated Src family kinases (SFKs), associated to an increase in phosphorylated GluN2B (the active form) that were relocated to the cell membrane, suggesting the cross-talk between PDGF, SFKs and NMDAR. To validate the pathway, we inhibited the activation of PDGFR-β or SFKs, and in both cases the phosphorylation of GluN2B after PDGF stimulation was aborted. To assess the functional importance of this pathway, proliferation and “wound healing” tests were performed. The results clearly showed that selective inhibition of GluN2B, in the presence of PDGF, significantly increased both migration and proliferation of PASMCs. These results suggest that the lack of GluN2B-type receptors in PAH may potentiate SMC proliferative and migratory response to PDGF, a well-known overactivated pathway in PAH. In addition, we showed that GluN2A-type NMDARs arerecruited to the SMC membrane following PDGF stimulation, but the precise role of GluN2A-type NMDARs in PAH remains elusive. To further explore the crosstalk between the NMDAR and the PDGF receptor (PDGFR) pathways, we conducted a complementary bioinformatics study. To provide a model of the NMDAR signaling pathways in PAH we constructed and connected comprehensive knowledge bases of the actors involved in PAH on one hand and the signaling pathways involving NMDAR within the central nervous system on the other hand. Within these networks the NMDAR was revealed as a central downstream effector of the hallmark signaling pathways of PAH, including that of PDGFR.These results indicate that the membrane expression of GluN2A-type and GluN2B-type receptors is dysregulated in PAH, presumably switching the PDGF-dependent glutamate response towards GluN2A-type receptors. The consequences of such imbalance are the increased proliferation and migration of pulmonary vascular SMCs. Moreover, the lack of GluN2B-type NMDARs is a new feature in the pathophysiology of PAH and in the understanding of peripheral NMDA receptors in general. Besides, the NMDAR seems to be a central effector in PAH, interacting with multiple hallmark pathways of the disease, suggesting new tracks to further understanding the pathophysiology of PAH.

La tyrosine kinase cytoplasmique Src est un régulateur essentiel de la croissance et de l’adhésion cellulaires induites par de nombreux stimuli extracellulaires, dont les facteurs de croissance et certains composants de la matrice extracellulaire. La dérégulation de son activité catalytique lui confère des propriétés oncogéniques importantes conduisant à la formation de tumeurs agressives chez l’Homme. La plupart des connaissances actuelles sur sa régulation catalytique repose sur des données structurales de cristallographie qui ont révélé l’importance des interactions intramoléculaires SH2 et SH3-dépendantes dans le contrôle des conformations ouvertes et actives de Src. Les domaines SH3, SH2 et kinase de Src sont associés au domaine SH4 N-terminal d'ancrage à la membrane plasmique via un domaine unique (DU) flexible. Le rôle du DU dans la régulation de Src reste obscur car il est intrinsèquement désordonné et par conséquent, cette région n'a pas été incluse dans les analyses structurales originelles. L'analyse par RMN de l'extrémité N-terminale de Src a révélé une conformation partiellement structurée du DU par le contact de séquences peptidiques spécifiques avec les lipides membranaires et le domaine SH3 (Perez et al, 2013; Maffei et al, 2015). De plus, cette interaction est régulée par phosphorylation des Ser69 et Ser75 localisées à proximité de ce domaine. L’objectif de ma thèse était d’adresser la relevance biologique de ces données structurales en me focalisant sur le rôle d’une partie du DU identifiée comme importante par RMN. J’ai montré que l’inactivation de cette région par des mutations perte de fonction, diminue fortement la signalisation de Src dans les cellules non transformées humaines ainsi que ses propriétés tumorales dans les cellules cancéreuses colorectales métastatiques révélant la pertinence biomédicale du système. Des analyses de protéomique m’ont permis de révéler un mécanisme original par lequel cette région contrôle la capacité de Src à phosphoryler ses substrats. En conclusion, ces données confirment un rôle important du DU sur l'activité et la signalisation de Src et révèlent un rôle critique des domaines désordonnés dans les tumeurs chez l’Homme. L’inhibition de cette région unique par de petites molécules devrait conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le cancer. / The membrane-anchored non-receptor tyrosine kinase Src is involved in numerous signal transduction pathways and hyperactive Src is a potent oncogene and driver of human metastasis. Most of our knowledge on Src kinase regulation relies on structural data, which revealed SH2 and SH3-dependent intramolecular interactions to control active conformations of the protein. The kinase, SH3 and SH2 domains of Src are attached to the membrane-anchored SH4 domain through the flexible unique domain (UD). The role of this UD remains obscure due to its intrinsically disordered properties for which reason it was not included in original structural analyses. Interestingly, membrane-associated intrinsic disordered domains are more prevalent among signaling and cancer-related proteins and they are thought to play critical roles in human disease. NMR analysis of Src N-terminus in the presence of lipids revealed a partially structured conformation of the UD through the contact of a small peptide sequence with membrane lipids and the SH3 domain of the protein (Perez et al, 2013; Maffei et al, 2015). This interaction was regulated by phosphorylation of Ser69 and Ser75 surrounded this central region. The aim of my thesis project was to assess the biological relevance of this structural data. Interestingly, I showed that expression of Src mutants with UD loss of function drastically affected Src activity and signaling in human non-transformed cells as well as Src oncogenic properties in metastatic colorectal cancer cells. This highlights the biomedical relevance of the system. Further proteomic analysis revealed an unsuspected mechanism by which this region controls the Src capacity to phosphorylate specific substrates involved in cancer cell activity. These data support a previously unrecognized important role of the UD on Src activity and signaling and reveals a critical role of intrinsic disordered domains in the regulation of kinase signaling in human disease. Targeting this unique region by small molecules may be of therapeutic value in human cancer.

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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21447号 / 医博第4414号 / 新制||医||1032(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 武藤 学, 教授 平井 豊博, 教授 岩田 想 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Src family kinases (SFKs) are key regulators of cell proliferation, differentiation, and survival. The expression of these non-receptor tyrosine kinases is strongly correlated with cancer development and tumor progression. Thus, this family of proteins serves as an attractive drug target. The activation of SFKs can occur via multiple signaling pathways, yet many of them are poorly understood. Here, we summarize the current knowledge on G protein-coupled receptor (GPCR)- mediated regulation of SFKs, which is of considerable interest because GPCRs are among the most widely used pharmaceutical targets. This type of activation can occur through a direct interaction between the two proteins or be allosterically regulated by arrestins and G proteins. We postulate that a rearrangement of binding motifs within the active conformation of arrestin-3 mediates Src regulation by comparison of available crystal structures. Therefore, we hypothesize a potentially different activation mechanism compared to arrestin-2. Furthermore, we discuss the probable direct regulation of SFK by GPCRs and investigate the intracellular domains of exemplary GPCRs with conserved polyproline binding motifs that might serve as scaffolding domains to allow such a direct interaction. Large intracellular domains in GPCRs are often understudied and, in general, not much is known of their contribution to different signaling pathways. The suggested direct interaction between a GPCR and a SFK could allow for a potential immediate allosteric regulation of SFKs by GPCRs and thereby unravel a novel mechanism of SFK signaling. This overview will help to identify new GPCR–SFK interactions, which could serve to explain biological functions or be used to modulate downstream effectors.