A group of small GTPases consist of over twenty protein families in the super class P-loop. It has a very diverse cell functions. Small GTPases regulate the formation of vesicular follicles, cytoskeleton and nuclear transport. They participate also on cell proliferation and signaling. The aim of my work is to find important amino acids that define family and distinguish each other. I focus on families Arf, Rab, Ran, Ras and Rho. At the Rho family I am also devoted to classes Rho, Rac and Cdc42. Amino acids are identified using bioinformatic programs selected Consurf and Sca5. The objective is also to test P2RANK specialized tool developed at the Charles University in Prague that predict ligand binding sites from protein structure in different families. Founding amino acids can have a big role in the functional divergence of individual families and classes of small GTPases and can be the basis for future study example for the proliferation of cancerous cells. 1.1 Keywords Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

The mechanical strength of plant tissues and organs can be attributed to specific properties of the cell wall. In many cases, in order to establish their final shape, cells deposit various cell wall materials in a localized manner. This is achieved by highly organized action of the endomembrane system which is essential for biosynthesis and secretion of cell wall proteins and polysaccharides. The exocyst complex is a conserved tethering complex in eukaryotes and it is involved in tethering of secretory vesicles to the sites of secretion at the plasma membrane. In this study, we address several aspects of the plant exocyst complex architecture and cell wall development using molecular biology techniques and advanced confocal microscopy. We demonstrated that two SEC10 exocyst subunits are present in Arabidopsis thaliana and share redundant functions. We also showed that the architecture of the plant exocyst complex shares several structural features with the yeast one. We demonstrated the importance of the functional EXO84b exocyst subunit for normal tracheary element development and showed that the main constituents of the secondary cell walls are deposited normally in exocyst mutants. We described a clear difference in the exocyst microtubule-independent dynamics in epidermal cells vs. cell type...

Exocyst is a binding protein complex, which is evolutionary conserved in yeast, animal and in plant cells. It has crucial role in regulation of cell morfogenesis and cell polarity. The function of the exocyst complex is binding of secretoric vesicle to the proper side on plasma membrane in penultimate step of exocytosis. This process is essecial for function and survival of cell. Another process crucial for the cell is autophagy. In plants autophagy plays important role in the responses to nutrient starvation, senescence, abiotic and biotic stress. RabG3b are small GTPases, which have positive role in autophagy. In this work I described the interaction between RabG3b and some of subunits of exocyst complex: Exo70B1, Exo70B2 and Exo84b. I also studied changes in morfogenesis of tonoplast by induction and inhibition of authophagy and induction of anthocyans synthesis in Arabidopsis thaliana.

Le trafic vésiculaire permet un échange coordonné de molécules entre les différents organites de la cellule et dépend largement des petites GTPases de la famille des Rabs dont le nombre varie entre 27 chez la Drosophile et 70 chez l’Homme. Un des prochains défis consiste donc à élucider les mécanismes cellulaires qui coordonnent l’activité de ces Rabs, laquelle garantit un transport vésiculaire ordonné au sein de la cellule. Les Rabs agissent comme des interrupteurs moléculaires grâce à leur capacité à cycler entre un état actif et inactif. L’activité des Rabs est contrôlée par des protéines régulatrices puis des effecteurs en aval coordonnent leurs différentes fonctions. La petite GTPase Rab11 est essentielle au développement de plusieurs organismes incluant la Drosophile, C. elegans et la souris puisqu’elle se retrouve au cœur de différentes voies de transport. D’ailleurs, le trafic de molécules dépendant de Rab11 est perturbé dans plusieurs pathologies. Malgré son rôle central dans le trafic vésiculaire, la régulation de Rab11 reste peu comprise in vivo. Cette thèse se penche sur les mécanismes moléculaires contrôlant les fonctions de Rab11 et de ses effecteurs lors de la migration cellulaire collective et lors de la cytocinèse. Nous avons identifié Evi5 comme un nouvel acteur clé de la migration cellulaire collective, et nous montrons qu’elle possède une activité Rab11-GAP essentielle pour maintenir les récepteurs de guidance actifs de façon polarisée au front de migration. Nous avons ensuite déterminé que Rab11 régule la communication cellulaire lors de la migration collective par l’entremise de son interaction avec la Moésine. Une question reste toutefois en suspens : sachant que Rab11 compte plus de 13 effecteurs, quels sont les mécanismes assurant la spécificité de l’interaction entre cette GTPase et un effecteur particulier? Une partie de la réponse provient peut-être de nos observations que les membres des Rab11-FIPs de classe I, une famille d’effecteurs de Rab11, interagissent avec les protéines d’échafaudage 14-3-3. Chez la Drosophile, Rip11 est le seul représentant des Rab11-FIPs de classe I et nous montrons que Rip11 aurait des fonctions inattendues durant la cytocinèse qui seraient coordonnées par 14-3-3. Nos recherches permettent de dresser un portrait plus authentique des mécanismes moléculaires régulant les différentes fonctions de Rab11 et de ses effecteurs in vivo. / Vesicle trafficking allows coordinated exchange of molecules between the cell organelles and depends largely on small GTPases of the Rab family which contains 27 members in Drosophila and 70 in Human. One challenge is to identify the cellular mechanisms which coordinate Rab activity to ensure ordered vesicle transport within the cell. Rab proteins act like molecular switch by cycling between an active and an inactive state. Rab activity is regulated by helper proteins, whereas downstream effector proteins coordinate the Rab functions. The small GTPase Rab11 is crucial for Drosophila, C. elegans and mouse development since Rab11 is at the heart of different transport routes. Thus, Rab11-dependent trafficking of molecules is perturbed in different pathologies. Despite its central role during vesicle trafficking, the regulation of Rab11 in vivo is poorly characterized. This thesis focus on the molecular mechanisms controlling the function of Rab11 and its effectors during collective cell migration and cytokinesis. We identify Evi5 as a novel key regulator of collective cell migration and we show that Evi5 has Rab11-GAP activity essential for maintaining active guidance receptors at the leading edge. We then show that Rab11 regulates cell communication during collective cell movement through its interaction with Moesin. A question still remained unanswered: knowing that Rab11 has more than 13 effectors, which mechanisms assure the specificity of interaction between this small GTPase and a particular effector? Part of the answer might come from our observation that class I Rab11-FIPs, known Rab11 effectors, are able to bind to the 14-3-3 scaffolding proteins. In Drosophila, Rip11 is the sole member of the class I Rab11-FIPs and we show that Rip11 has unexpected functions during cytokinesis which are coordinated by 14-3-3. Our research allows us to better understand the molecular mechanisms regulating Rab11 and its effectors in vivo.

Lfc is a guanine nucleotide exchange factor (GEF) for RhoA and is negatively regulated by its association with the microtubule array. Tctex-1, a light chain subunit of the dynein motor complex, was identified as an Lfc-interacting protein in a yeast two-hybrid screen. In mouse embryonic fibroblast (MEF) cells, over-expression of Tctex-1 represses Lfc-induced actin stress fiber and focal adhesion complex formation. Here, we present biochemical evidence obtained from a real-time, nuclear magnetic resonance (NMR)-based assay indicating that the microtubule exerts its inhibitory effect on Lfc through a mechanism that is dependent on the presence of Tctex-1. We also present NMR structure data showing that Lfc and the dynein intermediate chain (DIC) bind to different surfaces of Tctex-1. The biochemical and structural data together support a model in which Lfc is recruited to the microtubules through the dynein cargo adaptor function of Tctex-1, resulting in inhibition of Lfc function.

Lfc is a guanine nucleotide exchange factor (GEF) for RhoA and is negatively regulated by its association with the microtubule array. Tctex-1, a light chain subunit of the dynein motor complex, was identified as an Lfc-interacting protein in a yeast two-hybrid screen. In mouse embryonic fibroblast (MEF) cells, over-expression of Tctex-1 represses Lfc-induced actin stress fiber and focal adhesion complex formation. Here, we present biochemical evidence obtained from a real-time, nuclear magnetic resonance (NMR)-based assay indicating that the microtubule exerts its inhibitory effect on Lfc through a mechanism that is dependent on the presence of Tctex-1. We also present NMR structure data showing that Lfc and the dynein intermediate chain (DIC) bind to different surfaces of Tctex-1. The biochemical and structural data together support a model in which Lfc is recruited to the microtubules through the dynein cargo adaptor function of Tctex-1, resulting in inhibition of Lfc function.

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Les catécholamines induisent la synthèse d’AMPc par une stimulation des récepteurs β-adrénergiques et contrôlent ainsi la fonction cardiaque en activant une pléiade de voies de signalisation intracellulaires. Les protéines Epac sont des facteurs d’échange pour les petites protéines G et sont directement activés par l’AMPc. Devant l’importance de la voie β-adrénergique dans la physiopathologie cardiaque et dans le but de mieux comprendre la régulation des processus cellulaires dépendants de l’AMPc dans le cœur, il apparaît essentiel de caractériser le rôle des facteurs d’échange Epac dans le myocarde. Dans une première partie, cette étude démontre que les effets de Epac sur l’hypertrophie des cardiomyocytes ventriculaires de rats nouveaux nés requièrent les GTPases H-Ras et Rap2B. Epac active la voie PLC/IP3/Ca2+ qui est nécessaire pour l’activation de H-Ras. Au niveau transcriptionnel, Epac induit l’export nucléaire de HDAC4 permettant l’activation d’un programme génique d’hypertrophie. Dans une deuxième partie, cette étude révèle l’implication de Epac1 dans l’hypertrophie des cardiomyocytes in vivo, chez la souris. La délétion de Epac1 protège du remodelage cardiaque induit par l’activation prolongée des récepteurs β-adrénergiques et améliore la fonction cardiaque. La surexpression de Epac1 spécifiquement dans le myocarde entraîne une hypertrophie des cardiomyocytes. Par ailleurs, la voie β-AR/Epac1 induit l’accumulation de protéines ubiquitinylées et provoque l’activation du processus d’autophagie in vitro et in vivo. L’autophagie protège des effets délétères de la voie β-adrénergique/Epac en participant à l’élimination des agrégats protéiques et en contrant les effets hypertrophiques de Epac1. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement de l’hypertrophie et de l’insuffisance cardiaque. / Catecholamines regulate cardiac function by stimulating β-adrenergic receptors (β-AR), leading to cAMP production and activation of a multiplicity of signaling pathways. Epac proteins are exchange factors for small G proteins which are directly activated by cAMP. Given the importance of the β-adrenergic pathway in cardiac physiopathology, it becomes essential to characterize functions of Epac protein in myocardium. In a first part, this study shows that H-Ras and Rap2B GTPases are involved in Epac-induced neonatal rat cardiac myocytes hypertrophy. Epac induces activation of the PLC/IP3/Ca2+ pathway which is necessary for H-Ras activation. At the transcriptional level, Epac causes HDAC4 nuclear export leading to activation of a hypertrophic gene program. In a second part, this study reveals implication of Epac1 in cardiac hypertrophy in vivo. Deletion of Epac1 in mice protects from cardiac remodeling induced by chronic isoproterenol infusion and enhances cardiac function. Cardiac specific overexpression of Epac1 in mice induces cardiac myocytes hypertrophy. Interestingly, β-AR/Epac1 pathway triggers ubiquitinated proteins accumulation and activation of autophagy both in vitro and in vivo. By eliminating aggregates and by counteracting hypertrophic effects of Epac, autophagy protects from deleterious effects of the β-AR/Epac pathway. These results open news insights into the treatment of cardiac hypertrophy and heart failure.

Chez les vertébrés, le battement coordonné des cils motiles présents par centaines à la surface apicale des cellules multiciliées (MCC) est requis pour propulser directionnellement les fluides biologiques à l’intérieur de certains organes (voies respiratoires, ventricules cérébraux, trompes utérines ou certaines structures embryonnaires). De nombreuses pathologies humaines sont associées à des défauts ciliaires ou à une perte des MCC (dyskinésies ciliaires, mucoviscidose, asthme,...). Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté à élucider les mécanismes complexes contrôlant la différenciation des MCC et donc la formation des cils motiles (multiciliogenèse). Par des approches de génomiques fonctionnelles à partir de deux modèles d’épithéliums multiciliés évolutivement éloignés (épithélium respiratoire humain et épiderme d’embryon de Xénope) nous avons identifié la famille des microARN (petits ARN non-codants régulateurs de l’expression génique) miR-449 comme majoritairement exprimée dans les MCC. Nous avons montré que miR-449 contrôle la multiciliogenèse i) en bloquant le cycle cellulaire, ii) en réprimant directement la voie de signalisation Notch et iii) en inhibant l’expression de la petite GTPase R-Ras. Enfin, nos travaux montrent que l’ensemble de ces mécanismes est conservé chez les vertébrés. En conclusion, miR-449 est un nouveau régulateur clé de la multiciliogenèse conservé au cours de l’évolution. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques utilisant des petits ARN régulateurs dans le traitement de certaines pathologies associées à des défauts ciliaires. / In vertebrates, the coordinated beating of hundreds of motile cilia present at the apical surface of multiciliated cells (MCC) is required for propel directionally flow of biological fluids inside some organs (airways, cerebral ventricles, fallopian tubes or some embryonic structures). Many human diseases are associated with ciliary defects or loss of MCC (ciliary dyskinesia, cystic fibrosis, asthma ...). In this context, my thesis has sought to elucidate the complex mechanisms that control the differentiation of MCC and thus the formation of motile cilia (multiciliogenesis). By functional genomic approaches from two evolutionarily distant models of multiciliated epithelia (human respiratory epithelium and epidermis of Xenopus embryo) we identified the miR-449 family of microRNAs (small non-coding RNAs regulating gene expression) as mainly expressed in MCC. Then, we showed that miR-449 controlled multiciliogenesis by i) blocking the cell cycle ii) directly suppressing the Notch pathway and iii) by inhibiting the expression of the small GTPase R-Ras. Finally, we have demonstrated that all these mechanisms were conserved in vertebrates. In conclusion, miR-449 is a new key and conserved regulator of multiciliogenesis. Our findings could pave the way for new therapeutic strategies using small regulatory RNAs in the treatment of several diseases associated with ciliary defects.