Thesis (Ph. D.)--Case Western Reserve University, 2006. / [School of Medicine] Department of Pathology. Includes bibliographical references. Available online via OhioLINK's ETD Center.

Övervikt och fetma sprider sig likt en epidemi över världen. Omkring 1,9 miljarder vuxna varöverviktiga år 2014 och av dessa klassificerades 600 miljoner som feta. Forskning kring fetmas uppkomst och nya former av behandlingsalternativ pågår. En viktig faktor för uppkomst av övervikt är aptitreglering, där t.ex. Peptide tyrosine tyrosine (PYY), Oxyntomodulin (OXM) och Glucosedependent insulinotropic polypeptide (GIP) har betydelse. En litteraturstudie genomfördes där totalt nio originalartiklar från PubMed utvärderades. Syftet var att undersöka om det finns något värde i att mäta dessa hormon postprandialt. Finns det någon skillnad mellan normalviktiga, överviktiga och obesa och finns det någon skillnad mellan individer med typ 2-diabetes mellitus (T2DM) och friska individer? Finns det någon pålitlig analysmetod? Samtliga studier var måltidsstudier där olika näringsämnens påverkan på den postprandiala responsen undersöktes. Peptide tyrosine tyrosine ochGlucose-dependent insulinotropic polypeptide mättes i sex resp. fem av artiklarna och OXM mättes ien artikel. Protein, fett och kolhydrater ger en postprandial respons på PYY och GIP. Responsen av PYY var starkast efter stimuli från fett och protein. Fett tycks ge starkast respons på GIP. Fastevärden av PYY och GIP var inte olika hos normalviktiga och överviktiga i de studier som undersöktes. Det fanns en signifikant skillnad (p=0,01) mellan normalviktiga och överviktiga tonårsflickor av den postprandiala utsöndringen av PYY efter fettrik måltid, där de obesa flickorna hade lägre procentuell ändring jämfört med de normalviktiga. Pålitliga analysmetoder vid koncentrationsbestämning av dessa tre hormon i plasma är Radioimmunoassay (RIA) och Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).

Le but des travaux est de caractériser l’influence de la signalisation VEGF, en particulier la signalisation autocrine VEGF, sur la biologie et la sensibilité/résistance aux médicaments anticancéreux de cellules de cancer colorectal. Nous avons souhaité caractériser l’impact de la signalisation autocrine VEGF dans des modèles de CRC avec une résistance naturelle au bevacizumab, un anticorps anti-VEGF. Bien que ce composé soit actif dans le CRC, une sous population de patients ne répondent pas au traitement. Nos résultats montrent une sur régulation de la voie autocrine HIF-VEGF-VEGFR en réponse à une exposition prolongée au bevacizumab dans les cellules bevacizumab résistantes. Si la résistance à cet anticorps est bien établie, d’autres inhibiteur de la voie VEGF restent actifs (comme la petite molécule ciblée nintedanib) et peuvent inhiber la voie mTOR. La signalisation VEGF autocrine joue un rôle dans la survie de cellules de CRC. Chez les sujets résistants au bevacizumab, il serait intéressant d’introduire le nintedanib seul ou en combinaison pour accentuer l’inhibition angiogénique. Une autre combinaison d’agents (anti VEGF(R) et anti EGFR) a montré une efficacité dans des modèles de CRC en préclinique. La combinaison du bevacizumab et d’une petite molécule ciblant EGFR (erlotinib) a montré une plus grande efficacité que le bevacizumab seul dans des modèles de CRC indépendamment du statut KRAS. Le bevacizumab induit une activation de la voie de survie EGFR dans les cellules tumorales et dans les cellules endothéliales associées à la tumeur. Cette activation se trouve diminuée avec l’introduction de l’erlotinib. Les résultats indiquent que la combinaison du bevacizumab et de l’erlotinib sont plus actif en thérapie de maintenance que le bevacizumab seul, même pour les patients mutés KRAS. Ces résultats ont mené à l’étude clinique positive GERCOR phase III DREAM dans le cancer du côlon métastatique. / The aim of the work is to characterize the influence of VEGF signaling , especially autocrine VEGF signaling , the biology and susceptibility / resistance to anticancer drugs of colorectal cancer cells. We wished to characterize the impact of the autocrine VEGF signaling in CRC models with natural resistance to bevacizumab , an anti -VEGF antibody. Although this compound is active in the CRC, a subpopulation of patients do not respond to treatment. Our results show an autocrine regulatory pathway HIF- VEGF- VEGFR in response to prolonged exposure to bevacizumab in bevacizumab resistant cells. If the resistance to the antibody is established, other inhibitos of VEGF pathway remain active (such as small molecule nintedanib ) and can inhibit the mTOR pathway. Autocrine VEGF signaling plays a role in CRC cell survival. In subjects resistant to bevacizumab, it would be interesting to introduce the nintedanib alone or in combination to enhance the angiogenic inhibition. Another combination of targeted agents ( anti-VEGF (R) and anti EGFR) has shown efficacy in preclinical models of CRC. The combination of bevacizumab and a small molecule targeting EGFR (erlotinib) showed greater efficacy than bevacizumab alone in CRC models regardless of KRAS status. Bevacizumab induces activation of the EGFR survival pathway in tumor cells and in endothelial cells associated with the tumor. This activation is decreased with the introduction of erlotinib. The results indicate that the combination of bevacizumab and erlotinib are more active in maintenance therapy than bevacizumab alone, even for patients mutated KRAS . These findings led to the positive Phase III clinical study GERCOR DREAM in metastatic colon cancer.

Avec près de 150 000 décès estimés en 2012 d’après l’Agence internationale pour la Recherche sur le Cancer, le cancer représente la première cause de mortalité en France. Cette maladie est caractérisée par la prolifération anarchique et incontrôlée de certaines cellules de l’organisme qui échappent aux mécanismes de contrôle. A l’heure actuelle, les thérapies anticancéreuses visent principalement ces cellules tumorales en agissant sur des protéines qu’elles surexpriment, telles que les récepteurs aux facteurs de croissance à activité tyrosine kinase.Nos travaux se sont essentiellement portés sur quatre de ces récepteurs : l’EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), le VEGFR (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor), le PDGFR (Platelet-Derived Growth Factor Receptor) et le récepteur c-Kit. Plusieurs hétérocycles azotés (quinazoline, benzotriazine, thiénopyrimidine) se différenciant par leur motif anilino ou aryloxy en position 4 ont été conçus, synthétisés et évalués pharmacologiquement. Parmi ces produits, les 4-aryloxyquinazolines substituées en position 7 par des chaînes aminoalkoxy se sont révélées être de puissants inhibiteurs des récepteurs VEGFR, PDGFR et c-Kit présentant un fort pouvoir anti-angiogénique. En parallèle de ces travaux, des dérivés de type 2-aminoquinazoliniques ont été conçus. Ces composés substitués par différentes anilines en position 4 ont montré un pouvoir antiprolifératif intéressant grâce à leur intercalation entre les paires de bases de l’ADN. / According to the International Agency for Research on Cancer, cancer is the first cause of death in France with about 150 000 deaths estimated in 2012. This disease is characterized by anarchistic and uncontrolled proliferation of cells that escape control mechanisms. Currently, the anticancer drugs target mainly the cancerous cells that overexpress proteins, such as growth factor receptors with tyrosine kinase activity.Our work is mainly carried on four of these receptors: EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), VEGFR (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor), PDGFR (Platelet-Derived Growth Factor Receptor) and c-Kit receptor. Several heterocycles (quinazoline, benzotriazine, thienopyrimidine) differing by their aniline or aryloxy moiety in C-4 position were designed, synthesized and evaluated. Among these products, the 4-aryloxyquinazolines substituted by aminoalkoxy chains in C-7 position have the characteristic to be potent inhibitors of VEGFR, PDGFR and c-kit receptor with high anti-angiogenic potency. Simultaneously, 2-aminoquinazoline derivatives were designed. These compounds substituted by various anilines in C-4 position showed interesting antiproliferative activity through their intercalation between the pairs of DNA bases.

The kinase interaction motif (KIM) family of protein-tyrosine phosphatases (PTPs) includes hematopoietic protein-tyrosine phosphatase (HePTP), striatal-enriched protein-tyrosine phosphatase (STEP), and protein-tyrosine phosphatase receptor type R (PTPRR). KIM-PTPs bind and dephosphorylate mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and thereby critically modulate cell proliferation and differentiation. PTP activity can readily be diminished by reactive oxygen species (ROS), e.g. H2O2, which oxidize the catalytically indispensable active-site cysteine. This initial oxidation generates an unstable sulfenic acid intermediate that is quickly converted into either a sulfinic/sulfonic acid (catalytically dead and irreversible inactivation) or a stable sulfenamide or disulfide bond intermediate (reversible inactivation). Critically, our understanding of ROS-mediated PTP oxidation is not yet sufficient to predict the molecular responses of PTPs to oxidative stress. However, identifying distinct responses will enable novel routes for PTP-selective drug design, important for managing diseases such as cancer and Alzheimer's disease. Therefore, we performed a detailed biochemical and molecular study of all KIM-PTP family members to determine their H2O2 oxidation profiles and identify their reversible inactivation mechanism(s). We show that despite having nearly identical 3D structures and sequences, each KIM-PTP family member has a unique oxidation profile. Furthermore, we also show that whereas STEP and PTPRR stabilize their reversibly oxidized state by forming an intramolecular disulfide bond, HePTP uses an unexpected mechanism, namely, formation of a reversible intermolecular disulfide bond. In summary, despite being closely related, KIM-PTPs significantly differ in oxidation profiles. These findings highlight that oxidation protection is critical when analyzing PTPs, for example, in drug screening.

La mitochondrie est une organelle très importante vu son implication dans plusieurs processus cellulaires. Elle produit notamment la majeure partie de l'énergie qui est consommée par la cellule, grâce aux processus d'oxydation phosphorylante (OXPHOS). La phosphorylation des enzymes impliquées dans les OXPHOS apparait comme une voie de régulation importante de la production énergétique. L'objectif de ce thèse était donc de comprendre comment les phosphorylations, et plus particulièrement, les phosphorylations sur tyrosine induites par la Src kinase influencent les OXPHOS. Il a donc été démontré qu'il existe, à l'intérieur des mitochondries, des voies de régulation de ces processus de phosphorylation induits par la Src kinase. Ces processus pouvant induire la phosphorylation de plusieurs enzymes mitochondriales, notamment plusieurs sous-unités des complexes du système des électrons et ainsi, grandement influencer les OXPHOS. Il a aussi été démontré que la Src kinase semble aussi présente dans les mitochondries de cellules cancéreuses, induisant la phosphorylation d'une sous-unité de la NADH-oxidoréductase et une augmentation du métabolisme énergétique mitochondrial. Cette régulation des OXPHOS dans les cellules cancéreuses par la Src kinase pourrait participer à l'établissement du phénotype hautement prolifératif de ces cellules. / Mitochondria are implicated in several key cellular processes. They are producing most part of the energy that is consumed by the cell via oxidative phosphorylation processes (OXPHOS). Phosphorylation of different components implicated in OXPHOS are known to constitute an important regulation pathway of energetic production. The objective of this thesis was to understand how tyrosine phosphorylation induced by the Src kinase could influence OXPHOS. First, it was shown that Src kinase mediated phosphorylation can be regulated directly in mitochondria, inducing phosphorylation of several mitochondrial proteins and different effects on OXPHOS. I also demonstrated that Src kinase is also present in mitochondria of cancer cells where it can lead to phosphorylation of NADH-oxidoreductase. This phosphorylation site is associated with increase of OXPHOS which could be implicated in the establishment of global phenotype of cancer cells.

Magister Scientiae (Medical Bioscience) - MSc(MBS) / Cancer is a global health catastrophe, with neuroblastoma, the most common solid childhood tumor, and glioblastoma, a deadly brain tumor, being aggressive and unresponsive to current treatment modalities. These tumors are known to utilize uncontrollable cell proliferative capabilities as a mechanism for tumor survival. Therefore, malignant cell growth can be mitigated by targeting the essential proteins that regulate cell growth, such as receptor tyrosine kinases (RTKs). Under normal physiological conditions, RTKs bind with varying affinity to mitogenic stimuli such as growth factors such as vascular endothelial growth factor (VEGF) and platelet-derived growth factor (PDGF) which, in turn, leads to receptor phosphorylation and activation.

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Les cellules s'acclimatent à leur environnement en décodant les signaux extracellulaires et en formant des complexes protéiques spécifiques afin d'entamer une réponse biologique adéquate. Par exemple, la liaison des récepteurs tyrosines kinases (RTK) à leurs ligands extracellulaires active de nombreuses voies de signalisation en créant des sites phosphotyrosines (pTyr) pouvant servir de points d'ancrage pour des protéines cytoplasmiques. Le recrutement de protéines adaptatrices, qui sont constituées uniquement de domaines modulaires médiant des interactions protéiques et qui ne contiennent aucune activité catalytique, au niveau de RTK activés favorise l'assemblage de complexes protéiques spécifiques. La formation de ces complexes permet le réarrangement des réseaux d'interactions protéine-protéine (IPP), ce qui est un processus essentiel pour l'homéostasie cellulaire. Néanmoins, les mécanismes moléculaires permettant la régulation des fonctions des protéines adaptatrices restent peu caractérisés à ce jour. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous avons identifié une nouvelle boucle d'autorégulation négative existante entre des RTK et des protéines adaptatrices constituées de domaines d'homologie à SRC 3 (SH3). Cette famille de domaines cible des peptides riches en proline et est fréquemment retrouvée dans les protéines impliquées dans la transduction de signaux. Nous avons déterminé que le RTK EPHA4 phosphoryle directement une tyrosine située dans les poches de liaisons des trois domaines SH3 des protéines adaptatrices NCK1 et NCK2, ce qui inhibe leur capacité à interagir avec leurs partenaires protéiques. De plus, nous avons observé que ce résidu tyrosine est conservé à cette position dans plus de la moitié des 300 SH3 humains. Nos résultats suggèrent que plusieurs RTK pourraient phosphoryler des domaines SH3, et donc inhiber la transduction de signaux directement au niveau du récepteur activé à la membrane plasmique. Les modules SH3 représentent une des familles de domaines les plus répandus et médient une proportion importante des IPP des cellules eucaryotes. Les domaines modulaires ciblant des motifs peptidiques précis tels les SH3 possèdent leur propre structure tridimensionnelle qui est supposée être indépendante de leur protéine hôte. Ils sont donc généralement considérés comme étant des modules d'IPP autonome médiant des interactions via leur spécificité intrinsèque. C'est pourquoi de nombreux SH3 ont été étudiés in vitro, isolés de leur protéine hôte, au cours des deux dernières décennies. Cependant, nous ne savons pas si ces domaines sont nécessaires et suffisants pour dicter des IPP dans leur contexte protéique naturel in vivo. Pour répondre à cette question, nous avons délété systématiquement les domaines SH3 de la levure Saccharomyces cerevisiae dans le but d'identifier les interactions SH3-dépendantes in vivo. Afin de déterminer si les SH3 sont suffisants pour médier des IPP dans des cellules vivantes, nous avons échangé le domaine SH3 de la protéine liant l'actine Abp1 par tous les autres SH3 de la levure ainsi que par ceux de ses orthologues humains. Ces expériences ont mis en évidence que les domaines SH3 dictent rarement des interactions indépendamment de leur protéine hôte. De plus, nous avons observé que les modules SH3 peuvent affecter les IPP de leur protéine hôte, possiblement via des interactions allostériques. Finalement, nous avons déterminé que même le positionnement de ces domaines est critique pour les IPP et les fonctions de leur protéine hôte, par exemple l'endocytose et la séparation de phases, chez la levure et l'humain. Nos travaux démontrent clairement l'importance du contexte protéique des domaines SH3 et que les fonctions de ceux-ci dépendent de leur protéine hôte. Ces résultats améliorent considérablement notre compréhension du fonctionnement des domaines SH3 dans des cellules saines et lors de pathologies. / Cells adapt to their environment by decoding extracellular signals and forming specific protein complexes to initiate the correct biological response. For example, the activation of receptor tyrosine kinases (RTKs) following binding to their extracellular ligands regulates numerous signaling pathways by creating phosphotyrosine (pTyr) sites that can serve as binding motifs for cytoplasmic proteins. The recruitment of adaptor proteins, consisting only of modular protein interaction domains and containing no catalytic activity, at activated RTKs promotes the assembly of specific protein complexes. The formation of these complexes allows the rearrangement of protein-protein interaction (PPI) networks, which is an essential process for homeostasis. However, the molecular mechanisms regulating the functions of adaptor proteins remain poorly characterized. We identified a negative autoregulatory loop existing between RTKs and adaptor proteins containing SRC homology 3 (SH3) domains. This family of modules targets proline-rich peptides and is enriched in proteins involved in signal transduction. We have determined that the RTK EPHA4 directly phosphorylates a tyrosine located in the binding pocket of the three SH3 domains of the adaptor proteins NCK1 and NCK2, and that this inhibits their ability to interact with their protein partners via SH3-dependent associations. In addition, we observed that this tyrosine residue is conserved at this position in more than half of the 300 human SH3s. Our results suggest that several RTKs may phosphorylate SH3 domains, and therefore inhibit signal transduction directly at the sites of activated receptors at the plasma membrane. SH3s modules represent one of the most widespread families of domains and mediate a significant proportion of all PPIs in eukaryotic cells. Modular domains targeting precise peptide motifs such as SH3s have their own three-dimensional structure, which is independent of their host protein. They are therefore generally considered to be autonomous PPI modules mediating interactions via a domain-intrinsic specificity. Based on this, many SH3s have been studied in vitro isolated from their host protein, over the past two decades. However, we still do not know whether these domains are necessary and sufficient to dictate PPIs in their natural protein context in vivo. To answer this question, we systematically deleted SH3 domains of the yeast Saccharomyces cerevisiae to identify SH3-dependent interactions in vivo. In order to determine whether SH3 domains are sufficient to mediate PPIs in living cells, we exchanged the SH3 domain of the actin-binding protein Abp1 with all the other yeast SH3s as well as those of its human orthologs. These experiments demonstrated that SH3 domains rarely dictate interactions independently of their host protein. In addition, we observed that SH3s can affect their host's PPIs according to the domain sequence, possibly via allosteric interactions. Ultimately, we determined that even the positioning of these domains is critical for the PPIs and the functions, for example endocytosis and phase separation, of their host protein in yeast and humans. Our work clearly demonstrates the importance of the protein context of SH3 domains and that their functions depend on their host protein. These results considerably improve our understanding of the functions of SH3 domains in normal cells and in the context of pathologies.

La protéine E4orf4 de l'adénovirus humain induit la mort cellulaire de façon sélective dans les cellules transformées lorsqu'elle est exprimée en dehors de son contexte viral. Les travaux réalisés dans notre laboratoire ont permis d'identifier une cible majeure de E4orf4, les tyrosine kinases de la famille Src. L'association de E4orf4 à la tyrosine kinase Src entraîne des perturbations au niveau du cytosquelette d'actine, ce qui mène à l'activation d'un sentier alternatif de mort cellulaire physiologique à partir du cytoplasme (activité toxique cytoplasmique). Les travaux présentés dans cette thèse démontrent que E4orf4 est phosphorylée sur résidus tyrosine et que sa phosphorylation est requise pour son activité toxique cytoplasmique. Quatre résidus tyrosine (Y) phosphorylés ont été identifiées : Y26, Y42, Y59 et Y60. La phosphorylation de la tyrosine 42 et possiblement des tyrosines 26 et 59 est modulée par l'activité des kinases de la famille Src. Le développement d'anticorps polyclonaux phospho-spécifiques a permis de confirmer que les tyrosines 42 et 60 sont phosphorylées in vivo, dans les conditions où E4orf4 induit la mort cellulaire. L'anticorps anti-phospho-Y42 reconnaît également des substrats de Src dont la phosphorylation est stimulée par E4orf4. Certains de ces substrats ont été isolés par immunoprécipitation à l'aide de cet anticorps et ont été identifiés par spectrométrie de masse de type LC-MS/MS. De plus, E4orf4 phosphorylée, Src et les substrats de Src dont la phosphorylation est stimulée par E4orf4 sont enrichis dans un compartiment vésiculaire juxtanucléaire à partir duquel le signal de mort semble initié. L'utilisation de mutants de E4orf4 montre que sa phosphorylation possède deux rôles majeurs. La phosphorylation de la tyrosine 42 potentialise l'activité toxique cytoplasmique de E4orf4 en stabilisant sa localisation cytoplasmique et membranaire et en favorisant sa phosphorylation sur d'autres sites. La tyrosine 26 et le site tyrosine 59/60 contribuent individuellement pour environ 50% de l'activité toxique cytoplasmique de E4orf4 et semblent permettre le recrutement de complexes signalétiques menant à l'induction de la mort cellulaire. Mes résultats suggèrent que la protéine adaptatrice Grb2, la tyrosine phosphatase Shp2, la kinase DNA-PK et l'ATPase p97-VCP s'associent à E4orf4. Le rôle potentiel de ces protéines dans l'activité toxique cytoplasmique de E4orf4 est discuté.