La couche cornée, couche la plus superficielle de l'épiderme, assure une fonction de barrière multifonctionnelle vitale pour l'organisme. Le maintien de cette barrière dépend de la fonctionnalité des cellules sous-jacentes, les kératinocytes granuleux, dernière couche de cellules vivantes de l'épiderme. Les kératinocytes granuleux contiennent dans leur cytoplasme de nombreux organites tubulo-vésiculaires sécrétoires, appelés corps lamellaires (CL). Les CL jouent un rôle majeur dans la formation et le maintien de cette barrière en déversant leur contenu (lipides, lipases, protéases, inhibiteurs de protéases, peptides antimicrobiens,...) à la transition couche cornée - couche granuleuse. Le trafic intracellulaire des CL est donc un processus déterminant dans l'homéostasie de la couche cornée. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de ce trafic ne sont pas élucidés. Précédemment, au laboratoire, une analyse systématique par spectrométrie de masse des protéines associées aux CL a permis d'identifier plusieurs GTPases de la famille Rab et certains de leurs effecteurs. Ces protéines étant des régulateurs majeurs du trafic vésiculaire dans tous les types cellulaires, elles pourraient jouer un rôle dans le routage des CL et, ainsi, dans la fonctionnalité de la barrière épidermique. L'objectif de ma thèse était d'identifier les GTPases Rab et effecteurs impliqués dans la régulation du trafic intracellulaire des CL. Dans un premier temps, j'ai mis en évidence que la GTPase Rab11a est fortement exprimée dans les kératinocytes granuleux où elle est partiellement associée aux CL. J'ai montré que la déplétion de Rab11a dans un modèle tridimensionnel d'épiderme reconstruit in vitro réalisée grâce à la technique d'interférence à l'ARN, induit une diminution de la densité et de la sécrétion des CL. L'extinction de Rab11a entraîne également une baisse du taux de céramides et de cholestérol, une désorganisation des lipides intercornéocytaires et une augmentation de la perméabilité de la couche cornée. Dans les épidermes reconstruits déplétés, les composants des CL non-sécrétés sont adressés vers une voie de dégradation lysosomale. Dans un deuxième temps, j'ai observé que la perte d'expression de Rab11a induit une anomalie de distribution du moteur moléculaire Myosine-Vb, effecteur majeur de Rab11a. J'ai donc analysé les conséquences de la déplétion de Myosine-Vb dans les épidermes reconstruits et montré qu'elle induit un phénotype comparable à celui observé lors de la déplétion de Rab11a. L'ensemble de ces résultats suggèrent fortement que le complexe bipartite Rab11a-Myosine-Vb constitue un régulateur majeur de la biogenèse des CL et ainsi, de l'homéostasie de la barrière épidermique. Mon travail de thèse est la première étape du décryptage des voies moléculaires impliquées dans la biogenèse des CL et contribue à une meilleure compréhension du rôle du trafic intracellulaire dans la constitution de la barrière épidermique. Il pourrait permettre de caractériser les mécanismes physiopathologiques associés à un défaut de trafic des CL. / The stratum corneum, the most superficial layer of the epidermis, provides a multifunctional protective barrier which is vital for the organism. The maintenance of this barrier is directly dependent on the underlying granular keratinocytes which are the last living cells in the epidermis. The granular keratinocytes contain in their cytoplasm numerous tubulovesicular secretory organelles called lamellar bodies (LB). LB play a major role in the establishment and the maintenance of the epidermal barrier by releasing their content (lipids, lipases, proteases, protease inhibitors, antimicrobial peptides,...) at the junction between the stratum corneum and the stratum granulosum. Because of LB importance in the maintenance of the stratum corneum homeostasis, the regulation of their trafficking deserves further study.Previously, in my laboratory, a proteomic characterization of LB by mass spectrometry has identified several Rab family GTPases and some of their effectors. In any cell type, from yeast to human, Rab GTPases are considered as major regulator of vesicular trafficking. Thus, I postulated that these proteins could play a role in the regulation of LB routing in the cytoplasm of granular keratinocytes. In this context, the aim of my thesis was to determine which Rab GTPases and effectors are involved in this process. In a first step, I demonstrated that Rab11a is strongly expressed in granular keratinocytes where it is associated with LB. I showed that Rab11a silencing using RNA interference technique in an in vitro tridimensional model of reconstructed human epidermis induces a decrease of LB density and secretion in granular keratinocytes. The Rab11a depletion also leads to a decrease of ceramide and cholesterol level and a disorganization of intercorneocyte lipids, generating a defective epidermal barrier. In depleted reconstructed epidermis, there is a missorting of non-secreted LB components, driven to the lysosomal degradation pathway. In a second step, I observed that Rab11a silencing affects distribution of its effector, the molecular motor Myosin-Vb. So, I analyzed the consequences of Myosin-Vb depletion in the model of reconstructed epidermis and I demonstrated that the phenotype obtained is similar that of a Rab11a depleted epidermis. Taken together, these results strongly suggest that the bipartite complex Rab11a-Myosin-Vb is able to regulate the biogenesis of LB in granular keratinocytes. Thus, this molecular complex is a crucial regulator of the epidermal barrier homeostasis. My thesis work is a first step in the deciphering of the molecular pathway involved in LB biogenesis. It is a breakthrough in the comprehension that membrane dynamic in the granular keratinocytes is a major regulator of epidermal barrier. It may contribute to a better understanding of pathophysiological mechanisms related to dysregulated LB trafficking in skin diseases.

Résumé : La protéine Gα[indice inférieur]s est une GTPase hétérotrimérique, actrice principale de la signalisation intracellulaire couplée aux récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Un de ses rôles majeurs est de transmettre l’activation d’un RCPG par un agoniste au niveau de la membrane plasmique, en signal intracellulaire, ceci grâce à un changement conformationnel dû à sa liaison à un GTP. En réponse, la protéine Gα[indice inférieur]s activera principalement la voie de l’AMP cyclique. Or, depuis quelques années, la protéine Gα[indice inférieur]s semble impliquée dans un tout autre phénomène intracellulaire, qu’est le trafic vésiculaire. En effet, sa localisation au niveau du compartiment endosomal laisse perplexe. Certains ont démontré le couplage de cette sous-unité avec des récepteurs internalisés, induisant une signalisation à partir de la membrane endosomale, tandis que d’autres ont démontré une implication de cette sous-unité au niveau du complexe de triage protéique présent sur la membrane endosomale. Ainsi, l’équipe du Dr Farquhar a démontré l’implication de Gα[indice inférieur]s avec la protéine hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate (HRS) dans la dégradation du récepteur à l’epidermal growth factor (EGF). A travers nos travaux, nous avons pu démontrer une implication générale de la sous-unité Gα[indice inférieur]s dans la régulation de la dégradation endosomale de nombreux récepteurs, comme les RCPG. Nous avons identifié deux complexes, un ubiquitine-indépendant et un ubiquitine-dépendant. Le premier, ubiquitine-indépendant, implique une interaction directe de la protéine Gα[indice inférieur]s avec les proteines GPCR associated sorting protein 1 (GASP-1) et dysbindin. Ces deux protéines ont déjà été démontrées comme étant indispensables à l’adressage du récepteur delta opioïde (DOP) vers le compartiment lysosomal. Nous avons identifié que GASP-1 et dysbindin font le lien entre Gα[indice inférieur]s et HRS, et induisent l’adressage aux lysosomes du récepteur DOP, via les complexes endosomal sorting complexes required for transport (ESCRT). Le second complexe identifié, ubiquitine-dépendant, est spécifique au récepteur C-X-C motif receptor 4 (CXCR4). L’adressage de ce récepteur aux lysosomes fait intervenir de nombreuses enzymes ubiquitine-ligases ainsi que des enzymes déubiquitinases. Nous avons démontré que Gα[indice inférieur]s, via son interaction directe avec l’E3 ubiquitine ligase Deltex 3 like (DTX3L), module l’activation d’une autre E3 ubiquitine ligase atrophin-1 interacting protein 4 (AIP4) et influence l’état d’ubiquitination du complexe ESCRT0, ceci régulant la dégradation du récepteur CXCR4. Paradoxalement, nous avons pu remarquer que les complexes identifiés ne semblent pas affecter les récepteurs couplés à Gα[indice inférieur]s. En effet, les récepteurs connus pour être couplés à la protéine Gα[indice inférieur]s, d’un point de vue signalétique, n’ont pas leur trafic intracellulaire affecté par la déplétion de l’expression de la protéine Gα[indice inférieur]s. De plus, l’état d’activation de Gα[indice inférieur]s ne semble pas influencer ces complexes. / Abstract : The Gα[subscript]s protein is a heterotrimeric GTPase protein, lead actress of intracellular signaling coupled to G protein-coupled receptors (GPCR). One of its major role is to transmit the binding of a ligand on the GPCR at the plasma membrane in intracellular signaling, thanks to a conformational change due to binding to GTP. In response, the activated Gα[subscript]s protein will mainly stimulate the way of cyclic AMP. However, in recent studies, the Gα[subscript]s protein appears to be involved in other intracellular phenomenon, like vesicular trafficking, due to its location at the endosomal compartment. Some studies showed the coupling of this subunit with internalized receptors, inducing signaling from the endosomal membrane, while others have shown implication of this subunit in the protein sorting complex presents on the endosomal membrane. Thus, the team of Dr. Farquhar demonstrated the involvement of Gα[subscript]s protein with hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate (HRS) protein, in the epidermal growth factor receptor (EGFR) degradation. Through our study, we demonstrated a general involvement of Gα[subscript]s subunit in the regulation of endosomal degradation of many receptors, such as GPCRs. We identified two complexes, an ubiquitin-independent and an ubiquitin-dependent. The first, ubiquitin-independent one, involves a direct interaction of Gα[subscript]s protein with GPCR associated sorting protein 1 (GASP-1) and dysbindin. These two proteins have been previously shown to be essential for delta opioid receptor (DOP) targeting to the lysosomal compartment. We identified that GASP-1 and dysbindin make the link between Gα[subscript]s and HRS, and induce the DOP receptor addressing to lysosomes, via complexes with endosomal sorting complex required for transport (ESCRT). The second complex identified is the ubiquitin-dependent complex, which is specific to the CXC motif receptor 4 (CXCR4). The lysosomal sorting of this receptor involves many ubiquitin ligases and deubiquitinases enzymes. We demonstrated that Gα[subscript]s, through a direct interaction with the E3 ubiquitin ligase Deltex 3 like (DTX3L), modulates the activation of another E3 ubiquitin Atrophin-1 interacting protein ligase 4 (AIP4) and influences the ESCRT-0 ubiquitination pattern. This complex regulates the CXCR4 receptor degradation. Paradoxically, we observed that receptors coupled to Gα[subscript]s are not affected. Indeed, the receptors known to be coupled to the Gα[subscript]s protein have not their intracellular trafficking affected by Gα[subscript]s depletion. Moreover, Gα[subscript]s activation state does not seem to influence these complexes.

La polarité cellulaire est un processus fondamental qui contrôle les spécificités fonctionnelle et physiologique de la plupart des cellules eucaryotes. Cette asymétrie intracellulaire repose sur l’existence de compartiments membranaires distincts, à la fois dans leur composition en protéines mais également en phosphatidyl-inositols (PIs). Ainsi, la mise en place et le maintien de la localisation asymétrique de modules multi-protéiques associés notamment aux protéines PAR sont essentiels pour l’élaboration des domaines de polarité cellulaire. Durant ma thèse, j’ai étudié les relations entre les protéines de polarité et les PIs dans le contrôle de la polarité cellulaire. Plus particulièrement, en utilisant la chambre ovarienne de Drosophile, j’ai cherché à caractériser la suite d’évènements qui en amont régule l’activité de la PIP5K, Skittles (SKTL), qui produit le PI(4,5)P2 et à caractériser les mécanismes moléculaires qui lient le PI(4,5)P2, SKTL et les protéines PAR dans le contrôle et le maintien de la polarité cellulaire. J’ai contribué à caractériser l’importance de PI(4,5)P2 majoritairement produit par SKTL, dans le maintien de la polarité apico-basale et lors de la morphogenèse des cellules folliculaires de la chambre ovarienne. Le PI(4,5)P2 assure la localisation apicale de PAR3 et le maintien des jonctions adhérentes, sans affecter la localisation de PAR1. Par une méthode de quantification précise, j’ai ensuite démontré dans l’ovocyte que SKTL et le PI(4,5)P2, probablement grâce au trafic vésiculaire, étaient requis pour à la fois l’accumulation à l’antérieur de PAR3 et son exclusion au postérieur qui se fait à partir du stade 9B. L’accumulation antérieure de PAR3 est également dépendante d’un transport Dynéine dépendant et de la kinase IKKε tandis que son exclusion postérieure dépendant des phosphorylations par PAR1. Enfin, j’ai également étudié les modifications post traductionnelles de SKTL et leur importance dans la polarité cellulaire. J’ai identifié la présence de palmitoylation et de phosphorylations dont certaines impliquent la kinase PAR1 et la phosphatase PP1. Ces phosphorylations pourraient avoir un lien avec le rôle de SKTL dans le trafic vésiculaire. Ces résultats permettent donc d’élucider certains mécanismes cellulaires qui contrôlent la mise en place et le maintien de la polarité des cellules en liant les PIs et les protéines PAR / Cell polarity is a fundamental process that controls cell’s functional and physiological specificities. This process relies on membranous compartments differently composed both on proteins and on phosphatidyl-inositols (PIs). Indeed, through their asymmetric localization, polarity proteins, such as the PAR proteins, are essentials to establish and maintain polarity of the cells. During my PhD, I studied the interplay between the polarity proteins and the PIs. Using the Drosophila egg chamber, as a model, I aimed to characterized the upstream events that regulate the PI(4,5)P2 producing kinase (PIP5K), Skittles (SKTL), activity and localization. I also studied the downstream molecular process that link the PI(4,5)P2, SKTL and the PAR proteins in cell polarity. I contributed to the characterization of the importance of PI(4,5)P2, mainly produced by SKTL in maintaining the apical-basal polarity and during the morphogenesis of the follicle cells. The PI(4,5)P2 is ensuring PAR3 and adherens junctions but not PAR1 proper localizations. Next, through a precise quantification method, I showed that SKTL and the PI(4,5)P2, probably via vesicular traffic, were also ensuring PAR3 proper localizations (anterior accumulation and stage 9B posterior exclusion) in the oocyte. PAR3 accumulation also relies on a Dynein mediated transport and the IKKε kinase while its posterior exclusion relies on PAR1 phosphorylation. Finally, I studied SKTL post translational modifications and their relevance on cell polarity. I identified palmitoylation and phosphorylations that are regulated by the kinase PAR1 and the phosphatase PP1. SKTL phosphorylations seem to be related to its role on the vesicular traffic. Altogether these results clarify some mechanisms involving both PIs and PAR proteins in cell polarity maintaining and establishment

Les syndécans forment une famille de quatre protéines transmembranaires qui sont substituées par l'héparane sulfate. Grâce à ces chaînes glucidiques extracellulaires, les syndécans contrôlent la signalisation d'une pléthore de facteurs de croissance et de molécules d'adhésion. Une autre caractéristique remarquable des syndécans est la conservation de leur domaine intracellulaire au cours de l'évolution. Ce domaine contient un motif C-terminal qui peut induire une interaction avec les protéines dites «PDZ». Les interactions PDZ sont promiscues et les protéines PDZ contrôlent divers aspects de la signalisation cellulaire et de la communication cellule-cellule. Quatre interactions syndecan-PDZ ont été décrites à ce jour et toutes ces interactions ont des effets drastiques sur le comportement des cellules. En particulier, il a été documenté que l'interaction syndécan-synténine a un impact sur le trafic intracellulaire de molécules de signalisation liant l’héparan sulfate. De plus, les syndécans et la synténine coopèrent dans le contrôle la biogenèse des exosomes, organites extracellulaires fonctionnant comme des médiateurs importants de la communication cellule-cellule (y compris dans différentes maladies systémiques comme le cancer). Le protéome humain compte 150 protéines PDZ qui contiennent 266 domaines PDZ. Dans ce travail, nous avons mis à jour la complexité de l'interactome syndecan-PDZ et testé son impact sur le trafic membranaire et sur la composition des vésicules extracellulaires. Notre travail ouvre la voie à une meilleure compréhension des réseaux moléculaires contrôlant la communication cellule-cellule en physio-pathologie. / Syndecans form a family of four transmembrane proteins that are substituted with heparan sulfate. By virtue of these extracellular carbohydrate chains, syndecans control the signaling of a plethora of growth factors and adhesion molecules. Another remarkable feature of syndecans is the conservation of their intracellular domain through evolution. This domain contains a C-terminal motif that can mediate interaction with PDZ proteins. PDZ interactions are promiscuous and PDZ proteins control various aspects of cell signaling and cell-cell communication. Four syndecan-PDZ interactions have been described so far and all these interactions have broad effects on cell behavior. In particular, it was documented that syndecan-syntenin interaction has impact on the intracellular trafficking of heparan sulfate cargo. Moreover syndecan-syntenin controls the biogenesis of exosomes, extracellular organelles emerging as important mediators of cell-cell communication in health and diseases. The human proteome contains 150 PDZ proteins and 266 PDZ domains. Here we started addressing the complexity of the syndecan-PDZ interactome and tested for its impact on membrane trafficking and on the composition of extracellular vesicles. Our work paves the way for a better understanding of the molecular mechanisms and networks controlling cell-cell communication in health and disease.

Résumé : L’expression de surface des récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) est un processus hautement régulé et très important dans le maintien de l’homéostasie cellulaire. En effet, un déséquilibre dans leur niveau d’expression est souvent relié à différentes pathologies comme le cancer, le diabète, l’obésité, les maladies cardiovasculaires et les maladies neurodégénératives. C’est pourquoi la compréhension des mécanismes moléculaires influençant ce phénomène est si importante et nous permettra d’élaborer et/ou d’améliorer les médicaments ciblant la régulation de ce processus. Il est bien connu qu’un des acteurs importants dans le trafic vésiculaire des GPCRs est représenté par la famille des Rab GTPases. Effectivement plusieurs de ces dernières, soit les Rabs 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 et 11 pour ne nommer que les plus connues, modulent l’expression de surface des GPCRs. De plus, certaines études soulèvent la possibilité qu’un GPCR soit lui-même capable de réguler son propre trafic intracellulaire, et ce grâce à son interaction avec les Rab GTPases. Toutefois, le mécanisme emprunté par le GPCR pour atteindre cette fin reste à élucider. Dans le présent travail, je démontre que le GPCR, β2AR, module non seulement la maturation de la petite protéine G Rab11a grâce à son interaction avec la Rab GéranylGéranylTransférase (RGGT), mais influence également son activation en modulant son ubiquitination via son association avec la E3-ubiquitine ligase, HACE1. De plus, je révèle que la sous-unité alpha de la RGGT (RGGTA) accroît significativement la maturation et le transport antérograde du récepteur β2AR, ce qui souligne ainsi un nouveau rôle cellulaire pour cette protéine. L’ensemble des résultats générés appuie l’hypothèse qu’un GPCR puisse contrôler son propre routage intracellulaire, et éclaircit les mécanismes utilisés pour réguler l’activé de la Rab GTPase avec laquelle il interagit. // Abstract : Cell surface expression of G Protein-Coupled Receptors (GPCRs) is a highly regulated and very important phenomenon for keeping cellular homeostasis. In fact, dysregulation of their cell expression is related to many diseases like cancer, neurological disorders, obesity, diabetes and cardiovascular diseases. These facts illustrate how important understanding the molecular mechanisms involved in cell surface transport of those receptors is, which will help us in designing or improving drugs which actually target this pathway. Rab GTPases are proteins known for being essential regulators of GPCR vesicular trafficking. Indeed, an increasing number of studies report the implication of Rab1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 and 11 (to cite the most frequently studied) cell surface transport of GPCRs. Moreover, some studies also put forward the possibility that a GPCR might be able to regulate its own cellular trafficking by interacting and controlling activation of Rab GTPases. However, the mechanism involved in this process remains to be clarified. In the present study, I demonstrate that the prototypic GPCR, β2AR, not only modulates prenylation/maturation of the small G protein Rab11a by interacting with Rab GeranylGeranylTransferase (RGGT), but also influences Rab11a activation by modulating its ubiquitination via its association with the E3-ubiquitin ligase, HACE1. Furthermore, I reveal that the α subunit of the RGGT (RGGTA) also promotes the maturation and anterograde transport of the receptor, which highlight a new cellular role for this protein. Altogether, those results support the hypothesis that GPCRs control their own trafficking, and shed light on some of the mechanisms that might be employed by those receptors in activation of Rab GTPases.

L'adhérence cellulaire à la matrice extracellulaire joue un rôle clé dans leur prolifération,leur différenciation ou l'apoptose. Par conséquent ce processus est critique pour undéveloppement normal et pour l'homéostasie tissulaire. La dérégulation de ce mécanismecontribue souvent à des situations pathologiques. Ainsi, la dérégulation de nombreux gènesimpliqués dans les adhérences cellule-cellule ou cellule-matrice extracellulaire sont liés à despathologies conduisant à un défaut de développement, la progression tumorale, oul'inflammation.Les intégrines sont des récepteurs transmembranaires hétéro dimériques jouant un rôlemajeur dans les interactions cellule-matrice extracellulaire. Ce rôle n'est pas limité à unesimple interaction mécanique puisqu'elles permettent également la transduction dessignaux de la matrice extracellulaire à la cellule afin de permettre à cette dernière des'adapter à son micro environnement. Dans le but d’étudier le rôle des intégrines à chaîneβ1 dans le développement osseux, le laboratoire a mis en place un modèle murind'inactivation conditionnelle du gène Itgb1 basée sur l'expression de la recombinase Cre austade pré-ostéoblastique. Les souris mutées présentent un défaut de développementosseux, dû à une faible prolifération des ostéoblastes.Contrairement à ce qui était généralement admis, cette faible prolifération desostéoblastes est indépendante de la voie classique mettant en jeu la voie classique des MAPkinases. En revanche, elle est contrôlée par la voie Hippo: cette signalisation a étérécemment identifiée chez la Drosophile et les Mammifères comme un mécanismeinhibiteur majeur de la prolifération cellulaire. Le cofacteur de transcription YAP, effecteurfinal de cette voie, est une navette nucléo-cytoplasmique. Son expression est amplifiée dansdivers cancers dont l'ostéosarcome où cette surexpression associée à celle de l’Itgb1 est unfacteur de mauvais pronostique.Mes travaux consistent à comprendre comment les intégrines à chaîne β1 contrôlent lavoie Hippo, et donc la prolifération. Nous avons confirmé que la délétion des intégrines β16active la phosphorylation de YAP et sa séquestration dans le cytoplasme. En utilisant destechniques de Biologie Cellulaire et de Biochimie, nous avons montré que suite à la délétionde l’Itgb1, les cellules présentent un défaut de trafic vésiculaire réduisant la translocationmembranaire de Rac1. La séquestration cytoplasmique de Rac1 diminue l’activation de soneffecteur majeur la kinase PAK responsable de la dissociation d'un complexe membranaired'inactivation composé de la protéine adaptatrice NF2, la kinase LATS et de son effecteurprincipal YAP. Les intégrines en provocant la perte de ce complexe induisent ladéphosphorylation de YAP, sa translocation nucléaire et donc stimulent la proliférationcellulaire. / Cell adhesion to the extracellular matrix plays a key role in their proliferation,differentiation or apoptosis. Therefore, this process is critical for normal development andtissue homeostasis. The deregulation of this mechanism often contributes to pathologicalsituations. Thus, the deregulation of many genes involved in cell-cell or cell-extracellularmatrix adhesions are linked to pathologies leading to developmental defects, tumorprogression, or inflammation.Integrins are heterodimeric transmembrane receptors that play a major role in cellextracellularmatrix interactions. This role is not limited to a simple mechanical interactionsince integrins also allow the transduction of the signals from the extracellular matrix to thecell in order to permit the latter to adapt to its microenvironment. In order to study the roleof β1 integrins in bone development, the laboratory has implemented a mouse model withconditional inactivation of the Itgb1 gene based on the expression of recombinase Cre at thepre-osteoblastic stage. The mutated mice show a defect in bone development due to a lowproliferation rate of osteoblasts.Contrary to what was generally accepted, this reduced proliferation is independent of theclassical pathway involving the classical pathway of MAP kinases. On the other hand, it iscontrolled by Hippo: this signaling pathway has recently been identified in Drosophila andMammals as a major inhibitory mechanism of cell proliferation. The transcription cofactorYAP, the end effector of this pathway, is a nucleo-cytoplasmic shuttle. Its expression isamplified in various cancers including osteosarcoma where this overexpression associatedwith that of Itgb1 is a factor of poor prognosis.My work involves understanding how β1 integrins control the Hippo pathway, and thusproliferation. We confirmed that deletion of β1 integrins activates the phosphorylation ofYAP and its sequestration in the cytoplasm. Using Cell Biology and Biochemistry techniques,we showed that following the deletion of Itgb1, the cells exhibit a defect in vesicular trafficthat reduces the membrane translocation of Rac1. The cytoplasmic sequestration of Rac18decreases the activation of its major effector, the PAK kinase. PAK is responsible for thedissociation of an inactivating membrane complex composed of the adaptor protein NF2,the LATS kinase, and its main effector YAP. The integrins by provoking the loss of thiscomplex induce the dephosphorylation of YAP, its nuclear translocation, and thus stimulatecell proliferation.

L’invasion cellulaire est un phénomène clé du développement tumoral au cours duquel les cellules réalisent une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) caractérisée par des changements d’expression de gènes clés dans la régulation de l’adhérence et de la morphologie cellulaire. L’expression de ces gènes est sous le contrôle de voies de signalisation, qui lors du processus de tumorigenèse sont dérégulées. La dérégulation de ces voies est multifactorielle et peut-être initiée par une activation de récepteurs présents à la membrane plasmique.Dans ce contexte, nous avons mis en évidence que les flotillines sont d’importants régulateurs de l’activation de ces récepteurs et des voies de signalisation en aval qui conduisent à l’induction de la TEM. Les flotillines 1 et 2 sont des protéines ubiquitaires très conservées. Le niveau d’expression des flotillines est accru dans de nombreux cancers invasifs et ceci est un facteur de mauvais pronostic. En condition physiologique, non surexprimées, les flotillines sont majoritairement à la membrane plasmique. Surexprimées les flotillines induisent la formation d’endolysosomes ayant une faible activité de dégradation, dans lesquels elles sont retrouvées.Mes travaux montrent que l’augmentation de l’expression des flotillines dans des cellules normales mammaires est suffisante pour induire le processus de TEM, processus clé de l’invasion tumorale. De plus nous montrons que la surexpression des flotillines génère une voie de trafic vésiculaire que nous nommons UFIT (Upregulated flotillin Induced Trafficking pathway) et qui affecte le trafic de plusieurs récepteurs membranaires connus pour participer à l’activation des voies oncogéniques inductrices de la TEM. Dans le cas particulier d’un de ces récepteurs, AXL, cible thérapeutique dans les cancers du sein, nous montrons que la surexpression des flotillines régule son endocytose et l’adresse dans les endosomes de signalisation riches en flotillines tout en le protégeant de la dégradation. Ces travaux apportent donc des explications nouvelles quant au rôle des flotillines dans le processus d’invasion cellulaire conduisant à la formation des métastases. / Tumor cell invasion and consecutive metastasis formation are the main cause of death in cancer patients. One crucial process of tumor cell invasion is the epithelial to mesenchymal transition (EMT), a reversible process during which polarized epithelial cells convert into motile mesenchymal cells. This process is characterized by gene expression changes involved, in particular, in the perturbation of cell adhesion, polarity and cytoskeletal structures.Flotillin 1 and 2 are two ubiquitous and highly conserved membrane proteins that assemble in large oligomers, known to participate in membrane protein clustering and endocytosis. Flotillins are upregulated in many invasive cancers and are considered as markers of poor prognosis. At physiological expression level, flotillins are mainly located at the plasma membrane. The cellular distribution of upregulated flotillins is dramatically modified with a strong enrichment in vesicular compartments that we characterized as non-degradative-endolysosomes.During my PhD project, we identified that flotillins are key EMT inducer. We upregulated flotillins in normal mammary cells and demonstrated that it is sufficient to promote EMT. Using several global comparative analyses (transcriptomic, phosphokinase arrays), we showed that flotillin upregulation activates key oncogenic signaling pathways and plasma membrane receptors. We identified that flotillin overexpression induces a trafficking pathway that we named UFIT-pathway (Upregulated flotillin Induced Trafficking pathway), which promotes the endocytosis of several cargos, amongst them membrane receptors involved in the activation of oncogenic pathways.Our results suggest that the UFIT pathway generates flotillin-positive endolysosomes acting as as “signalosome compartments” involved in the activation of signaling pathways stimulating EMT and cellular invasion.

Toxoplasma gondii, comme Plasmodium falciparum appartiennent au phylum des Apicomplexes. Ce groupe de parasites ont comme dénominateurs communs, trois organites apicaux : rhoptries, micronèmes et granules denses contenant des facteurs indispensables pour la reconnaissance, l’entrée et la survie du parasite au sein de la cellule hôte. Le récepteur transmembranaire de type 1 appelé TgSORTLR ("Toxoplasma gondii Sortilin-Like Receptor") est nécessaire à la biogenèse des organelles de sécrétion rhoptrie et micronème (Sloves et al., 2012). Le domaine C-terminale de la TgSORTLR, lie TgVps26 et TgVps35 deux protéines appartement au complexe Rétromère essentiel au recyclage protéique chez les mammifères et S. cerevisiae. Nous avons construit le premier interactome du CRC de T. gondii et des autres Apicomplexes. Contrairement aux mammifères, le Rétromère de T. gondii est composé du CRC (Complexe de Reconnaissance du Cargo) TgVps35-TgVps26-TgVsp29 et l’absence du dimère de Sorting Nexin (SNX). Nous avons identifié plusieurs protéines connues de l’ELC (Endosomal-like compartment) ainsi que des protéines parasitaires spécifiques. La déplétion conditionnelle de TgVps35 démontre que le complexe Rétromère n’est pas seulement crucial pour la biogenèse des rhoptries, micronèmes et granules denses, mais aussi pour l’architecture et l’intégrité du parasite. Nous avons montré que le recyclage de la TgSORTLR entre l’ELC et le TGN (Tans-Golgi-Network) est essentiel au trafic des protéines de sécrétion rhoptries et micronèmes. Par ailleurs nous avons décrit deux nouvelles protéines hypothétiques TgHP12 et TgHP03 pouvant être impliquées respectivement dans le trafic vers l’ELC et vers la membrane plasmique. Afin nous avons identifié et caractérisé une protéine chimérique TgHP25 avec les domaines BAR et SBF2, pouvant être impliquée dans la biogenèse de l’organite rhoptrie. En somme notre travail souligne l’importance du recyclage protéique et l’implication de protéines spécifiques dans la maturation des organites et l’intégrité du parasite. / Toxoplasma gondii, like Plasmodium falciparum are belong to the Apicomplexan phylum. This group of parasites have as a common denominator, three apical organelles: rhoptries, micronemes and dense granules containing the essential factors for recognition, entry and survival into the host cell. The Toxoplasma gondii Sortilin-Like Receptor (TgSORTLR), is essential for the biogenesis of apical secretory organelles rhoptries and micronemes (Sloves et al., 2012). The C-terminal tail of TgSORTLR specifically binds to TgVps26 and TgVps35 proteins, two components of a pentameric complex called retromer (RC), and known to play an essential role in retrograde transport in yeast and mammals. We now report the first retromer-trafficking interactome in T. gondii and other apicomplexan parasites. In contrast to yeast and mammals, T. gondii RC harbors a singular architecture typified by a Vps35-Vps26-Vps29 trimer complex and the absence of the dimer of sorting nexins. Rather, we identified several known endosomal-like compartment (ELC) proteins and unrelated parasite-specific proteins. The conditional ablation of TgVps35 demonstrates that the Retromer complex is not only crucial for the biogenesis of rhoptries, micronemes and dense granules but also for maintaining a proper parasite architecture and integrity. We showed that the recycling of TgSORTLR between ELC and Trans-Golgi Network (TGN), is essential for proper protein trafficking to secretory organelles rhoptries and micronemes. Furthermore, we will describe two novel parasite-specific proteins TgHP12 and TgHP03, whose functions are likely related to ELC and plasma membrane. So we identified and characterized a chimeric protein TgHP25 with the BAR and SBF2 domains, may be involved in the biogenesis of the organelle rhoptrie. In short our work emphasizes the importance of protein recycling and involvement of specific proteins in the maturation of organelles and integrity of the parasite.

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.

Les récepteurs du glutamate de type AMPA (rAMPA) sont les acteurs principaux de la transmission synaptique excitatrice rapide. Leur abondance au niveau de la densité postsynaptique est essentielle pour l'établissement et le maintien de la fonction synaptique, et est le résultat d'un trafic hautement dynamique. De nombreuses études ont permis de caractériser les mécanismes de diffusion membranaire impliqués dans l’adressage des rAMPA jusqu’à la synapse. Le rôle majeur des protéines auxiliaires des rAMPA dans la modulation de cette étape de trafic a été démontré. Par ailleurs, il est suggéré que la localisation synaptique des rAMPA est aussi régulée lors des phases plus précoces du trafic intracellulaire, c’est-à-dire de l'appareil de Golgi vers la membrane plasmique via les vésicules post-Golgiennes. Cependant le trafic vésiculaire post-Golgien des rAMPA n'a jamais été visualisé et reste donc encore très mal compris. En collaboration avec l'équipe de Guus Smit (Amsterdam), j’ai participé à la caractérisation d’une nouvelle protéine auxiliaire des rAMPA, appelée Shisa6. Dans le cadre de ce projet, j’ai pu étudier le rôle de cette protéine sur la diffusion membranaire des rAMPA en utilisant une technique de suivi de particule unique (Quantum dot) développée au laboratoire. Mon projet de thèse principal a consisté à étudier le trafic vésiculaire post-Golgien des rAMPA par le développement d’une nouvelle méthode d’étude. En effet, l'échec dans la visualisation dynamique du trafic vésiculaire des récepteurs pourrait être expliqué par un faible rapport signal/bruit, conséquence d'une faible concentration vésiculaire en rAMPA combinée à un bruit de fond important dû aux marquages provenant du réticulum endoplasmique (RE) et de la membrane plasmique. Dans le but de surpasser cette difficulté, nous avons mis au point un outil ingénieux (système ARIAD) afin de bloquer les rAMPA dans le RE et contrôler, par l'ajout d'un ligand, leur sécrétion du RE jusqu'à la membrane plasmique. Grâce à cet outil, nous avons non seulement augmenté considérablement la concentration des rAMPA dans les vésicules post-Golgiennes, mais aussi éliminé le bruit de fond membranaire. Par la technique de FRAP nous avons pu éliminer le bruit de fond provenant du RE. Une telle approche, combinée à des techniques d'imagerie sur neurones vivants, nous a permis de visualiser pour la première fois le trafic vésiculaire post-Golgien des rAMPA et de l’étudier. / AMPA-type glutamate receptors (AMPAR) are the main actors of the fast excitatory synaptic transmission. Their abundance at the postsynaptic density is essential for the establishment and maintenance of synaptic function, and is the result of a highly dynamic trafficking. Many studies have characterized the membrane diffusion mechanisms involved in the AMPAR synaptic localization, and revealed the critical role of the AMPAR auxiliary proteins in the modulation of this trafficking. Furthermore, it is suggested that AMPAR synaptic localization is also regulated during the early steps of the intracellular trafficking, from the Golgi apparatus to the plasma membrane via the post-Golgi vesicles. However, the post-Golgi vesicular trafficking of AMPAR has never been visualized and therefore remains poorly understood. In collaboration with the Guus Smit team (Amsterdam), I participated in the caracterization of a novel AMPAR auxiliary protein called Shisa6. As part of this project, I studied the role of this protein on the AMPAR membrane diffusion, using a method of single particle tracking (Quantum dot) developed in the laboratory. My main thesis project was to study the post-Golgi vesicular trafficking of AMPAR through the development of a new experimental protocol. Indeed, the failure in the dynamic visualization of the receptor vesicular trafficking could be explained by a low signal/noise ratio resulting of a poor AMPAR vesicular concentration, combined with a high background noise due to receptors localized both in the endoplasmic reticulum (ER) and at the plasma membrane. In order to overcome this difficulty, we have used an ingenious tool (ARIAD system) so as to block AMPAR into the ER and, by adding a ligand, control their trafficking from the ER to the plasma membrane. Thanks to this tool we have not only significantly increased the AMPAR concentration in the post-Golgi vesicles, but also eliminated the plasma membrane background noise. The FRAP imaging technique was used in order to remove the ER background noise. Such methodological approach combined with imaging techniques in living neurons, allowed us to clearly visualize for the first time the post-Golgi vesicular trafficking of AMPAR, and to study the mechanisms involved in this trafficking.