Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 293-345. Publ. aussi en version électronique.

Le tissu osseux est constamment renouvelé grâce au travail coopératif des cellules osseuses : les ostéoblastes qui forment l'os et les ostéoclastes qui le résorbent. Tout déséquilibre au niveau du remodelage osseux provoque plusieurs maladies notamment l'ostéoporose, caractérisée par la détérioration de la masse osseuse rendant l'os susceptible aux fractures. Certaines études ont révélé que des facteurs associés au développement de l'athérosclérose participent aussi au développement de l'ostéoporose. Les buts de l'étude étaient d'établir l'implication du calcium dans les voies de signalisation de la lysophosphatidylcholine (lysoPC), une des composantes des lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées et un facteur de risque de l'athérosclérose, et de déterminer les effets du lysoPC sur les fonctions ostéoblastiques des cellules MG-63 et des cellules MC3T3. Des mesures de calcium intracellulaire en microscopie confocale ont montré qu'à partir d'une concentration de 20µM, la lysoPC induit une mobilisation du calcium des réserves cytoplasmiques et un influx calcique de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule. La mobilisation était absente lorsque les réserves du réticulum endoplasmique (RE) ont été épuisées par la Thapsigargine, indiquant que la mobilisation provient du calcium libéré du RE. De plus, l'inhibiteur de la phospholipase C (PLC), l'U73122, a bloqué la mobilisation, suggérant que la lysoPC stimule la PLC qui entraîne par la suite la libération du calcium du RE. Par ailleurs, l'influx calcique, d'origine extracellulaire, induit par la lysoPC a été bloqué par le rouge de ruthénium (RR). Ce dernier résultat suggère l'implication des canaux calciques de la famille « vallinoid transient receptor potential » (TRPV). L'expression protéique de TRPV2 et TRPV4 a été mise en évidence par des essais d'immunolocalisation qui ont révélé leur présence au niveau des membranes plasmiques. Lors d'études portant sur l'effet de la lysoPC sur les fonctions cellulaires, des essais de viabilité cellulaire ont démontré que la lysoPC causait une mortalité des ostéoblastes, avec une LC50 de 20µM. La pré-incubation des cellules en présence de RR a montré une protection partielle mettant en évidence l'implication des canaux TRPV. Par la suite, des mesures d'apoptose ont montré une augmentation significative de l'apoptose à partir de 15µM de la lysoPC. La présence de RR dans le milieu d'incubation permettait de réduire l'apoptose induite par la lysoPC. Aussi, la présence de tranilast comme inhibiteur des canaux TRPV2 permettait de réduire la cytotoxicité induite par la lysoPC. D'autre côté, des mesures de la stimulation de la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) ont indiqué qu'une incubation des cellules avec la lysoPC stimule la production de ROS, dont l'augmentation est significative à partir de 20µM. Toutefois, l'ajout de l'antioxydant N-actélcystéine (NAC) au milieu d'incubation n'a pas influencé la cytotoxicité induite par la lysoPC. Par ailleurs, nos expériences ont indiqué que la lysoPC n'influence pas la migration cellulaire, ni la différenciation des cellules ostéoblastiques. Ces résultats indiquent que la lysoPC est à même d'altérer la viabilité des ostéoblastes et ainsi favoriser le développement de l'ostéoporose. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : lysoPC, ostéoblastes, mobilisation et influx calcique, toxicité, apoptose.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Sur la p. de t. 2A apparaît en indice. Bibliogr.: f. 86-96. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. [130]-149. Publié aussi en version électronique.

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Ce projet de recherche porte sur la sous-unité gamma de la transducine (Gγt), participant à la phototransduction visuelle, plus précisément pour comprendre son mécanisme d'ancrage aux membranes par des interactions favorables de ses résidus et de son acylation de type farnésyle. La Gγt non-acylée a été obtenue en la surexprimant chez E. coli en fusion avec une étiquette de solubilisation/purification et en la purifiant par chromatographie d'affinité. L'identité de la séquence de la Gγt non-acylée a été confirmée par spectrométrie de masse. Afin d'étudier la forme acylée, des essais de surexpression ont été tentés en procédant à une cotransformation de la Gγt en présence de la farnésyle transférase. De plus, trois peptides ont été synthétisés commercialement pour analyser l'influence de chaque hélice alpha de la Gγt sur sa liaison membranaire, chacune comportant l'une des deux hélices : le segment C-terminal non-acylé, le segment C-terminal acylé et le segment N-terminal. Des analyses par dichroïsme circulaire et spectroscopie infrarouge ont permis de confirmer la structure secondaire native des formes de la Gγt et de caractériser leur dénaturation en fonction de la température et du temps. La liaison membranaire des formes de la Gγt a ensuite été analysée par le modèle des monocouches de Langmuir avec tensiométrie de surface, par spectroscopie infrarouge en présence de vésicules lipidiques et par spectroscopie infrarouge PM-IRRAS avec des monocouches de différents lipides. Finalement, l'analyse des résultats a permis de démontrer la fragilité de la structure de l'hélice alpha en C-terminal de la Gγt en fonction de la température et au cours de sa liaison membranaire ainsi que l'impact majeur de la farnésylation sur les propriétés de liaison membranaire de son segment C-terminal. Certaines questions de recherche ont été répondues et de nouvelles perspectives de recherche se dévoilent. / This research project aimed to study the gamma subunit (Gγt) of transducin, implicated in the visual phototransduction, more precisely the stability of its individual alpha helical segments and its mechanism of membrane binding involving favorable interactions from its residues and its farnesyl group. The non-acylated Gγt was obtained based on its expression in E. coli in fusion with a solubilization/purification tag and its subsequent purification by affinity chromatography. Its analysis by mass spectrometry allowed to confirm the identity of the non-acylated Gγt. The expression of the farnesylated Gγt was attempted. Three peptides were commercially synthesized to perform the analysis of each individual alpha helix of Gγt and to determine their role in its membrane binding. Each peptide segment contained one of the two alpha helices : the C-terminal non-acylated segment, the C-terminal acylated segment and the N-end segment. Circular dichroism and infrared spectroscopy analyses allowed to confirm the secondary structure of each form of Gγt, and their extent of denaturation has been determined as a function of temperature and time. The membrane binding of each form of Gγt was then analyzed using Langmuir monolayers with surface tensiometry, as well as by infrared spectroscopy in the presence of lipid vesicles and by infrared PM-IRRAS spectroscopy with different lipid monolayers. Finally, the results demonstrated the instability of the alpha helix of the C-terminal segment of Gγt as a function of temperature and the high impact of its farnesylation on the strength of its membrane binding. Some of the initially raised questions were answered while some new perspectives of research are presented.

L’anémie de Fanconi (AF) est une maladie infantile multigénique et complexe. Les enfants atteints d’AF souffrent d’une insuffisance médullaire progressive potentiellement mortelle. En plus du phénotype hématologique, les enfants souffrant d’AF présentent de nombreuses malformations congénitales incluant le système nerveux central et une prédisposition accrue aux cancers particulièrement de type leucémique. Plusieurs gènes associés à la maladie ont été identifiés mais leur fonction dans l’étiologie de la maladie demeure inconnue. La présence d’une mutation dans l’un des gènes Fanconi entraine une perte progressive des cellules souches hématopoïétiques (CSH) menant à un épuisement médullaire et favorisant l’apparition de leucémies. Les protéines Fanconi forment trois complexes protéiques distincts qui participent de manière séquentielle dans une voie de signalisation en réponse aux dommages à l’ADN. La protéine Fanconi Anemia de groupe C, ou FANCC, est une composante du complexe majeur de cette voie Fanconi. Outre son rôle dans la voie Fanconi et dans les mécanismes de signalisation en réponse aux dommages à l’ADN, FANCC est connue pour son implication dans la mort cellulaire programmée, la détoxification des radicaux oxygénés et la réponse aux cytokines. Afin d’identifier la fonction de la protéine FANCC dans les mécanismes de développement, nous avons procédé à un criblage d’une banque d’ADNc et identifié certains partenaires biochimiques de FANCC tel le récepteur de la Netrine-1, uncoordinated-5A (UNC5A). Puisque le récepteur UNC5A a une fonction de signal de survie cellulaire et est impliqué dans les mécanismes de croissance neuronale, nous avons étudié le rôle de l’interaction FANCC-UNC5A dans les mécanismes de différenciation neuronale. Nos résultats indiquent que FANCC régule la fonction pro-apoptotique de UNC5A. Lorsque FANCC est surexprimée, les cellules retardent leur entrée en apoptose tandis qu’en absence de FANCC, UNC5A favorise l’entrée en apoptose. De plus, nos résultats indiquent que FANCC conjointement à UNC5A promeut la neurogénèse; FANCC et UNC5A colocalisent dans les neurites cellulaires. Globalement, nos résultats suggèrent que FANCC par le biais de UNC5A joue un rôle important dans la mort cellulaire et la croissance axonale. Ainsi, une dérégulation de l’interaction FANCC-UNC5A chez les patients souffrent de FA pourrait expliquer certains aspects cliniques notamment les anomalies de développement. / Fanconi anemia (FA) is a recessive syndrome characterized by diverse clinical symptoms including progressive bone marrow failure, various congenital abnormalities, chromosomal instability and predisposition to malignancies. Studies of the canonical FA pathway have focused on the mechanism of repair of DNA cross-linking damage. However, some data suggest that FA proteins may have other functions besides DNA damage signaling events, and these functions may explain some of the disease phenotypes such as defects in hematopoiesis and congenital malformations. For instance, FANCC, which is predominantly located in the cytoplasm, has multifunctional roles and is an anti-apoptotic regulator. In addition to its function as a repulsive mediator in neural development, UNC5A, the receptor for the axon guidance molecule Netrin-1, has also been proposed to be a “dependence receptor” that triggers apoptosis in the absence of its ligand. Here, we identified a novel interaction of UNC5A with FANCC and showed that FANCC positively regulates UNC5A-mediated apoptosis. Under conditions of FANCC overexpression, apoptosis is decreased, whereas the absence of a functional FANCC protein increases UNC5A-mediated apoptosis. Furthermore, FANCC and UNC5A function as a complex in neurogenesis; they co-localize at synapses formed by neurites, and FANCC is required for the promotion of neuronal outgrowth by UNC5A. Based on these findings, we propose that FANCC plays a key role in tissue morphogenesis by either delaying UNC5A-mediated apoptosis or positively impacting the expression of UNC5A. Under FANCC-deficient conditions, dysregulation of the UNC5A signal pathway can lead to developmental defects such as those seen in FA patients.

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Plusieurs réponses cellulaires aux stimuli extracellulaires sont transmises par des voies de signalisation qui agissent en aval de récepteurs membranaires tels les récepteurs tyrosine kinase (RTK). Les signaux provenant des RTK sont souvent relayés via des protéines adaptatrices comme NCK1 (Non-Catalytic region of tyrosine Kinase 1) et NCK2 dont les fonctions sont considérées redondantes et indissociables. Toutefois, certaines études suggèrent que chacune de ces deux protéines pourraient avoir des cibles cellulaires spécifiques et des fonctions uniques. L’objectif de mon projet de doctorat était d’analyser la spécificité des protéines NCK1/2, c’est-à-dire d’identifier pour chacune des cibles uniques, pour ensuite caractériser ce qui génère cette spécificité tout en définissant la fonction de ces interactions. En premier lieu, j’ai utilisé deux techniques complémentaires de protéomique, soit (i) des purifications d’affinité (AP) et (ii) du marquage de proximité in vivo (BioID) suivies d’analyses en spectrométrie de masse (MS) afin de caractériser les interactomes respectifs de NCK1/2. La combinaison de ces deux approches m’a permis d’identifier plus d’une centaine d’interactions spécifiques pour chaque NCK. Des analyses bio-informatiques basées sur ces résultats m’ont permises de mettre en évidence que NCK2 semble plus spécifiquement impliquée que NCK1 dans la régulation de l’organisation du cytosquelette d’actine, structure essentielle lors de la division et de la cytokinèse. En comparant simultanément des cellules fibroblastiques murines (MEF) déplétées soit pour NCK1, soit pour NCK2, j’ai remarqué que les cellules Nck2-/-, à l’inverse des cellules Nck1-/- étaient plus multinucléées et présentent un midbody altéré en longueur. Également, j’ai remarqué une altération dans la composition du midbody des cellules Nck2-/- tel que suggéré par l’absence dans cette structure des protéines Polo-like kinase1 (PLK1), Epithelial cell transforming 2 (ECT2) ou encore Aurora B (AURKB), régulateurs clefs de la cytokinèse. Finalement, j’ai montré que la fonction de NCK2 durant la cytokinèse repose principalement sur son domaine SH2. Dans un deuxième temps, j’ai sélectionné 27 partenaires identifiés en MS et confirmé par une méthode orthogonale leurs interactions respectives avec NCK1 et/ou NCK2. Grâce à des tests de liaison in vitro, j’ai déterminé que plusieurs protéines dont la Plakophiline 4 (PKP4), un régulateur de la cytokinèse, lient directement et spécifiquement NCK2. Par différentes expériences in vitro, j’ai pu déterminer que NCK2 lie les portions N-terminale et centrale de PKP4 grâce à son domaine Src Homology (SH) 2 et que la spécificité de NCK2 envers PKP4 ne semble pas dépendre seulement des propriétés intrinsèques du SH2. L’association résulte plutôt de la combinaison d’une partie ou de l’ensemble des propriétés des domaines et régions interdomaines constituant les protéines NCK1/2. En conclusion, bien que les fonctions de NCK1/2 soient généralement considérées comme redondantes, mes résultats démontrent que ces protéines sont capables de lier des partenaires différentspour réguler des fonctions biologiques distinctes. Ainsi, mes travaux suggèrent que NCK2 semble spécifiquement requise lors du processus de cytokinèse. De plus, l’ensemble de mes expériences in vitro apporte une première idée du mécanisme de spécificité des protéines NCK1/2 en suggérant que leur spécificité ne semble pas entièrement provenir des propriétés intrinsèques de leurs domaines individuels, mais plutôt d’une combinaison des propriétés de leurs domaines et/ou régions interdomaines respectives. / Signals from cell surface receptors are often relayed via adaptor proteins that can serve as hubs to recruit appropriate target signaling molecules and guide signals along specific pathways. Among these, adaptor proteins NCK1 (Non-Catalytic region of tyrosine Kinase 1) and NCK2 have functions that are often considered redundant and/or indistinguishable. The main goal of my work was to demonstrate that NCK1 and NCK2 are not fully redundant and may each display functional specificity. To achieve this, I delineated NCK1-and NCK2-specific signalling networks, identified for each unique target, then characterized what generates this specificity and obtained the function of these interactions. First, to identify the complement of interaction partners for NCK1 and NCK2, I used two unbiased mass spectrometry (MS)-based approaches: (i) epitope-tagged protein affinity purification (AP) followed by MS analysis and (ii) in vivo proximity labelling (BioID). The combination of these two approaches allowed me to identify more than one hundred specific interactions for each NCK. Bioinformatics analyzes based on the specific partners identified in MS enabled me to highlight that NCK2 was more specifically involved in the regulation of the actin cytoskeleton organization, structure essential for cell division and cytokinesis. By simultaneously comparing mouse embryo fibroblasts (MEF) depleted either for NCK1 or NCK2, I noticed that Nck2-/-, but not Nck1-/-cells are multi-nucleated and display extended protrusions reminiscent of intercellular bridges, which correlate with an extended time spent in cytokinesis as well as a failure of a significant proportion of cells to complete abscission. Further analysis of this phenotype revealed that the midbody of NCK2-deficient cells is not only increased in length, but also altered in composition, as judged by the mislocalization of the Polo-like kinase 1 (PLK1), Epithelial cell transforming 2 (ECT2) and Aurora B (AURKB) proteins. Moreover, I showed that NCK2 function during cytokinesis requires its SH2 domain. Second, to underline the molecular mechanism of specific protein complex formation, I selected based on my MS results 27 partners to confirm by an orthogonal method their respective interactions with NCK1 and/or NCK2. By using in vitro binding assays, I was able to determine that several proteins including Plakophilin 4(PKP4), a key regulator of the cytokinesis process, were able to bind directly and specifically to NCK2. Through various in vitro experiments, I was able to determine that NCK2 binds the N-terminal and central portions of PKP4 through its SH2 domain and that the specificity of PKP4 toward NCK2 does not appear to result from the intrinsic properties of its SH2 alone. This association seems to result from the combination of some or all of the properties of the individual domains and inter-regions constituting the NCK1/2 proteins. In conclusion, despite what is generally accepted, I showed that both NCK1 and NCK2 may form specific protein complexes, thus reflecting the functional specificity of these two adaptor proteins. I further demonstrated that NCK1 and NCK2 are not completely redundant. I also shed light on a previously uncharacterized function for the NCK2 adaptor protein in cell division. Finally, my in vitro experiments provide an explanation for the specificity mechanism of NCK1/2 adaptor proteins by suggesting that their specificity come from the combination of the properties of their respective domains and/or interdomain regions.

Le rôle de la génétique est reconnu en tant que facteur de développement de la parodontite et pourrait expliquer certaines disparités dans la prévalence au sein des populations. Étant une maladie inflammatoire, la parodontite implique des voies de signalisation, dont celle de TLR4/MyD88, menant à la production de cytokines et ultimement à la destruction parodontale. Cette étude s'est penchée sur l'association entre les variations génétiques de la voie de signalisation TLR4/MyD88 et le développement de la parodontite chez une population d'origine québécoise. Un total de 146 participants dont 58 avec parodontite et 88 sans parodontite ont été inclus. Les participants ne devaient pas avoir reçu de traitement parodontal préalablement et ne devaient pas présenter de maladies systémiques contribuant au développement de la maladie. Trois mL de salive étaient récoltés initialement pour les 2 groupes, ainsi que 3 mL après la thérapie initiale pour le groupe avec parodontite. L'ADN était extrait des échantillons pour génotypage. Une quantification de TNF-α était réalisée. Nos résultats ne montrent pas de différence significative dans la distribution des polymorphismes génétiques de la voie de signalisation de TLR4/MyD88 et leur association avec le développement de la parodontite. En comparant spécifiquement les participants < 52 ans et ceux ≥ 52 ans, le génotype C en position rs5030416 (TRAF6) chez les plus jeunes (C : OR = 3,0 (95% CI : 8,944-1,006) ; ρ = 0,0341) et le génotype A en position rs5030472 (TRAF6) chez les plus vieux (A : OR = 4,83 (95% CI : 22,464-1,040) ; ρ = 0,0431) ont montré une susceptibilité accrue à la parodontite. Chez les femmes, une association significative entre le polymorphisme de rs8177374 (MyD88) et le développement de la maladie a été observée (AG : OR = 2,8333 (95% CI : 8,087-0,993) ; ρ = 0,0335). Du côté des hommes, cette association avec rs8177374 était tout aussi significative, mais inversée (AG : OR = 0,2614 (95% CI : 0,761-0,0898) ; ρ = 0,0146). Les concentrations de TNF-α ont également révélés une différence significative, avec une plus grande réduction post-thérapie pour les participants exprimant le génotype CT en position rs2770150 (TLR4) (ρ = 0,049). Certains génotypes de la voie de signalisation de TLR4/MyD88 semblent donc moduler la prévalence de la maladie et l'expression cytokinique salivaire post-thérapie. Le nombre limité de participants doit être considéré dans l'interprétation de ces résultats.