As a posttranslational modification, the sumoylation pathway plays a key role in a wide variety of cellular events such as cell proliferation, differentiation, stress response, DNA repair and apoptosis. Given the important role of protein sumoylation, it is not surprising that alternation of sumoylation will ultimately affect cell growth as well as cancer development. As an essential E2 conjugating enzyme for sumoylation, Ubc9 plays a central role in sumoylation-mediated cellular pathways. In this study, we investigate the role of Ubc9 in drug resistance as well as its regulation in cancer cells. An early gene product, Gam1, encoded by the avian adenovirus CELO, is an inhibitory protein for the sumoylation machinery by degrading E1 and E2 enzymes. Given the suppressive effect of Gam1 on Ubc9, in this study, we use this protein to study the role of Ubc9 in drug resistance as well as its underlying mechanism. Besides showing suppression of Ubc9 expression and sumoylation by Gam1, we found that Gam1 caused significant cell growth inhibition. Of interest, like the Ubc9 dominant negative mutant, Gam1 also sensitized cells to DNA damaging agents such as topotecan and doxorubicin as well as non-DNA-damaging agents such as paclitaxel and vincristine. Furthermore, we elucidated that Gam1-mediated cell growth inhibition was associated with induction of apoptosis. In particular, Gam1 induced caspase-3 activity as detected by immunostaining and Western blot. Taken together, our findings suggest that activation of the caspase pathways is at least in part responsible for the increased apoptosis in Gam1-expressing cells and, thus, contributes to the growth inhibition and enhanced chemosensitivity. Available evidence suggests that Ubc9 is a tumor promoting factor. However, little is known about the regulation of Ubc9. In this study, we first show that Ubc9 is overexpressed in several types of cancers, highlighting its clinical significance. We then investigate the underlying mechanism of Ubc9 upregulation. Of interest, we present evidence that Ubc9 is subjected to the post-transcriptional regulation by microRNAs and the miR-30 family, such as miR-30e, negatively regulate Ubc9 expression. In contrast to Ubc9, miR-30e is underexpressed in tumors. Moreover, ectopic expression of miR-30e suppresses cell growth which can be partially reversed by Ubc9. Finally, using luciferase-Ubc9-3'-UTR reporters, we show that Ubc9 is a direct target for miR-30e by interactions with the putative miR-30e binding sites. Therefore, our study suggests that Gam1 and miR-30e may serve as therapeutic agents for cancer treatment by targeting Ubc9.

Le virus T lymphotrope humain de type 1 (HTLV-1, Human T-cell Leukemia Virus type 1) est le premier rétrovirus oncogène humain à avoir été découvert. Sa protéine régulatrice Tax est la principale responsable du processus d’immortalisation et de transformation des lymphocytes T, cibles préférentielles d’HTLV-1 in vivo, qui est associé au développement de leucémies à cellules T de l’adulte. Ce mécanisme oncogénique est dû à la capacité de Tax à interagir avec de nombreux acteurs cellulaires, détournant ainsi différentes voies qui contrôlent notamment la prolifération et la survie des cellules. L’un des événements majeurs de ce mécanisme est l’activation constitutive de la voie NF-κB induite par Tax. Notre laboratoire ainsi que d’autres équipes ont montré que l’ubiquitinylation de Tax, notamment avec des chaînes liées en K63, est nécessaire pour que Tax recrute et active le complexe IKK (IκB Kinase), en se liant à sa sous-unité régulatrice NEMO dans le cytoplasme. Par ailleurs, il a également été décrit que Tax est SUMOylée ce qui lui permet de recruter les dimères NF-κB dans des corps nucléaires pour activer la transcription de leurs gènes cibles. Toutefois, de nombreuses interrogations persistent autour de l’implication et du mode d’action de chacune de ces modifications post-traductionnelles de Tax dans l’activation de la voie NF-κB. L’importance de la SUMOylation de Tax a en effet été remise en cause par notre laboratoire, suscitant une controverse qui nous décida à réexaminer complètement son rôle dans l’activation de la voie NF-κB. Pour cela, nous avons élaboré une nouvelle stratégie basée sur l’inhibition de la machinerie de SUMOylation endogène, grâce au blocage de l’unique enzyme E2 identifiée dans ce processus, l’enzyme Ubc9. Nous avons prouvé qu’une protéine Tax non SUMOylée, mais toujours ubiquitinylée, active la transcription à partir de promoteurs dépendants de NF-κB, qu’ils soient transfectés, intégrés stablement dans la chromatine cellulaire ou endogènes, démontrant ainsi que la SUMOylation de Tax n’est pas nécessaire à l’activation de la voie NF-κB, contrairement à son ubiquitinylation. Un autre point de questionnement concerne l’association de Tax au complexe NEMO/IKKα/IKKβ, pour laquelle l’ubiquitinylation de Tax est essentielle. Nous avons étudié l’implication de l’enzyme TRAF5 dans ces mécanismes, qui semblait être une potentielle E3 ligase de Tax, celle-ci restant encore inconnue. Grâce au blocage de TRAF5, nous avons montré que cette protéine interagit avec Tax et qu’elle est nécessaire à son ubiquitinylation, notamment avec des chaînes K63, sans toutefois que son activité ligase n’entre en jeu, excluant donc son rôle en tant qu’E3 ligase de Tax. Nous avons également découvert que TRAF5 induit la formation du complexe Tax/IKKα/IKKβ, mais n’est pas impliquée dans l’association Tax/NEMO, dessinant alors un nouveau modèle pour le recrutement et l’activation du complexe IKK par Tax. Ce travail permet donc d’apporter un nouvel éclairage sur l’impact de la SUMOylation et de l’ubiquitinylation de Tax dans l’activation de la voie NF-κB et de décrypter les étapes de cet événement crucial dans le mécanisme oncogénique déclenché par la protéine Tax du virus HTLV-1. / The Human T-cell Leukemia Virus type I is the first human oncoretrovirus discovered. The regulatory Tax protein is the main responsible of the immortalization process of primary CD4+ T lymphocytes, the preferential target cells of HTLV-1 in vivo, which is associated with adult T-cell leukemia/lymphoma (ATLL), a highly aggressive malignant proliferation of CD4+ T lymphocytes. The oncogenic property of Tax is mainly due to its capacity to interact with many different cellular proteins belong to several pathways which control cell proliferation and survival. Constitutive activation of the NF-κB pathway induced by Tax plays a crucial role in this oncogenic mechanism. Our laboratory, and others, demonstrated that Tax ubiquitination, notably with K63-linked ubiquitin (Ub) chains, is required for the activation of the cytoplasmic IκB kinase (IKK) complex by directly interacting with the regulatory subunit NEMO. Moreover, in previous studies, we and others describe that Tax is also conjugated to either SUMO-1 or SUMO-2/3 molecules which facilitates its interaction with the NF-κB dimers in particular structures named Tax nuclear bodies, inducing promoter activation of target genes in the nucleus. However, many questions remain concerning the exact role of each Tax post-translational modification in the NF-κB pathway activation process. In the laboratory, we recently reconsidered the importance of Tax SUMOylation, provoking a controversy in our field. So, we decided to reexamine the role of this modification on NF-κB activation. To do this, we designed a novel strategy based on the inhibition of the endogenous SUMOylation machinery by blocking or silencing Ubc9, the unique E2-conjugating enzyme involves in this process. We found that an ubiquitinated but not SUMOylated Tax protein is still able to activate a transfected, an integrated or an endogenous NF-κB promoters, demonstrating that Tax SUMOylation is not required for Tax induced NF-κB pathway activation contrary to its ubiquitination. Another interrogation concerning the formation of the Tax/NEMO/IKKα/IKKβ complex, in which Tax ubiquitination is critical. We studied the role of TRAF5 in these mechanisms because this enzyme could be a potential Ub E3-ligase of Tax, which remains unknown. Thanks to the blockage of TRAF5, we showed that this protein interacts with Tax and that TRAF5 is necessary for Tax ubiquitination, notably with K63-linked Ub chains. However, TRAF5 is not the direct E3-ligase of Tax since we demonstrated that its ligase activity is not involved in Tax conjugation to ubiquitin. We also discovered that TRAF5 induces the formation of the Tax/ IKKα/IKKβ complex but not the association between Tax and NEMO, showing a new model for the recruitment and the activation of the IKK complex by Tax. In conclusion, our results led us to propose a new light on the impact of Tax SUMOylation and ubiquitination in the NF-κB pathway activation and to figure out the different steps of this process, which is crucial for the oncogenic mechanism induced by the HTLV-1 Tax protein.

Le virus T lymphotrope humain de type 1 (HTLV-1, Human T-cell Leukemia Virus type 1) est le premier rétrovirus oncogène humain à avoir été découvert. Sa protéine régulatrice Tax est la principale responsable du processus d’immortalisation et de transformation des lymphocytes T, cibles préférentielles d’HTLV-1 in vivo, qui est associé au développement de leucémies à cellules T de l’adulte. Ce mécanisme oncogénique est dû à la capacité de Tax à interagir avec de nombreux acteurs cellulaires, détournant ainsi différentes voies qui contrôlent notamment la prolifération et la survie des cellules. L’un des événements majeurs de ce mécanisme est l’activation constitutive de la voie NF-κB induite par Tax. Notre laboratoire ainsi que d’autres équipes ont montré que l’ubiquitinylation de Tax, notamment avec des chaînes liées en K63, est nécessaire pour que Tax recrute et active le complexe IKK (IκB Kinase), en se liant à sa sous-unité régulatrice NEMO dans le cytoplasme. Par ailleurs, il a également été décrit que Tax est SUMOylée ce qui lui permet de recruter les dimères NF-κB dans des corps nucléaires pour activer la transcription de leurs gènes cibles. Toutefois, de nombreuses interrogations persistent autour de l’implication et du mode d’action de chacune de ces modifications post-traductionnelles de Tax dans l’activation de la voie NF-κB. L’importance de la SUMOylation de Tax a en effet été remise en cause par notre laboratoire, suscitant une controverse qui nous décida à réexaminer complètement son rôle dans l’activation de la voie NF-κB. Pour cela, nous avons élaboré une nouvelle stratégie basée sur l’inhibition de la machinerie de SUMOylation endogène, grâce au blocage de l’unique enzyme E2 identifiée dans ce processus, l’enzyme Ubc9. Nous avons prouvé qu’une protéine Tax non SUMOylée, mais toujours ubiquitinylée, active la transcription à partir de promoteurs dépendants de NF-κB, qu’ils soient transfectés, intégrés stablement dans la chromatine cellulaire ou endogènes, démontrant ainsi que la SUMOylation de Tax n’est pas nécessaire à l’activation de la voie NF-κB, contrairement à son ubiquitinylation. Un autre point de questionnement concerne l’association de Tax au complexe NEMO/IKKα/IKKβ, pour laquelle l’ubiquitinylation de Tax est essentielle. Nous avons étudié l’implication de l’enzyme TRAF5 dans ces mécanismes, qui semblait être une potentielle E3 ligase de Tax, celle-ci restant encore inconnue. Grâce au blocage de TRAF5, nous avons montré que cette protéine interagit avec Tax et qu’elle est nécessaire à son ubiquitinylation, notamment avec des chaînes K63, sans toutefois que son activité ligase n’entre en jeu, excluant donc son rôle en tant qu’E3 ligase de Tax. Nous avons également découvert que TRAF5 induit la formation du complexe Tax/IKKα/IKKβ, mais n’est pas impliquée dans l’association Tax/NEMO, dessinant alors un nouveau modèle pour le recrutement et l’activation du complexe IKK par Tax. Ce travail permet donc d’apporter un nouvel éclairage sur l’impact de la SUMOylation et de l’ubiquitinylation de Tax dans l’activation de la voie NF-κB et de décrypter les étapes de cet événement crucial dans le mécanisme oncogénique déclenché par la protéine Tax du virus HTLV-1. / The Human T-cell Leukemia Virus type I is the first human oncoretrovirus discovered. The regulatory Tax protein is the main responsible of the immortalization process of primary CD4+ T lymphocytes, the preferential target cells of HTLV-1 in vivo, which is associated with adult T-cell leukemia/lymphoma (ATLL), a highly aggressive malignant proliferation of CD4+ T lymphocytes. The oncogenic property of Tax is mainly due to its capacity to interact with many different cellular proteins belong to several pathways which control cell proliferation and survival. Constitutive activation of the NF-κB pathway induced by Tax plays a crucial role in this oncogenic mechanism. Our laboratory, and others, demonstrated that Tax ubiquitination, notably with K63-linked ubiquitin (Ub) chains, is required for the activation of the cytoplasmic IκB kinase (IKK) complex by directly interacting with the regulatory subunit NEMO. Moreover, in previous studies, we and others describe that Tax is also conjugated to either SUMO-1 or SUMO-2/3 molecules which facilitates its interaction with the NF-κB dimers in particular structures named Tax nuclear bodies, inducing promoter activation of target genes in the nucleus. However, many questions remain concerning the exact role of each Tax post-translational modification in the NF-κB pathway activation process. In the laboratory, we recently reconsidered the importance of Tax SUMOylation, provoking a controversy in our field. So, we decided to reexamine the role of this modification on NF-κB activation. To do this, we designed a novel strategy based on the inhibition of the endogenous SUMOylation machinery by blocking or silencing Ubc9, the unique E2-conjugating enzyme involves in this process. We found that an ubiquitinated but not SUMOylated Tax protein is still able to activate a transfected, an integrated or an endogenous NF-κB promoters, demonstrating that Tax SUMOylation is not required for Tax induced NF-κB pathway activation contrary to its ubiquitination. Another interrogation concerning the formation of the Tax/NEMO/IKKα/IKKβ complex, in which Tax ubiquitination is critical. We studied the role of TRAF5 in these mechanisms because this enzyme could be a potential Ub E3-ligase of Tax, which remains unknown. Thanks to the blockage of TRAF5, we showed that this protein interacts with Tax and that TRAF5 is necessary for Tax ubiquitination, notably with K63-linked Ub chains. However, TRAF5 is not the direct E3-ligase of Tax since we demonstrated that its ligase activity is not involved in Tax conjugation to ubiquitin. We also discovered that TRAF5 induces the formation of the Tax/ IKKα/IKKβ complex but not the association between Tax and NEMO, showing a new model for the recruitment and the activation of the IKK complex by Tax. In conclusion, our results led us to propose a new light on the impact of Tax SUMOylation and ubiquitination in the NF-κB pathway activation and to figure out the different steps of this process, which is crucial for the oncogenic mechanism induced by the HTLV-1 Tax protein.

Le virus T lymphotrope humain de type 1 (HTLV-1, Human T-cell Leukemia Virus type 1) est le premier rétrovirus oncogène humain à avoir été découvert. Sa protéine régulatrice Tax est la principale responsable du processus d’immortalisation et de transformation des lymphocytes T, cibles préférentielles d’HTLV-1 in vivo, qui est associé au développement de leucémies à cellules T de l’adulte. Ce mécanisme oncogénique est dû à la capacité de Tax à interagir avec de nombreux acteurs cellulaires, détournant ainsi différentes voies qui contrôlent notamment la prolifération et la survie des cellules. L’un des événements majeurs de ce mécanisme est l’activation constitutive de la voie NF-κB induite par Tax. Notre laboratoire ainsi que d’autres équipes ont montré que l’ubiquitinylation de Tax, notamment avec des chaînes liées en K63, est nécessaire pour que Tax recrute et active le complexe IKK (IκB Kinase), en se liant à sa sous-unité régulatrice NEMO dans le cytoplasme. Par ailleurs, il a également été décrit que Tax est SUMOylée ce qui lui permet de recruter les dimères NF-κB dans des corps nucléaires pour activer la transcription de leurs gènes cibles. Toutefois, de nombreuses interrogations persistent autour de l’implication et du mode d’action de chacune de ces modifications post-traductionnelles de Tax dans l’activation de la voie NF-κB. L’importance de la SUMOylation de Tax a en effet été remise en cause par notre laboratoire, suscitant une controverse qui nous décida à réexaminer complètement son rôle dans l’activation de la voie NF-κB. Pour cela, nous avons élaboré une nouvelle stratégie basée sur l’inhibition de la machinerie de SUMOylation endogène, grâce au blocage de l’unique enzyme E2 identifiée dans ce processus, l’enzyme Ubc9. Nous avons prouvé qu’une protéine Tax non SUMOylée, mais toujours ubiquitinylée, active la transcription à partir de promoteurs dépendants de NF-κB, qu’ils soient transfectés, intégrés stablement dans la chromatine cellulaire ou endogènes, démontrant ainsi que la SUMOylation de Tax n’est pas nécessaire à l’activation de la voie NF-κB, contrairement à son ubiquitinylation. Un autre point de questionnement concerne l’association de Tax au complexe NEMO/IKKα/IKKβ, pour laquelle l’ubiquitinylation de Tax est essentielle. Nous avons étudié l’implication de l’enzyme TRAF5 dans ces mécanismes, qui semblait être une potentielle E3 ligase de Tax, celle-ci restant encore inconnue. Grâce au blocage de TRAF5, nous avons montré que cette protéine interagit avec Tax et qu’elle est nécessaire à son ubiquitinylation, notamment avec des chaînes K63, sans toutefois que son activité ligase n’entre en jeu, excluant donc son rôle en tant qu’E3 ligase de Tax. Nous avons également découvert que TRAF5 induit la formation du complexe Tax/IKKα/IKKβ, mais n’est pas impliquée dans l’association Tax/NEMO, dessinant alors un nouveau modèle pour le recrutement et l’activation du complexe IKK par Tax. Ce travail permet donc d’apporter un nouvel éclairage sur l’impact de la SUMOylation et de l’ubiquitinylation de Tax dans l’activation de la voie NF-κB et de décrypter les étapes de cet événement crucial dans le mécanisme oncogénique déclenché par la protéine Tax du virus HTLV-1. / The Human T-cell Leukemia Virus type I is the first human oncoretrovirus discovered. The regulatory Tax protein is the main responsible of the immortalization process of primary CD4+ T lymphocytes, the preferential target cells of HTLV-1 in vivo, which is associated with adult T-cell leukemia/lymphoma (ATLL), a highly aggressive malignant proliferation of CD4+ T lymphocytes. The oncogenic property of Tax is mainly due to its capacity to interact with many different cellular proteins belong to several pathways which control cell proliferation and survival. Constitutive activation of the NF-κB pathway induced by Tax plays a crucial role in this oncogenic mechanism. Our laboratory, and others, demonstrated that Tax ubiquitination, notably with K63-linked ubiquitin (Ub) chains, is required for the activation of the cytoplasmic IκB kinase (IKK) complex by directly interacting with the regulatory subunit NEMO. Moreover, in previous studies, we and others describe that Tax is also conjugated to either SUMO-1 or SUMO-2/3 molecules which facilitates its interaction with the NF-κB dimers in particular structures named Tax nuclear bodies, inducing promoter activation of target genes in the nucleus. However, many questions remain concerning the exact role of each Tax post-translational modification in the NF-κB pathway activation process. In the laboratory, we recently reconsidered the importance of Tax SUMOylation, provoking a controversy in our field. So, we decided to reexamine the role of this modification on NF-κB activation. To do this, we designed a novel strategy based on the inhibition of the endogenous SUMOylation machinery by blocking or silencing Ubc9, the unique E2-conjugating enzyme involves in this process. We found that an ubiquitinated but not SUMOylated Tax protein is still able to activate a transfected, an integrated or an endogenous NF-κB promoters, demonstrating that Tax SUMOylation is not required for Tax induced NF-κB pathway activation contrary to its ubiquitination. Another interrogation concerning the formation of the Tax/NEMO/IKKα/IKKβ complex, in which Tax ubiquitination is critical. We studied the role of TRAF5 in these mechanisms because this enzyme could be a potential Ub E3-ligase of Tax, which remains unknown. Thanks to the blockage of TRAF5, we showed that this protein interacts with Tax and that TRAF5 is necessary for Tax ubiquitination, notably with K63-linked Ub chains. However, TRAF5 is not the direct E3-ligase of Tax since we demonstrated that its ligase activity is not involved in Tax conjugation to ubiquitin. We also discovered that TRAF5 induces the formation of the Tax/ IKKα/IKKβ complex but not the association between Tax and NEMO, showing a new model for the recruitment and the activation of the IKK complex by Tax. In conclusion, our results led us to propose a new light on the impact of Tax SUMOylation and ubiquitination in the NF-κB pathway activation and to figure out the different steps of this process, which is crucial for the oncogenic mechanism induced by the HTLV-1 Tax protein.

La modification post-traductionnelle par SUMO régule des mécanismes essentiels des fonctions protéiques comme leurs interactions avec des protéines ou des acides nucléiques, leurs localisations subcellulaires, leurs stabilités ou encore leurs activités enzymatiques. La SUMOylation est un processus réversible qui fait intervenir des enzymes spécifiques. À l’aide de modèles murins génétiquement modifiés déficient pour l’enzyme unique E2, UBC9, nous avons pu caractériser les conséquences de l’hypoSUMOylation sur la transformation des cellules et l’oncogenèse colorectal. Les résultats obtenus in vitro montrent qu’une perte totale de la SUMOylation n’a pas d’effet significatif sur la survie des cellules primaires mais affecte très fortement celle des cellules transformées. De manière surprenante, la réduction de moitié de la quantité d’UBC9 augmente la prolifération des cellules transformées mais n’a aucun effet sur la prolifération des cellules primaires. Dans les modèles animaux des résultats contradictoires ont été obtenus. En effet, la réduction de moitié de la quantité d’UBC9 augmente le nombre de polypes intestinaux dans un modèle murin de cancer colorectale induit génétiquement (APC). Par contre, dans un modèle chimio-induite en présence d’un agent inflammatoire (AOM-DSS), la réduction de la quantité d’UBC9 réduit le nombre de polypes dans les colons des souris. Ces résultats permettent d’affiner nos connaissances sur le rôle de la SUMOylation et d’envisager que des inhibiteurs de la SUMOylation pourraient être utilisées en thérapeutique. Néanmoins, le niveau de SUMOylation devra alors être très strictement et finement contrôlé en fonction du type de cancers. / The post-translational modification by the Small Ubiquitin-like MOdifier (SUMO) is an essential regulatory mechanism of protein function affecting the interactions of its substrates with their protein and nucleic acid partners, their localization, stability or enzymatic activity. SUMOylation is a reversible process involving specific enzymes. Using genetically modified models deficient for the unique E2 enzyme, UBC9, we characterized the consequences of hypoSUMOylation in cellular transformation and colorectal cancer. The results obtained in vitro demonstrate that a total loss of SUMOylation does not have significant effects in the survival of primary cells but strongly affects the survival of transformed cells. Surprisingly however, the reduction in half of the quantity of UBC9 increased the proliferation of transformed cells but had no effect in the proliferation of primary cells. In animal models, contradictory results were obtained. More specifically, the reduction in half of the quantity of UBC9 increased the number of intestinal polyps in a murine model of genetically induced colorectal carcinogenesis (APC). On the contrary, in a chemical model consisting of mutagenic and an inflammatory agent (AOM-DSS), the reduction in half of UBC9 decreases the number of polyps in the colon of the mice. On the whole, these results allow us to increase our knowledge of SUMOylation and to envisage a possible use of SUMOylation inhibitors for cancer therapy, however the level of SUMOylation would have to be strictly and finely controlled depending on the type of cancer.

No description available.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

No description available.

La SUMOylation est une modification post-traductionnelle réversible permettant de diversifier les fonctions de centaines de substrats. Elle est impliquée dans des processus essentiels à la cellule et à l'organisme, tels que la réparation de l'ADN, la mitose, la transcription. A l'aide de modèles murins génétiquement modifiés déficients pour l'unique enzyme E2 de SUMOylation, UBC9, nous avons caractérisé les conséquences de la réduction de la SUMOylation sur l'immunité innée et l'oncogenèse.Nous révélons un rôle majeur de la SUMOylation dans la régulation négative du gène codant pour l'IFN- . La dérégulation de ce gène par l'absence d'Ubc9 a des conséquences importantes sur l'immunité innée, avec une augmentation de l'expression du programme transcriptionnel inflammatoire, une hypersensibilité au choc endotoxique, et une protection contre les infections virales. L'étude du profil chromatinien de SUMO autour du gène Ifnb1 a révélé trois nouveaux domaines à potentiel régulateur. Enfin, la SUMOylation régule l'expression de rétrovirus endogènes, potentiellement déclencheurs d'une réponse interféron.Le second axe de recherche a permis de caractériser les conséquences de la réduction de la SUMOylation sur la transformation cellulaire et l'oncogenèse colorectale. Nous montrons une sensibilité accrue des cellules transformées à la perte de SUMOylation comparées aux cellules primaires. De plus, les souris hétérozygotes pour Ubc9 présentent une réduction du nombre de polypes intestinaux dans un modèle d'oncogenèse colorectale.Ces résultats permettent d'affiner nos connaissances sur le rôle de la SUMOylation dans l'oncogenèse et l'immunité innée. / SUMOylation is a reversible post-translational modification modifying the functions of hundreds ofproteins. It is implicated in essential cellular and organismal processes, such as nuclear shuttling, DNArepair, mitosis, transcription. Using genetically modified models, deficient for the uniqueSUMOylation E2 enzyme UBC9, we characterized the consequences of a decrease in globalSUMOylation in two processes: innate immunity and oncogenesis.We reveal a major role for SUMOylation in the negative regulation of the gene coding for IFN-.Deregulation of this gene in the absence of Ubc9 has dramatic consequences on innate immunity, withincreased inflammatory transcriptional program expression, endotoxic shock hypersensitivity, andprotection against viral infection. Chromatin binding profile analysis of SUMO surrounding the Ifnb1gene revealed three new putative regulatory domains. Finally, SUMOylation regulates endogenousretroviruses expression, potential triggers for interferon response.Our second research axis allowed the characterization of the consequences of global SUMOylationdecrease on cellular transformation and colorectal oncogenesis. Our results show increased sensitivityof transformed cells to SUMOylation loss, when compared to primary cells. Furthermore, decreasingUBC9 levels by half causes a two-fold decrease in intestinal polyp numbers developing in the colon ofmice, in a chemically-induced model of colorectal oncogenesis.Altogether, these results helped increasing our knowledge of the role of SUMOylation in majorcellular processes implicated in oncogenesis and innate immunity.

This thesis presents an investigation of fluorescence resonance energy transfer (FRET) as a reporting signal for protein-protein interactions. Quantitative optical assays to measure protein binding, conjugation and deconjugation are developed and results validated by conventional biochemical techniques. The optical techniques developed provide fast, cheap, quantitative and accurate alternatives to conventional methods. Fluorescent protein fluorophores ECFP and Venus-EYFP were chosen as they are a non-interfering FRET pair and provide an inexpensive and convenient cloning-based labelling method. The small ubiquitin-like modifier SUMO and the SUMOylation pathway leading to its conjugation to target proteins is investigated as a model system. These assays are hence particularly relevant to research on post-translational modification and ubiquitin systems. In protein-protein binding assays we utilise both steady-state and time-resolved FRET detection to measure the equilibrium binding constant of the well-characterised pair SUMO1 and Ubc9. An assay in multi-well plate format is also presented, which uniquely enables repeat measurements under varying conditions and under the addition of further substances. The multi-protein binding interactions of the SUMOylation pathway including RanBP2 are analysed in binding inhibition assays. Our results clarify the role of RanBP2: a covalent SUMO1-Ubc9 link is required for the formation of a trimeric complex, although mutual binding sites are present on all three proteins. Furthermore, the binding of SUMO1 and Ubc9 is disrupted by RanBP2, which may be an essential step in transferring SUMO1 to its target protein. A FRET-based kinetic study of this conjugation process to RanGAP1 is presented. An assay to monitor the deconjugation of SUMO1 by specific proteases is established using a doubly-tagged SUMO construct. This enables a quantitative analysis of protease and substrate specificity based on real-time kinetic data, a characterisation of crude cell extracts and a high-throughput screen for protease inhibitors using FRET. A screen of the National Cancer Institute (NIC) diversity set for SenP1 inhibition reveals nine suitable compounds, which are potential anti-cancer drugs. The results of two further projects, the study of protein-protein binding by measuring small refractive index changes and the autofluorescence of normal and neoplastic cervical tissue models are also presented. In the latter, principal component analysis was used to systematically identify emission regions of significant variation between samples, enabling discrimination between healthy and pre-cancerous tissue models.