Le mode de coordination parmi les différentes molécules qui régulent la migration reste très peu connu. Ce travail traite de deux voies de transduction régulant la migration: la voie Rac1/WRC (Wave Regulatory Complex) qui contrôle la formation du réseau d’actine au front des cellules migrantes, et la voie RalB/exocyst, dont les mécanismes moléculaires de son implication dans la motilité cellulaire étaient inconnus au début de cette thèse. Rac1 et RalB sont des petites protéines G des familles Rho et Ras, respectivement. Les complexes WRC et exocyst sont leurs effecteurs directs.Au cours de la recherche de connexions entre l’exocyst et des régulateurs de la migration, nous avons trouvé que deux sous-unités de l’exocyst, Exo70 et Sec6, interagissent directement in vitro avec Abi et Cyfip, respectivement, deux sous unités du WRC. De plus, nous avons trouvé que les sous-unités de l’exocyst peuvent interagir in vitro avec le WRC entier. Nous avons également montré que ces deux complexes s’associent in vivo. Sur le plan fonctionnel, l’exocyst est requis pour le positionnement du complexe WRC au front des cellules migrantes. D’autre part, nous avons également trouvé que deux autres sous- unités de l’exocyst Sec8 et Exo84, interagissent avec SH3BP1 (une RhoGAP) en double hybride et en co-immunoprécipitation. SH3BP1 se localise au front des cellules migrantes, et cette localisation dépend de l’exocyst. De façon intéressante, in vivo, la voie RalB/exocyst/SH3BP1 cible spécifiquement Rac1, et non Cdc42. Grâce à plusieurs approches, nous concluons que SH3BP1 est requis pour inactiver Rac1 au front. Dans notre modèle nous proposons que RalB/exocyst règulerait la migration cellulaire en véhiculant au front de migration deux éléments majeurs de la signalisation de Rac1 : son complexe effecteur WRC, qui stimule la nucléation de filaments d’actine et son régulateur négatif SH3BP1, une GAP qui promeut l’inactivation et le cycle GDP/GTP de Rac1. En conclusion, ce travail fournit de nouvelles connexions moléculaires et fonctionnelles entre l’exocytose polarisée et la dynamique de l’actine au cours de la motilité cellulaire. / Very little is known about the coordination and the integration among the different regulators of the motility process. This work deals with two migration-regulatory pathways: the Rac1/WRC (Wave Regulatory Complex) pathway that drives the formation of the actin polymerization network at the front of motile cells; and RalB/exocyst pathway for which the molecular mechanisms underlying its implication in cell motility were still largely unknown at the beginning of this thesis. Rac1 and RalB are small GTPases of the Rho and Ras family, respectively. WRC and exocyst complexes are their direct effectors.In searching for connections between the exocyst and migration regulators, we found that two subunits of the exocyst, Exo70 and Sec6, interact directly in vitro with two subunits of the WRC, Abi and Cyfip, respectively. Moreover, we found that exocyst subunits can interact in vitro with the whole fully-assembled WRC complex. We also showed that these two complexes associate in vivo. Functionally, the exocyst was required for WRC complex positioning at the front of migrating cells.On the other hand, we also found that two other subunits of the exocyst, Sec8 and Exo84, interact with SH3BP1 (a RhoGAP protein) by two-hybrid assay and by co-immunoprecipitation. SH3BP1 localizes at the leading edge and this localization is dependent on the exocyst. Interestingly, in vivo, the RalB/exocyst/SH3BP1 pathway specifically targets Rac1, and not Cdc42. By a combination of approaches we concluded that SH3BP1 is required to inactivate Rac1 at the front.In our model we propose that RalB/exocyst regulates cell migration by driving to the leading edge two key signaling elements of the Rac1 pathway: its effector WRC, that stimulates actin filament nucleation, and its negative regulator SH3BP1, a GAP promoting Rac1 inactivation and GDP/GTP cycling. In conclusion, this work provides novel molecular and functional links between polarized exocytosis and actin dynamics during cell motility.

Le mode de coordination parmi les différentes molécules qui régulent la migration reste très peu connu. Ce travail traite de deux voies de transduction régulant la migration: la voie Rac1/WRC (Wave Regulatory Complex) qui contrôle la formation du réseau d'actine au front des cellules migrantes, et la voie RalB/exocyst, dont les mécanismes moléculaires de son implication dans la motilité cellulaire étaient inconnus au début de cette thèse. Rac1 et RalB sont des petites protéines G des familles Rho et Ras, respectivement. Les complexes WRC et exocyst sont leurs effecteurs directs.Au cours de la recherche de connexions entre l'exocyst et des régulateurs de la migration, nous avons trouvé que deux sous-unités de l'exocyst, Exo70 et Sec6, interagissent directement in vitro avec Abi et Cyfip, respectivement, deux sous unités du WRC. De plus, nous avons trouvé que les sous-unités de l'exocyst peuvent interagir in vitro avec le WRC entier. Nous avons également montré que ces deux complexes s'associent in vivo. Sur le plan fonctionnel, l'exocyst est requis pour le positionnement du complexe WRC au front des cellules migrantes. D'autre part, nous avons également trouvé que deux autres sous- unités de l'exocyst Sec8 et Exo84, interagissent avec SH3BP1 (une RhoGAP) en double hybride et en co-immunoprécipitation. SH3BP1 se localise au front des cellules migrantes, et cette localisation dépend de l'exocyst. De façon intéressante, in vivo, la voie RalB/exocyst/SH3BP1 cible spécifiquement Rac1, et non Cdc42. Grâce à plusieurs approches, nous concluons que SH3BP1 est requis pour inactiver Rac1 au front. Dans notre modèle nous proposons que RalB/exocyst règulerait la migration cellulaire en véhiculant au front de migration deux éléments majeurs de la signalisation de Rac1 : son complexe effecteur WRC, qui stimule la nucléation de filaments d'actine et son régulateur négatif SH3BP1, une GAP qui promeut l'inactivation et le cycle GDP/GTP de Rac1. En conclusion, ce travail fournit de nouvelles connexions moléculaires et fonctionnelles entre l'exocytose polarisée et la dynamique de l'actine au cours de la motilité cellulaire.

Purpose: A few de novo missense variants in the cytoplasmic FMRP-interacting protein 2 (CYFIP2) gene have recently been described as a novel cause of severe intellectual disability, seizures, and hypotonia in 18 individuals, with p.Arg87 substitutions in the majority. Methods: We assembled data from 19 newly identified and all 18 previously published individuals with CYFIP2 variants. By structural modeling and investigation of WAVE-regulatory complex (WRC)-mediated actin polymerization in six patient fibroblast lines we assessed the impact of CYFIP2 variants on the WRC. Results: Sixteen of 19 individuals harbor two previously described and 11 novel (likely) disease-associated missense variants. We report p.Asp724 as second mutational hotspot (4/19 cases). Genotype–phenotype correlation confirms a consistently severe phenotype in p.Arg87 patients but a more variable phenotype in p.Asp724 and other substitutions. Three individuals with milder phenotypes carry putative loss-of-function variants, which remain of unclear pathogenicity. Structural modeling predicted missense variants to disturb interactions within the WRC or impair CYFIP2 stability. Consistent with its role in WRC-mediated actin polymerization we substantiate aberrant regulation of the actin cytoskeleton in patient fibroblasts. Conclusion: Our study expands the clinical and molecular spectrum of CYFIP2-related neurodevelopmental disorder and provides evidence for aberrant WRC-mediated actin dynamics as contributing cellular pathomechanism.

Purpose: A few de novo missense variants in the cytoplasmic FMRP-interacting protein 2 (CYFIP2) gene have recently been described as a novel cause of severe intellectual disability, seizures, and hypotonia in 18 individuals, with p.Arg87 substitutions in the majority. Methods: We assembled data from 19 newly identified and all 18 previously published individuals with CYFIP2 variants. By structural modeling and investigation of WAVE-regulatory complex (WRC)-mediated actin polymerization in six patient fibroblast lines we assessed the impact of CYFIP2 variants on the WRC. Results: Sixteen of 19 individuals harbor two previously described and 11 novel (likely) disease-associated missense variants. We report p.Asp724 as second mutational hotspot (4/19 cases). Genotype–phenotype correlation confirms a consistently severe phenotype in p.Arg87 patients but a more variable phenotype in p.Asp724 and other substitutions. Three individuals with milder phenotypes carry putative loss-of-function variants, which remain of unclear pathogenicity. Structural modeling predicted missense variants to disturb interactions within the WRC or impair CYFIP2 stability. Consistent with its role in WRC-mediated actin polymerization we substantiate aberrant regulation of the actin cytoskeleton in patient fibroblasts. Conclusion: Our study expands the clinical and molecular spectrum of CYFIP2-related neurodevelopmental disorder and provides evidence for aberrant WRC-mediated actin dynamics as contributing cellular pathomechanism.

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