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Dans le contexte pathologique de l’athérosclérose, les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) sont caractérisées par une prolifération et une migration accrue. La stimulation à l’Angiotensine II (Ang II) ou au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) a tendance à promouvoir cette migration anormale. Cependant, ce phénomène seul n’est pas suffisant pour que les CMLV puissent migrer à travers le tissu environnant et envahir l’intima des vaisseaux sanguins. Les CMLV doivent alors dégrader la matrice extracellulaire et développer des structures nécessaires à l’invasion. Ce mouvement cellulaire est à l’origine d’une augmentation de la plaque athéromateuse responsable de nombreuses complications. Des données préliminaires ont montré que des facteurs de croissance ou hormones pouvaient induire l’invasion des CMLV. Dans notre laboratoire, il a été montré que les facteurs d’ADP-ribosylation (ARF) permettent la régulation du remodelage phénotypique des CMLV, et jouent un rôle dans la prolifération et la migration cellulaire. Au cours de cette étude, nous allons donc examiner le rôle de ARF6 dans la formation de structures importantes pour l’invasion et l’activation de métalloprotéinases de la matrice dans les CMLV humaines. En premier lieu, nous avons défini que la stimulation avec du PDGF ou de l’Ang II permet l’activation de la GTPase ARF6. En second lieu, nous avons mis en avant l’impact de la déplétion de ARF6 sur l’invasion cellulaire induite à la suite d’une stimulation avec le PDGF ou l’Ang II. Pour y parvenir, nous avons utilisé deux méthodes d’analyse de l’invasion, tout d’abord de la microscopie sur support gélatineux qui permet d’observer la dégradation de la matrice, ensuite des essais d’invasion sur du Matrigel dans des chambres de Boyden. Pour finir, nous avons voulu définir le mécanisme impliqué dans ce phénomène d’invasion cellulaire chez les CMLV humaines. En somme nous avons montré, l’importance d’ARF6 dans l’invasion induite par des facteurs de croissance ou hormone. Et nous avons soumis l’hypothèse que ce mécanisme passe par l’activation de la voie des MAPK ou PI3K. L’élucidation de ces mécanismes cellulaires pourrait avoir un intérêt quant à l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement de l’athérosclérose. / In the pathological setting of atherosclerosis, vascular smooth muscle cells are characterized by an increased proliferation and migration. Stimulation of these cells with Angiotensin II (Ang II) or platelet-derived growth factor (PDGF) usually promotes this abnormal migration. However, this phenotype alone is not sufficient for VSMCs to migrate through surrounding tissues and infiltrate the blood vessels’ intima. VSMCs must also be able to degrade extracellular matrix components and acquire the cellular structures necessary for invasion. The migration of VSMCs to the intima is responsible for the growth of the atherosclerotic plaque which leads to numerous complications. Preliminary data has shown that growth factors and hormones can cause the invasive phenotype of VSMCs. Our group has demonstrated that the ADP-ribosylation factor (ARF) could regulate the phenotypic remodeling of VSMCs and, by extension, their proliferative and migrative capacities. During this study, we will examine the importance of ARF6 in the formation of important invasive cellular structures as well as matrix metalloproteinases activation in human VSMCs. First, we have discovered and defined the connection between agonist stimulation and the activation of the small GTPase ARF6. We have also studied the impact of ARF6 depletion on cellular invasion following PDGF or Ang II stimulation. We have accomplished this using two methods commonly employed to analyze cellular invasion: Gelatine-based matrix degradation assays analyzed by microscopy and invasion assays on Matrigel in Boyden chambers. Lastly, we have tried to uncover the mechanistic behind this invasive phenotype observed in human VSMCs. To summarize, we have demonstrated the importance of ARF6 in growth factors and hormone-induced cellular invasion and we have hypothesized that this activity is mediated by the activation of the MAPK or PI3K signaling pathways. The further characterization of these cellular mechanisms could lead to the discovery of novel therapeutic strategies in atherosclerosis.

Les organismes vivants, qu'ils soient simples ou complexes, ont acquis des stratégies pour s'adapter aux changements environnementaux. Ces changements correspondent à un large éventail de signaux chimiques, physiques ou mécaniques qui doivent être transmis en messages intracellulaires. Dans la cellule, des réseaux de signalisation sont modulés avec une grande précision pour transmettre ces messages et générer une réponse cellulaire appropriée. Les protéines d'échafaudage jouent un rôle crucial dans la sélectivité et la modulation spatio-temporelle de la transduction du signal. Par divers mécanismes moléculaires, elles médient l’organisation de complexes multimoléculaires impliqués dans plusieurs processus biologiques. CNK est une protéine d'échafaudage découverte par le biais d’études génétiques chez la drosophile où elle agit comme modulateur positif de la signalisation RAS/MAPK. Cependant, les fonctions physiologiques des homologues de CNK de mammifères (CNK1, CNK2 et CNK3) et leurs contributions aux pathologies humaines sont mal caractérisées. De plus, il existe peu d’évidences rapportant leur implication dans la signalisation RAS/MAPK. Elles ont plutôt été associées à des voies de signalisation contrôlées par les guanosine triphosphatases (GTPases) des familles ARF et RHO. Dans un premier manuscrit, nous avons montré que CNK2 est requise pour la migration et l'invasion des cellules cancéreuses en couplant le récepteur tyrosine kinase (RTK) prométastatique AXL à l'activation de la GTPase ARF6. D'un point de vue mécanistique, la signalisation induite par AXL favorise le recrutement de CNK2 à la membrane plasmique de manière dépendante de PI3K. Ensuite, CNK2 promeut l’activation d’ARF6 via son interaction aux ARF Guanosine exchange factors (GEFs) cytohésines et à la protéine adaptatrice SAMD12. Nous démontrons également qu’ARF6 coordonne l'activité des GTPases RAC1 et RHOA. Enfin, l'ablation génétique de CNK2 ou SAMD12 réduit considérablement les lésions métastatiques hépatiques et pulmonaires dans un modèle de xénogreffe de souris. Dans une série d’expériences de BioID supplémentaires utilisant le mutant gain-de-fonction ARF6 Q67L, nous avons identifié PLD1 et ITGB1 comme candidats potentiels pouvant médier la signalisation RAC1 et RHOA en aval d’ARF6. Dans une autre série d’expériences, nous avons caractérisé l'interaction entre les CNKs et la sous-famille des kinases Misshapen (MSN). Les trois membres de cette sous-famille, MAP4K4, TNIK et MINK1, ont été identifiés comme principaux interacteurs proximaux de CNK2A et CNK3 dans les expériences de BioID. Toutefois, leur interaction ne semble pas être impliquée dans la fonction promigratoire de CNK2A. Par des expériences de cartographie, nous démontrons que les domaines CRIC et DUF1170 de CNK2/3 et la région coiled-coil de MAP4K4 sont importants pour leur interaction. Nos travaux suggèrent également que SAMD10 compétitionne avec MAP4K4 pour se lier à CNK2 et que SAMD10/12 modulent la stabilité de CNK2. Enfin, nos résultats préliminaires suggèrent que MAP4K4 induit la phosphorylation de CNK2/3. Cependant, la pertinence biologique de ces évènements reste à déterminer. Dans l'ensemble, nos travaux révèlent une fonction inattendue de CNK2 dans la régulation de la motilité des cellules cancéreuses et identifient une nouvelle voie de signalisation qui pourrait être ciblée pour limiter les métastases. En outre, nos travaux identifient plusieurs pistes pour approfondir le rôle de CNK dans les cellules de mammifères. / All living organisms, whether simple or complex, have acquired sophisticated strategies to adapt to their changing environment. These environmental changes correspond to a breadth of chemical and mechanical signals that need to be transmitted into intracellular information. In cells, dense signalling networks are put into place and modulated with great precision to transmit messages and generate appropriate cellular responses. Scaffolding proteins play a crucial role in the selectivity and spatiotemporal modulation of signal transduction. Through various molecular mechanisms, they mediate the organization of multimolecular complexes implicated in various biological processes. CNK is a scaffolding protein discovered through genetic studies in drosophila where it acts as an important positive regulator of the highly oncogenic RAS/MAPK pathway. In contrast, the physiological functions of human CNKs and their roles in human diseases are poorly characterized. Moreover, evidence supporting their requirement for RAS/MAPK signalling remains sparse. Rather, they have been linked to signalling pathways controlled by the ARF and RAS homologous (RHO) subfamilies of GTPases. In a first manuscript, we found that mammalian CNK2 promotes cancer cell migration and invasion by coupling the pro-metastatic RTK AXL to downstream activation of ARF6 GTPase. Mechanistically, we showed that AXL signalling induces PI3K-dependent recruitment of CNK2 to the plasma membrane where it stimulates ARF6 via its interaction with the cytohesin ARF GEFs and the adaptor protein SAMD12. We also showed that ARF6 coordinates RAC1 and RHOA GTPase activity. Finally, the genetic ablation of CNK2 or SAMD12 potently reduces liver and lung metastatic lesions in a mouse xenograft model. In a series of supplemental BioID experiments using the gain-of-function ARF6 Q67L mutant, we identified PLD1 and ITGB1 as potential candidates that could mediate RAC1 and RHOA signalling downstream of ARF6. In another study, we characterized the interaction between CNKs and the MSN subfamily of kinases. The three members of this subfamily, namely MAP4K4, TNIK and MINK1, were identified as top proximal interactors of CNK2A and CNK3 in the BioID experiments. However, their interaction does not appear to be involved in the pro-migratory function of CNK2A. Through mapping experiments, we found that the CRIC and DUF1170 domains of CNK2 and CNK3 and the coiled-coil region of MAPK4K4 are important for their interaction. In addition, we found that SAMD10 competes with MAP4K4 for binding to CNK2 and that SAMD10/12 proteins also modulate CNK2 stability. Finally, our preliminary results suggest that MAP4K4 induces CNK2/3 phosphorylation. However, the biological relevance of these interactions and phosphorylation events remains to be addressed. Overall, our work uncovers an unanticipated function of CNK2 in regulating cancer cell motility and identifies a novel signalling pathway that could be targeted to restrain metastasis. Moreover, it identifies several avenues for further study into CNK function in mammalian cells.

Les récepteurs couplés aux protéines-G (RCPGs) constituent la première étape d’une série de cascades signalétiques menant à la régulation d’une multitude de processus physiologiques. Dans le modèle classique connu, la liaison du ligand induit un changement de conformation du récepteur qui mène à sa forme active. Une fois activés, les RCPGs vont réguler l’activité d’une protéine membranaire cible qui peut être tant une enzyme qu’un canal ionique. L’interaction entre le récepteur et la cible nécessite l’intermédiaire d’une protéine hétérotrimérique appelée « protéine G », qui est activée pour favoriser l’échange du GDP (guanosine diphosphate) pour un GTP (guanosine triphosphate) et assurer la transduction du signal du récepteur à l’effecteur. Les mécanismes moléculaires menant à l’activation des effecteurs spécifiques via l’activation des RCPGs par les protéines G hétérotrimériques sont encore plutôt méconnus. Dans notre étude nous nous sommes intéressés aux récepteurs FP et PAF, à leurs ligands naturels, la PGF2α et le Carbamyl-PAF respectivement, et à des ligands à action antagoniste sur ces récepteurs. Des ligands considérés comme agonistes, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et induisent les mêmes effets que le ligand naturel. Les antagonistes, par contre, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et bloquent l’action du ligand naturel en prévenant le changement conformationnel du complexe, et ils peuvent avoir une action compétitive ou non-compétitive. Nous avons étudié aussi des ligands orthostériques et allostériques du récepteur FP des prostaglandines et du récepteur PAF. Un ligand orthostérique peut se comporter comme agoniste ou antagoniste en se fixant au site de liaison du ligand (agoniste) naturel. Un ligand allostérique est un agoniste ou antagoniste se fixant à un site autre que celui du ligand naturel entraînant un changement de conformation ayant pour conséquence soit une augmentation (effecteur positif), soit une diminution (effecteur négatif) de l'activité du ligand naturel. / G protein coupled receptors (GPCRs) are involved in the first step of most signalling pathways that regulate a variety of physiological events. The classical view of GPCR activation suggests that ligand binding to the inactive receptor will trigger a conformational change leading to an active conformation of the receptor. The GPCRs activated regulate the activity of a target membrane protein which can then activate other signalling proteins such as enzymes and ionic channels. The interaction between the receptor and the target requires an intermediary, in this case an heterotrimeric protein named « G protein », which is activated in order to facilitate the exchange of GDP (guanosine diphospate) for a GTP (guanosine triphosphate) and allow the transduction of the signal from the receptor to the effector. The molecular mechanisms leading to the activation of signalling effectors via the activation of GPCRs by its heterotrimeric G protein have not yet been well characterized. We focused our study on two GPCRs, the FP and PAF receptors, their natural ligands, PGF2α and Carbamyl-PAF respectively, and their antagonist ligands. Agonists are ligands that bind to the target receptor and trigger the same effects as the natural ligand of the GPCR. In contrast with agonists, antagonist ligands are molecules that prevent the effects of the natural ligand by keeping the GPCR from changing to its active conformation and can be competitive or non-competitive. We have also studied orthosteric and allosteric ligands of the FP and PAF receptors. An orthosteric ligand binds the same site as the natural ligand of the receptor and can act as an agonist or an antagonist. In the contrary, an allosteric ligand will rather have a different binding site then the natural ligand (agonist) and can positively or negatively modulate the effects of the natural ligand.

Les récepteurs couplés aux protéines-G (RCPGs) constituent la première étape d’une série de cascades signalétiques menant à la régulation d’une multitude de processus physiologiques. Dans le modèle classique connu, la liaison du ligand induit un changement de conformation du récepteur qui mène à sa forme active. Une fois activés, les RCPGs vont réguler l’activité d’une protéine membranaire cible qui peut être tant une enzyme qu’un canal ionique. L’interaction entre le récepteur et la cible nécessite l’intermédiaire d’une protéine hétérotrimérique appelée « protéine G », qui est activée pour favoriser l’échange du GDP (guanosine diphosphate) pour un GTP (guanosine triphosphate) et assurer la transduction du signal du récepteur à l’effecteur. Les mécanismes moléculaires menant à l’activation des effecteurs spécifiques via l’activation des RCPGs par les protéines G hétérotrimériques sont encore plutôt méconnus. Dans notre étude nous nous sommes intéressés aux récepteurs FP et PAF, à leurs ligands naturels, la PGF2α et le Carbamyl-PAF respectivement, et à des ligands à action antagoniste sur ces récepteurs. Des ligands considérés comme agonistes, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et induisent les mêmes effets que le ligand naturel. Les antagonistes, par contre, sont des molécules qui interagissent avec le récepteur et bloquent l’action du ligand naturel en prévenant le changement conformationnel du complexe, et ils peuvent avoir une action compétitive ou non-compétitive. Nous avons étudié aussi des ligands orthostériques et allostériques du récepteur FP des prostaglandines et du récepteur PAF. Un ligand orthostérique peut se comporter comme agoniste ou antagoniste en se fixant au site de liaison du ligand (agoniste) naturel. Un ligand allostérique est un agoniste ou antagoniste se fixant à un site autre que celui du ligand naturel entraînant un changement de conformation ayant pour conséquence soit une augmentation (effecteur positif), soit une diminution (effecteur négatif) de l'activité du ligand naturel. / G protein coupled receptors (GPCRs) are involved in the first step of most signalling pathways that regulate a variety of physiological events. The classical view of GPCR activation suggests that ligand binding to the inactive receptor will trigger a conformational change leading to an active conformation of the receptor. The GPCRs activated regulate the activity of a target membrane protein which can then activate other signalling proteins such as enzymes and ionic channels. The interaction between the receptor and the target requires an intermediary, in this case an heterotrimeric protein named « G protein », which is activated in order to facilitate the exchange of GDP (guanosine diphospate) for a GTP (guanosine triphosphate) and allow the transduction of the signal from the receptor to the effector. The molecular mechanisms leading to the activation of signalling effectors via the activation of GPCRs by its heterotrimeric G protein have not yet been well characterized. We focused our study on two GPCRs, the FP and PAF receptors, their natural ligands, PGF2α and Carbamyl-PAF respectively, and their antagonist ligands. Agonists are ligands that bind to the target receptor and trigger the same effects as the natural ligand of the GPCR. In contrast with agonists, antagonist ligands are molecules that prevent the effects of the natural ligand by keeping the GPCR from changing to its active conformation and can be competitive or non-competitive. We have also studied orthosteric and allosteric ligands of the FP and PAF receptors. An orthosteric ligand binds the same site as the natural ligand of the receptor and can act as an agonist or an antagonist. In the contrary, an allosteric ligand will rather have a different binding site then the natural ligand (agonist) and can positively or negatively modulate the effects of the natural ligand.

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L’athérosclérose est une pathologie cardiovasculaire chronique impliquant de nombreux acteurs. Les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) jouent un important rôle dans la pathogénicité. Lors de la formation des plaques athérosclérotiques, ces cellules entraînent l’augmentation de la taille de l’athérome, accentuent la formation du chapeau fibreux et à long terme, contribuent à l’instabilité de la plaque. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à l’impact d’ARF6 sur les cellules du muscle lisse vasculaire et ses implications pathologiques dans l’athérosclérose. Les ARF sont des GTPases agissant comme interrupteurs moléculaires dans divers processus physiologiques tels que le trafic vésiculaire intracellulaire et le remodelage des lipides membranaires. ARF6 est importante pour la prolifération et la migration cellulaire des CMLV, deux phénomènes importants dans le développement de l’athérosclérose. Nous émettons donc l’hypothèse que la GTPase ARF6 est impliquée dans la progression de l’athérosclérose. En premier lieu, nous avons étudié l’effet de la GTPase dans le phénomène de l’invasion cellulaire. Dans l’athérosclérose, plusieurs facteurs environnementaux influencent l’invasion des CMLV. Nous avons voulu vérifier l’effet d’ARF6 sur l’invasion des CMLV médiée par le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-BB) et l’angiotensine II (Ang II). Dans un modèle humain, l’invasion était diminuée en l’absence d’ARF6. Nous avons démontré que ce mécanisme résultait d’un effet d’ARF6 sur l’activité de la métalloprotéinase matricielle MMP14. En second lieu, nous avons voulu évaluer l’effet d’ARF6 dans un modèle in vivo d’athérosclérose. En utilisant un modèle accéléré d’athérosclérose inductible, nous avons inhibé ARF6 dans les cellules du muscle lisse. Après dix semaines de diète riche en gras, nous avons observé une diminution de la taille des lésions athérosclérotiques dans les souris ARF6 KO, accompagnée d’une réduction de l’expression des facteurs pro-inflammatoires tels qu’IL-6. Dans un modèle in vitro, l’absence d’ARF6 réduisait l’absorption lipidique en agissant sur l’expression des transporteurs. De plus, ARF6 régulait des voies de signalisation impliquées dans l’inflammation. En somme, nous avons démontré l’importance d’ARF6 dans la modulation pathologique des CMLV dans l’athérosclérose. Ainsi, ARF6 contribue à la pathogénicité des CMLV en modulant leur invasion cellulaire tout en jouant un rôle pro-inflammatoire. / Atherosclerosis is a chronic cardiovascular disease characterized by an accumulation of lipids, followed by the infiltration of macrophages and vascular smooth muscle cells (VSMC). VSMC are responsible for the increase of lesion size, the formation of a fibrous cap, and eventually contributing to the plaque instability. In this study, we were interested in the role of ARF6 in the vascular smooth muscle cells and its pathological implications in atherosclerosis. ARF are a family of GTPases that act as molecular switches and are involved in diverse physiological mechanisms, such as vesicular traffic and membrane lipid transformation. In VSMC, ARF6 is important for cell proliferation and migration, two processes involved in atherosclerosis. We therefore hypothesize that the GTPase ARF6 is involved in the development of atherosclerosis through its impact on VSMC. First, we studied the role of ARF6 in the mechanism of cell invasion. In atherosclerosis, multiple environmental factors affect VSMC invasion. We verified the impact of ARF6 on platelet-derived growth factor (PDGF-BB) and angiotensin II (Ang II)-mediated invasion. Using a human model, we observed a reduction of invasion in the absence of ARF6. We have demonstrated that this mechanism is due to the effect of ARF6 on the activity of the matrix metalloproteinase MMP14. Second, we wanted to verify the role of ARF6 in atherosclerosis in an in vivo model. Using an accelerated inducible atherosclerosis model, we inhibited ARF6 in smooth muscle cells. After ten weeks of high-fat diet, we observed a reduction in the size of atherosclerotic lesions in ARF6 KO mice. This reduction was accompanied by a decrease in the expression of proinflammatory factors. In our in vitro model, ARF6 depletion reduced lipid uptake by downregulating the lipidic transporter expression. Also, ARF6 was responsible to activate inflammation signaling pathways. In summary, we have demonstrated the impact of ARF6 in the pathological modulation of VSMC in atherosclerosis. Indeed, ARF6 contributes to the pathogenicity of VSMC through its ability to modulate cell invasion and induce proinflammatory actions.