Late expression factor 3 is one of the six AcMNPV genes essential for DNA replication identified through transient replication assays. LEF-3 is a single stranded DNA binding protein responsible for the transportation of the viral helicase (P143) into the nucleus of the infected cell. In this study, a protein complementation-based assay was adapted to identify the region(s) of LEF-3 that is (are) involved in LEF-3-LEF-3 protein interactions. The full-length LEF-3, or various truncated LEF-3 regions were fused with Venus1 (N- terminus portions of full length Venus, a modified yellow fluorescence protein) or Venus2 (C- terminus). Venus1 and Venus2 fragments generated a functional fluorescent Venus protein when the two fragments were brought together by protein-protein interaction of the fused LEF-3 constructs. Fluorescence generated by coexpression of full-length LEF-3 fusion proteins confirmed that LEF-3 exists as homo-oligomer. Interaction between the full-length and the N- terminal (aa 1-189) or C- terminal regions (aa 190-385), and between the various truncated LEF-3 regions suggested the complexity of LEF-3 oligomeric structure. LEF-3 constructs deleted for NLS function revealed cytoplasmic fluorescence, suggesting that LEF-3-LEF-3 interactions occur in the absence of DNA or nuclear proteins. Because LEF-3 is essential for nuclear transporting the viral helicase (P143), the ability of LEF-3 to interact with another viral protein was investigated. P47, a sub-unit of the viral RNA polymerase was chosen because it is cytoplasmic when expressed on its own. The interaction between LEF-3 and P47 produced complete nuclear localized fluorescent signals. Overall, the results suggest that there are multiple regions of LEF-3 that are capable of closely interacting, and that multiple domains are likely involved in the oligomerization of full-length LEF-3. The interaction of LEF-3 with P47 suggests that P47 may be another LEF-3 cargo protein. / Thesis (Master, Microbiology & Immunology) -- Queen's University, 2011-05-27 15:02:53.983

Les polyomavirus sont des virus très prévalents dans la population générale. Chez les sujets immunodéprimés, quatre polyomavirus sont associés à des pathologies. Parmi ces virus, le MCPyV est quant à lui responsable du carcinome à cellules de Merkel. Son implication dans un cancer humain a conduit à un regain d’intérêt pour la famille des Polyomaviridae. Au cours de ma thèse, nous nous somme intéressés à l’épidémiologie de six nouveaux polyomavirus humains (MCPyV, HPyV6, HPyV7, TSPyV, HPyV9 et MWPyV). Ces études ont montré que ces virus sont très répandus dans la population générale et que les infections surviennent dès l’enfance. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés aux réactivités croisées entre polyomavirus humains et simiens phylogénétiquement proches. Nous avons montré qu’il existe des cross réactions entre le LPyV et l’HPyV9, entre le MCPyV et deux virus de chimpanzé (PtvPyV1 et PtvPyV2). Ces polyomavirus simiens ne circulent donc pas chez l’Homme. D’autre part, afin de mieux comprendre le cycle du MCPyV, nous avons initié l’identification des partenaires cellulaires de l’ensemble de ses protéines. Ce travail a tout d’abord été réalisé sur les protéines mineures de capside VP2/VP3. Des cribles en double hybride en levure ont permis d’identifier les partenaires cellulaires des VP2/3. L’interaction effective entre les protéines virales et cellulaires a ensuite été validée en cellules de mammifères par une approche de complémentation de la luciférase Gaussia princeps. Les partenaires cellulaires des protéines VP2/VP3 identifiés sont impliqués dans les voies de prolifération cellulaire, d’apoptose, NF?B et dans le transport intracellulaire du virus. / Polyomaviruses are ubiquitous in the general population and in immunocompromised patients, and four are associated with disease. 0f these viruses, MCPyV is responsible for Merkel ceil carcinoma, and its involvement in human cancer has led to a renewed interest in the Polyomaviridae family. My thesis work has focused on the epidemiology of six new human polyomaviruses (MCPyV, HPyV6, HPyV7, TSPyV, HPyV9 and MWPyV). These studies have shown that these viruses are widespread in the genera population and that infection occurs in early childhood. We have also focused on cross-reactivity between phylogenetically closely related human and simian polyomaviruses. We have shown that there is cross-reactivity between sirnian virus LPyV and HPyV9 and between MCPyV and two chimpanzee viruses (PtvPyVl and PtvPyV2). However, these simian polyomaviruses do not circulate in humans. Moreover, in order to improve understanding of the cycle of MCPyV, we set out to identify the cellular partners of its proteins. This work was initially performed on minor capsid proteins VP2 and VP3. Screening in yeast two-hybrid identified cellular partners of VP2 and VP3. Interactions between viral and cellular proteins were then validated in mammalian celis by complementation assay using Gaussia princeps luciferase. Cellular patners of VP2 and VP3 are involved in ceil proliferation, apoptosis, NFkB and intracellular transport of the virus.

Commonly, when it is desirable to replace an essential gene with an allelic series of mutated genes, or genes with altered expression patterns, the complementing constructs are introduced into heterozygous plants, followed by the selection of homozygous null segregants. To overcome this laborious and time-consuming step, the newly developed two-component system utilizes a site-specific recombinase to excise a wild-type copy of the gene of interest from transformed tissues. In the first component (the first vector), a wild-type version of the gene is placed between target sequences recognized by FLP recombinase from the yeast 2 μm plasmid. This construct is transformed into a plant heterozygous for a null mutation at the endogenous locus, and progeny plants carrying the excisable complementing gene and segregating homozygous knockout at the endogenous locus are selected. The second component (the second vector) carries the experimental gene along with the FLP gene. When this construct is introduced, FLP recombinase excises the complementing gene, leaving the experimental gene as the only functional copy. The FLP gene is driven by an egg apparatus specific enhancer (EASE) to ensure excision of the complementing cDNA in the egg cell and zygote following floral-dip transformation. The utility of this system is being tested using various experimental derivatives of the essential sucrose-proton symporter, AtSUC2, which is required for photoassimilate transport.

On estime que 10%-20% de la population mondiale est infectée chaque année par des virus influenza A (IAV) saisonniers, causant 250 à 500 000 morts. De plus ces virus présentent des risques de pandémie, et sont à ce titre un problème de santé publique majeur. Le cycle viral est dépendant de la capacité du virus à manipuler le protéome cellulaire. Par ailleurs, le système ubiquitine-protéasome (SUP) cellulaire est impliqué dans de nombreux processus de régulation cellulaires par l'induction de la dégradation de protéines, ou par la modification de leur activation ou de leur localisation sub-cellulaire. Le SUP est une cible privilégiée des virus lors de l'infection. Des études récentes indiquent qu'un réseau d'interactions entre les protéines virales des IAV et les protéines du SUP pourrait contribuer à la réplication virale et l’échappement du virus face au système immunitaire. Cependant ces interactions restent encore mal connues. Nous avons construit une banque contenant 570 facteurs du SUP, ce qui représente environ 60% des facteurs SUP humains connus. Puis nous avons mis au point une méthodologie permettant de réaliser un crible comparatif des interactions entre cette banque SUP et cinq PB2 provenant de souches de virus influenza A de virulence différentes chez l’homme : deux souches saisonnières circulant actuellement dans la population humaine (H1N1pdm09 et H3N2), deux souches hautement pathogènes chez l’homme (H7N9 et H1N1-1918) et une souche de laboratoire (H1N1-WSN). Cette première phase de cartographie a permis de sélectionner 42 facteurs du SUP interagissant avec au moins une des protéines PB2 étudiées. Par ailleurs, l’analyse des similarités de profils d’interaction PB2/UPS des souches étudiées a permis de mettre en évidence une corrélation avec le temps de circulation de chaque souche dans la population humaine. Nous avons ensuite caractérisé le rôle fonctionnel des partenaires de PB2 dans le cycle viral par des expériences de déplétion transitoire de l’expression des facteurs cellulaires par siARN, et validé 36 des 42 facteurs testés. La très grande quantité de facteurs identifiés impliqués dans le cycle viral démontre la qualité de la méthodologie développée pour l’identification de ces interacteurs. Parmi ces facteurs, nous avons étudié plus en détail le rôle de trois deubiquitinases (DUBs) dans l’infection. Nous avons montré que les DUBs sont impliquées dans les phases précoces et tardives du cycle viral. De plus, avec des collègues de Hong Kong nous avons mis en évidence que la DUB OTUB1 est impliquée dans la réponse cellulaire à l’infection produisant des cytokines, et probablement dans l’assemblage des nouveaux virions. Nous avons identifié que la DUB OTUD6A est également impliquée dans les phases tardives du cycle viral. A l’inverse PAN2 qui fait partie des complexes de poly-d’adénylation est impliqué dans les phases précoces. Nous poursuivons nos études afin d’élucider le rôle de ces DUBs dans l’infection par IAV. / An estimated 10%-20% of the world's population is affected each year by seasonal epidemic influenza, causing about 250,000 to 500,000 fatal cases. The pandemic risk reinforces the trait of influenza A virus (IAV) infection as a public health issue. The virus life cycle critically relies on its ability to manipulate the host proteome. Besides, the ubiquitin-proteasome system (UPS) is involved in many regulatory processes in mammalian cells by inducing protein degradation, mediating protein activation or shaping their sub-cellular localisation. Therefore, UPS is a prime target hijacked by viruses. Recent evidence indicates that an intricate regulatory network involving viral proteins and the cellular UPS is likely to contribute to viral replication and immune evasion of influenza A viruses. However, usurpation of the host UPS by IAV is far from being comprehensively deciphered. To gain better understanding, we assessed the interplay between the human UPS and the PB2 subunit of the influenza A virus polymerase through a global proteomic profiling approach. For that purpose, an UPS-dedicated library of 590 human cDNAs, comprising 63% of the whole human UPS, was constituted and characterised. In an initial screen, UPS factors were challenged using a high-throughput split luciferase assay for interaction with the PB2 protein from 5 influenza A strains of different pathogenicity in human. A total of 80 UPS factors emerged as potential PB2 partners, of which 42 were validated as high-confidence PB2 partners for at least one of the strains. Further comparison of interaction profiles of the 5 PB2 with the UPS by hierarchical clustering revealed an interaction dendrogram fitting with the circulation time in the human population.Functional importance of interactors was tested by siRNA-mediated knock down experiments using luciferase tagged recombinant IAV viruses. Depletion of 36 out of the 42 tested UPS factors showed an effect on the infection with all or a subset of IAV strains, underlying the strong functional output of the developed methodology. Among these factors three deubiquitinases (DUBs) were further studied to decipher their involvement in IAV viral cycle. We have shown that they are involved in early and late stage of the infection and began to draw their function in viral cycle. We demonstrated with our colleagues in Hong-Kong that OTUB1 is involved in the host cytokine response and most probably in virus assembly. OTUD6A was also shown to be implicated in late stages of the infection but we still don't know its exact role. Contrariwise, the inactive DUB PAN2, which is part of poly-deadenylation complexes, is implicated in early phase of IAV infection, but surprisingly apparently not through viral mRNA regulation. More work is on-going to precise by which mechanisms these DUBs are implicated in IAV infection.

Millions of years of evolution have resulted in an immense number of different proteins, which participate in virtually every process within cells and thus are of utmost importance for allknown forms of life. In addition, there are several examples of natural proteins which have found use in applications outside their natural environment, such as the use of enzymes infood industry and washing powders or the use of antibodies in diagnostic, bioseparation or therapeutic applications. To improve the performance of proteins in such applications, anumber of techniques, all collectively referred to as ‘protein engineering’, are performed in thelaboratory.Traditionally, methods involving ‘rational design’, where a few alterations are introduced atspecific protein locations to hopefully result in expected improvements have been applied.However, the use of more recent techniques involving a simultaneous construction of a large number of candidate variants (protein libraries) by various diversification principles, fromwhich rare clones showing enhanced properties can be isolated have contributed greatly to thefield of protein engineering.In the present thesis, different protein traits of biotechnological importance have beenaddressed for improvements by the use of such methods, in which there is a crucial need tomaintain a clonal link between the genotype and the phenotype to allow an identification of protein library members isolated by virtue of their functional properties. In all protein library investigations included in this thesis this coupling has been obtained by Escherichia coli bacterialcell-membrane compartmental confinement.In a first study, a combination of error prone PCR and gene-shuffling was applied to the Tobacco Etch Virus (TEV)-protease gene in order to produce collections from which genesencoding variants showing an enhanced soluble expression of the enzyme frequently used inbiotechnology to cleave fusion proteins were identified. Using Green Fluorescence Protein(GFP)-based cell fluorescence analysis, a clone with a five-fold increase in the yield of solubly produced protein was successfully isolated. In a second study, a novel and different GFPbased selection system, in addition also involving targeted in vivo protein degradation principles,was employed for investigations of the substrate sequence space of the same protease. In two additional studies, a selection system denoted Protein Fragment Complementation Assay(PCA), based on the affinity driven structural complementation of a genetically split β-lactamase enzyme was used to identify variants having desired target protein binding abilities,including both specificity and affinity. Using Darwinian principles concerning clonal growth advantages, affibody binding proteins showing sub-nanomolar dissociation constants to thehuman cytokine TNF-α were isolated. Taken together, these studies have shown that the bacterial format is very well suited for use in various aspects of protein library selection. / QC 20100729

Le polyomavirus à cellules de Merkel est aujourd’hui reconnu comme l’agent étiologique du carcinome à cellules de Merkel (CCM). Le cycle viral et les mécanismes de l’oncogenèse viro-induite sont peu connus et les connaissances se basent essentiellement sur les études menées notamment sur le polyomavirus SV40. L’objectif des travaux de thèse était d’identifier les interactions entre les protéines virales et les protéines cellulaires lors de l’infection ou dans le contexte du carcinome à cellules de Merkel (CCM). Pour identifier ces interactions, nous avons réalisé des cribles double hybride en levures sur les oncogènes du MCPyV et du BKPyV. Afin valider les interactions obtenues en levures, nous avons utilisé une méthode orthogonale de validation par complémentation en cellules de mammifères reposant sur la restauration de la luciférase de Gaussia princeps. La combinaison de ses deux techniques nous a permis de valider des interactions avec des partenaires cellulaires impliqués dans la régulation du cycle cellulaire ou encore de la voie Akt-mTOR. Les précédents travaux du laboratoire, qui portaient sur l’interactome des protéines mineures de capsides VP2/VP3, avaient également permis d’identifier des interactions avec des protéines de la voie NF-kB. Nous avons alors testé les interactions entre les oncogènes et la protéine mineure de capside VP2 avec des protéines cellulaires impliquées dans cette voie. Ces travaux nous ont conduits à tester l’activation de la voie, l’expression des gènes sous le contrôle de NF-kB et la régulation de l’apoptose. Les résultats obtenus montrent une action de la protéine VP2 sur l’activation de la voie NF-kB et une induction de l’apoptose. / The Merkel cell polyomavirus is now recognized as the etiologic agent of Merkel cell carcinoma (MCC). The viral cycle and viro-induced oncogenesis mechanisms are not fully understood and the knowledge is mainly based on the studies carried out particularly on the SV40 polyomavirus. The aim of our work is to identify interactions between viral proteins and cellular proteins during productive infection or in MCC context. To identify these interactions, we performed yeast two hybrid screens on MCPyV and BKPyV oncogenes, as control. To validate the interactions obtained in yeasts, we used an orthogonal method of validation by complementation in mammalian cells based on the restoration of Gaussia princeps luciferase. The combination of these two orthogonal techniques allowed us to validate interactions with cellular partners involved in cell cycle regulation or Akt-mTOR pathway. Previous lab work on VP2/VP3 minor capsid proteins allowed the identification of interactions with NF-kB pathway involved proteins. We examined the interactions between oncogenes, VP2, with the cellular proteins involved in this pathway. This work led us to evaluate pathway activation, genes expression under the control of NF-kB and apoptosis regulation. These results evidenced an action of the VP2 protein on the activation of NF-kB pathway and an induction of apoptosis.

Thèse réalisée en cotutelle avec l'université Montpellier2 dans le laboratoire de pharmacologie moléculaire de Jean-Philippe Pin à l'institut de génomique fonctionnelle (IGF), Montpellier, France. / Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont une famille très diversifiée de protéines membranaires capables de répondre à un grand nombre de signaux chimiques tels que des photons, des molécules odorantes, ou des hormones. En plus de cette diversité, l’étude des RCPG montre que des associations protéiques spécifiques multiplient les possibilités de signalisation de chacun de ces récepteurs. En permettant d’atténuer, de potentialiser, ou de générer une nouvelle voie de signalisation, l’association des RCPG en oligomères s’avère une importante source de diversité. L’utilisation du transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) qui permet de détecter les interactions protéiques a révélé de nombreuses associations de RCPG. Durant cette thèse, des outils ont été développés pour combiner efficacement le BRET à des essais de complémentation de protéines (PCA) dans le but de savoir si l’oligomérisation des RCPG pouvait impliquer plus de deux récepteurs. Les résultats présentés montrent que les récepteurs de chimiokines CXCR4 et CCR2 forment des homo et hétéro tétramères, et que l’activation d’un dimère CCR2 peut moduler la conformation d’un dimère CXCR4 par un changement conformationnel trans-récepteur. La coopérativité négative de liaison de ligand qui a été démontrée auparavant entre CXCR4 et CCR2 dans des lymphocytes T CD4+ exprimant les récepteurs de manière endogène confirme la validité biologique de cette interaction. Les données présentées suggèrent également que ces complexes peuvent engager les effecteurs Gαi et β-arrestine2, indiquant qu’ils représentent la forme fonctionnelle de ces récepteurs. Enfin, nous avons pu confirmer que chaque récepteur de l’hétérodimère CXCR4-CCR2 est impliqué dans l’engagement des effecteurs lors de l’activation de CCR2. Un autre niveau de complexité dans la signalisation des RCPG est atteint par leur capacité à coupler de multiples protéines G. La liaison du facteur dérivé des cellules stromales (SDF-1) au récepteur CXCR4 permet la migration des lymphocytes T par une voie de signalisation dépendante de la protéine Gαi. Nous avons pu démontrer en revanche que la migration des cellules de cancer du sein était initiée par un couplage de CXCR4 à la voie Gα13-Rho pour former des métastases dans des organes distants. Enfin, un dernier niveau de régulation des RCPG a été abordé par l’étude de la phosphorylation de CXCR4 suite à son activation, qui permet la désensibilisation du récepteur et l’engagement de voies de signalisation dépendantes de la β-arrestine. Il apparaît que la désensibilisation de la voie du calcium serait médiée par la phosphorylation de CXCR4 par les kinases des RCPG (GRK) GRK2 et GRK6 et le recrutement de β- arrestine2, alors GRK3, GRK6 et la β-arrestine1 potentialiseraient l’activation des kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2). Nous suggérons également que c’est la phosphorylation de l’extrémité C-terminale de CXCR4 qui permettrait son association avec la β-arrestine. / G protein-coupled receptors (GPCRs) are a diverse family of membrane proteins capable of responding to a large number of extracellular stimuli including photons, odorant molecules and hormones. In addition to this diversity, it has been shown that GPCRs form specific protein:protein interactions, multiplying the signalling possibilities of each of these receptors. With the ability to diminish, to potentiate or even generate new signalling pathways, the oligomeric association of GPCRs plays an important role in generating this diversity. The use of bioluminescence resonance energy transfer (BRET), which allows the detection of interactions among proteins, has revealed numerous associations between GPCRs. During this thesis, tools have been developed that effectively combine BRET with protein complementation assays (PCA) with the goal of determining if interactions between GPCRs could involve more than two receptors. The results show that the chemokine receptors CXCR4 and CCR2 form both homo and hetero tetramers, and that the activation of a dimer of CCR2 can modulate the conformation of a CXCR4 dimer through a transreceptor conformational change. Negative cooperativity of ligand binding has previously been demonstrated between CXCR4 and CCR2 in CD4+ T lymphocytes endogenously expressing the receptors, confirming the biological validity of this interaction. The data presented also suggests that these complexes can engage the effector proteins Gαi and β- arrestin 2, indicating that they represent a functional form of the receptors. Furthermore, we have confirmed that each receptor of the CXCR4-CCR2 heterodimer is implicated in the engagement of effectors during the activation of CCR2. An additional level of complexity in GPCR-promoted signaling exists in their capacity to couple of multiple G proteins. Binding of stromal cell-derived factor-1 (SDF-1) to CXCR4 is known to promote T lymphocyte migration through a Gαi-dependent signalling pathway. In addition to this mechanism, we have demonstrated that breast cancer cell migration can initiated by a coupling of CXCR4 to the Gα13-Rho pathway, leading to the formation of metastases in distant organs. Finally, a novel level of GPCR regulation was revealed through the study of CXCR4 phosphorylation following its activation, which leads to the desensitization of the receptor and the engagement of β-arrestin-dependent signalling pathways. It appears that the desensitization of calcium signalling is mediated through the phosphorylation of CXCR4 by the GPCR kinases (GRKs) GRK2 and GRK6 and the recruitment of β-arrestin 2, whereas GRK3, GRK6 and β-arrestin 1 potentiate the activation of extracellular regulated kinase (ERK1/2). We also propose that the phosphorylation of the far C-terminal tail of CXCR4 is required for the interaction between the receptor and β-arrestin.

Les sélénoprotéines sont des protéines auxquelles des sélénocystéines, soit le 21e acide aminé, sont incorporées durant leur traduction. Plus précisément, la sélénocystéine (Sec) est un dérivé métabolique de la sérine, mais structurellement équivalent à une cystéine dont on a remplacé l'atome de soufre par du sélénium. Elle se distingue des autres acides aminés puisqu’elle possède sa propre synthétase qui sert à convertir la sérine en Sec alors que le résidu est déjà fixé à l’ARNt. La position d’une Sec sur l’ARNm est indiquée par le codon UGA étant habituellement un signal STOP introduisant le concept de recoding. Grâce à une machinerie métabolique spécifique à l'ARNtSec et à la présence d’un SecIS (Selenocystein Insertion Sequence) sur l’ARNm, ce codon permet la présence d'une Sec dans la protéine. Il est connu que la synthèse débute avec l’acétylation de l’ARNt[Ser]Sec par la seryl-ARNt synthétase (SerRS) afin de donner la seryl-ARNt[Ser]Sec. Cette dernière est subséquemment phosphorylée par l’O-phosphoséryl-ARNt[Ser]Sec kinase (PSTK) qui donnera l’O-phosphoséryl-ARNt[Ser]Sec. Par la suite, un complexe de plusieurs protéines et cofacteurs, agissant comme machinerie pour l’incorporation des Sec durant la traduction, s’associe avec l’ARNt[Ser]Sec puis l’ARNm et, finalement, les composantes du ribosome. Parmi ces protéines, SepSecS catalyse l’étape finale de la synthèse des Sec en convertissant le O-phosphoseryl-ARNt[Ser]Sec en selenocysteinyl-ARNt[Ser]Sec utilisant le sélénophosphate comme source de sélénium. Des études récentes montrent que l’association avec SECp43 serait nécessaire pour que SepSecS joue son rôle et soit ségrégée au noyau pour s’associer à la machinerie de biosynthèse des sélénoprotéines, soit le complexe moléculaire qui reconnaît le codon UGA. Parmi les protéines de la machinerie de biosynthèse des sélénoprotéines que nous avons analysées, il y a eEFSec, RPL30, SPS2, SPS1, SBP2 et NSEP1. Nos résultats d’analyse de la dynamique de l’interaction entre les constituants de la machinerie de biosynthèse et d’incorporation des Sec, confirment plusieurs données de la littérature, mais remettent en question le modèle jusqu’à maintenant établi. Une meilleure compréhension de la dynamique des interactions entre ses constituants et la régulation de cette dynamique permet d’émettre des hypothèses quant au rôle de la machinerie de biosynthèse des sélénoprotéines et de l’importance de sa complexité. Nous avons analysé les interactions in vivo dans des cellules HEK293T au moyen de la technique de Protein-Fragment Complementation Assay (PCA) en couplant, par un clonage moléculaire, les gènes de chacune des protéines d’intérêt avec des fragments des gènes de la protéine luciférase (hRluc). Nous avons ainsi réalisé une fusion en N-terminal et en C-terminal des fragments de luciférase pour chacune des protéines d’intérêt. Puis, nous avons analysé la dynamique des interactions avec les composantes de la machinerie de biosynthèse des Sec. D’autres travaux seront essentiels afin de bâtir sur les résultats présentés dans cette recherche. / Selenoproteins are proteins that incorporate selenocysteines, which is called the 21st amino acid, during their translation. Specifically, selenocysteine (Sec) is a metabolic derivate of serine, which is structurally equivalent to Cys except for replacement of sulfur with an atom of selenium in the δ-position. It differs from other amino acids since a unique synthetase converts the serine into Sec while the residue is already attached to the tRNA. The codon for Sec on the mRNA is a UGA codon that is usually a STOP signal, introducing the concept of "recoding". Through a specific metabolic machinery for the tRNASec and the presence of a SecIS (Selenocysteine Insertion Sequence) on the mRNA, this codon allows the incorporation of the Sec into the protein. However, the mechanism of biosynthesis of this amino acid and its incorporation into proteins is not well understood. It is known that the synthesis starts with the acetylation of tRNA[Ser]Sec by seryl-tRNA synthetase (SerRS) to give the seryl-tRNA[Ser]Sec. The latter is subsequently phosphorylated by the O-phosphoseryl-tRNA[Ser]Sec kinase (PSTK) which will generate the O-phosphoseryl-tRNA[Ser]Sec. Subsequently, a large complex of several proteins and cofactors acting as machinery for incorporation of Sec during translation, associates with tRNA[Ser]Sec and the mRNA and finally, the components of the ribosome. Among these proteins, SepSecS catalyzes the final step in the biosynthesis of Sec converting O-phosphoseryl-tRNA[Ser]Sec into selenocysteinyl-tRNA[Ser]Sec using monoselenophosphate as a source of selenium. Recent studies showed that the association with SECp43 would be required for SepSecS to play its role to segregate into the nucleus to be associated with the machinery that recognizes the UGA codon. Among the proteins of the biosynthesis machinery of selenoproteins that we analyzed, there are eEFSec, RPL30, SPS2, SPS1, SBP2 and NSEP1. Results of analysis of the dynamics of the interaction between the components of the Sec biosynthetic machinery confirm some data from the literature, but conflict with the model so far established. A better understanding of the dynamics of interactions between its constituents and the reaction of this process would allow us to make assumptions about the role of the biosynthetic machinery of selenoproteins and the importance of its complexity. We analyzed the dynamics of interaction in vivo in HEK293T cells using a Protein-Fragment Complementation Assay (PCA) based on a humanized Renilla luciferase (hRLuc) by coupling, by molecular cloning, genes encoding each protein of interest with gene encoding fragments of the luciferase protein (hRluc). We have thus achieved an expression of fusion of N-terminal and C-terminal fragments for each luciferase protein of interest. Then, we analyzed the dynamics of the interaction with the components of the Sec biosynthetic machinery. Further work will be essential to build on the results presented in this research.

Les sélénoprotéines sont des protéines auxquelles des sélénocystéines, soit le 21e acide aminé, sont incorporées durant leur traduction. Plus précisément, la sélénocystéine (Sec) est un dérivé métabolique de la sérine, mais structurellement équivalent à une cystéine dont on a remplacé l'atome de soufre par du sélénium. Elle se distingue des autres acides aminés puisqu’elle possède sa propre synthétase qui sert à convertir la sérine en Sec alors que le résidu est déjà fixé à l’ARNt. La position d’une Sec sur l’ARNm est indiquée par le codon UGA étant habituellement un signal STOP introduisant le concept de recoding. Grâce à une machinerie métabolique spécifique à l'ARNtSec et à la présence d’un SecIS (Selenocystein Insertion Sequence) sur l’ARNm, ce codon permet la présence d'une Sec dans la protéine. Il est connu que la synthèse débute avec l’acétylation de l’ARNt[Ser]Sec par la seryl-ARNt synthétase (SerRS) afin de donner la seryl-ARNt[Ser]Sec. Cette dernière est subséquemment phosphorylée par l’O-phosphoséryl-ARNt[Ser]Sec kinase (PSTK) qui donnera l’O-phosphoséryl-ARNt[Ser]Sec. Par la suite, un complexe de plusieurs protéines et cofacteurs, agissant comme machinerie pour l’incorporation des Sec durant la traduction, s’associe avec l’ARNt[Ser]Sec puis l’ARNm et, finalement, les composantes du ribosome. Parmi ces protéines, SepSecS catalyse l’étape finale de la synthèse des Sec en convertissant le O-phosphoseryl-ARNt[Ser]Sec en selenocysteinyl-ARNt[Ser]Sec utilisant le sélénophosphate comme source de sélénium. Des études récentes montrent que l’association avec SECp43 serait nécessaire pour que SepSecS joue son rôle et soit ségrégée au noyau pour s’associer à la machinerie de biosynthèse des sélénoprotéines, soit le complexe moléculaire qui reconnaît le codon UGA. Parmi les protéines de la machinerie de biosynthèse des sélénoprotéines que nous avons analysées, il y a eEFSec, RPL30, SPS2, SPS1, SBP2 et NSEP1. Nos résultats d’analyse de la dynamique de l’interaction entre les constituants de la machinerie de biosynthèse et d’incorporation des Sec, confirment plusieurs données de la littérature, mais remettent en question le modèle jusqu’à maintenant établi. Une meilleure compréhension de la dynamique des interactions entre ses constituants et la régulation de cette dynamique permet d’émettre des hypothèses quant au rôle de la machinerie de biosynthèse des sélénoprotéines et de l’importance de sa complexité. Nous avons analysé les interactions in vivo dans des cellules HEK293T au moyen de la technique de Protein-Fragment Complementation Assay (PCA) en couplant, par un clonage moléculaire, les gènes de chacune des protéines d’intérêt avec des fragments des gènes de la protéine luciférase (hRluc). Nous avons ainsi réalisé une fusion en N-terminal et en C-terminal des fragments de luciférase pour chacune des protéines d’intérêt. Puis, nous avons analysé la dynamique des interactions avec les composantes de la machinerie de biosynthèse des Sec. D’autres travaux seront essentiels afin de bâtir sur les résultats présentés dans cette recherche. / Selenoproteins are proteins that incorporate selenocysteines, which is called the 21st amino acid, during their translation. Specifically, selenocysteine (Sec) is a metabolic derivate of serine, which is structurally equivalent to Cys except for replacement of sulfur with an atom of selenium in the δ-position. It differs from other amino acids since a unique synthetase converts the serine into Sec while the residue is already attached to the tRNA. The codon for Sec on the mRNA is a UGA codon that is usually a STOP signal, introducing the concept of "recoding". Through a specific metabolic machinery for the tRNASec and the presence of a SecIS (Selenocysteine Insertion Sequence) on the mRNA, this codon allows the incorporation of the Sec into the protein. However, the mechanism of biosynthesis of this amino acid and its incorporation into proteins is not well understood. It is known that the synthesis starts with the acetylation of tRNA[Ser]Sec by seryl-tRNA synthetase (SerRS) to give the seryl-tRNA[Ser]Sec. The latter is subsequently phosphorylated by the O-phosphoseryl-tRNA[Ser]Sec kinase (PSTK) which will generate the O-phosphoseryl-tRNA[Ser]Sec. Subsequently, a large complex of several proteins and cofactors acting as machinery for incorporation of Sec during translation, associates with tRNA[Ser]Sec and the mRNA and finally, the components of the ribosome. Among these proteins, SepSecS catalyzes the final step in the biosynthesis of Sec converting O-phosphoseryl-tRNA[Ser]Sec into selenocysteinyl-tRNA[Ser]Sec using monoselenophosphate as a source of selenium. Recent studies showed that the association with SECp43 would be required for SepSecS to play its role to segregate into the nucleus to be associated with the machinery that recognizes the UGA codon. Among the proteins of the biosynthesis machinery of selenoproteins that we analyzed, there are eEFSec, RPL30, SPS2, SPS1, SBP2 and NSEP1. Results of analysis of the dynamics of the interaction between the components of the Sec biosynthetic machinery confirm some data from the literature, but conflict with the model so far established. A better understanding of the dynamics of interactions between its constituents and the reaction of this process would allow us to make assumptions about the role of the biosynthetic machinery of selenoproteins and the importance of its complexity. We analyzed the dynamics of interaction in vivo in HEK293T cells using a Protein-Fragment Complementation Assay (PCA) based on a humanized Renilla luciferase (hRLuc) by coupling, by molecular cloning, genes encoding each protein of interest with gene encoding fragments of the luciferase protein (hRluc). We have thus achieved an expression of fusion of N-terminal and C-terminal fragments for each luciferase protein of interest. Then, we analyzed the dynamics of the interaction with the components of the Sec biosynthetic machinery. Further work will be essential to build on the results presented in this research.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont une famille très diversifiée de protéines membranaires capables de répondre à un grand nombre de signaux chimiques tels que des photons, des molécules odorantes, ou des hormones. En plus de cette diversité, l’étude des RCPG montre que des associations protéiques spécifiques multiplient les possibilités de signalisation de chacun de ces récepteurs. En permettant d’atténuer, de potentialiser, ou de générer une nouvelle voie de signalisation, l’association des RCPG en oligomères s’avère une importante source de diversité. L’utilisation du transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) qui permet de détecter les interactions protéiques a révélé de nombreuses associations de RCPG. Durant cette thèse, des outils ont été développés pour combiner efficacement le BRET à des essais de complémentation de protéines (PCA) dans le but de savoir si l’oligomérisation des RCPG pouvait impliquer plus de deux récepteurs. Les résultats présentés montrent que les récepteurs de chimiokines CXCR4 et CCR2 forment des homo et hétéro tétramères, et que l’activation d’un dimère CCR2 peut moduler la conformation d’un dimère CXCR4 par un changement conformationnel trans-récepteur. La coopérativité négative de liaison de ligand qui a été démontrée auparavant entre CXCR4 et CCR2 dans des lymphocytes T CD4+ exprimant les récepteurs de manière endogène confirme la validité biologique de cette interaction. Les données présentées suggèrent également que ces complexes peuvent engager les effecteurs Gαi et β-arrestine2, indiquant qu’ils représentent la forme fonctionnelle de ces récepteurs. Enfin, nous avons pu confirmer que chaque récepteur de l’hétérodimère CXCR4-CCR2 est impliqué dans l’engagement des effecteurs lors de l’activation de CCR2. Un autre niveau de complexité dans la signalisation des RCPG est atteint par leur capacité à coupler de multiples protéines G. La liaison du facteur dérivé des cellules stromales (SDF-1) au récepteur CXCR4 permet la migration des lymphocytes T par une voie de signalisation dépendante de la protéine Gαi. Nous avons pu démontrer en revanche que la migration des cellules de cancer du sein était initiée par un couplage de CXCR4 à la voie Gα13-Rho pour former des métastases dans des organes distants. Enfin, un dernier niveau de régulation des RCPG a été abordé par l’étude de la phosphorylation de CXCR4 suite à son activation, qui permet la désensibilisation du récepteur et l’engagement de voies de signalisation dépendantes de la β-arrestine. Il apparaît que la désensibilisation de la voie du calcium serait médiée par la phosphorylation de CXCR4 par les kinases des RCPG (GRK) GRK2 et GRK6 et le recrutement de β- arrestine2, alors GRK3, GRK6 et la β-arrestine1 potentialiseraient l’activation des kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2). Nous suggérons également que c’est la phosphorylation de l’extrémité C-terminale de CXCR4 qui permettrait son association avec la β-arrestine. / G protein-coupled receptors (GPCRs) are a diverse family of membrane proteins capable of responding to a large number of extracellular stimuli including photons, odorant molecules and hormones. In addition to this diversity, it has been shown that GPCRs form specific protein:protein interactions, multiplying the signalling possibilities of each of these receptors. With the ability to diminish, to potentiate or even generate new signalling pathways, the oligomeric association of GPCRs plays an important role in generating this diversity. The use of bioluminescence resonance energy transfer (BRET), which allows the detection of interactions among proteins, has revealed numerous associations between GPCRs. During this thesis, tools have been developed that effectively combine BRET with protein complementation assays (PCA) with the goal of determining if interactions between GPCRs could involve more than two receptors. The results show that the chemokine receptors CXCR4 and CCR2 form both homo and hetero tetramers, and that the activation of a dimer of CCR2 can modulate the conformation of a CXCR4 dimer through a transreceptor conformational change. Negative cooperativity of ligand binding has previously been demonstrated between CXCR4 and CCR2 in CD4+ T lymphocytes endogenously expressing the receptors, confirming the biological validity of this interaction. The data presented also suggests that these complexes can engage the effector proteins Gαi and β- arrestin 2, indicating that they represent a functional form of the receptors. Furthermore, we have confirmed that each receptor of the CXCR4-CCR2 heterodimer is implicated in the engagement of effectors during the activation of CCR2. An additional level of complexity in GPCR-promoted signaling exists in their capacity to couple of multiple G proteins. Binding of stromal cell-derived factor-1 (SDF-1) to CXCR4 is known to promote T lymphocyte migration through a Gαi-dependent signalling pathway. In addition to this mechanism, we have demonstrated that breast cancer cell migration can initiated by a coupling of CXCR4 to the Gα13-Rho pathway, leading to the formation of metastases in distant organs. Finally, a novel level of GPCR regulation was revealed through the study of CXCR4 phosphorylation following its activation, which leads to the desensitization of the receptor and the engagement of β-arrestin-dependent signalling pathways. It appears that the desensitization of calcium signalling is mediated through the phosphorylation of CXCR4 by the GPCR kinases (GRKs) GRK2 and GRK6 and the recruitment of β-arrestin 2, whereas GRK3, GRK6 and β-arrestin 1 potentiate the activation of extracellular regulated kinase (ERK1/2). We also propose that the phosphorylation of the far C-terminal tail of CXCR4 is required for the interaction between the receptor and β-arrestin. / Thèse réalisée en cotutelle avec l'université Montpellier2 dans le laboratoire de pharmacologie moléculaire de Jean-Philippe Pin à l'institut de génomique fonctionnelle (IGF), Montpellier, France.