AP2 complex protein is an essential clathrin adaptor protein during clathrin mediated endocytosis. However, this view has been challenged in simple organisms. To gain insight into this conflict, the role of AP2 in clathrin localization and other clathrin related processes were assessed in Dictyostelium discoideum. In Dictyostelium, deleting function AP2 caused mild phenotypes in clathrin membrane localization, cytokinesis, osmoregulation and cell development. This supported the idea that AP2 have significant roles in multicellular organisms but not in unicellular system. Clathrin mediated processes carries important function not only on the plasma membrane but also on some internal organelles. But clathrin coated vesicles on internal organelles are not as well studied as on the plasma membrane. To understand more of the clathrin coated vesicles on internal organelles, the clathrin coated vesicles on Dictyostelium discoideum contractile vacuole were studied. Contractile vacuole associated clathrin coated vesicles contained clathrin adaptor proteins AP2, AP180, and epsin but not Hip1r. The absence of AP180 or AP2 produced abnormal large vacuoles, but the absence of epsin did not cause any detectable contractile vacuole abnormality. The enlarged contractile vacuoles in AP180 minus cells were caused by excessive homotypic fusion among contractile vacuoles. Using both GST-pull down and immunostaining AP180 was identified as the possible adaptor protein for a contractile vacuole-associated SNARE protein, Vamp7B. Therefore recycling Vamp7B from contractile vacuole by AP180 through clathrin coated vesicles could be an efficient way to prevent excessive homotypic fusions among contractile vacuoles. Dictyostelium contractile vacuoles offer a valuable system to study clathrin coated vesicles on cell internal organelles. / text

The BEACH family proteins are conserved in all eukaryotes and are important for membrane trafficking. Defects in specific BEACH proteins have been linked to severe human disorders. For example, loss of human LYST protein causes the Chediak-Higashi Syndrome (CHS), a lethal disorder that affects lysosomal function. I postulate that different classes of BEACH proteins contribute distinct cellular functions in specific organelles. Based on this functional specificity, I hypothesize that each class of BEACH proteins must localize to their respective organelle where they are known to function. Unfortunately, the localization of most mammalian BEACH proteins is not known and no localization signal has been determined for any BEACH protein. Previous work showed that the Dictyostelium LvsA protein localizes and functions on the contractile vacuole while LvsB localizes and functions on the lysosome. Thus, Dictyostelium is a good model system to understand how BEACH proteins localize to specific organelles. Using a knock-in approach and parasexual techniques, I generated a collection of LvsA truncation mutants tagged with GFP and expressed them in different cell lines. Hence I can test the ability of each mutant protein to localize on contractile vacuoles by fluorescence microscopy. I show here that LvsA requires two regions to localize on the contractile vacuole: the N-terminal 140-457 amino acids and the BEACH. In addition, the expression of the N-terminal 651 amino acids of LvsA causes a dominant negative effect suggesting a possible functional protein-protein interaction within this region. Furthermore, sequence alignment analysis shows that this N-terminal region is only conserved within each class of BEACH family proteins. This finding supports our hypothesis and suggests that diversity within the N-terminal region may be due to the specialized targeting sequences of each class of BEACH proteins. Taken together, these results suggest that the conserved BEACH domain may serve as a general localization sequence while the N-terminal segment is responsible for targeting these proteins to their distinct organelles. This study will facilitate the identification of localization signals in other BEACH proteins which is important to dissect the molecular mechanism of their respective functions. / text

This study investigated the effect of the mouse estrous cycle on myocyte contractile function. Female mice displayed irregular estrous cycles unless induced to cycle though exposure to bedding collected from cages housing male mice. Fractional shortening and Ca2+ transient amplitudes were significantly larger in myocytes isolated from mice in estrus. The effect of the estrous cycle was preserved even when cells were paced at a more physiological frequency and in the presence of ?-adrenergic stimulation. Myofilament Ca2+ sensitivity was also modified by the estrous cycle, as myofilaments isolated from the hearts of mice in estrus were least sensitive to Ca2+. However, acute application of either 17?-estradiol or the G protein-coupled estrogen receptor (GPER) agonist, G-1, had no effect on contractions or Ca2+ transients, regardless of the estrous stage. Thus, physiological fluctuations in sex hormone levels modify myocyte contractions, Ca2+ release, and myofilament Ca2+ sensitivity.

La contractilité cellulaire, un phénomène orchestrée par le système d'actomyosine, est un régulateur critique d'une large gamme de processus cellulaires, y compris l'établissement de la polarité cellulaire, la migration cellulaire, l'intégrité des tissus au cours de la morphogenèse ou du développement. Une simple perturbation de la génération de la force et des propriétés mécaniques des cellules peut affecter leurs fonctions physiologiques et par conséquent peut conduire à des défauts pathologiques y compris le cancer.Cependant, les mécanismes qui contrôlent la production de la force par le système acto-myosine et leurs modes de régulation dans les cellules ne sont pas pleinement compris. Au cours de ma thèse, j'ai utilisé un système biomimétique fait d'un ensemble minimal de protéines purifiées pour étudier les propriétés contractiles du système actomyosin.L'objectif était de comprendre comment l'architecture des filaments d'actine peut modifier la réponse contractile. A cet effet, j'étais d'abord intéressée par la construction d'une variété d'organisation de l'actine qui servira après comme substrat pour les moteurs moléculaires (la myosine) lors de la contraction.Afin de comprendre les principes généraux qui dictent l'assemblage de l'actine, nous avons développé un modèle numérique qui nous a permis d'identifier les paramètres clés, y compris l'interaction entre les filaments d'actine, les propriétés mécaniques de ces filaments et l'activation par contact entre une région de nucléation et les filaments d'actine qui poussent à partir d'un motif adjacent. Ce modèle a été utilisé en premier lieu pour implémenter les propriétés reliées à l'actine et en second lieu pour évaluer la réponse contractile des structures d'actine induite par la myosine.Durant ma thèse, j'ai pu démontrer que le niveau de connectivité module la déformation du réseau d'actine induite par la myosine, selon leur architecture. J'ai montré aussi que les protéines de pontages des filaments d'actine sont nécessaires pour effectuer une déformation et générer des forces au niveau des réseaux d'actine dynamiques en présence de la myosine. De plus, nous avons développé les simulations numériques dans le but de relier la déformation macroscopique des structures d'actines due à la myosine avec le mécanisme microscopique sous-jacent.Ce travail a révélé comment la variété des réseaux d'actine contracte d'une façon différente même en respectant les mêmes conditions biochimiques et a démontré l'importance de l'effet du réarrangement dynamique des structures d'actine sur la modulation de sa contractilité. / Cellular contractility – the internal generation of force by a cell orchestrated by theactomyosin machinery – is a critical regulator of a wide range of cellular processes includingthe establishment of cell polarity, cell migration, tissue integrity or morphogenesis duringdevelopment. Disruptions of the force generation and of mechanical properties of living cellsaffect their physiological functions and consequently can lead to pathological defectsincluding cancer. However, the parameters or mechanisms that drive force production by theactin-myosin system and their mode of regulation in cells are not fully understood. During myPhD, I used biomimetic system made of a minimum set of proteins to study the properties ofactomyosin contractile systems. The goal was to understand how/if the actin architecture canmediate the contractile response. For this purpose, I was first interested in building a varietyof actin organization that will serve next as substrate for myosin during contraction. Tounderstand the general principles that dictate geometrically-controlled actin assembly, wedeveloped a model that allowed us to identify key parameters including filaments/filamentsinteraction, filament mechanical property and contact activation between actin filamentsgrowing from the adjacent pattern and the nucleation area. These actin templates were usedthen to evaluate the response of oriented actin structures to myosin-induced contractility. Idemonstrated that crosslinking level modulates the myosin-induced deformation of actinnetworks according to their architecture. I showed also that crosslinkers are necessary tosustain myosin-driven deformation and force production of dynamic actin networks. Inaddition, we developed numerical simulation in order to relate the observed myosin-drivenactin deformation with the underlying microscopic mechanism. This work revealed howdiverse cellular actin networks contract differently to a define set of biochemical conditionsand hence how dynamic rearrangements can modulate network contractility

<p> Amoeboid Motion is thought to be due to the action of an actomyosin- like protein present in the cytoplasm of amoeba. A co-ordinated net- 0 work of microfilaments of the actomyosin-like protein, 70 A in diameter, may be the mechanical means of accomplishing amoeboid motion. The microfilaments formed of the actomyosin-like protein, may be capable of rapid association and dissociation in vivo. In this thesis, the cytoplasm of Naegleria gruberi amoeba has been shown to possess a protein similar to actomyosin. Characterization of the ATPase activity, superprecipitating ability, electrophoretic behaviour and microfilament producing ability reveal that the actomyosin-like protein of Naegleria gruberi amoeba is quite similar to the analogous protein in Physarum polycephalum. Naeqleria gruberi may be an ideal organism in which to study the interconversion of one form of a biologically active macromolecule to another., In different stages of the life cycle, amoeboid motion, flagellar beating and mitotic spindles are present. It is possible that the same contractile molecules in different forms may perform different functions. </P> / Thesis / Master of Science (MSc)

No description available.

Une cellule se divise en deux par le processus de cytokinèse. Elle requiert la coordination de plusieurs composants pour éviter la formation des cellules potentiellement cancéreuses. Premièrement, un anneau contractile (AC) dépendant de l’actine et de Rho-GTP diminue le diamètre de la cellule jusqu’à la formation d’une structure plus stable indépendante de l’actine, l’anneau du midbody (AM) qui guide l’éventuelle séparation des cellules sœurs. Diaphanous (Dia) est une formine dépendante de Rho responsable de l’agencement des filaments d’actine non ramifiés qui se localise à l’AC et est essentielle à la cytokinèse. Nous avons étudié le rôle de Dia pendant la cytokinèse par microscopie de haute résolution en temps réel pour suivre le comportement dynamique des protéines fluorescentes (PF) dans des cellules de Drosophile S2. Une construction fonctionnelle de Dia-PF est recrutée à l’AC et l’AM indépendamment de l’actine mais est absente dans l’AM mature. Dia quitte l’AM au même temps où l’AM dévient indépendant d’actine. La déplétion de Dia par ARN interférant ralentit la constriction de l’AC, augmente les oscillations et, dans 70% des cas, les cellules échouent la cytokinèse pendant la constriction, suggérant que Dia a un rôle dans l’organisation de l’AC. LifeAct-PF, une sonde pour F-actine, dévoile une diminution des filaments d’actine spécifique à l’AC des cellules dépourvues de Dia pendant que Anilline-PF et Myosine-PF sont recrutées en puncta. Ces résultats soutiennent un modèle où Dia nuclée des filaments d’actine qui permettent l’organisation dynamique de l’AC et la perte de Dia régule la transition à l’AM stable indépendant d’actine. / Cytokinesis is the intricate process by which eukaryotic cells divide in two. It involves the coordination of many components in order to avoid the formation potentially cancerous cells. Initially, a Rho GTPase- and actomyosin-dependent contractile ring (CR) drives constriction at the cell equator until a stable actin-independent midbody ring (MR) forms and ultimately guides the separation of the two sister cells. Diaphanous (Dia), is a Rho-dependent formin that nucleates unbranched actin filaments, localises to the cleavage furrow and is required for cytokinesis. We have examined the role of Dia during cytokinesis by time lapse video microscopy of Drosophila S2 cells expressing markers tagged with fluorescent proteins (FPs). A functional Dia-FP was recruited to the CR independently of actin and stayed in the nascent MR, but was absent from the mature MR. The timing of its disappearance coincided with the transition of the MR to an actin-independent structure. RNAi-mediated depletion of Dia slowed furrow ingression, enhanced furrow oscillations and, in 70% of the failures, prevented furrow completion, consistent with a role for Dia in CR organization. The F-actin probe, LifeAct-FP, revealed a decrease in F-actin in Dia-depleted cells specifically at the CR while Anillin-FP and Myosin-FP were aberrantly recruited in punctate structures. Our findings are consistent with a model in which Dia nucleates actin filaments at the CR to maintain the dynamic organization of the actin-dependent CR and that the regulated loss of Dia from the nascent MR guides the formation of the stable, actin-independent MR.

Un dérèglement du cycle cellulaire peut causer le cancer. Lors de la cytocinèse un anneau contractile d’actine et de myosine se forme, se contracte, et donne un anneau du midbody qui mène à l’abscision. Le processus de cytocinèse est sous le contrôle de protéines telles que la GTPase Rho qui active la cytocinèse et les cyclines-Cdks qui l'inhibent. La Drosophile possède 3 cyclines mitotiques CycA/ CycB/ CycB3 qui sont successivement dégradées en fin de mitose et permettent l'initiation de la cytocinèse. La dernière étape d’abscission est un phénomène qui reste encore peu connu. Les protéines Vps4 et CHMP4C liées à ANCHR vont, sous la dépendance de la kinase Aurora B, promouvoir l’abscision mais, suite à quelques études récentes, il semble y avoir une implication de la cycline B. Ici, le but était de tester l’implication de cette cycline dans les processus de cytocinèse et d’abscision, elle a été menée par microscopie à haute résolution en temps réel avec des cellules S2 de l’organisme Drosophila melanogaster par le suivi de protéines recombinantes fluorescentes. L’étude a été divisée en deux axes : gain et perte de fonction par l’intermédiaire respectivement de la protéine Cycline B recombinante stable, non dégradable (CycBstable-GFP) et l’inhibition par l’utilisation d’ARN double brin (ARNdb) sur l’endogène. La CycBstable-GFP a perturbé la cytocinèse en induisant plusieurs anneaux contractiles et midbodies. En revanche la réduction de l’expression de CycB n'a pas eu d’effet observable, et elle ne semble pas avoir d’action sur l’abscission malgré le recrutement de CycB-GFP au midbody tardif. En revanche la protéine Cdk1 semble avoir un rôle dans l'abscision puisque sa réduction d’expression a induit un délai. Elle a donc une implication potentielle sur la cytocinèse. / Dysregulation of the cell cycle can cause cancer. During cytokinesis a contractile ring of actin and myosin forms, contracts and gives rise to a midbody ring which controls abscission. The process of cytokinesis is controlled by proteins such as the Rho GTPase, which activates cytokinesis and cyclin-Cdks that inhibit cytokinesis. Drosophila has 3 mitotic cyclins CycA, CycB and CycB3, which are successively degraded at the end of mitosis to allow the initiation of cytokinesis. The last step of abscission is a phenomenon that is still obscure. The ESCRTIII components VPS4 and CHMP4C protein linked to ANCHR will, in an Aurora B kinasedependent manner, promote abscission with recent studies implicating Cyclin B at this stage. Here, the aim was to test the role of cyclin B in cytokinesis and abscission, using real-time, high resolution microscopy of Drosophila melanogaster S2 cells expressing recombinant fluorescent proteins. This study was divided into two parts: gain and loss of function studies respectively using stable non-degradable cyclin B (CycBstable-GFP) and inhibition by using CycB double-stranded RNA (dsRNA). The CycBstable-GFP perturbed cytokinesis by inducing multiple contractile rings and midbodies. However CycB depletion had no detectable effect on the progression of cytokinesis nor on abscission despite the recruitment of CycB-GFP to the late midbody. In contrast, the protein Cdk1 seemed to play a role in abscission, since its depletion induced a delay. It therefore has potential implications for cytokinesis.

L’objectif de cette thèse était de caractériser le rôle des différentes familles de phosphodiestérases (PDEs), les enzymes de dégradation du 3'-5'- adénosine monophosphate cyclique (AMPc), dans la régulation de la signalisation de l’AMPc dans deux types de cellules musculaires lisses (CMLs), l’aorte de rat (CMLAR) et la vessie de rat néonatal (CMLVRN). Dans les CMLARs en culture, nous avons déterminé le profil d’expression et d’activité des PDE-AMPc. Nous avons alors montré, à l’aide de la technique de FRET basée sur une sonde sensible à l’AMPc pour mesurer l’AMPc en temps réel dans une cellule isolée, que l’inhibition de la PDE4 démasque un effet d’hydrolyse de l’AMPc cytosolique par la PDE1 et la PDE3, alors que les PDE3 et PDE4 agissent de façon synergistique dans le compartiment sous-membranaire. Les mécanismes de cette compartimentation subcellulaire des signaux restent à caractériser.Dans les CMLVRNs, les PDE3 et PDE4 régulent les contractions phasiques, par des mécanismes différents. L’inhibition de la PDE4 limite les contractions stimulées par le carbachol par un mécanisme dépendant de la protéine kinase A, impliquant une augmentation de la fréquence des sparks calciques, qui entrainent l’activation des canaux potassiques BK, assurant en final une diminution des transitoires calciques. Au contraire, l’effet de l’inhibition de la PDE3 implique la protéine kinase G mais par un mécanisme qui reste à définir.En conclusion, ce travail montre que dans les CMLs, les différents familles de PDE-AMPc sont douées de spécificité de fonction et/ou de mécanisme d’action, et participent ainsi à une compartimentation subcellulaire des voies de signalisation. / The aim of the present thesis was to characterize the role of the different families of phosphodiesterases (PDEs), the enzymes degrading 3'-5'-cyclic adenosine monophosphate (cAMP), in controlling the cAMP signalling in two distinct smooth muscle cells (SMCs), the rat aorta SMC (RASMCs) and the rat bladder SMC (RBSMCs).In cultured RASMCs, we firstly characterized the pattern of cAMP-PDE expression and activity. We then showed, by using a FRET-based cAMP sensor to explore cAMP signals in living cells, that PDE4 inhibition unmasks an effect of PDE1 and PDE3 on cytosolic cAMP hydrolyzis, whereas PDE3 and PDE4 act synergistically at the submembrane compartment. The mechanisms of this subcellular compartmentation need to be characterized. In neonatal RBSMCs, we showed that both PDE3 and PDE4 are involved in regulating the phasic contractions albeit through distinct mechanisms. PDE4 inhibition inhibits the carbachol-enhanced contractions through a protein kinase A-dependent pathway involving an increase in Ca2+ sparks frequency which activates BK channels to ultimately decrease Ca2+ transients, whereas PDE3 inhibition acts through a protein kinase G-dependent pathway through a still unknown mechanism.In conclusion, our work shows that in the SMC, the different cAMP-PDE families exhibit a specificity in their function and/or mechanism of action, thus participating to a subcellular signaling compartmentation.

La cytokinèse est un processus minutieusement régulé par une structure corticale appelée l'anneau contractile d'actomyosine, sous le contrôle de la petite GTPase RhoA. La protéine d'échafaudage Anilline est un effecteur de RhoA et organise les différents éléments de l'anneau permettant sa fermeture. Via son N-terminus, l'Anilline interagit avec la Citron kinase Sticky, la myosine II et l'actine-F ce qui permet la stabilisation de l'anneau contractile et sa maturation en anneau du corps central ou «midbody». Via son domaine C-terminal, l'Anilline interagit avec la RhoA-GTP et les septines pour ancrer l'anneau à la membrane. De précédentes études du laboratoire ont montré que Sticky et les septines ont des actions opposées sur l'Anilline. Nous avons donc défini plusieurs ensembles d'interactions entre l'Anilline et les cytosquelettes d'actomyosine et de septines, qui possèdent des fonctions différentes voire opposées dans la cytokinèse: ce sont des réseaux cytosquelettiques. L'Anilline est ainsi impliquée dans la coordination de ces réseaux opposés et RhoA-dépendants. Nous devons encore déterminer si ces interactions de l'Anilline en N-ter et C-ter peuvent se produire en même temps ou si elles sont mutuellement exclusives pour coordonner les différents éléments cytosquelettiques pendant la fermeture de l'anneau contractile. Les cellules S2 de drosophile ont été utilisées pour déterminer comment l'Anilline coordonnait les réseaux cytosqulettiques de l'anneau contractile. Deux modèles ont été proposés : l'un où une seule molécule d'Anilline se lie simultanément aux réseaux en N-ter et C-ter; l'autre modèle suggère qu'une ou plusieurs populations d'Anilline coordonnent les réseaux de façon mutuellement exclusive. Pour distinguer entre ces deux modèles, des allèles de séparation de fonction de l'Anilline ont été testés : l'AnillinΔ1-5 qui n'interagit plus avec Sticky, ainsi que l'AnillinRBD* qui n'interagit plus avec Rho1-GTP et qui ne recrute plus les septines à l'anneau contractile. Des expériences de sauvetage suite à la déplétion de l'Anilline endogène ont été réalisées et les tentatives de division ont été captées par microscopie en temps réel. L'expression de chaque mutant individuellement menait à une fermeture de l’anneau décalée, ralentie et souvent incomplète. En revanche, la co-expression de l'AnillinΔ1-5 et AnillinRBD* en trans dans les mêmes cellules a restauré la cinétique normale de la fermeture de l'anneau. Ce résultat supporte le modèle des populations multiples d'Anilline. Cette étude avance significativement nos connaissances de l'organisation de l'anneau contractile qui gère la division de toutes cellules animales. / Cytokinesis is a process thoroughly regulated by a cortical structure called the actomyosine contractile ring, under the control of the RhoA GTPase. The scaffolding protein Anillin is a RhoA effector organizing the several elements of the ring, thus permitting its closure. The AnillinN-terminus interacts with the Citron kinase Sticky, Myosin II and F-actin to stabilize the contractile ring and drive its maturation to the midbody ring. The AnillinC-terminus interacts with the RhoA GTPase and the septins to anchor the ring to the membrane. Previous works revealed that Sticky retains Anillin while the septins shed Anillin from the ring. Therefore, Anillin is involved in opposed RhoA-dependent cytoskeletal sub-networks to generate or reduce the tension at the membrane, and their balance is necessary to improve the ring closure. This study aims to decipher the coordination between these opposed sub-networks. We proposed two models : either sub-networks on AnillinN-ter and AnillinC-ter are simultaneously organized by the same molecule of Anillin, or several pools of Anillin coordinate separately the opposed subnetworks. We generated and expressed several inducible Anillin mutants in drosophila S2 cells : AnillinΔ1-5 prevents the interaction with Sticky; AnillinRBD* does not interact with RhoA and perturbs the Anillo-septin assembly. The expression of each mutant individually delayed, slowed down and failed the ring closure. However, co-expression of single mutants in trans rescued the ring closure. Moreover, Sticky over-expression improved AnillinRBD* recruitment in the ring. These results support the multiple pools of Anillin model. This study improves our knowledge on the contractile ring organization, necessary to succeed cytokinesis in animal cells.