Dans les thérapies anticancéreuses, les traitements anti-angiogéniques agissant sur l’axe VEGF/VEGFR ont une place importante en clinique. Dans ce contexte, nous avons conçu et évalué l’activité de nouveaux inhibiteurs de l’interaction VEGF/VEGFR. Une première approche a été la conception de molécules antagonistes du VEGFR1. Différents analogues hétérocycliques dérivant d’un composé de type (3-carboxy-2-ureido) thiophène ont été synthétisés. Des réactivités chimiques intéressantes ont été mises en évidence, mais l’activité biochimique de ces molécules ne s’est pas révélée concluante. Une seconde approche reposant sur la conception de peptides ciblant le VEGF a alors été initiée. A partir d’un peptide cyclique connu de 19 résidus ayant une affinité submicromolaire pour le VEGF, de nouveaux peptides et peptidomimétiques ont été développés.L’objectif a été de concevoir des composés de structures chimiques potentiellement plus simples et plus stables en milieu biologique, tout en optimisant l’affinité pour le VEGF. L’interaction de ces peptides avec le VEGF a été étudiée in vitro par ELISA et ITC, ainsi que par cristallographie pour le composé le plus affin. En parallèle, nous avons étudié l’effet du cuivre et d’autres métaux divalents sur l’interaction VEGF/VEGFR1. Au travers d’expériences réalisées au laboratoire ainsi qu’en collaboration, nous avons montré que certains métaux étaient capables non seulement d’inhiber l’interaction VEGF/VEGFR1 mais également d’induire une dimérisation non classique du domaine 2du récepteur. Sachant que les métaux, et en particulier le cuivre, sont connus pour jouer un rôle important dans l’angiogenèse, cette découverte apporte de nouveaux éléments de réponse sur leur mécanisme d’action. Ce travail de thèse s’inscrit donc non seulement dans une démarche de développement de nouveaux composés anti-angiogéniques mais également de compréhension du mécanisme de régulation de l’angiogenèse. / Inhibiting angiogenesis is an effective strategy of targeting therapy against cancer. In thiscontext, we develop an antiangiogenic strategy consisting in the design and evaluation of compoundsblocking the VEGF/VEGFR interaction. The first approach was the conception of antagonists of theVEGFR1. Starting from a (3-carboxy-2-ureido) thiophene hit, a variety of heterocyclic analogs wasdeveloped. Interesting chemical observations were made during the synthesis, but no optimization ofthe biochemical activity was achieved. The second approach was the design of peptides that bind tothe receptor-recognition surface of the VEGF. Starting from a cyclic peptide known to bind to theVEGF with a sub-micromolar affinity, new peptides and peptidomimetics were developed. Thestrategy was to design simplified and potentially more stable compounds, and to improve at thesame time the VEGF affinity. The interaction of VEGF with these ligands was studied in vitro by ELISAand ITC experiments, as well as X-ray diffraction for the best compound. Moreover, the investigationof the effects of copper and other divalent metals on the VEGF/VEGFR1 interaction was undertaken.Experiments realized in the laboratory and in collaboration showed that metals were able to displacethe VEGF/VEGFR1 interaction and to induce the dimerisation of the domain 2 of the receptor. Metalsare well known to play an important role in angiogenic phenomena, but their specific targets are stilla matter of debate. In this context, this discovery brings new response elements regarding theirmechanisms of action. Therefore, the objectives of this PhD thesis were the development of newantiangiogenic compounds, as well as the understanding of some aspects of the regulation of angiogenesis.

ErbB2/HER2 est un récepteur tyrosine kinase de la famille d'EGFR (ErbB1) surexprimé dans plus de 20% des cancers du sein et associé à une forme particulièrement agressive de la maladie. Les récepteurs ErbBs sont actifs seulement sous forme de dimères, permettant la phosphorylation de leur queue C-terminale par leur domaine tyrosine kinase. La phosphorylation entraine l'interaction avec des protéines adaptatrices et l'activation de voies de signalisation, Ras/MAPK et PI3K/Akt principalement. Ces voies contrôlent la prolifération, la motilité cellulaire et la résistance à l'apoptose. Contrairement à ErbB1/3/4, ErbB2 dimérise en l'absence de ligand. Comprendre les autres mécanismes de régulation de la phosphorylation de ses tyrosines et de ses interactions est donc particulièrement intéressant.ErbB2 a fait l'objet de nombreuses études structurales et fonctionnelles. Elles ont permis la mise au point de traitements ciblés efficaces mais sujets à l'apparition de résistance, dont l'anticorps Trastuzumab, ciblant sa partie extracellulaire. La queue C-terminale d'ErbB2 (CtErbB2) a été très souvent ignorée dans ces études. Cette partie étant intrinsèquement désordonnée, il a fallu attendre ces dernières années pour que les concepts et les outils permettant de l'étudier émergent.Dans cette thèse, j'ai d'abord effectué la caractérisation structurale et dynamique de CtErbB2. J'ai montré que bien qu'étant dépourvue de toute structure stable, cette région riche en prolines possède plusieurs structures secondaires transitoires et un contact longue-distance participant très probablement à la régulation de ses interactions intra- et inter-moléculaires. Dans une deuxième partie je me suis intéressée à la caractérisation de la protéine adaptatrice Grb2, partenaire essentiel de ErbB2 pour l'activation de la voie des MAP kinases. L'organisation en solution des domaines de cette protéine modulaire dans sa forme libre était jusque là inconnue. J'ai ensuite étudié l'interaction entre Grb2 et CtErbB2, et montré que CtErbB2 interagit non seulement avec le domaine SH2 de Grb2 (par l'intermédiaire d'une phosphotyrosine), mais aussi avec son domaine SH3 N-terminal (grâce à un motif polyproline). Enfin, j'ai mis en place plusieurs stratégies de phosphorylation des tyrosines de CtErbB2, dans le but d'étudier plus largement l'effet des phosphorylations sur l'ensemble de cette région. / ErbB2/HER2 is a receptor tyrosine kinase of the EGFR (ErbB1) family overexpressed in 20% of breast cancers and associated to a particularly aggressive form of the disease. ErbB receptors are only active upon dimerization that enables phosphorylation of their C-terminal tail by their tyrosine kinase domain. Phosphorylation then triggers interaction with adaptor proteins and activation of signaling pathways, mainly Ras/MAPK and Akt/PI3K. Those pathways control cell proliferation, motility and resistance to apoptosis. Contrary to ErbB1/3/4, ErbB2 can dimerize without any ligand. Understanding other mechanisms of regulation of its tyrosine phosphorylation and of its interactions is thus particularly interesting.ErbB2 structure and function have been extensively studied. This has led to the development of several FDA-approved targeted drugs, that are effective but to which resistance occurs, amongst which the Trastuzumab antibody that targets ErbB2 extracellular domain. The C-terminal tail of ErbB2 (CtErbB2) has been widely ignored in these studies. Since it is intrinsically disordered, the concepts and tools to study it have only emerged in the last few years.In the present work, I have performed the structural and dynamic study of CtErbB2. I showed that despite its lack of any stable structure, this proline-rich region exhibits several transient secondary structures and a long-range contact that might participate in the regulation of its intra- and inter-molecular interactions. Then, I characterized the adaptor protein Grb2, which is a partner of ErbB2 that is essential for the activation of the MAPK pathway. The solution organization of the domains of this modular protein in its apo-form was unknown so far. I also studied the interaction between Grb2 and CtErbB2, showing that in addition to the known SH2-phosphotyrosine interaction, a polyproline motif of CtErbB2 binds to the N-terminal SH3 domain of Grb2. Finally, I implemented several strategies to phosphorylate CtErbB2 tyrosines, to study more extensively the effect of phosphorylation on the whole tail.

La température ambiante joue un rôle direct dans le fonctionnement et le développement de la plante. L'augmentation des températures ambiantes mondiales pose un défi important aux espèces de plantes sauvages et cultivées. La plupart des espèces de plantes ajustent leur cycle de reproduction et leur développement pour optimiser leur survie et leur forme par temps ambiant élevé (Barnabás et al., 2008; Fitter et Fitter, 2002; Willis et al., 2008). Ces adaptations conduisent généralement à des hypocotyles allongés, à une réduction du nombre de feuilles au moment de la floraison, à une transition accélérée des phases de croissance végétative à reproductive, à une réduction du nombre de graines, à des gousses plus petites et à une diminution de la surface foliaire. Face au changement climatique rapide, en particulier à l'augmentation de la température permissive à la croissance ambiante, il est urgent de régler la thermoréponse des usines pour adapter les installations aux changements climatiques et garantir la production alimentaire future.L'expression de PIF4 est contrôlée par le complexe du soir (EC), un complexe à 3 protéines comprenant ELF3, ELF4 et LUX, en fonction de la température. La CE est capable de réprimer l'expression de PIF4 en se liant à des motifs spécifiques sur le promoteur de PIF4 à une température de croissance ambiante inférieure. Cependant, cette répression de l'expression de PIF4 est éliminée à une température ambiante de croissance plus élevée, ce qui entraîne un vieillissement prématuré des plantes.RésultatsLes trois protéines de la CE ont été produites en utilisant une stratégie d’expression différente, ELF4 et LUX dans E. coli, et ELF3 dans des cellules d’insecte. Les méthodes de purification des protéines et les tampons ont été optimisés pour obtenir des ELF3 et LUX stables. Une chromatographie d'exclusion de taille a été réalisée pour vérifier les états oligomères des protéines. LUX étant la seule protéine de la CE à posséder un domaine de liaison à l'ADN connu, elle a été utilisée pour effectuer des tests de déplacement de la mobilité afin de comprendre l'affinité de liaison de LUX pour ses motifs ADN cibles obtenus à partir de tests de puces de liaison de protéines. D'après les tests de décalage de mobilité, il a été observé que le domaine de liaison à l'ADN (DBD) seul pouvait se lier aux motifs d'ADN de son substrat à des concentrations molaires nano alors qu'une quantité de protéine excédentaire de 10 fois était nécessaire pour que la longueur totale de LUX obtienne la même quantité de liaison. Des pistes de cristallisation à haut débit ont été réalisées pour LUX et LUX-DBD pleine longueur avec deux motifs de liaison différents. Aucun cristal n'a été obtenu pour le LUX complet, alors que des cristaux ont été obtenus pour le LUX DBD avec les deux motifs d'ADN. La structure de LUX DBD en complexe avec ses motifs cibles a été résolue par diffraction aux rayons X. À partir de la structure Crystal, il a été constaté que LUX DBD avait adopté une structure à 3 hélices, la seconde hélice étant responsable de la lecture de la base. Fait intéressant, il a été observé qu'un résidu d'arginine présent au niveau de l'hélice n-terminale servait de pince pour interagir avec le motif ADN cible.En utilisant les tests de mutagenèse dirigée et de décalage de mobilité, il a été confirmé que cette arginine présente à la position 146 de la protéine est essentielle pour déterminer l'affinité. Il a été constaté que l'affinité de liaison était réduite d'un facteur 5 lorsque cet acide aminé était modifié. En outre pour comprendre son effet in planta. Les lignes de lux mutantes ont été complétées par une longueur totale de type sauvage et une version substituée par Arg14Ala de la longueur totale de LUX. Grâce à ces expériences, nous avons pu montrer que la complémentation complète du mutant R146A n’était pas observée, alors que la version de type sauvage était capable de compléter complètement le phénotype du mutant / Ambient temperature plays a direct role in plant functioning and development. Increase in global ambient temperatures poses a significant challenge to wild and cultivated plant species. Most plant species adjust reproductive timing and development to optimize survival and fitness in higher ambient temperatures (Barnabás et al., 2008; Fitter and Fitter, 2002; Willis et al., 2008). These adaptations generally lead to elongated hypocotyls, fewer leaves at time of flowering, accelerated transition from vegetative to reproductive growth phases, fewer seeds, smaller seed pods and decreased leaf area. In the face of rapid climate change, specifically increased ambient growth permissive temperatures, tuning plant thermoresponse is urgently needed to engineer plants for adaptation to climate change and for securing future food production.PIF4 expression is controlled by evening complex (EC), a 3 protein complex comprising of ELF3, ELF4 and LUX, in a temperature dependent manner. The EC is able to repress PIF4 expression by binding to specific motifs at the promoter of PIF4 at lower ambient growth temperature. However this repression of PIF4 expression is removed at higher ambient growth temperature leading to premature ageing of plantsResultsAll three proteins of EC were produced using different expression strategy, ELF4 and LUX in E. coli while ELF3 in insect cells. Protein purification methods and buffers were optimized to obtain stable ELF3 ELF4 and LUX. Size exclusion chromatography was done to verify oligomeric states of the proteins. Since LUX is the only protein in the EC which has known DNA binding domain, it was used for doing mobility shift assays to understand the binding affinity of LUX for its target DNA Motifs which were obtained from protein binding microarrays assays. From the mobility shift assays, it was observed that the DNA binding domain (DBD) alone could bind to its substrate DNA motifs at Nano molar concentrations while 10 fold excesses amount of protein was required for the full length LUX to obtain same amount of binding. High throughput crystallization trails were carried out for full length LUX and LUX- DBD with two different binding motifs. No crystals were obtained for full length LUX while Crystals were obtained for LUX DBD with both the DNA Motifs. Structure for LUX DBD in complex with its target motifs were solved through X-Ray diffraction. Using site directed mutagenesis and Mobility shift assays it was confirmed that this Arginine present at the 146 position of the protein is critical for determining affinity. It was found that the binding affinity was reduced by a factor of 5 when this amino acid was changed. Further to understand its effect in planta.. With this experiments we were able to show that with the R146A mutant full complementation wasn’t observed while the wildtype version was able to completely complement the mutant phenotype.To understand temperature based dynamics of the complex, ELF3, which is the most intrinsically disordered protein of the three proteins that constitute the complex, was studied for structural variation through CD spectroscopy and DLS experiments. From these experiments it was found that ELF3 attains a β-sheet like confirmation at higher temperature while a more globular confirmation at lower temperatures. It was found that this activity of ELF is reversible allowing for flexibility of the whole complex. We found that there were prion like domains in ELF3 protein which were primarily responsible for transition to β-sheet structure at higher temperature.In Order to engineer plants that could survive at higher ambient temperature, we decided to mutate promoter elements of PIF4 through CRISPR/Cas9 to obtain plants that can survive higher temperature.

La génération des cellules hématopoïétiques, aussi connue sous le nom d'hématopoïèse, est contrôlée par l’activité conjuguée de facteurs de transcription lignée-spécifiques permettant l’expression, en temps et lieu, de gènes spécifiques nécessaires pour le développement cellulaire. Dans le cadre de notre étude, nous avons étudié les facteurs de transcription KLF2 et KLF4 qui jouent des rôles cruciaux dans la formation des lymphocytes B et T. KLF2 et KLF4 activent la transcription de gènes spécifiques via leur interaction avec le co-activateur (CBP). Leurs interactions avec CBP requièrent le domaine de transactivation (TAD) qui est localisé dans la région N-terminal des facteurs KLF2 et KLF4. Des études préalables ont montré que des domaines TAD sont aussi présents chez la protéine suppresseur de tumeur p53 et que ces domaines sont requis pour les interactions entre la protéine p53 et le co-activateur CBP. Récemment, plusieurs structures des TADs de p53 en complexe avec les domaines TAZ2 et KIX de CBP ont permis de démontrer que ces TADs sont de nature acide et contiennent un motif ΦΧΧΦΦ crucial pour la formation des interactions. De plus, il s’avère que ces TADs sont similaires aux TADs de KLF2 et KLF4. L’étude présentée dans ce mémoire relate la caractérisation structurelle et fonctionnelle des interactions formées par les facteurs de transcription KLF2 et KLF4 avec leur partenaire d'interaction, CBP, pour activer la transcription de gènes spécifiques. Nos analyses ont été faites en utilisant différentes techniques telles que le titrage calorimétrique isotherme (ITC), la résonance magnétique nucléaire (RMN) ainsi que des expériences de transactivation chez la levure. Notre étude permet une meilleure compréhension des rôles opposés mais complémentaires qu'ont les protéines KLF2 et KLF4 au cours du développement et de la différentiation des lymphocytes B et T en plus de fournir les détails mécanistiques à la base de leurs interactions. Ces informations seront potentiellement utiles pour le développement d'outils à des fins thérapeutiques dans le cadre des leucémies, notamment. / Hematopoietic development is regulated through a combinatorial interplay between lineage-specific activators and the general transcription factors that enables cell-specific patterns of gene expression. In this study, the transcription factors KLF2 and KLF4 play crucial roles in lymphocytes B and T development by activating transcription of specific genes through interactions with the co-activator (CBP). These interactions involve the transactivation domains (TAD) localized in the N-terminal region of KLF2 and KLF4 factors. Previous studies have shown that TADs are also found in the tumor suppressor protein p53 and these TADs are responsible for the interactions between the p53 protein and the coactivator CBP. Recently, several structures of p53TADs in complex with the TAZ2 and KIX domains of CBP have shown that these TADs are acidic and possess a ΦΧΧΦΦ motif crucial for the formation of the interaction. Interestingly, these TADs are similar to the ones found on KLF2 and KLF4. This thesis provides a structural and functional characterization of the interactions formed by the transcription factors KLF2 and KLF4, which have opposing roles, and competes for the same interacting partner CBP to activate transcription. The analysis is done using isothermal titration calorimetry (ITC), nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and a yeast activation assay. This study brings a greater understanding on the opposing roles yet complementary of KLF2 and KLF4 proteins involved in B and T lymphocytes specific lineages selection and also provides information for potential therapeutic research regarding disease such as leukemia.

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un agent causateur de maladies du foie important responsable d’une pandémie affectant près de 180 millions d’individus mondialement. L’absence de symptômes dans les premières années d’infection entraîne des diagnostics tardifs qui empêchent la prise en charge rapide des patients avant l’apparition d’une fibrose et, dans près de 16 % des cas d’infection, d’une cirrhose. En exploitant les interactions protéine-protéine membranaires, des essais utilisant la technologie BRET, dans les cellules vivantes, ont été précédemment optimisés afin d’établir le réseau complet des interactions du VHC. En utilisant les fondements de cette étude, un essai à haut débit dans les cellules vivantes a été réalisé pour identifier de nouveaux composés anti-VHC ciblant une nouvelle interaction NS3/4A-NS3/4A. Approximativement 110,000 petites molécules ont été criblées pour leurs effets sur l’homodimérization de NS3/4A et ont été classées par rapport à leur spécificité et à leur puissance contre le VHC. Au terme de cette étude, UM42811 a été identifié comme un activateur potentiel de l’interaction NS3/4A-NS3/4A offrant une activité antivirale prometteuse dotant une excellente fenêtre thérapeutique. Par la suite, un séquençage exhaustif des virus, soumis à un traitement de UM42811, a permis d’établir le profil de résistance du VHC contre ce composé. Grâce à cette fine cartographie, il a été possible d’identifier un nouveau mécanisme d’inhibition de NS3/4A qui est indépendant de son activité protéase. En utilisant les données de notre groupe sur les interactions VHC-hôte, il a été possible de continuer la caractérisation fonctionnelle du composé UM42811 en étudiant son effet sur les interactions potentiellement bénéfiques à la persistance virale. Pour ce faire, les protéines associées au transport nucléaire et mitochondriale qui sont des interactants de choix de NS3/4A ont été priorisées. Parmi ces facteurs de l’hôte, l’étude de karyopherin subunit beta 1 (KPNB1) et de heat shock protein 60 (HSP60) a été priorisée. De façon intéressante, les expériences de co-immunoprécipitation ont démontré que UM42811 était capable de prévenir l’interaction KPNB1-NS3/4A ainsi que l’interaction HSP60-NS3/4A. De plus, les études ii fonctionnelles et les analyses d’immunobuvardage de type western ont démontré que l’interaction KPNB1-NS3/4A avait des effets délétères sur l’induction des gènes stimulés par l’interféron (ISG). Finalement, il a été démontré que KPNB1 est possiblement clivé par NS3/4A suggérant la présence potentielle d’un mécanisme de subversion ou d’échappement. En bref, cette étude démontre la puissance des stratégies impliquant les interactions protéine-protéine dans les cellules vivantes pour l’identification de nouveaux composés inhibiteurs, caractérise un nouveau mécanisme d’inhibition anti-VHC et révèle la possibilité d’un nouveau mécanisme d’évasion du système immunitaire. / Hepatitis C virus (HCV) is an important causative agent for liver diseases and is responsible for a worldwide pandemic affecting roughly 180 million individuals worldwide. Late diagnosis following the progression to fibrosis and to cirrhosis, in nearly 16% of chronic infections, is attributed to the absence of symptoms in the first years of infection. By exploiting membrane protein-protein interactions (PPI), live cell assays using bioluminescence resonance energy transfer (BRET) technology have previously been optimized to complete a comprehensive hepatitis C virus (HCV) protein interaction network. Using the groundwork laid by this network study, a high-throughput assay (HTS) cell-based assay was implemented to identify novel inhibitory compounds targeting an unreported NS3/4A-NS3/4A interaction. Approximately 110,000 compounds from a small-molecule collection were screened to monitor modulation of NS3/4A homodimerization and were discriminated based on specificity and potency. UM42811 was identified as a potential NS3/4A-NS3/4A interaction activator and found to have a promising antiviral activity boasting an excellent therapeutic window. Combined deep sequencing and mutation mapping have yielded a resistance profile based on statistical and functional probability pointing towards a novel inhibitory mechanism targeting the HCV NS3/4A independent from protease activity inhibition. Data from an HCV to host protein interaction network generated by our group was used to analyze alternative effects of UM42811 on interactions which potentially benefit viral persistence. NS3/4A-specific host interactors were heavily associated with nuclear and mitochondrial transport based on Gene Ontology (GO). Among these specific interactors, karyopherin subunit beta 1 (KPNB1) and heat shock protein 60 (HSP60) were selected for further study. Interestingly, co-immunoprecipitation experiments revealed that UM42811 was able to prevent both KPNB1-NS3/4A and HSP60-NS3/4A interactions. Moreover, functional and western analysis revealed the KPNB1-NS3/4A interaction to have deleterious effects on iv interferon stimulated gene (ISG) induction. Unexpectedly, analysis revealed a putative NS3/4A mediated cleavage of KPNB1. Overall, this study demonstrates the strength of cell-based PPI strategies in the identification of novel HCV antiviral compounds, characterizes a novel inhibitory mechanism for HCV and reveals a potentially novel viral immune evasion mechanism.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le facteur de transcription IIH (TFIIH) joue un rôle crucial dans la transcription et dans la réparation de l’ADN. La sous-unité Tfb1/p62 (levure et humain) de TFIIH interagit avec de nombreux facteurs de transcription (p53, NFκB, TFIIEα) et de réparation (Rad2/XPG and Rad4/XPC) (1). La majorité des interactions avec Tfb1/p62 requiert le domaine d’homologie à la Pleckstrin (PH) localisé dans la région N-terminal de la protéine (2, 3). Ce domaine PH forme des complexes avec des domaines de transactivation acide provenant de protéines cibles impliquées dans la transcription et la réparation de l’ADN. De récentes études ont montré que Tfb1/p62 est une cible pour les protéines virales telles que la protéine VP16 du virus de l’herpès simplex (HSV) de type 1, la protéine E1 du virus du papillome humain (VPH) et la protéine EBNA-2 du virus Epstein-Barr (EBV) (4, 5). Ces protéines virales interagissent avec la sous-unité Tfb1/p62 par un domaine de transactivation acide suggérant une interaction similaire à ce qui est observé chez les facteurs de transcription humains comme p53. Ce mémoire présente une caractérisation structurelle et fonctionnelle du complexe formé par la protéine virale EBNA2 et la protéine humaine Tfb1/p62. L’analyse est faite en utilisant le titrage calorimétrique isotherme (ITC), la résonance magnétique nucléaire (RMN) et une expérience de transactivation chez la levure. Cette étude amène une plus grande compréhension des protéines impliquées dans les maladies comme le lymphome de Burkitt et le lymphome de Hodgkin qui sont souvent associées à l’infection à l’EBV (revue dans (6)) et caractérise une cible potentielle pour un antiviral. / The general transcription factor IIH (TFIIH) plays crucial roles in both transcription and DNA repair. Tfb1/p62 (yeast and human), one of the ten/eleven subunits of TFIIH, has been shown to interact with several important transcription (p53, NFκB, TFIIEα) and repair factors (Rad2/XPG and Rad4/XPC) (1). Most of the interactions with Tfb1/p62 require the Pleckstrin homology (PH) domain located at the amino-terminal end of the protein (2, 3). This PH domain in particular forms complexes with highly acidic domains from target proteins involved in both transcriptional activation and DNA repair. Recent studies has shown that the Tfb1/p62 subunit of TFIIH is also targeted by a number of viral proteins including the Herpes Simplex virus (HSV) protein VP16, the Human papillomavirus (HPV) protein HPV E1 and the Epstein-Barr virus (EBV) protein EBNA-2 (4, 5). These viral proteins interact with the Tfb1/p62 subunit via acidic domain which suggests that they are forming similar interactions as the one observed with human transcription and repair factors. This thesis provides a structural and functional characterization of the complex formed by the viral proteins EBNA2 and the human protein Tfb1/p62 subunit of TFIIH. The analysis is done using isothermal titration calorimetry (ITC), nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and a yeast activation assay. This study brings a greater understanding of proteins implicated in diseases such as the Burkitt’s lymphoma directly linked to an EBV infection (review in (6)) and shows a viable target for antiviral drug.

Les domaines de transactivation (TAD) acides sont présents dans plusieurs protéines oncogéniques, virales et dans des facteurs de différenciation de cellules souches. Ces domaines acides contrôlent la transcription à travers une myriade d’interactions avec divers partenaires ce qui provoque l’activation de la transcription ou leur propre élimination. Cependant, dans la dernière décennie, de plus en plus de recherches ont démontré que les TAD possédaient un sous-domaine activation/dégradation (DAD) responsable pour une fonction d'activation de la transcription dépendante de la dégradation de la protéine. Un tel phénomène peut être accompli par plusieurs moyens tels que des modifications post-traductionnelles, l’association à des cofacteurs ou la formation d’un réseau d’interaction complexe en chaînes. Or, aucune preuve concrète n’a pu clairement démontrer le fonctionnement de la dépendance paradoxale entre ces deux fonctions sur un activateur de transcription. Le DAD, a été observé dans plusieurs facteurs de transcription incluant la protéine suppresseur de tumeur p53 et le facteur de différenciation érythrocyte EKLF. Un aspect particulier des DAD est que la composition de leur séquence d’acide aminé est fortement similaire à celle des domaines de liaison à l’ubiquitine (UBD) qui jouent un rôle clé dans le contrôle de la transcription à travers leur interaction non-covalente avec l’ubiquitine. Ainsi, dans ce mémoire, nous avons étudié la possibilité que les TAD acides soient capables d’agir comme UBD pour réguler leur fonction paradoxale à travers des interactions non-covalentes avec l’ubiquitine. L’analyse est faite en utilisant la résonnance magnétique nucléaire (RMN) ainsi qu’avec des essais fonctionnels de dégradation. En somme, cette étude amène une plus grande compréhension des protéines impliquées dans le contrôle des TAD et caractérise le tout premier exemple de TAD capable d’interagir avec l’ubiquitine. / Acidic transactivating domains have been shown to be potential targets for a number of different therapies but their dynamic nature and their ability to bind many interacting partners has made it difficult to fully understand their functioning mechanisms. What we do know about these domains is that they readily control transcription through a myriad of interactions capable of either activating specific aspects of their function or simply, signal for their own demise. Within the acidic TADs lies an unusual degradation/activation domain (DAD) capable of activating transcription at the cost of its degradation. In other words, DAD transcriptional activation is dependent on the degradation of the protein. Such a phenomenon could be explained by a wide variety of hypotheses like the play of post-translational modifications, co-factors, or maybe just a really sophisticated time scaled network of interactions. However, no concrete explanation of how this dual dependent functioning domain works has yet to surface. The DAD has been observed within acidic TADs of several transcription factors including the tumor suppressor p53 and the red blood cell differentiation factor EKLF. Interestingly though, the amino acid sequence composition of DADs share a strong similarity with several types of sequences from domains that bind ubiquitin (UBDs). These domains have been shown in the past to, in addition to their role in degradation, play a key role in regulating transcription through non-covalent interaction with ubiquitin. Hence, in this project, we investigated weather acidic TADs had the ability to function as UBDs and form non-covalent interactions with ubiquitin and also to determine the functional significance of this interaction in regards to the dual function of acidic TADs.

L'étude structurale de l'interactome cellulaire peut conduire à des découvertes intéressantes sur les bases moléculaires de certaines pathologies. La modélisation par homologie et l'amarrage de protéines ("protein docking") sont deux approches informatiques pour modéliser la structure tri-dimensionnelle (3D) d'une interaction protéine-protéine (PPI). Des études précédentes ont montré que ces deux approches donnent de meilleurs résultats quand des données expérimentales sur les PPIs sont prises en compte. Cependant, les données PPI ne sont souvent pas disponibles sous une forme facilement accessible, et donc ne peuvent pas être re-utilisées par les algorithmes de prédiction. Cette thèse présente une approche systématique fondée sur l'extraction de connaissances pour représenter et manipuler les données PPI disponibles afin de faciliter l'analyse structurale de l'interactome et d'améliorer les algorithmes de prédiction par la prise en compte des données PPI. Les contributions majeures de cette thèse sont de : (1) décrire la conception et la mise en oeuvre d'une base de données intégrée KBDOCK qui regroupe toutes les interactions structurales domaine-domaine (DDI); (2) présenter une nouvelle méthode de classification des DDIs par rapport à leur site de liaison dans l'espace 3D et introduit la notion de site de liaison de famille de domaines protéiques ("domain family binding sites" ou DFBS); (3) proposer une classification structurale (inspirée du système CATH) des DFBSs et présenter une étude étendue sur les régularités d'appariement entre DFBSs en terme de structure secondaire; (4) introduire une approche systématique basée sur le raisonnement à partir de cas pour modéliser les structures 3D des complexes protéiques à partir des DDIs connus. Une interface web (http://kbdock.loria.fr) a été développée pour rendre accessible le système KBDOCK / Understanding how the protein interactome works at a structural level could provide useful insights into the mechanisms of diseases. Comparative homology modelling and ab initio protein docking are two computational methods for modelling the three-dimensional (3D) structures of protein-protein interactions (PPIs). Previous studies have shown that both methods give significantly better predictions when they incorporate experimental PPI information. However, in general, PPI information is often not available in an easily accessible way, and cannot be re-used by 3D PPI modelling algorithms. Hence, there is currently a need to develop a reliable framework to facilitate the reuse of PPI data. This thesis presents a systematic knowledge-based approach for representing, describing and manipulating 3D interactions to study PPIs on a large scale and to facilitate knowledge-based modelling of protein-protein complexes. The main contributions of this thesis are: (1) it describes an integrated database of non-redundant 3D hetero domain interactions; (2) it presents a novel method of describing and clustering DDIs according to the spatial orientations of the binding partners, thus introducing the notion of "domain family-level binding sites" (DFBS); (3) it proposes a structural classification of DFBSs similar to the CATH classification of protein folds, and it presents a study of secondary structure propensities of DFBSs and interaction preferences; (4) it introduces a systematic case-base reasoning approach to model on a large scale the 3D structures of protein complexes from existing structural DDIs. All these contributions have been made publicly available through a web server (http://kbdock.loria.fr)

Le co-transporteur Na+-K+-2Cl- spécifique du rein et sensible au bumétanide, NKCC2, joue un rôle essentiel dans l’homéostasie hydro-électrolytique et acido-basique de l’organisme. Les mutations inactivatrices de NKCC2 induisent le syndrome de Bartter anténatal de type 1, une grave maladie rénale caractérisée par une hypotension artérielle associée à des anomalies électrolytiques. À l’opposé, une activité accrue de NKCC2 est associée à une hypertension artérielle sensible au sel. Pourtant, peu est connu sur la régulation moléculaire de NKCC2. Le but de ces travaux de thèse a donc été l’identification des déterminants moléculaires impliqués dans la régulation de l’expression et du trafic intracellulaire de NKCC2, plus spécifiquement dans le contrôle de qualité de ce co-transporteur. Suite au criblage par la technique de double hybride chez la levure d’une banque d’ADNc de rein humain, nous avons identifié OS-9 en tant que partenaire de NKCC2. La léctine OS-9 est un facteur clé de régulation du contrôle de qualité des protéines au niveau du RE. Les analyses de co-immunoprécipitation dans les cellules rénales ont montré qu’OS-9 interagit principalement avec la forme immature de NKCC2. De plus, les expériences d’immunofluorescence ont révélé que cette interaction aurait lieu au niveau du RE. La surexpression d’OS-9 diminue l’abondance totale de NKCC2. Cet effet est aboli suite à l’inhibition de la voie de dégradation protéique par le protéasome par le MG132. De plus, les expériences pulse-chase et cycloheximide-chase ont montré que cette diminution est secondaire à l’augmentation de la dégradation de la forme immature de NKCC2. A l’inverse, le knock-down d’OS-9 endogène augmente l’expression du co-transporteur en augmentant la stabilité de sa forme immature. Enfin, la mutation du domaine MRH (Mannose 6-phosphate Receptor Homology) d’OS-9 n’altère pas son effet sur NKCC2, alors que la mutation des deux sites de N-glycosylation de NKCC2 abolie l’effet d’OS-9. L’ensemble de nos résultats démontre l’implication de la lectine OS-9 dans le système ERAD de NKCC2. Le deuxième volet de ce travail a porté sur l’identification de nouveaux mécanismes Moléculaires impliqués dans le Syndrome de Bartter. Nous avons découvert des mutations dans le gène MAGE-D2, situé sur la chromosome X, responsables d’une nouvelle et très sévère forme du syndrome de Bartter anténatal, caractérisé par un polyhydramnios très précoce avec un risque élevé d’accouchement prématuré et de mortalité. Nous avons montré que les anomalies de MAGE-D2 entraînent un défaut de maturation et d’expression membranaire de NKCC2 ainsi que celle du co-transporteur Na-Cl, NCC, du tubule distal. La comparaison in vitro de l’interactome de MAGED2 sauvage et mutée a révélé que la protéine MAGE-D2 sauvage interagit spécifiquement avec DNAJB1 (HSP40) et/ou GNAS, suggérant l’implication de ces deux partenaires protéiques dans la régulation de NKCC2 et NCC par MAGE-D2 pendant la grossesse. Le troisième volet de ce travail a porté sur l’étude de l’effet de DNAJB1/HSP40, partenaire de MAGE-D2, sur l’expression de NKCC2. HSP40 a été identifiée aussi comme partenaire de NKCC2 par la technique de double hybride réalisée par notre équipe. Nous avons montré que HSP40 et son co-chaperon HSPA1A (HSP70) interagissent avec la forme immature de NKCC2 au niveau du RE. La co-expression de HSP40 et HSP70 augmente l’expression de NKCC2 en augmentant sa stabilité et sa maturation. De plus, ces deux co-chaperons régulent l’expression de NCC de la même manière. Ces observations suggèrent que MAGE-D2 coopère avec DNAJB1/HSP40 et HSPA1A/HSP70 pour protéger NKCC2 et NCC contre la rétention et la dégradation de NKCC2 au niveau du RE durant la grossesse, révélant ainsi une nouvelle voie de régulation du trafic intracellulaire de NKCC2 et NCC. (...) / The kidney-specific Na + -K + -2C1 co-transporter, sensitive to bumetanide, NKCC2, plays an essential role in the body's fluid, electrolyte and acid-base homeostasis. Mutations of NKCC2 cause antenatal type 1 Bartter syndrome, a life-threatening kidney disease characterized by arterial hypotension associated with electrolyte abnormalities. In contrast, an increase in NKCC2 activity is associated with salt-sensitive hypertension. Yet the mechanisms underlying the regulation of NKCC2 trafficking in renal cells are scarcely known. The aim of this work was to identify the protein partners involved in the regulation of the expression and the intracellular trafficking of NKCC2, specifically in the quality control of this co-transporter. Using the yeast tow-hybrid system, we identified OS-9 as a specific binding partner of NKCC2. Lectin OS-9 is a key factor in the regulation of protein quality control at ER. Co-immunoprecipitation assay in renal cells showed that OS-9 interacts mainly with NKCC2 immature forms. Accordingly, immunocytochemistry analysis showed co-localization of the proteins mainly in the ER. Overexpression of OS-9 decreased the total abundance of NKCC2. This effect is abolished following the inhibition of the proteasome protein degradation pathway by MG132. In addition, the pulse-chase and cycloheximide-chase assays demonstrated that the marked reduction in the co-transporter protein levels was essentially due to increased protein degradation of NKCC2 immature forms. Conversely, knock-down endogenous of OS-9 increased the expression of the co-transporter by increasing the stability of its immature form. Finally, inactivation of the Mannose 6-phosphate Receptor Homology domain had no effect on its action on NKCC2, while mutation of the two NKCC2 N-glycosylation sites abolished the effect of OS- 9. In summary, our results demonstrate the involvement of lectin OS-9 in the ERAD of NKCC2. The second part of this work focused on the identification of new molecular mechanisms involved in Bartter Syndrome. We found that MAGE-D2 mutations caused X-linked new and severe form of antenatal Bartter's syndrome, characterized by a very early polyhydramnios with a high risk of premature delivery and mortality. We have shown that MAGE-D2 abnormalities lead to a lack of maturation and membrane expression of NKCC2 as well as that of the Na-Cl co-transporter, NCC, of the distal tubule. In vitro comparison of the wild-type and mutated MAGED2 interactome revealed that wild-type MAGE-D2 interacts specifically with DNAJB1 (HSP40) and / or GNAS, suggesting involvement of these two protein partners in NKCC2 and NCC regulation by MAGE-D2 during pregnancy. The third part of this work focused on the study of the effect of DNAJB1 / HSP40, partner of MAGE-D2, on the expression of NKCC2. HSP40 was also identified as a specific binding partner of NKCC2 by the yeast two-hybrid system realized by our team. We have shown that HSP40 and its co-chaperone HSPA1A (HSP70) interact with the immature form of NKCC2 at the ER. The co-expression of HSP40 and HSP70 increased the expression of NKCC2 by increasing its stability and maturation. In addition, these two co-chaperones regulate the expression of NCC in the same way. These findings suggest that MAGE-D2 cooperates with DNAJB1 / HSP40 and HSPA1A / HSP70 to protect NKCC2 and NCC against retention and degradation of NKCC2 at ER during pregnancy, revealing a new pathway for regulating NKCC2 and NCC intracellular trafficking. A better understanding of NKCC2 and NCC regulatory pathways would help to better understand the pathophysiology of sodium retention and ultimately would provide a new target for a pharmaceutical approach to preventing and / or treating kidney disease related to sodium balance.