Les protéines U2AF65, CAPERα, PUF60 et SPF45 sont des facteurs d'épissage qui possèdent des domaines similaires appelés UHM et qui interagissent pendant les étapes précoces de l'épissage avec des protéines qui possèdent des domaines ULM, comme SF3b155. Par des approches biochimiques, nous avons mis en évidence la formation d'assemblages macromoléculaires par U2AF65 et CAPERα au contact du domaine multi-ULM de SF3b155. En diminuant les taux d'expression des facteurs d'épissage à domaines UHM avec des shRNA et en analysant par qPCR l'épissage de 65 exons cassette, nous avons identifié un rôle activateur de CAPERα, U2AF65 et PUF60 et un rôle répresseur de SPF45 dans l'épissage. Plus particulièrement, CAPERα et U2AF65 activent l'épissage des exons cassette présentant des séquences flanquantes en 5' riches en motifs polypyrimidine. De plus, ces séquences favorisent la formation des assemblages macromoléculaires de U2AF65 et CAPERα. Appuyés par ces résultats, nous proposons un modèle dans lequel des interactions multivalentes conduisent à la formation d'assemblages macromoléculaires par CAPERα et U2AF65 ; ces complexes ont une affinité particulière d'une part pour les séquences introniques riches en motifs polypyrimidine et d'autre part avec le domaine multi-ULM de SF3b155. L'ensemble de ces interactions favorise la reconnaissance des sites 3' d'épissage. / U2AF65, CAPERα, PUF60 and SPF45 are splicing factors that hold similar domains called UHM that interact during the early splicing steps with ULM domains proteins, such as SF3b155. Using biochemical approaches, we highlighted the formation of macromolecular assemblies by U2AF65 and CAPERα in contact with the multi-ULM domain of SF3b155. The inhibition of the expression of the UHM splicing factors by shRNA, followed by a qPCR analysis of 65 cassette exons led us to identify an activating role of CAPERα, U2AF65 and PUF60 and a repressing role of SPF45 in splicing. Particularly, CAPERα and U2AF65 activate splicing of cassette exons presenting long pyrimidine-rich 5' flanking regions. Moreover, these regions favor the formation of macromolecular assemblies of U2AF65 and CAPERα. On the basis of these results, we propose a model in which multivalent interactions lead to CAPERα and U2AF65 macromolecular assemblies; these assemblies present a particular affinity on one hand for long pyrimidine-rich introns and on the other one for the multi-ULM domain of SF3b155. All these interactions promote 3' splice sites recognition.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La résistance à l'insuline et le diabète de type 2 ont maintenant atteint des proportions épidémiques dans notre société. Plusieurs facteurs peuvent en déterminer le développement de même que la progression et il est primordial de bien connaître les mécanismes impliqués, de façon à pouvoir prévenir ou traiter ces complications. Les études qui sont présentées dans cette thèse nous permettent de mieux comprendre l'implication de deux nouveaux modulateurs, SHP-1 et CEACAM1, dans la régulation de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique. Dans la première étude, nous avons identifié que la protéine tyrosine phosphatase SHP-1 était un modulateur négatif de l'action de l'insuline dans le foie et le muscle squelettique. Des modèles animaux d'inactivation spécifique de l'enzyme présentent une sensibilité à l'insuline accrue grâce à une amélioration de la voie de signalisation PI3-kinase/Akt. Par ailleurs, nous avons également observé que SHP-1 joue un rôle dans la clairance hépatique de l'insuline, et que CEACAM1, un modulateur de l'internalisation et de la dégradation de l'insuline, est un substrat de SHP-1. Dans la seconde étude, nous avons analysé les conséquences métaboliques d'une invalidation génétique de CEACAM1 chez la souris (modèle Cc1'A). Ces animaux présentent une intolérance au glucose et un défaut au niveau de la clairance hépatique de l'insuline lorsqu'on les compare à leurs contrôles. Nous avons pu observer que les souris Cc1'A sont prédisposées au développement de la stéatose hépatique et de la résistance à l'insuline, particulièrement lorsqu'on les expose de façon chronique à une alimentation riche en lipides. Ces défauts sont associés à une augmentation de l'expression d'enzymes clés impliquées dans la lipogénèse et la synthèse de cholestérol. Cette étude a permis de mettre en évidence un rôle pour CEACAM1 comme régulateur de la lipogénèse hépatique, en plus de sa fonction connue comme modulateur de la clairance de l'insuline par le foie. Ill Les résultats obtenus lors de la réalisation de ces études permettent d'améliorer nos connaissances sur la modulation complexe de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique. Nos travaux ouvrent la porte à de nouvelles études plus spécifiques sur les rôles de SHP-1 et CEACAM1 dans la modulation du métabolisme chez l'humain, et identifient également ces protéines comme d'éventuelles cibles potentielles pour le développement d'agents thérapeutiques destinés à contrer la résistance à l'insuline, le diabète de type 2 et les désordres lipidiques.

HPr est une protéine du système phosphoénolpyruvate:sucre phosphotransférase impliquée dans le transport, la régulation d'enzymes et de transporteurs et la régulation de la transcription de certains gènes. La protéine HPr peut être retrouvée sous quatre formes différentes. Elle peut être phosphorylée sur un résidu histidyl par l'enzyme 1 pour former HPr(His"-'P). Sous cette forme, HPr peut, entre autres, contrôler par phosphorylation certains régulateurs transcriptionnels contenant des domaines PRD. Chez les bactéries à Gram positif, HPr peut être phosphorylée sur un résidu séryl par la HPr kinase/phosphorylase. Le produit formé, HPr(Ser-P), est impliqué dans la répression catabolique selon un mécanisme impliquant la formation d'un complexe entre HPr(Ser-P), la protéine CcpA et une séquence spécifique d'ADN située dans la région promotrice des opérons cibles, la séquence cre. HPr(Ser-P) est également impliquée dans le phénomène d'exclusion d'inducteur. Enfin, des taux importants de HPr(Ser-P)(His-P) ont été détectés chez Streptococcus salivarius, Streptococcus mutans et Streptococcus thermophilus. Afin de caractériser HPr(Ser-P)(His-P), nous avons vérifié si certaines bactéries de la classe des Bacilli pouvaient produire et maintenir des taux importants de HPr(Ser-P(His-P) et vérifié si HPr(Ser-P)(His-P) pouvait participer au transport des sucres. Les quantifications de HPr ont été effectuées par immunoélectrophorèse croisée et la capacité de HPr(Ser-P)(His-P) à phosphoryler les enzymes IIABMan et la glycérol kinase ont été étudiées. Des taux importants de HPr(Ser-P)(His-P) ont été détectés chez toutes les souches de streptocoquès et lactocoques testées mais pas chez Bacillus subtilis, Enterococcus faecalis et Staphylococcus aureus. HPr(Ser-P)(His-P) était en mesure de transférer son groupement phosphoryle aux enzymes IIABMan mais' pas à la glycérol kinase, suggérant que HPr(Ser-P)(His-P) participe au transport des sucres PTS mais ne serait pas impliquée dans le contrôle de l'activité de la glycérol kinase. Nous avons finalement étudié le rôle de HPr(His"-'P) dans la régulation de la transcription chez Streptococcus salivarius via une étude comparative des protéomes de la souche parentale ATCC 25975 et du mutant G71 , une souche Er, incapable de produire HPr(His-P). Les analyses protéomiques différentielles ont été réalisées à partir d' extraits provenant de cellules récoltées en phase exponentielle et stationnaire de croissance. Chez les cellules récoltées en phase stationnaire de croissance, l'analyse des profils protéiques a révélé que 1 % à 2% des protéines étaient exprimées différentiellement chez S. salivarius G71 suggérant que HPr(His-P) serait impliquée dans le contrôle de l'expression de gènes chez les streptocoques.

Les microARN (miARN) sont de petits ARN endogènes de 21-23 nucléotides (nt) impliqués dans la répression traductionnelle d'ARN messagers (ARNm) spécifiques par la reconnaissance de sites de liaison (SL) dans la région 3' non-traduite (3'NT) chez la plupart des eucaryotes. Dans le cerveau de patients atteints de la maladie d'Alzheimer, l'expression de la protéine BACE est augmentée d'environ 3 fois, malgré des niveaux inchangés d'ARNm, suggérant la perte possible d'une régulation par les miARN. De fait, la région 3'NT de mBACEl régule l'expression du gène rapporteur Renilla luciférase (Rluc), auquel il est couplé, à la baisse par plus de 70 % dans les lignées cellulaires murines neuronale (N2a) et fibroblastique (NIH 3T3). Une analyse bioinformatique a révélé deux SL potentiels pour des miARN dans la région 3'NT de mBACEl, soit pour miR-298 et miR-328. Nous avons démontré que ces miARN lient de façon spécifique leur SL présumé par EMSA in vitro. Ces interactions sont déstabilisées par la perturbation de l'appariement de la région 5' du miARN. Le SL de miR-328 est capable de médier la répression de l'expression de Rluc in vivo, alors que la mutation des SL abolit cette répression, validant ainsi la fonctionnalité du SL. Finalement, une surexpression ou une neutralisation de miR-298 et miR-328 font varier les niveaux de mBACEl endogène à la baisse et à la hausse, respectivement. Nos résultats suggèrent l'implication de miR-298 et miR-328 dans la régulation de l'expression de BACE, et offrent une nouvelle perspective étiologique de la maladie d'Alzheimer.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L'anémie de Fanconi est une maladie génétique récessive rare, caractérisée par une défaillance de la moelle osseuse et une incidence accrue d'anomalies du développement et de cancer. Les protéines FANC sont impliquées dans la voie Fanconi pour réparer les pontages interbrins de l'ADN. En présence de dommages, la protéine FANCD2 est mono-ubiquitinée et s'accumule à la chromatine. Il est admis que FANCD2 occupe un rôle central dans la voie Fanconi, mais sa fonction biochimique exacte est inconnue. La purification de la protéine FANCD2 et de plusieurs fragments de la protéine, dans le but d'étudier leur capacité à lier l'ADN, a mené à l'identification de deux domaines de liaison à l'ADN. La perte de l'un ou l'autre de ces domaines empêche la localisation de la protéine FANCD2 aux foyers de réparation suite à l'induction de dommages, suggérant que ces domaines sont essentiels pour la fonction de FANCD2.

La réponse cellulaire aux stimuli extracellulaires est souvent médiée par des voies de signalisation qui agissent en aval des récepteurs transmembranaires, comme les récepteurs tyrosine kinases (RTK). Avec quatorze membres, la famille des récepteurs Eph représente la plus grande famille de RTK chez l'humain. Contrairement aux autres RTK, les ligands des récepteurs Eph, les éphrines, sont des protéines associées à la membrane cellulaire. La signalisation Eph-éprhines est donc principalement impliquée dans des événements de communication qui impliquent des contacts cellule-cellule comme la migration cellulaire, la répulsion et l'adhésion cellule-cellule. Ces événements sont cruciaux pour certains processus biologiques tels le guidage axonal et l'organisation tissulaire dans l'organisme en développement et chez l'adulte. Les récepteurs Eph sont fréquemment surexprimés ou dérégulés dans divers cancers, en particulier dans les plus agressifs et mortels. Récemment, la signalisation Eph-éphrines est devenue une nouvelle cible émergente pour le traitement du cancer. Bien que les fonctions biologiques des récepteurs Eph aient été largement étudiées, notre compréhension des mécanismes moléculaires grâce auxquels les récepteurs Eph régulent des phénotypes cellulaires précis demeure incomplète. Pour mieux comprendre le système de signalisation impliquant les Eph, mes travaux ont porté sur l'identification de nouvelles protéines effectrices en aval des récepteurs Eph et sur l'étude de leurs implications dans les fonctions régulées par les récepteurs Eph. Pour mieux comprendre les complexes de signalisation associés aux récepteurs Eph dans des conditions natives, j'ai appliqué une approche basée sur la spectrométrie de masse (MS), le marquage de proximité BioID. Cela m'a permis de surmonter les limites de l'utilisation d'approches conventionnelles de purification par affinité pour cartographier les interactions protéine-protéine liées aux récepteurs transmembranaires. J'ai obtenu un réseau de signalisation dépendant des récepteurs EphA4, - B2, -B3 et -B4, qui comprend 395 protéines, dont la plupart n'avaient jamais été liées à la signalisation Eph-dépendante. Pour tester la pertinence biologique des partenaires identifiés, j'ai examiné la contribution de 17 candidats en utilisant une approche de perte de fonction dans une expérience de tri cellulaire dépendante des récepteurs Eph. J'ai pu montrer que la déplétion de quelques candidats, incluant la protéine Par3, bloque le tri des cellules. En utilisant la purification par affinité combinée à la MS, j'ai aussi identifié un complexe de signalisation impliquant la kinase C-terminal SRC (CSK), dont le recrutement aux complexes Par3 dépend des signaux des récepteurs Eph. Pour mieux comprendre les interactions protéiques suivant la liaison Eph-éphrine, j'ai effectué des expériences de TurboID. Ces études m'ont permis d'identifier des complexes protéiques associés au récepteur EphA4 lorsqu'il est lié à l'éphrine-B2. J'ai également étudié les interactions protéine-protéine dépendantes de la liaison du récepteur EphB2 aux éphrines-B1 et -B2. Pour explorer si l'interaction d'EphB2 avec ces deux ligands peut mener à une réponse de signalisation inverse différente, j'ai identifié les partenaires de des ephrin-B1/-B2 lorsque stimulés par EphB2. Enfin, j'ai cartographié les réseaux de signalisation dépendants des récepteurs EphA4 et EphB2 sauvages ou kinase-inactifs, ce qui m'a permis de conclure que la perte de leur activité catalytique a conduit à des changements majeurs dans les interactomes dépendants de ces récepteurs. L'ensemble de mes résultats a permis de mieux définir les complexes protéiques dépendants des récepteurs Eph. Mes études ont mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents aux récepteurs Eph et de leur contribution dans le processus de délimitation des tissus, un processus souvent perturbé dans des maladies comme le cancer. / The cellular response to extracellular stimuli is often mediated by signaling pathways that act downstream of transmembrane receptors, such as receptor tyrosine kinases (RTKs). With fourteen members, the Eph family of RTKs is the largest in humans. In contrast to other RTKs, Eph receptor cognate ligands, ephrins, are tethered to the cell surface. This results in Eph receptor-ephrin signaling being mainly involved in short-range cell-cell communication events that regulate cell migration, repulsion and cell-cell adhesion. These events are crucial in biological processes such as axon guidance and tissue boundary formation in the developing and adult organisms. Eph receptors are frequently overexpressed or deregulated in a variety of human tumors, especially in the more aggressive and lethal ones. In recent years, the Eph-ephrin signaling system became an emerging new target for cancer treatment. Although a plethora of Eph receptor biological functions have been extensively studied, we still have a vague idea on the molecular mechanisms of Eph receptor signal transduction, underlying how Eph receptors regulate precise cellular phenotypes. To better understand the Eph receptor signaling system, my studies focused on the identification of novel Eph receptor downstream effector proteins and the determination of their requirement for Eph receptor-regulated functions. To unravel Eph receptor-associated signaling complexes under native conditions, I applied a mass spectrometry (MS)-based approach, namely BioID proximity labeling. This allowed me to overcome the limitations of conventional affinity purification approaches for mapping protein-protein interactions of transmembrane receptors. I obtained a composite signaling network from EphA4, -B2, -B3 and -B4 receptors that comprises 395 proteins, most of which not previously linked to Eph signaling. To test the biological relevance of the identified Eph receptor proximity interactors, I examined the contribution of 17 candidates using a loss-of-function approach in an Eph receptor-dependent cell sorting assay. I showed that depletion of a few candidates, including the signaling scaffold Par3, blocks Eph receptordependent cell sorting. Using affinity purification combined with MS, I further delineated a signaling complex involving C-terminal SRC kinase (CSK), whose recruitment to Par3 complexes is dependent on Eph receptor signals. To further elucidate Eph receptor-centric signaling complexes that are formed upon ephrin binding and are affected by Eph receptor catalytic activity I performed TurboID experiments. I systematically mapped ligand stimulation-dependent signaling networks downstream of EphA4 and EphB2 receptors. I dissected the impact of ephrin-B2 stimulation on the formation of EphA4- nucleated proximal protein complexes. Moreover, I showed the differential recruitment of EphB2 partners upon receptor binding to the same subclass of ligands, ephrin-B1 and ephrin-B2. To explore whether the EphB2 interactions with these two ephrin-B ligands elicit different reverse signaling responses, I delineated ephrin-B1/-B2 proximity partners recruited upon EphB2 stimulation. I also determined that the kinase domain of EphA4/-B2 plays a major role in determining the composition of signaling networks around the receptors, as a loss of catalytic activity led to a drastic decrease in a number of interactors with the receptors. Collectively, my definition of Eph receptor signaling networks sheds light on physiologically relevant Eph receptor-centered protein complexes that occur in living cells. These studies will lead to a better understanding of the mechanisms by which Eph receptors transmit signals at the membrane and give insight into how Eph receptor-mediated signaling pathways contribute to boundary formation, a process often disrupted in diseases like cancer.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les mécanismes de mort cellulaire programmée (MCP), dont l'apoptose est le mieux caractérisé, assurent l'élimination des cellules qui sont potentiellement dangereuses pour l'organisme. Or, l'acquisition de lésions génétiques touchant des régulateurs clefs de l'apoptose contribue à la transformation cellulaire et à la résistance face à plusieurs thérapies anticancéreuses. Les travaux présentés dans cette thèse visent une meilleure compréhension des mécanismes alternatifs de MCP qui opèrent sélectivement dans les cellules cancéreuses. La protéine E4orf4 de 1'adenovirus humain active un tel mécanisme de MCP qui est indépendant des caspases et insensible à la surexpression de BCL-2. Au début de mon doctorat, les données indiquaient que l'activité toxique de E4orf4 reposait sur une modulation de l'activité des kinases de la famille Src (Src family kinases, SFKs) menant à des changements de la dynamique de l'actine régulés par les Rho GTPases. Notamment, il était établi que Cdc42 était activé par E4orf4 et stimulait la polymérisation de l'actine au niveau des endosomes de recyclage (ERs). En se basant sur ces données, l'objectif de cette thèse était d'étudier l'impact des changements de l'actine régulés par Cdc42 sur le trafic des ERs et les conséquences sur la dynamique des organelles impliquées dans la signalisation de la MCP. Mes résultats ont mis en évidence une voie de signalisation dépendante des SFKs Src et Yes, de Cdc42 et de Rabl la qui stimule le transport rétrograde des ERs au Golgi et inhibe le recyclage de cargos à la membrane plasmique. Une telle mobilisation des ERs au Golgi est associée à des changements de la dynamique du Golgi, lesquels sont requis pour la progression du signal de mort cellulaire et mènent à une fragmentation du Golgi. Ce processus a également été impliqué dans la mort cellulaire induite par la staurosporine en présence d'inhibiteurs de caspases, suggérant un rôle conservé dans les mécanismes alternatifs de mort cellulaire. Mes travaux ont aussi suggéré que les changements observés dans le transport endosomal et la dynamique du Golgi influence la dynamique des mitochondries en inhibant la fusion mitochondriale, laquelle est normalement requise pour le métabolisme énergétique et la survie cellulaire. En somme, mes travaux ont identifié une nouvelle voie de signalisation qui est activée en réponse au stress et qui est impliquée dans la communication inter-organelle via la mobilisation des ERs vers diverses organelles.

Avec leurs caractéristiques d'auto-renouvellement illimité et de pluripotence, les cellules souches embryonnaires humaines (hESC) représentent une source infinie de cellules pour la thérapie cellulaire de maladies, telle que la dystrophie musculaire de Duchenne. Des études ont démontré que les hESC pouvaient être différenciées en cellules musculaires squelettiques, mais les techniques employées sont longues et inefficaces. Ce mémoire décrit un nouveau protocole de différenciation des hESC en cellules musculaires squelettiques à l'aide d'un adénovirus exprimant le gène MyoD sous le contrôle du promoteur CAO (Ad.CAO-MyoD). L'efficacité de ce virus pour induire la myogenèse des hESC a été mise en évidence par la présence de divers marqueurs myogéniques. Ensuite, le potentiel de fusion de ces cellules a été illustré par le marquage de la MyHC et par l'observation de quelques myotubes. Ces résultats préliminaires semblent indiquer que l'Ad.CAO-MyoD est un outil prometteur pour différencier les hESC en cellules musculaires squelettiques.

Le large éventail d'applications du système CRISPR-Cas a conduit à des innovations biotechnologiques qui sont sur le point de transformer l'industrie pharmaceutique actuelle. Néanmoins, l'atteinte d'un haut niveau d'efficacité à un gène cible reste encore aujourd'hui un défi pour l'édition du génome. Ceci est dû principalement à la capacité encore limitée de modifier tous les sites du génome humain, tout comme le faible taux de recombinaison homologue obtenu chez les cellules de mammifères. Ainsi, l'optimisation des processus de modification génique s'avère indispensable pour favoriser les diverses utilisations de l'édition du génome. Dans cette thèse, il a été question de (i) développer une méthode d'enrichissement de cellules génétiquement modifiées et (ii) augmenter la polyvalence de l'édition du génome en augmentant la plage de ciblage du système CRISPR-Cas9 dans le génome humain. L'objectif de la première partie de cette thèse visait à étudier la fonctionnalité du gène ATP1A1, codant pour la pompe sodium/potassium (Na⁺/K⁺ ATPase), comme marqueur endogène de l'édition du génome. Dans ce sens, nous avons modifié la sensibilité de cette pompe pour l'ouabaïne en insérant des mutations dominantes dans le locus ATP1A1, ce qui a permis de générer des cellules résistantes à l'ouabaïne. La capacité de multiplexage du système CRISPR-Cas permet de co-cibler simultanément ATP1A1 et le locus d'intérêt, où il est possible d'enrichir des évènements de réparation par NHEJ ou par RH dans les deux locus à la suite de l'ajout d'ouabaïne. Ainsi, nous avons démontré que cette approche peut être appliquée non seulement aux lignées cellulaires, mais aussi aux cellules primaires ce qui permet d'envisager une possible utilisation pour le développement thérapeutique ex vivo. Dans le deuxième objectif de cette thèse, il était question d'optimiser le système CRISPR1-Cas9 de Streptococcus thermophilus dans le but d'élargir le répertoire de nucléases pour l'édition du génome. Dans ce sens, nous avons optimisé l'expression de l'ARN guide et nous avons caractérisé diverses variantes de St1Cas9 permettant de cibler des régions riches en A/T. Autant sous forme de nucléase que d'éditeur de base, l'application de nos variantes de St1Cas9 in vitro a permis d'obtenir des hauts taux d'édition du génome humain. Ainsi, la taille de St1Cas9 est idéale pour sa vectorisation avec son ARN guide dans un seul vecteur adéno-associés (AAV). Dans ce sens, nous avons démontré que l'administration du vecteur AAV-St1Cas9 permet de sauver la létalité et les anomalies métaboliques dans un modèle murin de tyrosinémie héréditaire de type I. En tout, ces travaux illustrent des outils permettant d'augmenter le rendement d'édition et l'ouverture de nouvelles régions géniques pouvant être ciblées à l'intérieur du génome humain à l'aide du système CRISPR-Cas9. Ainsi, nous avons démontré la fonctionnalité des outils développés au cours de ce projet de thèse pour diverses applications ex vivo et in vivo, permettant ainsi d'élargir le potentiel thérapeutique de l'édition du génome.