Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette étude est consacrée à l'analyse des propriétés électrostatiques et structurales des protéines diffractant à haute résolution. Les travaux se déclinent en deux aspects principaux qui sont, d'une part, l'analyse d'un point de vue fondamental des propriétés dérivées de leur distribution de charge des structures des protéines, et, d'autre part, l'application pratique des méthodes de la cristallographie haute résolution des macromolécules à deux enzymes.Grâce à une analyse structurale et électrostatique de la protéine PfluDING, le mode de fixation du phosphate a été mis en évidence à deux pH différents. En particulier, cette étude a permis de démontrer la présence d'une liaison hydrogène diffuse assurant un mode de fixation identique quelque soit le pH. La seconde enzyme étudiée est la protéine DFPase, capable de dégrader les organophosphorés. La structure de la DFPase obtenue par diffraction X haute résolution et la structure affinée contre des données neutroniques ont été comparées. L'analyse pointe les différences d'interprétation des deux modèles, et permet de proposer un nouveau mécanisme d'action.Les aspects plus fondamentaux de cette étude portent sur les éléments de structure secondaire des protéines : leurs propriétés électrostatiques en termes de moments électriques (moments dipolaires et quadripolaires des hélices et des feuillets), et le réseau des interactions (dont les liaisons H) assurant la cohésion des hélices ont été analysés. Il a été démontré comment certaines interactions entre liaisons peptidiques au sein d'hélices, classiquement représentées comme des liaisons hydrogène, devaient être considérés comme des contacts purement électrostatiques / This study is about the electrostatic and structural properties of proteins diffracting at high X-ray resolution. Two different aspects are tackled which are 1) the analysis of properties derived from their charge distribution, parting from a fundamental point of view and 2) the application of methods used in high resolution macromolecular crystallography to two enzymes of major interest.After the analysis of the structure and electrostatic properties of PfluDING protein, the binding mode of a phosphate ion, located in the active site, was elucidated at two different pH values. Particularly, this study demonstrates that a diffuse hydrogen bond assures the protonation state of the phosphate ion, which is thus identical at each pH value. The second enzyme studied is the proteine DFPase which is capable of hydrolysing nerve agents. A high resolution X-ray structure and a medium resolution neutron structure where compared. The analysis points out the differences between the two models and a new catalytic mechanism could be proposed.The more fundamental aspects of this study are about the secondary structural elements of proteins: their electrostatic properties in terms of electrostatic moments (dipole and quadrupole moments of helices and sheets) as well as the hydrogen bond network assuring the cohesion of helices have been analyzed. It has been shown that certain interactions between peptide units within helices, represented usually as hydrogen bonds, should actually be considered as pure electrostatic contacts

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Les organismes eucaryotes possèdent plusieurs mécanismes de contrôle qualité en vue d'assurer leur survie en condition de stress. La réponse aux protéines mal repliées (UPR) est un mécanisme à la base de différents volets ayant pour but de ramener l'organisme vers l'homéostasie. L'étude qui suit vise à caractériser plus en profondeur un volet de cette réponse qui est lié non pas à la présence de protéines mal repliées, mais plutôt à des défauts dans l'homéostasie des lipides de la cellule. Notre étude a mis en évidence qu'une forme précise de la protéine à ancrage GPI modèle Yps1p est relâchée de manière importante dans des souches mutantes connues pour déclencher ce volet de la réponse UPR. Nous avons aussi montré que cette relâche ne semble pas être causée par le déclenchement de l'UPR et que des phospholipases sont responsables du clivage de l'ancrage GPI. Une défaillance ou une insuffisance de l'UPR est associée à plusieurs pathologies humaines, dont le diabète de type 2, d'où l'intérêt d'en étudier les différentes facettes.

La kinase Aurora A est une protéine essentielle au cycle cellulaire et plus particulièrement lors de la mitose. En effet, Aurora A est nécessaire dès l’entrée en mitose et régule sa progression. Elle joue un rôle dans la maturation et la séparation des centrosomes. Elle participe à l’assemblage du fuseau mitotique et du fuseau central pour le rassemblement et l’orientation des chromosomes. Enfin elle est nécessaire à la réussite de la cytodiérèse. Elle est également nécessaire à l’égale répartition des mitochondries dans les cellules filles et joue un rôle dans l’épissage alternatif des ARNm de facteurs apoptotiques. Au delà de ses fonctions mitotiques, plusieurs études récentes indiquent qu’Aurora A présente des fonctions supplémentaires dans les cellules en interphase. Elle est notamment essentielle au désassemblage du cil primaire et joue un rôle dans la dynamique des microtubules et la migration cellulaire. Enfin, une dérégulation de son expression, de sa stabilité et/ou de son activité perturbe le déroulement du cycle cellulaire ce qui conduit à la transformation des cellules et favorise l’apparition de cancers. Ses fonctions normales ainsi que ses fonctions lors de la carcinogenèse sont conduites à travers les nombreux partenaires protéiques qui entrent en interaction avec elle. Ils modulent son activité, sa localisation et sa stabilité. En retour Aurora A phosphoryle un bon nombre d’entre eux régulant ainsi leur activité, localisation et stabilité. Cependant, l’analyse des interactions déjà connues d’Aurora A ne permet pas d’expliquer tous les phénotypes observés lors de sa dérégulation. Afin de mieux comprendre les fonctions d’Aurora A, les mécanismes qui la régulent et mettre en évidence ses multiples rôles au sein de la cellule, j’ai construit puis analysé un interactome d’Aurora A généré à partir d’une méthode de purification d’affinité couplée à la spectrométrie de masse en tandem. J’ai identifié 477 partenaires potentiels dont 180 présentant une forte probabilité d’être des partenaires directs de la kinase. L’analyse bioinformatique approfondie de cet interactome a permis de révéler les partenaires associés à des mécanismes liés à la mitochondrie et l’épissage des ARN messagers mettant en évidence une implication potentielle d’Aurora A dans ces mécanismes. Pour valider cet interactome, j’ai choisi d’étudier plus précisément deux partenaires identifiés dans cette étude : les protéines WDR62 et CEP97. J’ai montré que ces deux partenaires co-localisent avec Aurora A et sont phosphorylés par la kinase. WDR62 est impliquée dans la microcéphalie et est dérégulée dans certains cancers. J’ai montré qu’Aurora A phosphoryle WDR62 en mitose et que cette phosphorylation est nécessaire à sa localisation aux centrosomes. CEP97 est une protéine du cil primaire encore peu caractérisée et des anomalies du cil primaire sont associées aux ciliopathies. Or l’activité d’Aurora A est nécessaire au désassemblage du cil primaire. J’ai montré qu’Aurora A phosphoryle in vitro CEP97 et que l’inhibition de l’activité d’Aurora A dans les cellules perturbe la localisation de CEP97 au niveau des cils et des centrosomes. Ainsi, ce travail de thèse a permis de mettre en évidence un nombre important de nouveaux partenaires d’Aurora A associés à de nouvelles fonctions. L’étude de ces nouvelles fonctions liées aux mitochondries et à l’épissage des ARN, constitue deux nouveaux projets actuellement menés par des collaborateurs au sein de notre institut. / The serine-threonine kinase Aurora A is an essential mitotic cell cycle protein. Aurora A is necessary for mitotic entry and for the maturation and separation of centrosomes. It participates in mitotic spindle assembly and chromosome biorientation, and it is essential for the completion of cytokinesis. Furthermore, Aurora A activity is necessary for the equal distribution of mitochondria to daughter cells and, through its role in the alternative splicing of mRNA of apoptotic factors, it provides a link between cell cycle control and apoptosis. Beyond its mitotic functions, several recent studies suggest that Aurora A is also important during interphase. Notably, it influences microtubule dynamics, promotes cell migration and polarity control and is essential for primary cilia disassembly. Reflecting the fact that Aurora A is found to be up-regulated in many cancers, deregulation of Aurora A activity can result in an aberrant cell cycle, ultimately leading to malignant transformation of cells. The crucial regulation of Aurora A’s numerous functions is achieved through its interaction with several protein partners, which modulate its activity, localisation and stability. Aurora A in turn phosporylates a number of them, thus regulating their activity, localisation and stability. However, the known interactions of Aurora A cannot explain all the phenotypes that have been described of its deregulation. To better understand the functions of Aurora A, the regulation mechanisms governing it, and to expose its multiple roles in the cell, I have built and analysed an Aurora A interactome using tandem affinity purification coupled with mass spectrometry. This resulted in the identification of 477 potential interacting partners, of which, 180 were determined to have a high probability of interacting directly with the kinase. In-depth bioinformatic analysis of this interactome has revealed the associated partners to be related to mitochondria and mRNA splicing, highlighting the potential involvement of Aurora A in these mechanisms. To validate the interactome, two of the proteins identified in this study, WDR62 and CEP97, were examined in detail. Here I show that these two proteins colocalise with Aurora A, and are phosphorylated by the kinase. WDR62 is implicated in microcephaly and is deregulated in certain cancers. I have shown that Aurora A phosphorylates WDR62 during mitosis, and that this phosphorylation is necessary for its localisation to the centrosomes. CEP97 is a poorly charactarised protein of the primary cilium, abnormalities of which are associated with ciliopathies. I have shown that Aurora A phosphorylates CEP97 in vitro, and that the inhibition of Aurora A activity in vivo perturbs the localisation of CEP97 to cilia and centrosomes. This study has identified a number of new Aurora A-interacting proteins, implicating the kinase with novel functions. These functions, related to mitochondria and mRNA splicing have opened up a new area for further investigation.

La mort cellulaire programmée est un processus par lequel les cellules participent activement à leur propre mort. Ce mécanisme est très important au niveau du développement et de la survie de tous les organismes et est régulé par une panoplie de protéines. Parmi les protéines régulatrices figurent la protéine ±Bax Inhibitor-1¿ que l'on retrouve autant chez les cellules animales que végétales. Cette protéine est surtout connue et identifiée par son effet inhibiteur de l'action de la protéine Bax, protéine principalement retrouvée dans les cellules animales qui, lorsque surexprimée, active la mort cellulaire. L'analyse des séquences d'acides aminés de BI-1 provenant de cinq différentes espèces de plantes suggère l'existence de sept domaines transmembranaires avec la présence de résidus chargés dans certains domaines ce qui laisse supposer des interactions avec d'autres molécules. / D'un autre côté, le haut niveau de conservation de l'extrémité C-terminale à travers l'évolution dénote son importance fonctionnelle potentielle. Suite à ces constatations, l'étude de la relation entre la structure et la fonction de la protéine BI-1 a été entreprise afin d'identifier des sites potentiellement importants dans la séquence de la protéine BI-1 qui lui permet de contrer l'action de Bax. Nous avons démontré, par délétion graduelle de l'extrémité C-terminale, que cette région est importante pour la fonction de BI-1. Cette extrémité délètée, d'aussi peu que quatre acides aminés, modifie la fonction de la protéine et une délétion de onze acides aminés abolit complètement son effet cytoprotecteur. Nous avons aussi établi, par mutagenèse dirigée, que deux acides aminés chargés sur quatre dans le septième domaine transmembranaire sont importants pour la fonction de BI-1. Finalement, nous avons proposé, suite à l'étude par mutagenèse aléatoire, l'importance possible du cinquième domaine transmembranaire dans la fonction de la protéine BI-1. Nous pouvons donc conclure que la capacité de BI-1 à inhiber l'effet létal de Bax dépend de sa structure.

Chez les eucaryotes, les microARN sont de courts ARN non codants régulant les gènes essentiels pour le développement et la différenciation cellulaire. Parmi les facteurs cellulaires clés de cette voie métabolique, on retrouve les RNAses de type III Drosha et Dicer, ainsi que les protéines Argonautes ALG-1 et ALG-2 chez C. elegans. Dans le but de mieux caractériser l’implication des protéines Argonautes dans la voie des microARN, nous avons utilisé deux approches différentes. Premièrement, nous avons étudié la liaison de la protéine Argonaute ALG-1 aux microARN chez C. elegans en fonction du stade développemental, et ce par analyse par micropuce des microARN associés avec ALG-1. Cette étude nous a permis de remarquer que ALG-1 lie la majorité des microARN, mais non la totalité, et ce, de façon très importante aux stades développementaux tardifs. Deuxièmement, nous nous sommes intéressés à l’identification d’interacteurs génétiques d’alg-2. Nous avons donc réalisé un criblage génétique basé sur la létalité synthétique avec le gène alg-2. Ainsi, lorsque le gène synthétique létal est muté simultanément avec alg-2, tel qu’observé avec alg-1, la double lésion induit la mort de l’animal. De ce criblage, nous avons isolé 11 mutants, classés en 5 groupes de complémentation. Par l’utilisation de techniques de cartographie génétique, nous avons localisé la mutation chez le candidat sla-1 sur le chromosome V, entre les positions génétiques de -12.7 et -3.65. / In eukaryotes, microRNAs are small non-coding RNAs which have the role of regulating genes essential for development and cellular differentiation. Beside the RNAse III family members (Drosha and Dicer) and the Argonaute proteins ALG-1 and ALG-2 in C. elegans, essential components of this gene regulation pathway are still not uncovered. In order to characterize the implication of Argonaute proteins ALG-1 and ALG-2 in microRNA pathway, we used two approaches. First, we studied the interaction between microRNA and ALG-1 during worm development by microarray analysis of microRNA associated to ALG-1. From this analysis, we observed that the majority, but not the totality, of microRNA are associated to ALG-1, mostly at early developmental stages. Secondly, to identify new components of microRNA pathway, we conducted a genetic screen to identify new interactors of alg-2. Our screen is based on the synthetic lethality feature of alg-2 and alg-1 genes. In absence of both genes, the animal can not survive. With this synthetic lethal screen, we want to identify new genes that work in synergy with alg-2, like alg-1, interacting in the same genetic pathway. The worms have been mutagenized and 11 mutants, classified in 5 complementation groups, have been collected. By using various mapping techniques, we localized the mutation on mutant sla-1(qbc1) on chromosome V, between the genetic positions of -12.7 and -3.65.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les suppresseurs de tumeurs Rb, p53, INK4a et ARF sont essentiels et ils sont partie intégrante d'un réseau complexe qui régule le cycle cellulaire ainsi que la réponse aux stress oncogéniques. La biogénèse des ribosomes, donc la synthèse et l'assemblage des ribosomes, est une activité essentielle pour la prolifération cellulaire et est fortement affectée par les changements environnementaux ainsi que différentes formes de stress. Il est donc peu surprenant d'apprendre que plusieurs suppresseurs de tumeurs et oncogenes, dont Rb, ARF, p53 et MDM2 travaillent de concert ou en opposition afin de maintenir le niveau de la production de ribosomes à un niveau optimal pour répondre à la demande cellulaire. ARF, un des produits du gène CDKN2A, est reconnu pour causer la stabilisation de p53 en inhibant son ubiquitine ligase MDM2 et ainsi induire l'arrêt du cycle cellulaire et/ou l'apoptose. ARF peut aussi être un suppresseur de tumeurs en l'absence de p53/TP53, car il peut causer un arrêt de prolifération en inhibant, en partie, la synthèse des ARN ribosomiques (ARNrs) dans des cellules p53-/-. ARF cause l'ubiquitination et la dégradation de la chaperonne NPM/B23 qui est impliquée dans la maturation de l'ARNr 28S, cependant ARF inhibe aussi la production de l'ARNr 18S ainsi que l'ARNr précurseur (47S). L'effet de ARF sur NPM n'explique pas l'ensemble des effets de ARF sur la production et la maturation des ARNrs. Nous avons démontré que ARF contrôle la localisation sub-nucléaire du Facteur de Terminaison de la Transcription de la Polymerase I, TTF-I. TTF-I est dynamique et se déplace entre le nucléoplasme et le nucléole avec l'aide de NPM et d'un signal de localisation nucléolaire dans son domaine de régulation en N-terminal. ARF inhibe la localisation nucléolaire de TTF-I en interagissant avec le signal de localisation nucléolaire causant son accumulation dans le nucléoplasme. La réduction de TTF-I récapitule les effets de ARF sur la synthèse et la maturation des ARNrs et le phénotype est récupéré par l'introduction d'un transgène de TTF-I. La surexpression de TTF-I affecte, de façon similaire à une réduction, la biogénèse des ribosomes et le niveau cellulaire de TTF-I est critique et régulé par l'ubiquitine ligase MDM2. ARF inhibe l'interaction de MDM2 avec TTF-I ainsi que son ubiquitination. De plus, ARF et Senp3 régulent la sumoylation de TTF-I. Nos résultats montrent comment ARF, NPM et MDM2 peuvent réguler et limiter la synthèse des ARNrs.

HSPB8 appartient à la famille des petites protéines de choc thermique (sHSP ou HSPB) qui contient 10 membres HSPB 1-10. In vitro, HspB8 favorise la dégradation de l'Huntingtine mutée (Htt43Q), une protéine encline à agréger. HspB8 est un chaperon moléculaire capable de reconnaître des substrats protéiques mal repliés pour permettre leur repliement ou leur dégradation. HspB8 forme un complexe stable et stoechiométrique avec Bag3 (2 : 1), un cochaperon de Hsp70. Surexprimées, Bag3 et/ou HspB8 induisent la conversion de LC3-I en LC3-II indiquant que la macroautophagie est stimulée et bloquent l'agrégation de Htt43Q. Nous avons cherché dans cette étude, à déterminer si la formation du complexe HspB8-Bag3 est essentielle dans l'accomplissement de ce phénomène. Bag3 possède un domaine WW peu caractérisé, un domaine riche en proline capable d'interagir avec PLCy l , et un domaine BAG interagissant avec Hsp70 et Bcl-2. Le co-chaperon Bag3 étant modulaire, nous avons recherché quels domaines d'interaction fonctionnels lui sont essentiels. Afin de localiser le site de liaison à HspB8, nous avons réalisé des délétions systématiques des différentes régions de Bag3. L'interaction des différents délétants de 6His-Bag3 avec HspB8 a été analysée par co-puri fi cation au Nickel. Leur capacité à bloquer l'accumulation de Htt43Q dans les fractions solubles et insolubles au SDS et à augmenter le ratio LC3-II/I, marqueur de l'autophagie, a été évaluée. Nous avons déterminé que le site de liaison à HspB8 était constitué de deux motifs répétés de 14 acides aminés très conservés (B8bdl et B8bd2) depuis le poisson jusqu'à l'Homme. Dans les HEK-293T, en l'absence d'interaction avec HspB8, Bag3 est toujours capable de stimuler la macroautophagie et la dégradation de Htt43Q, bien qu'aucune activité de chaperon moléculaire ne lui soit associée in vitro. L'analyse des autres délétants suggère que l'extrémité N-terminale ainsi que la région riche en proline seraient essentielles pour l'activité de Bag3 envers Htt43Q, bien qu'elles ne le seraient pas pour stimuler la macroautophagie. Le domaine C-terminal de Bag3 serait responsable de la stimulation de la macroautophagie et sa délétion bloquerait aussi la dégradation de Htt43Q. La protéine Bag3, en permettant la dégradation des protéines mal conformées (comme Htt43Q) par macroautophagie, jouerait un rôle prépondérant dans le contrôle de la qualité des protéines.