The eukaryotic endoplasmic reticulum (ER) is a multifunctional organelle, primarily responsible for the folding and maturation of secretory proteins, as well as lipid metabolism, calcium homeostasis, ubiquitin-dependent signalling and cell fate decisions. ER-associated degradation (ERAD) oversees protein folding and delivers misfolded proteins for degradation by the proteasome via ubiquitin conjugation mediated by RING-type E3 ubiquitin ligases. An intact ERAD is crucial to cellular homeostasis, as unresolved protein imbalances cause ER stress that ultimately lead to apoptosis. The human ER accommodates at least 25 E3s, however our understanding is mostly limited to Hrd1 and AMFR/gp78, both of which have a defined function in ERAD. To understand the contribution of ER E3s to cellular and organelle homeostasis, this study used mass spectrometry of purified E3 complexes to identify cofactors and build interaction networks of ER-resident E3s. These findings will form the foundation for investigating the biological roles of these ubiquitin ligases. Transcriptional analysis highlighted the centrality of Hrd1 among all ER-resident E3s in response to protein misfolding in the ER. Additionally, the contribution of individual Hrd1 complex components to resolving proteotoxic stress was assessed using a misfolded antibody subunit (IgM heavy chain), rather than conventional pharmacological treatments. The ERAD components essential for substrate degradation and survival under proteotoxic stress were identified, highlighting the pivotal role of Hrd1, its cofactor SEL1L and the Derlin family members. Finally, it was demonstrated that autophagy induction in response to proteasome inhibition is key to relieve the burden of protein misfolding in the ER, as it sustained the survival of cells defective for ERAD. Importantly, this study proposes a potential involvement of Hrd1 in signalling from the ER to autophagy, suggesting potential crosstalk between the ERAD and autophagic pathways.

FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2) é o membro fundador de uma grande família de fatores de crescimento protéicos. Sua atividade se dá através da ligação e ativação de receptores específicos de membrana (FGFRs) com atividade de tirosina quinase. No organismo adulto, a sinalização de FGF2 está envolvida na indução de processos de sobrevivência, proliferação e diferenciação celular; além de cicatrização e angiogênese. Por atuar como um clássico fator de crescimento, a atividade de FGF2 está freqüentemente implicada em mecanismos pró-tumorais. Entretanto, alguns grupos, incluindo o nosso, têm reportado que FGF2 também pode apresentar efeitos antiproliferativos a até citotóxicos seletivamente em células malignas. Em 2008, publicamos um compreensivo relato mostrando que FGF2 bloqueia irreversivelmente a proliferação de linhagens murinas malignas dependentes de Ras. Alterações que levem a atividade aumentada de proteínas Ras estão presentes em diversos cânceres humanos e, freqüentemente, resultando em problemas no tratamento e prognóstico ruim. No presente trabalho, utilizamos principalmente a linhagem murina maligna dependente de Ras Y1 D1G, que apresenta um controle estrito de quiescência/proliferação em função da presença de soro; e é por isso mesmo um bom modelo para a análise dos efeitos de FGF2 sobre o ciclo celular. Análises por citometria de fluxo mostraram que, nessas células, apesar de disparar a transição G0→G1→S, FGF2 provoca um atraso na fase S seguido de um bloqueio do ciclo em G2. Embora bloqueie a progressão no ciclo (proliferação), FGF2 induz em Y1 D1G o crescimento celular em termos de massa e volume. Assim, nessas células FGF2 \"desconecta\" crescimento celular de proliferação. Esse desarranjo do ciclo celular provocado por FGF2 nas células Y1 D1G tem como resultado a instabilidade genotípica e morte celular; evidenciada pela perda da integridade de membrana plasmática e altas taxas de fragmentação de DNA observadas após o estímulo por esse fator. Esse efeito tóxico de FGF2 depende da atividade da proteína Src; porque a inibição química dessa proteína apresentou proteção total frente aos efeitos tóxicos de FGF2. Análises por espectrometria de massas mostraram que FGF2 induz aumento dos níveis de proteínas relacionadas à síntese protéica, e também de proteínas relacionadas ao estresse proteotóxico. Sabe-se que células malignas lidam com níveis basais altos de diferentes tipos de estresse; incluindo o estresse proteotóxico. Esse quadro mostra que o efeito tóxico disparado por FGF2 em Y1 D1G está relacionado a um acumulo de proteínas/célula, perda da homeostase de proteínas e estresse proteotóxico. Corrobora essas proposições o fato de que a inibição química de Src, que protege totalmente as células do efeito tóxico de FGF2, impede completamente o acúmulo de proteínas/célula. Além disso, em células Y1 D1G resistentes ao efeito tóxico de FGF2, e que inclusive dependem deste para proliferar em cultura, a atividade de FGF2 tem efeito oposto; ou seja, provoca diminuição dos níveis estacionários de proteínas/célula. Juntos, esses resultados demonstram que FGF2 é capaz de atacar uma vulnerabilidade de células malignas dependentes de Ras; e no caso estudado, essa vulnerabilidade decorre do desequilíbrio na homeostase de proteínas. / FGF2 is the first member of a large family of peptide growth factors. It binds and activates specific membrane receptors (FGFRs) belonging to a family of tyrosine kinase receptors (RTK). In adult organisms, FGF2 signaling is involved in the induction of cell surveillance, proliferation and differentiation; and also wound healing and angiogenesis. FGF2 is a bona fide growth factor and, as such, it is often implicated in pro-tumor mechanisms. However, several groups, including ours, have reported that FGF2 can also display antiproliferative and even cytotoxic effects selectively in malignant cells. In 2008, we fully reported that FGF2 irreversibly blocks the proliferation of Ras-driven mouse malignant lineages. Alterations leading to Ras proteins overactivity are present in many human cancers frequently with bad prognosis. In the present work, we used mainly the Ras-driven mouse malignant lineage Y1 D1G that shows a strict control of quiescence/proliferation by serum factors, making it a great model to analyze the FGF2 effects upon cell cycle control. Flow cytometry analyses showed that in these cells, in spite of triggering G0→G1→S transition, FGF2 causes a delay on S phase followed by cell cycle arrest in G2. Despite blocking cell division, FGF2 induces cell growth in terms of mass and volume. Therefore, in these cells FGF2 \"disconnects\" cell growth from proliferation. This malfunction of cell cycle control caused by FGF2 on Y1 D1G cells leads to genotypic instability and cell death, highlighted by loss of plasma membrane integrity and high rates of DNA fragmentation. This FGF2 toxic effect depends on the activity of Src protein, because Src chemical inhibition completely protects cells from the FGF2 toxic effects. Mass spec analyses showed that FGF2 increases the levels of proteins involved in the protein synthesis machinery, and also of proteins active in proteostasis, indicating proteotoxic stress. It is known that malignant cells deal with high basal levels of different stresses, including the proteotoxic stress. This picture shows that the toxic effects triggered by FGF2 in Y1 D1G involve accumulation of proteins/cell, loss of protein homeostasis and proteotoxic stress. Corroborating these propositions, chemical inhibition of Src, which completely protects the cells from FGF2 toxic effects, totally abrogates the accumulation of proteins/cell. Moreover, in FGF2-resistant Y1 D1G cells, which depend on this factor for proliferation, FGF2 shows the opposite effect, causing decrease in steady state levels of protein/cell. Altogether, these results show that FGF2 causes a severe proteostasis imbalance in these Ras-driven mouse malignant cells.

FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2) é o membro fundador de uma grande família de fatores de crescimento protéicos. Sua atividade se dá através da ligação e ativação de receptores específicos de membrana (FGFRs) com atividade de tirosina quinase. No organismo adulto, a sinalização de FGF2 está envolvida na indução de processos de sobrevivência, proliferação e diferenciação celular; além de cicatrização e angiogênese. Por atuar como um clássico fator de crescimento, a atividade de FGF2 está freqüentemente implicada em mecanismos pró-tumorais. Entretanto, alguns grupos, incluindo o nosso, têm reportado que FGF2 também pode apresentar efeitos antiproliferativos a até citotóxicos seletivamente em células malignas. Em 2008, publicamos um compreensivo relato mostrando que FGF2 bloqueia irreversivelmente a proliferação de linhagens murinas malignas dependentes de Ras. Alterações que levem a atividade aumentada de proteínas Ras estão presentes em diversos cânceres humanos e, freqüentemente, resultando em problemas no tratamento e prognóstico ruim. No presente trabalho, utilizamos principalmente a linhagem murina maligna dependente de Ras Y1 D1G, que apresenta um controle estrito de quiescência/proliferação em função da presença de soro; e é por isso mesmo um bom modelo para a análise dos efeitos de FGF2 sobre o ciclo celular. Análises por citometria de fluxo mostraram que, nessas células, apesar de disparar a transição G0→G1→S, FGF2 provoca um atraso na fase S seguido de um bloqueio do ciclo em G2. Embora bloqueie a progressão no ciclo (proliferação), FGF2 induz em Y1 D1G o crescimento celular em termos de massa e volume. Assim, nessas células FGF2 \"desconecta\" crescimento celular de proliferação. Esse desarranjo do ciclo celular provocado por FGF2 nas células Y1 D1G tem como resultado a instabilidade genotípica e morte celular; evidenciada pela perda da integridade de membrana plasmática e altas taxas de fragmentação de DNA observadas após o estímulo por esse fator. Esse efeito tóxico de FGF2 depende da atividade da proteína Src; porque a inibição química dessa proteína apresentou proteção total frente aos efeitos tóxicos de FGF2. Análises por espectrometria de massas mostraram que FGF2 induz aumento dos níveis de proteínas relacionadas à síntese protéica, e também de proteínas relacionadas ao estresse proteotóxico. Sabe-se que células malignas lidam com níveis basais altos de diferentes tipos de estresse; incluindo o estresse proteotóxico. Esse quadro mostra que o efeito tóxico disparado por FGF2 em Y1 D1G está relacionado a um acumulo de proteínas/célula, perda da homeostase de proteínas e estresse proteotóxico. Corrobora essas proposições o fato de que a inibição química de Src, que protege totalmente as células do efeito tóxico de FGF2, impede completamente o acúmulo de proteínas/célula. Além disso, em células Y1 D1G resistentes ao efeito tóxico de FGF2, e que inclusive dependem deste para proliferar em cultura, a atividade de FGF2 tem efeito oposto; ou seja, provoca diminuição dos níveis estacionários de proteínas/célula. Juntos, esses resultados demonstram que FGF2 é capaz de atacar uma vulnerabilidade de células malignas dependentes de Ras; e no caso estudado, essa vulnerabilidade decorre do desequilíbrio na homeostase de proteínas. / FGF2 is the first member of a large family of peptide growth factors. It binds and activates specific membrane receptors (FGFRs) belonging to a family of tyrosine kinase receptors (RTK). In adult organisms, FGF2 signaling is involved in the induction of cell surveillance, proliferation and differentiation; and also wound healing and angiogenesis. FGF2 is a bona fide growth factor and, as such, it is often implicated in pro-tumor mechanisms. However, several groups, including ours, have reported that FGF2 can also display antiproliferative and even cytotoxic effects selectively in malignant cells. In 2008, we fully reported that FGF2 irreversibly blocks the proliferation of Ras-driven mouse malignant lineages. Alterations leading to Ras proteins overactivity are present in many human cancers frequently with bad prognosis. In the present work, we used mainly the Ras-driven mouse malignant lineage Y1 D1G that shows a strict control of quiescence/proliferation by serum factors, making it a great model to analyze the FGF2 effects upon cell cycle control. Flow cytometry analyses showed that in these cells, in spite of triggering G0→G1→S transition, FGF2 causes a delay on S phase followed by cell cycle arrest in G2. Despite blocking cell division, FGF2 induces cell growth in terms of mass and volume. Therefore, in these cells FGF2 \"disconnects\" cell growth from proliferation. This malfunction of cell cycle control caused by FGF2 on Y1 D1G cells leads to genotypic instability and cell death, highlighted by loss of plasma membrane integrity and high rates of DNA fragmentation. This FGF2 toxic effect depends on the activity of Src protein, because Src chemical inhibition completely protects cells from the FGF2 toxic effects. Mass spec analyses showed that FGF2 increases the levels of proteins involved in the protein synthesis machinery, and also of proteins active in proteostasis, indicating proteotoxic stress. It is known that malignant cells deal with high basal levels of different stresses, including the proteotoxic stress. This picture shows that the toxic effects triggered by FGF2 in Y1 D1G involve accumulation of proteins/cell, loss of protein homeostasis and proteotoxic stress. Corroborating these propositions, chemical inhibition of Src, which completely protects the cells from FGF2 toxic effects, totally abrogates the accumulation of proteins/cell. Moreover, in FGF2-resistant Y1 D1G cells, which depend on this factor for proliferation, FGF2 shows the opposite effect, causing decrease in steady state levels of protein/cell. Altogether, these results show that FGF2 causes a severe proteostasis imbalance in these Ras-driven mouse malignant cells.

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Le protéasome (CP) contrôle la majorité des fonctions cellulaires par la dégradation des protéines intracellulaires. En plus d’exprimer le CP, les vertébrés expriment également l’immunoprotéasome (IP), caractérisé par des préférences de dégradation distinctes. Le rôle le mieux caractérisé pour l’IP est la génération d’antigènes adaptés pour la liaison au complexe majeur d’histocomptabilité de classe I (CMH-I). Cependant, les nombreux phénotypes observés au niveau de cellules déficientes en IP ou avec une mutation révèlent que l’IP influence des fonctions immunitaires indépendamment de la génération d’antigènes et peut atténuer le stress présent au niveau de cellules non-immunitaires. L’objectif de cette thèse était de caractériser les rôles de l’IP qui ne sont pas reliés à la génération d’antigènes associés au CMH-I. L’analyse du transcriptome de cellules dendritiques IP-déficientes en cours de maturation révèle que l’IP affecte l’expression de plus de 8 000 transcrits. L’IP affecte l’expression génique principalement au niveau transcriptionnel en contrôlant l’abondance de régulateurs de transcriptions tels que NF-κB et les membres des familles IRF et STAT. Les cellules dendritiques IP-déficientes sont également moins efficaces pour activer des lymphocytes T CD8+, même chargées artificiellement avec des quantités optimales d’antigènes associés au CMH-I. En outre, nos études montrent que l’IP est fortement exprimé au niveau de cellules de patients atteints de leucémie myéloïde aigue. L’expression de l’IP est intrinsèque aux leucémies, puisque qu’elle n’est pas corrélée à la présence de lymphocytes sécréteurs d’IFN-γ. De plus, l’expression d’IP est particulièrement élevée au niveau de leucémies monocytaires et/ou possédant un réarrangement MLL. Notamment, des analyses de corrélation montrent que l’IP est connecté à des gènes impliqués dans le métabolisme, l’activité mitochondriale et la réponse au stress. En effet l’inhibition de la sous-unité PSMB8 de l’IP mène à l’accumulation de protéines ubiquitinées et la mort de cellules leucémiques monocytaires. Globalement, nos travaux montrent que le rôle de l’IP n’est pas limité à la génération d’antigènes, mais qu’il peut contrôler l’expression génique et la survie des leucémies. / By regulating protein degradation, constitutive proteasomes (CP) control practically all cellular functions. In addition to CP, vertebrates express immunoproteasomes (IP), which display distinct substrate preferences. The first non-redundant role ascribed to IP is its enhanced ability to generate MHC I-associated antigens. However, deletion or inhibition of IP subunits can affect several immune cell functions independently of MHC-I antigen generation. Moreover, recent work has shown that IP can be expressed in non-immune cells to deal with cell stress. Thus, we wished to investigate the roles of IP that are not related to antigen generation and that are not redundant with the CP. Based on profiling of WT and IP-deficient maturing mouse dendritic cells (DCs), we report that IP regulate the expression of more than 8,000 transcripts. The broad impact of IP on gene expression is cell-autonomous, mediated mainly at the transcriptional level, and involves major signaling pathways including IRFs, NF-kB and STATs. Moreover, even when engineered to present optimal amounts of antigenic peptides, IP-deficient DCs are inefficient for in vivo T-cell priming. In addition, consistent with the fact that cancer cells endure proteotoxic stress, we report that acute myeloid leukemia (AML) cells from patients express high levels of IP genes. Expression of IP genes in AML is a cell-autonomous and IFN-independent feature that correlates with the methylation status of IP genes, and is particularly high in AML with a monocytic phenotype and/or MLL rearrangement. Notably, IP inhibition leads to accumulation of polyubiquitinated proteins and cell death in IPhigh but not IPlow AML cells. Co-clustering analysis reveals that genes correlated with IP subunits in monocytic AMLs are primarily implicated in cell metabolism and proliferation, mitochondrial activity and stress responses. Overall, our studies show that the role of IP is not limited to antigen processing and reveals major non-redundant roles for IP in transcription regulation and resistance to cell stress in AML.

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