Thesis (Ph.D.). / Written for the Dept. of Biochemistry. Title from title page of PDF (viewed 2009/06/09). Includes bibliographical references.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 106-126. Publié aussi en version électronique.

No description available.

ADP-ribose polymer metabolism has been studied in human cells derived from a patient with Glutamyl Ribose Phosphate Storage Disease (GRPSD) and in mouse C3H1OT1/2 cells following oxidative stress induced by hydrogen peroxide (H202 ). It has been postulated that GRPSD resulted from an abnormality in ADP-ribose polymer metabolism. This study has shown that these cells exhibit reduced poly(ADP ribose) polymerase activity which is proposed to result from modification of the enzyme with ribose phosphate groups. The modification in the polymerase is proposed to be secondary to a defect in either ADP-ribosyl proteinlyase or an overproduction of a cellular phosphodiesterase. The metabolism of ADP-ribose polymers was rapidly altered by H202 and there were independent effects on adenine nucleotide pools. The results suggest that ADP-ribose polymer metabolism is involved in cellular defenses to oxidative stress.

No description available.

<p dir="ltr">Ubiquitination and ADP-ribosylation are reversible post-translational modifications involved in various cellular activities. Pathogens like <i>Legionella pneumophila</i> and <i>Chromobacterium violaceum</i> target host ubiquitin system via modifications involving ADP-ribosylation. Specifically, <i>Legionella pneumophila</i> mediates atypical ubiquitination of host targets using the SidE effector family in a process that involves ubiquitin ADP-ribosylation on arginine 42 as an obligatory step. On the other hand, <i>Chromobacterium violaceum</i> effector CteC ADP-ribosylates threonine 66 of ubiquitin and causes overall blocking of host ubiquitin signaling. Removal of ADP-ribosylation requires (ADP-ribosyl)hydrolases, with macrodomain enzymes being a major family in this category. In the current study, a proteome-wide screening of ubiquitin interactors in the <i>Legionella</i> secreted proteome was performed, which led to the <i>Legionella</i> macrodomain effector MavL as a regulator of the SidE-mediated ubiquitination pathway by reversing the ubiquitin arginine ADP-ribosylation, likely to minimize potential detrimental effects caused by modified ubiquitin. Crystal structure of ADP-ribose-bound MavL was determined, providing structural insights into substrate recognition and catalytic mechanism. Further bioinformatical analyses reveal DUF4804 as a class of MavL-like macrodomain enzymes uniquely selective for mono-ADP-ribosylated arginine residue. The arginine-specific macrodomains are also present in eukaryotes, as exemplified by two previously uncharacterized (ADP-ribosyl)hydrolases in <i>Drosophila melanogaster</i>. Crystal structures of several proteins in this class provide insights into arginine specificity and a shared mode of ADP-ribose interaction distinct from previously characterized macrodomains. The crystal structure of NAD⁺-bound CteC was also determined, which provided insights into its ADP-ribosylation activity and its ubiquitin specificity. Collectively, the studies described here provide biochemical and structural characterizations and mechanistic insights into bacterial effectors associated with ubiquitin ADP-ribosylation.</p>

Yes / 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD)-inducible poly-ADP-ribose polymerase (TIPARP) is an enzyme that adds a single ADP-ribose moiety to itself or other proteins. Tiparp is highly expressed in the brain; however, its function in this organ is unknown. Here, we used Tiparp–/– mice to determine Tiparp’s role in the development of the prefrontal cortex. Loss of Tiparp resulted in an aberrant organization of the mouse cortex, where the upper layers presented increased cell density in the knock-out mice compared with wild type. Tiparp loss predominantly affected the correct distribution and number of GABAergic neurons. Furthermore, neural progenitor cell proliferation was significantly reduced. Neural stem cells (NSCs) derived from Tiparp–/– mice showed a slower rate of migration. Cytoskeletal components, such as α-tubulin are key regulators of neuronal differentiation and cortical development. α-tubulin mono-ADP ribosylation (MAR) levels were reduced in Tiparp–/– cells, suggesting that Tiparp plays a role in the MAR of α-tubulin. Despite the mild phenotype presented by Tiparp–/– mice, our findings reveal an important function for Tiparp and MAR in the correct development of the cortex. Unravelling Tiparp’s role in the cortex, could pave the way to a better understanding of a wide spectrum of neurological diseases which are known to have increased expression of TIPARP. / European Union Seventh Framework Program (FP7-PEOPLE-2013-COFUND) Grant n609020-Scientia Fellows (to G.G.) and by the Johan Throne Holst Foundation and the University of Oslo (J.M.).

La capacité des cellules à être invasives et métastasiques est une caractéristique fondamentale de la malignité tumorale. Nous avons récemment montré que le facteur d’ADP-ribosylation 1 (ARF1) est surexprimé dans les lignées cellulaires hautement invasives du cancer du sein et que la stimulation du récepteur au facteur de croissance épidermique (EGFR) peut activer cette isoforme pour contrôler la migration ainsi que la prolifération. Cependant, le rôle de cette GTPase dans la régulation du processus d’invasion cellulaire et les mécanismes moléculaires associés demeure inconnu. Nous avions comme objectifs dans cette thèse, de définir les voies de signalisation sous le contrôle d’ARF1 dans les cellules de cancer du sein et démontrer que l’expression et l’activation de cette GTPase est associée à un phénotype hautement invasif. Nos études démontrent que la modulation de l'expression et l'activité d’ARF1 affecte la capacité des cellules MDA-MB-231 (pour M. D. Anderson-metastatic breast-231), une ligne hautement invasive, à dégrader la matrice extracellulaire via l'activité de la métalloprotéinase MMP-9. ARF1 contrôle les deux principales structures impliquées dans l'invasion, en jouant sur la maturation d’invadopodes ainsi que la relâche de microvésicules membranaires. D’un point de vue mécanistique, l'axe de signalisation ARF1, RhoA-RhoC et la chaine légère de la myosine (MLC) explique ces phénomènes. De plus, nous démontrons que l'un des mécanismes par lequel ARF1 régule la migration est en contrôlant l'assemblage des points adhésions focaux et ce, dans plusieurs types de cellules cancéreuses du sein. ARF1, en étant un membre du complexe d’adhésion, réglemente le recrutement et l’activité de protéines clés à la β1-intégrine tels que la paxilline, la talin et la kinase d’adhésion focale (FAK). Pour finir, nous rapportons que ARF1 et ARF6 ont un rôle majeur dans la transition épithélio-mésenchymateuse. ARF1 est retrouvé fortement exprimé dans les tissus de sous-types les plus agressifs et les plus avancés de cancer du sein. Dans un modèle murin, la modulation à la baisse de l’expression d’ARF1 dans les cellules MDA-MB-231 corrèle avec la diminution de croissance des tumeurs primaires et l’installation des métastases pulmonaires. De plus, nous rapportons que la surexpression des ARF dans des cellules non invasives, les MCF7 (pour Michigan Cancer Foundation-7), permet la nidification de métastases. En effet, dans les MCF7, ARF1 contrôle l’adhésion intercellulaire via la β-caténine et l’E-cadhérine, promeut l’activation de l’oncogène Ras (pour Rat Sarcoma/ Rat Fibrosarcoma virus) et l’expression de plusieurs inducteurs de transition épithélio-mésenchymateuse comme snail et slug. De plus, ARF1 contrôle l’invasion, la prolifération cellulaire et même la résistance à certains agents chimio-thérapeutiques. Globalement, nos études identifient ARF1 comme un interrupteur moléculaire de la progression tumorale et suggèrent que la limitation de son expression/activité pourrait améliorer le devenir des patients atteints du cancer du sein. / Invasive and metastatic chapacities are fundamental features for tumor malignancy. We have recently shown that the ADP-ribosylation factor 1 (ARF1) is over-expressed in highly invasive breast cancer cell lines and stimulation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) may activate this isoform to regulate migration and proliferation. However, the role of this GTPase in regulating cell invasion process and related molecular mechanisms remain unknown. In this thesis, we had as objectives, to define the signaling pathways under the control ARF1 in breast cancer cells and show that the expression and activation of the GTPase is associated with highly invasive phenotype. Our studies show that the modulation of the expression and activity of ARF1 affect the ability of MDA-MB-231 cells (M. D. Anderson-metastatic breast-231), a highly invasive line, to degrade the extracellular matrix via the activity of the metalloproteinase MMP-9. ARF1 controls the two main structures involved in the invasion, playing on invadopodia maturation and shedding of membrane microvesicles. The molecular mechanisms involve the regulation of RhoA and RhoC activity by ARF1 and the following downtream events associated with and the myosin light chain (MLC) phosphorylation. Furthermore, we demonstrate that ARF1 also regulates migration by controlling the assembly of focal adhesion complexes in many types of breast cancer cells. ARF1, also prensent in adhesion complexes, regulates the recruitment and activity of key proteins such as paxillin, talin and focal adhesion kinase (FAK) to β1 integrin. Finally, we report that ARF1 and ARF6 play a major role in the epithelial-mesenchymal transition (EMT). ARF1 is found highly expressed in tumor tissue of the most aggressive and advanced subtypes of breast cancer. Lowered expression of ARF1 in vivo in the MDA-MB-231 cells impars tumor growth in primary tumors and inhibits lung metastasis. We report that upregulation of the ARF in non-invasive cells, MCF7 (Michigan Cancer Foundation-7) induce metastasis nidification. Indeed, we show in MCF7 that ARF1 controls intercellular adhesion via the β-catenin and E-cadherin, promotes Ras (Rat Sarcoma/ Rat Fibrosarcoma virus) oncogene activation, and conrols expression of several epithelial-mesenchymal transition markers such as snail and slug. Moreover, we demonstrate that ARF1 controls invasion, proliferation and even resistance to certain chemo-therapeutic agents, in MCF7 cells. Overall, our studies identify ARF1, as a molecular switch of tumor progression and suggest that limiting its expression / activity could improve the outcome of breast cancer patients.

La fixation de l’azote diatomique est un processus très important à la vie, vu sa nécessité dans la biosynthèse de plusieurs molécules de base; acides aminés, acides nucléiques, etc. La réduction de l’azote en ammoniaque est catalysée par la nitrogénase, une enzyme consommatrice de beaucoup d’énergie étant donné qu’elle nécessite 20 à 30 moles d’ATP pour la réduction d’une mole d’azote. De ce fait une régulation rigoureuse est exigée afin de minimiser le gaspillage d’énergie. Plusieurs systèmes de contrôle sont connus, aussi bien au niveau post-traductionnel que traductionnel. Chez la bactérie photosynthétique pourpre non-sulfureuse R. capsulatus, la régulation de l’activité de la nitrogénase nécessite une panoplie de protéines dont la protéine membranaire AmtB, qui est impliquée dans le transport et la perception d’ammonium, et les protéines PII qui jouent plusieurs rôles clés dans la régulation de l’assimilation d’azote. Suite à l’ajout de l’ammonium dans le milieu, une inhibition réversible de l’activité de la nitrogénase est déclenchée via un mécanisme d’ADP-ribosylation de la nitrogénase. La séquestration de GlnK (une protéine PII) par l’AmtB permet à DraT, une ADP-ribosyltransférase, d’ajouter un groupement ADP-ribose sur la protéine-Fe de la nitrogénase l’empêchant ainsi de former un complexe avec la protéine-MoFe. Donc, le transfert d’électrons est bloqué, engendrant ainsi l’inhibition de l’activité de la nitrogénase qui dure aussi long que la concentration d’azote fixé reste élevé, phénomène appelé le « Switch-off/Switch-on » de la nitrogénase. Dans ce mémoire, pour mieux comprendre ce phénomène de régulation, des mutations ponctuelles au niveau de certains résidus conservés de la protéine AmtB, dont D338, G367, H193 et W237, étaient générées par mutagénèse dirigée, afin d’examiner d’avantage leur rôle dans le transport d’ammonium, la formation du complexe AmtB-GlnK, ainsi que dans le « Switch-off » et l’ADP-ribosylation. Les résultats permettent de conclure l’importance et la nécessité de certains résidus telle que le G367 dans la régulation de la nitrogénase et le transport d’ammonium, contrairement au résidu D338 qui ne semble pas être impliqué directement dans la régulation de l’activité de la nitrogénase. Ces résultats suggèrent d’autres hypothèses sur les rôles des acides aminés spécifiques d’AmtB dans ses fonctions comme transporteur et senseur d’ammonium. / The reduction of diatomic nitrogen is a very important biological process given the need of all organisms for fixed nitrogen for the biosynthesis of basic key molecules such as, amino acids, nucleic acids, etc.. The reduction of nitrogen to ammonia is catalyzed by nitrogenase, an enzyme with high energy demands since it requires 20 to 30 moles of ATP for the reduction of one mole of nitrogen. Therefore a strict control is required to minimize energy waste. Several systems of regulation are known, both at the translational and post-translational level. In the purple non-sulfur photosynthetic bacterium R. capsulatus, the post-translational regulation of nitrogenase activity requires an array of proteins, including; the membrane protein AmtB, implicated in the perception and transport of ammonium, and PII proteins, which play key roles in the regulation of nitrogen assimilation. Following the addition of ammonium to the medium nitrogenase activity is reversibly inhibited (nitrogenase switch-off) via a mechanism of ADP-ribosylation of nitrogenase. Sequestration of GlnK (PII protein) by AmtB allows DraT, an ADP-ribosyltransferase, to add an ADP-ribose group to the Fe protein preventing it from forming a complex with the MoFe protein and nitrogenase activity is consequently inhibited. To better understand this phenomenon, in this Master’s thesis point mutations were created by site-directed mutagenesis at specific conserved residues of the AmtB protein, namely, D338, G367, H193 and W237, in order to examine their role in ammonium transport, formation of an AmtB-GlnK complex, and the regulation of nitrogenase (Switch-off/ADP-ribosylation). Plasmid-borne mutant alleles were transferred to a ∆AmtB strain of R. capsulatus, and the resultant strains were subjected to a series of tests. These demonstrated the importance and necessity of certain residues, such as G367, in the regulation of nitrogenase and ammonium transport, in contrast to residue D338, which seems to have no direct role in the regulation of nitrogenase activity. These results suggest further hypotheses about the roles of specific amino acids of AmtB in its functions as a sensor and transporter for ammonium.

Dans un contexte où la forte prévalence du cancer du sein chez les femmes demeure depuis plusieurs années un enjeu de société majeur, les nouvelles stratégies visant à réduire la mortalité associée à cette maladie sont le sujet de nombreuses recherches scientifiques. Les facteurs d’ADP-ribosylation sont des petites protéines G monomériques importantes pour la réorganisation du cytosquelette d’actine, le remodelage des lipides membranaires et la formation de vésicules. Notre laboratoire a précédemment montré qu’ARF1 est surexprimée dans les cellules hautement invasives du cancer du sein et contribue à leur phénotype migratoire accru. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons défini le rôle de cette GTPase dans la migration de telles lignées cellulaires. Pour ce faire, nous avons étudié le rôle d’ARF1 dans l’activation de Rac1, un membre de la famille des GTPases Rho connu pour son implication dans la formation de lamellipodes ainsi que dans la migration cellulaire. Globalement, nous avons déterminé que l’activation d’ARF1 permet l’activation subséquente de Rac1 ainsi que de la voie de signalisation nécessaire au processus de migration. Par une approche d’interférence à l’ARN dans les cellules MDA-MB-231, nous avons d’abord montré la contribution essentielle de Rac1 la migration dépendante d’ARF1. Puis, de façon à établir le mécanisme derrière cette régulation, nous avons montré que l’inhibition de l’expression endogène d’ARF1 altère l’activation de Rac1 dépendante de l’EGF. Nous avons ensuite examiné les conséquences d’une telle inhibition sur les partenaires d’interaction de Rac1. Nous avons découvert qu’ARF1 et Rac1 forment un complexe constitutif, puis qu’ARF1est nécessaire à l’association de Rac1 à IRSp53, une protéine importante dans la formation de lamellipodes. La translocation dépendante de l’EGF du complexe Rac1/IRSp53 à la membrane plasmique est également sous le contrôle d’ARF1. En conclusion, cette étude fournit un nouveau mécanisme par lequel ARF1 régule la migration cellulaire et identifie cette GTPase en tant que cible pharmacologique prometteuse pour freiner le développement des métastases chez les patients atteints du cancer du sein. / ADP-ribosylation factors (ARFs) are monomeric G proteins important for actin cytoskeleton reorganization, lipid membrane remodeling, and vesicule formation. Our laboratory has previously shown that ARF1 is overexpressed in highly invasive breast cancer cells and contribute to their enhanced proliferation and migration phenotype. In this study, we propose to define the role of ARF1 on the activation of Rac1, an important member of the Rho family of GTPases implicated in the formation of lamellipodia and in the migration process. Globally, we evaluated whether ARF1 activation could affect Rac1 activation and the signaling pathway necessary for cell migration. Using an RNAi approach in MDA-MB-231 breast cancer cells, we first determined the essential contribution of Rac1 in ARF1-dependant migration. Mechanistically, endogenous inhibition of ARF1 expression altered EGF-dependent Rac1 activation. We next investigated the consequences of such effect on Rac1 interaction partners. We showed that ARF1 and Rac1 are constitutively complexed but that ARF1 is necessary for EGF-dependent Rac1 association with IRSp53, an essential protein for lamellipodia formation. When unable to interact, Rac1/IRSp53 complex translocation to plasma membrane was considerably inhibited. In conclusion, this study provides a new mechanism by which ARF1 regulates cell migration and identifies this GTPase as a promising pharmacological target to reduce metastasis formation in breast cancer patients.