Diplomová práce se zabývá studiem signální dráhy produkce butanolu bakterií rodu Clostridium. V první části pojednává o modelování signálních drah pomocí metod systémové biologie. Navazuje popisem zisku dat pro tvorbu a úpravu modelů signálních drah s hlavním zaměřením na techniky pro zjištění genové exprese, produkce a fenotypu. Třetí sekcí je získání základního modelu signální dráhy zapojené do produkce butanolu u solventogenních klostridií. Posledním bodem a zároveň hlavním cílem je vytvoření dynamického modelu signální dráhy produkce butanolu kmene Clostridium beijerinckii NRRL B-598, jeho vyhodnocení pomocí statické a dynamické analýzy a srovnání s biologickými daty.

L’altération des mécanismes impliqués dans l’homéostasie intestinale peut conduire au développement de cancers colorectaux (CCR). Les CCR se situent au 2nd rang des décès par cancer en France et il est donc nécessaire d’améliorer nos connaissances pour mieux les soigner. L’objectif de ces travaux était de comprendre les mécanismes impliqués dans l’homéostasie intestinale par le biais de la Cadhérine atypique MUCDHL dont l’expression semble diminuée dans les CCR. Les conséquences de cette perte et le mode d’action de MUCDHL restent mal connus. Ainsi, l’étude d’une large cohorte de patients et d’un modèle murin a permis de confirmer que la perte de MUCDHL aggrave la tumorigenèse intestinale. De plus, la caractérisation de l’interaction entre MUCDHL et la β-caténine a montré que le mode d’action de MUCDHL est plus complexe qu’une simple séquestration membranaire de la β-caténine impliquant différentes voies de signalisation. Enfin ces travaux ont permis d’identifier des interactants de MUCDHL. Les résultats montrent pour la première fois le rôle de suppresseur de tumeurs de MUCDHL dans le côlon et apportent des informations sur sa régulation et son mode d’action. / The alteration of mechanisms involved in intestinal homeostasis leads to the development of colorectal cancer (CRC). In France, CRC is the second leading cause of cancer mortality, and it is therefore necessary to improve our knowledge to treat it better. The objective of this project was to understand more precisely mechanisms involved in intestinal homeostasis through the atypical Cadherin MUCDHL whose expression seems decreased in CRC. However, the consequences of this loss, as well as the mode of action and the molecular relays of MUCDHL were largely unknown. Thus, the study of a large cohort of patients and of a murine model confirmed that the loss of MUCDHL enhances intestinal tumorigenesis. In addition, the functional characterization of the interaction between MUCDHL and β-catenin showed that the mode of action of MUCDHL is more complex than a simple membrane sequestration of β-catenin involving different signaling pathways. Finally, new interactants of MUCDHL were identified. The results obtained through this work show, for the first time, the tumor suppressor role of MUCDHL in the colon, and provide informations about its regulation and mode of action.

CD97 gehört zur Familie der Adhäsions-G-Protein gekoppelten Rezeptoren (aGPCR), die aus einem langen extrazellulären N-terminalen Fragment (NTF) und einem nicht-kovalent gekoppelten C-terminalen Fragment (CTF) mit der sieben-transmembranären (TM7) Region und dem intrazellulären Teil bestehen. CD97 wird in malignen Tumoren exprimiert. In der humanen Fibrosarkomzelllinie HT1080 steigert die stabile Überexpression von CD97 die ungerichtete zweidimensionale (2D) Migration einzelner Zellen. Eine Verkürzung von CD97 im CTF auf zwei transmembranäre (TM2) Domänen führt zu einer Suppression der 2D-Migration im Vergleich zu stabil mock-transfektierten HT1080 Kontrollzellen. Wahrscheinlich supprimiert CD97/TM2 die endogene CD97-Wirkung. Unbekannt ist, welche Signalwege durch CD97-Überexpression in HT1080 reguliert werden und welche Signalwege für die Migrationssteigerung von HT1080 verantwortlich sind. Die Klärung dieser Signalwege ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Die Phosphorylierung von Proteinkinasen ist eine posttranslationale Modifikation zur Regulation der Kinaseaktivität mit nachfolgender Aktivierung oder Inaktivierung eines Signalweges. Daher sind Expression und Phosphorylierung der Proteinkinasen zur Identifikation regulierter Signalwege interessant. Dazu wurden in Lysaten von CD97/TM7, CD97/TM2 und mock-transfektierten HT1080 mittels Kinetworks Phosphosite Screen KPSS 1.3 Profiling (Multi-Immunoblot™) 37 verschiedene Proteinphosphorylierungen untersucht und regulierte Signalwege identifiziert. An 25 Phosphorylierungsstellen erfolgt eine Regulation durch CD97. Anschließend wurden die Ergebnisse der interessantesten Proteine hinsichtlich ihrer Expression und Phosphorylierung im Western Blot verifiziert und um Proteine erweitert, die klassisch an der Regulation der Zellmigration beteiligt sind. Es zeigt sich eine Aktivierung des PI3-Kinase/Akt-Signalweges und eine Inhibierung von Src durch CD97. 2D-Migrationsversuche von HT1080 CD97/TM7, CD97/TM2 und mock mit spezifischen Inhibitoren gegen den PI3-Kinase/Akt-Signalweg und gegen Src bestätigen, dass diese Kinasen an der CD97-induzierten Steigerung der 2D-Migration beteiligt sind. Weiterhin finden sich Hinweise, dass in HT1080 CD97 die Apoptose hemmt und die Proliferation reguliert. Insgesamt wird in dieser Arbeit ein Überblick über die durch CD97 regulierten Signalwege gegeben. Die CD97-gesteigerte 2D-Migration von HT1080 wird durch eine Aktivierung des PI3-Kinase/ Akt-Signalweges und Inhibierung von Src vermittelt.

L’overdose au paracétamol est l’une des intoxications médicamenteuses la plus fréquente au monde, caractérisée par une atteinte hépatique dont l’issue peut être fatale. Les études réalisées sur ce phénomène ont montré que la phase initiale de la toxicité est induite par le métabolite actif du paracétamol, le N-acétyl-p-benzoquinone imine (NAPQI). Ce dernier, en l’absence de quantité suffisante de glutathion, s’accumulent dans la cellule et finit par se lier à d’autres protéines, principalement mitochondriales, formant alors des adduits. Cette liaison va altérer la fonction primaire des protéines et conduire, en cas d’overdose sévère, à la mort des hépatocytes. La mort cellulaire s’accompagne alors de la libération de composants cellulaire dont le rôle sera d’alerter le système immunitaire des lésions tissulaires. Ces composants prennent alors le nom d’«alarmines» ou de « damage-associated molecular patterns » (DAMPs). La protéine HMGB1 (High Mobility Group Box 1) fait partie de cette catégorie.Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés de plus près à la protéine HMGB1, à son origine ainsi qu’à son rôle dans l’amplification et la propagation des lésions hépatiques initialement induites par l’overdose au paracétamol. Nos travaux se sont d’abord portés sur l’étude de la protéine HMGB1 dans un modèle murin d’hépatite au paracétamol. Nos expériences nous permettent, d’une part, de confirmer que la libération d’HMGB1 est liée à la sévérité des lésions hépatiques et d’autre part, de démontrer que l’amplification et la propagation de ces lésions, dans les phases précoces de l’intoxication au paracétamol, peuvent se produire indépendamment des cellules immunitaires. Sur base de ces résultats, nous avons émis l’hypothèse de l’existence d’un dialogue entre la protéine HMGB1 et les hépatocytes plutôt que du dialogue, généralement décrit dans la littérature, entre la protéine HMGB1 et les cellules du système immunitaire Nos travaux se sont donc poursuivis, in vitro, sur une lignée cellulaire d’hépatocytes humains, les cellules HepaRG. Ces expériences nous ont permis, d’une part, de confirmer l’implication de la protéine HMGB1 dans l’hépatotoxicité au paracétamol et de mettre en évidence la capacité de cette protéine à provoquer, sans intermédiaire, la mort des cellules HepaRG. D’autre part, ces expériences nous permettent de suggérer la participation de la protéine HMGB1 dans la propagation et l’amplification de la mort des hépatocytes exposés au paracétamol par une voie de signalisation impliquant l’axe TLR4/TRIF/RIPK3. Finalement, l’inhibition de la protéine HMGB1 semblant être bénéfique, nous avons investigué la potentielle efficacité de l’administration d’une combinaison de N-acétylcystéine et de glycyrrhizine dans notre modèle murin. L’idée était de combiner une drogue qui agit sur l’accumulation du métabolite toxique et une seconde qui agit sur la phase de propagation du signal. Nos résultats, bien que préliminaires, ont démontré l’efficacité de cette combinaison à la fois sur la nécrose hépatique et sur la survie des souris. En conclusion, nos travaux confirment l’importance du rôle joué par la protéine HMGB1 dans l’hépatotoxicité induite par le paracétamol et nous permettent de mettre en évidence un nouveau mécanisme, impliquant la protéine HMGB1, qui pourrait contribuer à l’amplification et la propagation des lésions hépatiques induites par une overdose de paracétamol. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Objective: We have previously demonstrated that nuclear factor kappa B (NFκB) activation is needed for the development of cardiac hypertrophy in vivo. NFκB is a downstream transcription factor in the Toll-like receptor (TLR)-mediated signaling pathway; therefore, we investigated a role of TLR4 in cardiac hypertrophy in vivo. Methods: TLR4-deficient mice (C.C3H-Tlr4 lps-d, n = 6), wild-type (WT) genetic background mice (BALB/c, n = 6), TLR4-deleted strain (C57BL/10ScCr, n = 8), and WT controls (C57BL/10ScSn, n = 8) were subjected to aortic banding for 2 weeks. Age-matched surgically operated mice served as controls. In a separate experiment, rapamycin (2 mg/kg, daily) was administered to TLR4-deficient mice and WT mice immediately following aortic banding. The ratio of heart weight/body weight (HW / BW) was calculated, and cardiac myocyte size was examined by FITC-labeled wheat germ agglutinin staining of membranes. NFκB binding activity and the levels of phospho-p70S6K in the myocardium were also examined. Results: Aortic banding significantly increased the ratio of HW / BW by 33.9% (0.601 ± 0.026 vs. 0.449 ± 0.004) and cell size by 68.4% in WT mice and by 10.00% (0.543 ± 0.011 vs. 0.495 ± 0.005) and by 11.8% in TLR4-deficient mice, respectively, compared with respective sham controls. NFκB binding activity and phospho-p70S6K levels were increased by 182.6% and 115.2% in aortic-banded WT mice and by 78.0% and 162.0% in aortic-banded TLR4-deficient mice compared with respective sham controls. In rapamycin-treated aortic-banded mice, the ratio of HW / BW was increased by 18.0% in WT mice and by 3.5% in TLR4-deficient mice compared with respective sham controls. Conclusion: Our results demonstrate that TLR4 is a novel receptor contributing to the development of cardiac hypertrophy in vivo and that both the TLR4-mediated pathway and PI3K/Akt/mTOR signaling are involved in the development of cardiac hypertrophy in vivo.

Functioning of the living cell is controlled by a complex network of interactions among genes, proteins, and other molecules. A major goal of systems biology is to understand and explain the mechanisms by which these interactions govern the cell's response to various conditions. Molecular interaction networks have proven to be a powerful representation for studying cellular behavior. Numerous algorithms have been developed to unravel the complexity of these networks. Our work addresses the drawbacks of existing techniques. This thesis includes three related research efforts that introduce network-based approaches to bridge current methodological gaps in systems biology. i. Functional enrichment methods provide a summary of biological functions that are overrepresented in an interesting collection of genes (e.g., highly differentially expressed genes between a diseased cell and a healthy cell). Standard functional enrichment algorithms ignore the known interactions among proteins. We propose a novel network-based approach to functional enrichment that explicitly accounts for these underlying molecular interactions. Through this work, we close the gap between set-based functional enrichment and topological analysis of molecular interaction networks. ii. Many techniques have been developed to compute the response network of a cell. A recent trend in this area is to compute response networks of small size, with the rationale that only part of a pathway is often changed by disease and that interpreting small subnetworks is easier than interpreting larger ones. However, these methods may not uncover the spectrum of pathways perturbed in a particular experiment or disease. To avoid these difficulties, we propose to use algorithms that reconcile case-control DNA microarray data with a molecular interaction network by modifying per-gene differential expression p-values such that two genes connected by an interaction show similar changes in their gene expression values. iii. Top-down analyses in systems biology can automatically find correlations among genes and proteins in large-scale datasets. However, it is often difficult to design experiments from these results. In contrast, bottom-up approaches painstakingly craft detailed models of cellular processes. However, developing the models is a manual process that can take many years. These approaches have largely been developed independently. We present Linker, an efficient and automated data-driven method that analyzes molecular interactomes. Linker combines teleporting random walks and k-shortest path computations to discover connections from a set of source proteins to a set of target proteins. We demonstrate the efficacy of Linker through two applications: proposing extensions to an existing model of cell cycle regulation in budding yeast and automated reconstruction of human signaling pathways. Linker achieves superior precision and recall compared to state-of-the-art algorithms from the literature. / Ph. D.

yes / Ca2+ release from the Golgi apparatus regulates key functions of the organelle, including vesicle trafficking. However, the signaling pathways that control this form of Ca2+ release are poorly understood and evidence of discrete Golgi Ca2+ release events is lacking. Here, we identified the Golgi apparatus as the source of prolonged Ca2+ release events that originate from the nuclear ‘poles’ of primary cardiac cells. Once initiated, Golgi Ca2+ release was unaffected by global depletion of sarcoplasmic reticulum Ca2+, and disruption of the Golgi apparatus abolished Golgi Ca2+ release without affecting sarcoplasmic reticulum function, suggesting functional and anatomical independence of Golgi and sarcoplasmic reticulum Ca2+ stores. Maximal activation of β1-adrenoceptors had only a small stimulating effect on Golgi Ca2+ release. However, inhibition of phosphodiesterase (PDE) 3 or 4, or downregulation of PDE 3 and 4 in heart failure markedly potentiated β1-adrenergic stimulation of Golgi Ca2+ release, consistent with compartmentalization of cAMP signaling within the Golgi apparatus microenvironment. β1-adrenergic stimulation of Golgi Ca2+ release involved activation of both Epac and PKA signaling pathways and CaMKII. Interventions that stimulated Golgi Ca2+ release induced trafficking of vascular growth factor receptor-1 (VEGFR-1) from the Golgi apparatus to the surface membrane. These data establish the Golgi apparatus as a juxtanuclear focal point for Ca2+ and β1-adrenergic signaling, which functions independently from the sarcoplasmic reticulum and the global Ca2+ transients that underlie the primary contractile function of the cell.

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