Resistance to cisplatin (CDDP)-based therapy is a major hurdle to the successful treatment of human ovarian cancer (OVCA) and the chemoresistant phenotype in OVCA cells is associated with Akt-attenuated, p53-mediated apoptosis. Pro-apoptotic functions of p53 involve both transcription-dependent and -independent signaling pathways and dysfunctional localization and/or inactivation of p53 contribute to the development of chemoresistance. PARC is a cytoplasmic protein regulating p53 subcellular localization and subsequent function. Little is known about the molecular mechanisms regulating PARC. Although PARC contains putative caspase-3 cleavage sites, and CDDP is known to induce the activation of caspases and calpains and induce proteasomal degradation of anti-apoptotic proteins, if and how PARC is regulated by CDDP in OVCA is unknown. Here we present evidence that CDDP promotes calpain-mediated PARC down-regulation, mitochondrial and nuclear p53 accumulation and apoptosis in chemosensitive but not resistant OVCA cells. Inhibition of Akt is required to sensitize chemoresistant cells to CDDP in a p53-dependent manner, an effect enhanced by PARC down-regulation. CDDP-induced PARC down-regulation is reversible by inhibitor of calpain but not of caspase-3 or the 26S proteasome. Furthermore, in vitro experiments confirm the ability of calpain in mediating Ca2+-dependent PARC down-regulation. The role of Ca2+ in PARC down-regulation was further confirmed as ionomycin induced PARC down-regulation in both chemosensitive and chemoresistant ovarian cancer cells. The data presented here implicates the regulation of p53 subcellular localization and apoptosis by PARC as a contributing factor in CDDP resistance in OVCA cells and Ca2+/calpain in PARC post-translational processing and chemosensitivity.

Catharanthus roseus est une plante tropicale de la famille des Apocynacées d’intérêt thérapeutique en raison de sa capacité à synthétiser des alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) utilisés en chimiothérapie anticancéreuse. La teneur en AIM in planta est très faible notamment en raison d’une haute compartimentalisation cellulaire et subcellulaire de la voie de biosynthèse. Si la compartimentalisation cellulaire était bien caractérisée, très peu de données de localisation subcellulaire in situ étaient disponibles au début de cette thèse. Une connaissance fine de cette compartimentalisation est cependant nécessaire pour identifier les transports inter-compartiment de métabolites intermédiaires, limitant potentiellement le flux métabolique, afin d’améliorer ensuite le rendement de biosynthèse des AIM par ingénierie métabolique. Dans ce contexte nous avons réalisé une étude exhaustive de la localisation subcellulaire des enzymes de cette voie par imagerie GFP dans des cellules de C. roseus transformées par biolistique permettant d’établir un nouveau modèle intégré d’organisation cellulaire et subcellulaire de la biosynthèse des AIM. / Catharanthus roseus is a tropical plant from the Apocynaceae family with a great therapeutic value due to its ability to synthesize monoterpene indole alkaloids (MIA) used in cancer treatment. The yields of these molecules in planta are very low due to a very high level of compartmentation of the biosynthetic pathway at both cellular and subcellular levels. While the cellular compartmentation was widely characterized, very few in situ subcellular localization data were available at the beginning of this PhD. An accurate knowledge of this compartmentation is necessary to identify intermediate metabolites transport events from one compartment to another one, in order to increase the MIA biosynthesis yield by metabolic engineering approaches. In this context we have proceed to the exhaustive study of the subcellular localization of these enzymes by in vivo GFP imaging in C. roseus cells transformed by biolistic. Potential interprotein interactions of these enzymes have also been studied by BiFC. Altogether, our results enabled us to draw an integrated model of the cellular and subcellular organization of MIA biosynthesis in situ.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de diagnostic assisté par ordinateur pour la localisation subcellulaire des protéines dans les images microscopiques. L'objectif est la conception et le développement d'un système de classification automatique permettant d'identifier le compartiment cellulaire dans lequel une protéine d'intérêt exerce son activité biologique. Afin de surmonter les difficultés rencontrées pour discerner les compartiments cellulaires présents dans les images microscopiques, les systèmes décrits dans la littérature proposent d'extraire plusieurs descripteurs associés à une combinaison de classifieurs. Dans cette thèse, nous proposons un schéma de classification différent répondant mieux aux besoins de généricité et de flexibilité pour traiter différentes bases d'images.Dans le but de fournir une caractérisation riche des images microscopiques, nous proposons un nouveau système de représentation permettant d'englober de multiples descripteurs visuels identifiés dans les différentes approches d'extraction de caractéristiques : locale, fréquentielle, globale et par région. Nous formulons ensuite le problème de fusion et de sélection des caractéristiques sous forme d'un problème de sélection de noyaux. Basé sur l'apprentissage de noyaux multiples (MKL), les tâches de sélection et de fusion de caractéristiques sont considérées simultanément. Les expériences effectuées montrent que la plateforme de classification proposée est à la fois plus simple, plus générique et souvent plus performante que les autres approches de la littérature. Dans le but d'approfondir notre étude sur l'apprentissage de noyaux multiples, nous définissons un nouveau formalisme d'apprentissage MKL réalisé en deux étapes. Cette contribution consiste à proposer trois termes régularisant liés à la résolution du problème d'apprentissage des poids associés à une combinaison linéaire de noyaux, problème reformulé en un problème de classification à vaste marge dans l'espace des couples. Le premier terme régularisant proposé assure une sélection parcimonieuse des noyaux. Les deux autres termes ont été conçus afin de tenir compte de la similarité entre les noyaux via une métrique basée sur la corrélation. Les différentes expérimentations réalisées montrent que le formalisme proposé permet d'obtenir des résultats de même ordre que les méthodes de référence, mais offrant l'avantage d'utiliser moins de fonctions noyaux. / This thesis arises in the context of computer aided analysis for subcellular protein localization in microscopic images. The aim is the establishment of an automatic classification system allowing to identify the cellular compartment in which a protein of interest exerts its biological activity. In order to overcome the difficulties in attempting to discern the cellular compartments in microscopic images, the existing state-of-art systems use several descriptors to train an ensemble of classifiers. In this thesis, we propose a different classification scheme wich better cope with the requirement of genericity and flexibility to treat various image datasets. Aiming to provide an efficient image characterization of microscopic images, a new feature system combining local, frequency-domain, global, and region-based features is proposed. Then, we formulate the problem of heterogeneous feature fusion as a kernel selection problem. Using multiple kernel learning, the problems of optimal feature sets selection and classifier training are simultaneously resolved. The proposed combination scheme leads to a simple and a generic framework capable of providing a high performance for microscopy image classification. Extensive experiments were carried out using widely-used and best known datasets. When compared with the state-of-the-art systems, our framework is more generic and outperforms other classification systems. To further expand our study on multiple kernel learning, we introduce a new formalism for learning with multiple kernels performed in two steps. This contribution consists in proposing three regularized terms with in the minimization of kernels weights problem, formulated as a classification problem using Separators with Vast Margin on the space of pairs of data. The first term ensures that kernels selection leads to a sparse representation. While the second and the third terms introduce the concept of kernels similarity by using a correlation measure. Experiments on various biomedical image datasets show a promising performance of our method compared to states of art methods.

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SABP2-interacting protein 470 (SIP470), a non-specific lipid transfer protein (nsLTP), was discovered in a yeast two-hybrid screening using SABP2 as bait and tobacco leaf proteins as prey. SABP2 is an important enzyme in systemic acquired resistance that converts salicylic acid to methyl salicylate. Localization studies are an important aspect to understanding the biological function of proteins. nsLTPs are generally considered apoplastic proteins and has been localized intracellularly and extracellularly. Transient expression shows highest expression of SIP470-eGFP at 2 days post infiltration into Nicotiana benthamiana. Confocal microscopy showed localization near the periphery of the cell. Subcellular localization using differential centrifugation showed that SIP470 is localized in the mitochondria. Mitochondria membranes are rich in lipids and have shown lipid exchange with the endoplasmic reticulum in mammalian systems. Co-localization of SIP470-eGFP+mCherry did not express complete co-localization in the targeted organelles. Co-localization pattern suggests possible localization in the endoplasmic reticulum.

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Anthracene was attached to light activated, ruthenium-based DNA disruptors to probe their distribution in cancer cells. The objective of this research is to understand the photophysical properties (Chapter 2), photoreactivity toward DNA and proteins (Chapter 3), and localization within cancer cells (Chapter 4) of ruthenium complexes that demonstrate promise as photodynamic therapy (PDT) agents. [(AnthbpyMe)(bpy)Ru(dpp)]2+ (1) and [(AnthbpyMe)2Ru(dpp)]2+ (2) absorb visible light with metal-to-ligand charge transfer (MLCT) transitions at 459 nm (16,000 M-1 cm-1 ) and 461 nm (21,000 M-1 cm-1 ), respectively. These species exhibit 3 MLCT emissions at λem = 661 nm and λem = 663 nm for 1 and 2, respectively, while the anthracene show emissions at 450 – 560 nm. The anthracene unit(s) quench the 3 MLCT to give quantum yields (lifetime) of Φem = 0.0059 [398(1) ns] and Φem = 0.0011 [414(1) ns] for 1 and 2, respectively. Voltammetry shows an irreversible anthracene oxidation at 1.23 – 1.28 V, RuIII/II oxidation at 1.53 – 1.55 V, and quasi-reversible reduction couples attributed to dpp0/-1 at 0.98 V. DNA gel shift assays demonstrate that complexes 1 and 2 modify DNA in the presence and absence of 3 O2 upon light activation to convert supercoiled DNA to a mixture of open circular (OC) DNA and a species that exhibit sa distinctly different migration rate than either OC and linear DNA. Binding constants, Kb, for complexes 1 and 2, toward DNA are 3.50 × 105 (3.50 × 104 ) and 4.50 × 103 (4.50 × 102 ) respectively. SDS-PAGE assays show that the complexes 1 and 2 modify bovine serum albumin (BSA) through an 3 O2-dependent mechanism upon light iii activation. The localization and PDT potency of the anthracene-Ru-dpp complexes are tested against F98 cells, which are rat glioma cells that simulate the infiltrative patterns of growth in cancer. Confocal microscopy demonstrates that complexes 1 and 2 internalize and localize primarily along the cell membrane and associate with dot-like vesicles within the cytoplasm. Complexes 1 and 2 show IC50 values of 107 µM and 85 µM, respectively, after 15 min of drug exposure and 1 h of PDT-treatment (λPDT = 455 nm). / Ph. D.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第25340号 / 農博第2606号 / 新制||農||1107(附属図書館) / 京都大学大学院農学研究科応用生物科学専攻 / (主査)教授 髙野 義孝, 教授 寺内 良平, 教授 吉田 健太郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Chez les eucaryotes, la voie de protéolyse Ub/ protéasome 26S est responsable de la dégradation sélective de la plupart des protéines intracellulaires. Cette dégradation par le protéasome 26S est initiée par une polyubiquitination de la protéine réalisée grâce à l’action d’une cascade enzymatique impliquant 3 types d'enzymes nommées « ubiquitin-activating enzyme » (E1), « ubiquitin-conjugating enzyme » (E2) et « ubiquitin-protein ligase » (E3). Il existe différentes classes d’ubiquitines ligases (E3), parmi lesquelles la plus connue est le complexe SCF (Skp1-Cullin-F-box). La protéine SKP1 fixe à la fois la Culline et la F-box qui va reconnaitre spécifiquement la protéine cible. Contrairement aux protistes, les champignons et certains vertébrés qui possèdent un unique gène SKP1 fonctionnel, de nombreux animaux et espèces de plantes présentent plusieurs SKP1 homologues. Vingt et un et trente deux gènes SKP1 ont été décrits respectivement chez Arabidopsis thaliana et Oryza sativa. En dépit de l’importance du complexe SCF, chez le riz, peu de travaux décrivent les interactions entre les dizaines de protéines « SKP1-like » et les centaines de protéines F-box. Dans un premier temps, nous avons collecté et analysé les séquences de 288 gènes « SKP1-like » appartenant à 17 espèces, dont la mousse Physcomitrella patens, cinq monocotylédones et 11 eudicotylédones. Les analyses structurales et phylogénétiques de ces gènes indiquent qu’ils peuvent être divisés en différentes sous-familles. Nos analyses ont montré qu’OSK1 et OSK20 chez le riz constituent une classe de gènes SKP1 à intron unique conservé. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le profil d’expression des gènes « SKP1-like » chez le riz. Notre investigation sur le nombre d’EST a montré que les gènes OSK1 et OSK20 sont les plus largement représentés dans les bases de données EST publiques. La méta-analyse de l’expression des gènes « SKP1-like » chez le riz, indique que les gènes OSK présentent des profils d'expression hétérogènes selon les tissus et les conditions physiologiques. Les résultats des intearctions protéine-protéine en double hybride ont révélé que les protéines OSK présentent différentes capacités d’interactions avec les protéines F-box. Cependant, OSK1 et OSK20 semblent interagir avec la plupart des protéines F-box testées. Les études de localisation subcellulaire ont indiqué que OSK1 et OSK20 sont des protéines nucléaires et cytosoliques. En se basant sur les divers résultats obtenus dans ce travail, nous pouvons suggérer que chez le riz, les gènes OSK1 et OSK20 sont fonctionnellement équivalents aux gènes ASK1 et ASK2 chez Arabidopsis thaliana. Nous pouvons également proposer les équivalents de ces gènes chez les autres espèces végétales dont le génome a été séquencé. / In eukaryotes, the ubiquitin Ub/26S proteasome pathway is responsible for the selective degradation of most intracellular proteins. This cellular process is initiated by protein polyubiquitination mediated by a three-step cascade involving: an ubiquitin-activating enzyme (E1), an ubiquitin-conjugating enzyme (E2) and an ubiquitin-protein ligase (E3). The E3 ubiquitin ligases contain several classes, among which the best-known are Skp1-Cullin-F-box (SCF) complexes. The SKP1 protein binds both Cullin and F-box which recognizes specifically the target proteins. Whereas protists, fungi and some vertebrates have a single functional SKP1 gene, many animal and plant species possess multiple SKP1 homologues. Twenty one and thirty-two SKP1-related genes have been described respectively in the Arabidopsis and Oryza sativa genome. Despite the importance of the SCF complex, there have been a few reports of systematic surveys of interactions between the dozens of SKP1-like proteins and the hundreds of F-box proteins in rice. In a first step, we retrieved and analyzed 288 SKP1-like genes belonging to 17 species including the moss Physcomitrella patens, five monocots and 11 eudicots. Structural and phylogenetic analysis of rice OSK genes and other plant SKP1-like genes have indicated that the different members of the plant SKP1 can be split into different subfamily. Our analyses indicated that OSK1 and OSK20 belong to a class of SKP1 genes that contain one intron at a conserved position. In a second step, we studied expression profiles of the rice Skp1-like genes. Our EST survey indicated that OSK1 and OSK20 are the most widely represented genes in public EST databases. Meta-analysis of the expression of rice SKP1-like genes indicated that OSK genes exhibit an expression profile that was heterogeneous in terms of tissues, conditions and overall intensity. Yeast two-hybrid results revealed that OSK proteins display a differing ability to interact with F-box proteins. However, OSK1 and OSK20 seemed to interact with most F-box proteins tested. Subcellular localization studies indicated that OSK1 and OSK20 are nuclear and cytosolic proteins. Based on the results obtained in this study, we can suggest that rice OSK1 and OSK20 are likely to have similar functions as do the Arabidopsis ASK1 and ASK2 genes. Similarly, we suggest a list of functional equivalent in the other sequenced plant genomes.