Universiẗat, Diss., 2003--Tübingen.

L’introduction commence avec la description de toxines d’origines bactérienne et végétale, en particulier la toxine Shiga ainsi que les toxines de la même famille (chapitre 9.1.2). Les petites molécules inhibitrices de ces toxines sont ensuite résumées dans le chapitre 9.1.3, en particulier le composé Retro-2. L’efficacité de ces toxines à atteindre leurs cibles reposant sur le trafic intracellulaire, un aperçu général de l’endocytose et du trafic endosomal sont présentés (chapitre 9.2). Puis, l’entrée de la voie rétrograde est décrite (chapitre 9.2.5), avec un intérêt particulier porté sur la clathrine, le rétromère et GPP130, une protéine qui circule de manière continue entre le Golgi, la membrane plasmique et les endosomes. Les protéines SNARE, en particulier la syntaxine-5 et le syntaxine-16, sont ensuite introduites (chapitre 9.2.6). Après une brève section sur les micro-ARNs de la famille 199 (chapitre 9.3), l’introduction se termine avec la description des techniques clés utilisées au cours de mon travail, tels que la chimie click bio-orthogonale, la synchronisation du trafic antérograde par rétention grâce à des hameçons spécifiques (RUSH), et la ligation par proximité basé sur des anticorps (chapitre 9.4).Ci-inclus, mon article en cours de soumission ouvre la partie résultats (chapitre 10.1), dans laquelle je présente l’intérêt de la chimie click bio-orthogonale pour identifier les cibles cellulaires de Retro-2. Je décris un des candidats potentiels, Sec16A, et illustre comment grâce à la technique de RUSH, perturber la fonction de Sec16A conduit à la relocalisation partielle de la syntaxin-5 au niveau du reticulum endoplasmique via l’inhibition du transport antérograde de la syntaxine-5. La seconde partie de l’article décrit comment la relocalisation de la syntaxine-5 induit l’inhibition du trafic de la toxine Shiga des endosomes au TGN. Je présente une nouvelle interaction entre la syntaxine-5 et la protéine TGN GPP130, qui ont déjà été caractérisées en relation avec le trafic de la toxine Shiga. Mon travail connecte à la fois les facteurs de trafic avec le trafic rétrograde au niveau de l’interface endosome-TGN. De manière frappante, cette interaction est très probablement basée sur une fonction non-SNARE de la syntaxine-5 car le domaine de fixation sur GPP130 est structurellement non lié à toute fonction SNARE.En collaboration avec Juan Francisco Aranda et Carlos Fernandez aux Etats-Unis, nous avons placés des micro-ARNs dans un contexte de régulation endogène du trafic rétrograde de la toxine Shiga (chapitre 11.2). Une discussion plus approfondie sera apportée dans le chapitre 12.Enfin, une vue d’ensemble des projets en cours est apportée dans la section des perspectives (chapitre 12), dans laquelle les collaborations plus approfondies sont mises en lumière.Mots clés : transport rétrograde, toxine Shiga, toxine de la famille Shiga, STxB, syntaxin-5, Sec16A, GPP130, Retro-2, Retro-2.1, chimie click sans cuivre, identification des cibles de petites molécules, spétrométrie de masse, function non-SNARE, inhibition du trafic antérograde, miARN, miR199, rétromère, VPS26 / The introduction of my PhD manuscript starts with describing plant and bacterial toxins (chapter 9.1), in particular Shiga toxin and Shiga-like toxins (SLTs) (chapter 9.1.2). Small molecule inhibitors of these toxins are summarized afterwards in chapter 9.1.3, notably the Retro-2 compound. Since these toxins rely on intracellular trafficking to reach their molecular targets, a general overview of endocytosis and endosomal trafficking is provided (chapter 9.2). Next, the retrograde route entry is presented (chapter 9.2.5), with focus on clathrin, the retromer and GPP130, a protein that constantly cycles between Golgi, plasma membrane, and endosomes. SNARE proteins, particularly syntaxin-5 and syntaxin-16, are then introduced (chapter 9.2.6). After a brief section of the micro RNA family 199 (chapter 9.3), the introduction finishes with the description of some salient techniques that were used in my work, such as - bio-orthogonal Click-Chemistry, anterograde trafficking synchronization with the retention using selective hooks (RUSH) assay, and the antibody-based proximity ligation assay (chapter 10.6.1, 0, 10.11.1).Herein, my submitted publication opens the results part (chapter 11.1), in which I present the utility of biorthogonal click chemistry for the search of the cellular targets of Retro-2, a small molecule inhibitor that was previously shown to protect cells and animals against Shiga toxin and ricin. I describe that Sec16A is a likely cellular target candidate, and illustrate using the RUSH approach how interfering with Sec16A functions leads to the partial relocalization of syntaxin-5 to the endoplasmic reticulum (ER) by slowing-down its anterograde transport. The second part of the paper describes how syntaxin-5 relocalization causes the inhibition of Shiga toxin trafficking from endosomes to the TGN. I present a novel interaction between syntaxin-5 and the Golgi protein GPP130, which both have been already described in relation to Shiga toxin trafficking. My work connects both trafficking factors in retrograde trafficking at the endosomes-TGN interface. Strikingly, I demonstrate that this interaction is most probably based on a non-SNARE function of syntaxin-5.In collaboration with Juan Francisco Aranda and Carlos Fernandez in the US, we put micro RNAs into an endogenous regulation context of Shiga toxin retrograde trafficking (chapter 11.2). An extended discussion will be given in chapter 12.Last, a general outlook of ongoing projects is given in the perspectives section (chapter 13), in which further collaborations are highlighted.Keywords: Retrograde transport, Shiga toxin, Shiga-like toxin (SLT), STxB, syntaxin-5, Sec16A, GPP130, Retro-2, Retro-2.1, azide-functionalized Retro-2, copper-free click chemistry, small molecule target identification, mass spectrometry, non-SNARE function, anterograde trafficking inhibition, miRNA, miR199, retromer, VPS26

La v-ATPase est une pompe à protons. Elle permet l’acidification d’organelles, ce qui est indispensable à de nombreux processus cellulaires. Cette enzyme est composée de 14 sous-unités différentes, organisées en deux domaines, le domaine catalytique V1 et le domaine membranaire V0. La sous-unité a du domaine V0 est essentielle au transport des protons. Il en existe 4 isoformes (a1 à a4) et des variants d’épissage (a1-I à a1-IV pour a1) permettant à la v-ATPase d’être adressée vers différents compartiments et donc d’être impliquée dans différents processus. Deux projets visant à étudier cette sous-unité ont été réalisés.En plus de son rôle dans le transport des protons, il a été montré que le domaine V0 de la v-ATPase est impliqué dans des évènements de trafic membranaire, tel que l’exocytose de vésicules de sécrétion. Ce rôle semble nécessiter des interactions avec les protéines SNAREs. J’ai montré, pendant la première partie de ma thèse, que les sous-unités flag-a1-I et flag-a1-IV sont toutes deux adressées aux granules de sécrétion de cellules neurosécrétrices et interagissent avec les protéines SNAREs VAMP2 et syntaxine-1. De façon intéressante la syntaxine-1 semble interagir préférentiellement avec la sous-unité a1-I qui dans les neurones est l’isoforme adressée aux terminaisons nerveuses. Les sous-unités a1-IV ne diffèrent d’a1-I que par l’ajout de 7 acides aminés dans sa moitié N-terminale. Le domaine d’interaction de la sous-unité a avec la syntaxine-1 semble donc être localisé dans cette région.Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai mis en évidence et étudié l’expression de la sous-unité rénale a4 dans des gliomes humains. Ces tumeurs sont les tumeurs cérébrales les plus fréquentes et sont en général associées à un mauvais pronostic. L’OMS distingue, en fonction de paramètres histologiques, les astrocytomes (de grade I à IV), les oligodendrogliomes et les gliomes mixtes (chacun de grade II ou III). Cette classification est controversée, notamment à cause de son manque de reproductibilité, et la prise en compte de marqueurs moléculaires semble s’imposer comme une solution pour la renforcer.J’ai quantifié par RT-PCR quantitative l’expression du gène ATP6V0A4 (codant la sous-unité a4) dans 188 prélèvements de gliomes humains. Nous avons ainsi montré que l’expression de la sous-unité a4 peut être utilisée comme marqueur diagnostique des oligodendrogliomes anaplasiques (35 % l’expriment). Dans un prélèvement, la présence de la codélétion 1p/19q et l’expression de a4, tout deux marqueurs indépendants des oligodendrogliomes, permettra le renforcement du diagnostique oligodendrogliome anaplasique. De plus a4 est fréquemment exprimée par les astrocytomes pilocytiques (70%), où elle est associée à la duplication en tandem de la région chromosomique 7q34 située à proximité directe du gène ATP6V0A4. Enfin une observation prometteuse est que l’expression de a4 pourrait être un marqueur de mauvais pronostic pour les patients atteints d’oligodendrogliome anaplasique ne présentant pas la co-délétion 1p/19q, observation qui devra être confirmée sur une plus grande cohorte de patients. / Vacuolar type H+-ATPase is a proton pump, which acidifies numerous organelles, crucial for many cellular processes. This enzyme is composed of 14 different subunits organized in two domains, a catalytic V1 domain and a V0 membrane domain. The a-subunit of V0 is essential for proton transport. There are 4 isoforms of a (a1 to a4) and splicing variants (a1-I to a1-IV for the a1 subunit). v-ATPases containing different a-subunit isoforms are localized in different compartments allowing v-ATPase to participate in different processes. The a-subunits were studied in this work in two distinct projects.Besides its role in proton pumping, V0 domain of v-ATPase is implicated in organelles trafficking events, like vesicles exocytosis. This role seems to require interactions of V0 with SNARE proteins. During my thesis work, I showed that flag-a1-I and flag-a1-IV are both targeted to secretion granules in PC12 neurosecretory cells. These subunits interact with the SNARE proteins VAMP2 and syntaxin-1. Interestingly, syntaxin-1 seems to preferentially interact with the a1-I subunit, isoform which in neurons is sorted to nerve terminals. The only difference between a1-I and a1-IV subunits is the addition of 7 amino acids in the N-terminal half of a1-IV. So syntaxin-1 probably interacts with a1-I at this location. In a second project, I studied the expression of the renal a4-subunit in human gliomas. These tumors are the most frequent brain tumors and are generally associated with a poor prognosis. Based on histological parameters,WHO distinguishes, astrocytomas (grade I to IV), oligodendrogliomas and oligoastrogliomas (each of grade II or III). This classification suffers of a lack of reproducibility, which could be overcome by the identification of specific molecular markers.In the present work, by real time quantitative PCR, ATP6V0A4 gene (encoding the renal a4) expression was quantified in 188 human glioma biopsies. We established a4 expression as a new marker of grade III oligodendrogliomas (35 % express it), independent of the 1p/19q codeletion, an established marker of oligodendrogliomas. Moreover, a4 is expressed in 70% of pilocytic astrocytomas, in which it is associated with the tandem duplication of 7q34, localized at direct proximity of the ATP6V0A4 gene. Of promising interest is the observation that a4 expression could be considered as a bad prognostic marker for patients with 1p/19q non-deleted oligodendrogliomas, an observation that should be confirmed on larger cohorts of patients.

Dans l'introduction, diverses voies de trafic intracellulaire et endocytose seront discutées. Je familiarise le lecteur avec des protéines inactivant les ribosomes, en mettant l'accent sur la structure, l'endocytose, et le trafic intracellulaire de la toxine bactérienne Shiga toxin (STX). STx et la ricine suivent la voie rétrograde pour exercer leur effet toxique sur les cellules. Ils sont respectivement, une menace maladie infectieuse pour la santé humaine et des outils potentiels pour le bioterrorisme pour lequel aucun antidote n’existe actuellement. D'un criblage à haut débit, Retro-1 et Retro-2 avaient déjà été identifiés comme de puissants inhibiteurs de la voie rétrograde à l'interface des endosomes précoces-TGN, et Retro-2 a été démontré pour protéger les souris contre la ricine. Parmi les facteurs de trafic analysés, seule la protéine SNARE syntaxine-5 a été ré- localisée dans les cellules traitées avec Rétro - 2. / In the introduction, various endocytic and intracellular trafficking pathways will be discussed. I acquaint the reader with ribosome-inactivating proteins, with emphasis on the structure, endocytosis, and intracellular trafficking of the bacterial toxin Shiga toxin (STx). STx and ricin follow the retrograde route to exert their toxic effect on cells. They are respectively, an infectious disease threat to human health and potential tools for bioterrorism for which no antidote currently exists. From a high throughput screening, Retro-1 and Retro-2 had previously been identified as potent inhibitors of the retrograde route at the early endosomes-TGN interface, and Retro-2 was demonstrated to protect mice against ricin. Of the trafficking factors analyzed, only the SNARE protein syntaxin-5 was re-localized in Retro-2 treated cells. Yet, whether syntaxin-5 is the direct target of Retro-2 and whether its re-localization was directly responsible for retrograde transport inhibition remained to be established.