Talin is a multifunctional cytoskeletal protein that plays a critical role in linking the actin cytoskeleton to the integrin family of transmembrane cell adhesion receptors. Two distinct integrin binding sites have been identified in talin, one present in the globular head domain (IBS1) and involved in integrin activation, and a second (IBS2), that has been delineated to a 130 residue fragment of the talin rod domain, but whose functional role is still elusive (Tremuth et al.,2004). The objective of the present study was to define the minimal structure of talin IBS2 and to investigate its functional role in the integrin-cytoskeleton connection. In the first part of this study, we used a combination of three different experimental approaches to define the minimal structure of talin IBS2: 1) an in silico bioinformatics approach to analyse sequence conservation of talin IBS2, 2) an in vivo cell biology approach to study the subcellular localization of recombinant talin fragments covering IBS2 in CHOáIIbâ3 cells, and 3) an in vitro biochemical approach consisting in protein overlay, pull down and Surface Plasmon Resonance (SPR) assays, to study the direct interaction between talin IBS2 and the integrin â3 subunit. We delineated IBS2 to a single amphipathic á-helical repeat of 23 residues within the talin rod domain. We further provided evidence that a two amino acid mutation(L2094I2095/AA) was sufficient to inactivate the IBS2 site, due to a disruption of the á helix structure, as demonstrated by infrared spectroscopy. In addition, we identified 2 lysine residues (K2085, K2089) exposed on the solvent face of á helix 50, which are directly involved in the talin IBS2-integrin interaction. In the second part of this study, we investigated the functional role of talin IBS2 in spreading defective talin (-/-) cells and showed that in contrast to full-length wild type talin, an IBS2 LI/AA mutant talin was unable to fully rescue the spread phenotype of these cells. These results provide the first direct evidence that IBS2 in the talin rod is essential to link integrins to the actin cytoskeleton.

Talin is a multifunctional cytoskeletal protein that plays a critical role in linking the actin cytoskeleton to the integrin family of transmembrane cell adhesion receptors. Two distinct integrin binding sites have been identified in talin, one present in the globular head domain (IBS1) and involved in integrin activation, and a second (IBS2), that has been delineated to a 130 residue fragment of the talin rod domain, but whose functional role is still elusive (Tremuth et al.2004). The objective of the present study was to define the minimal structure of talin IBS2 and to investigate its functional role in the integrin-cytoskeleton connection.<p>In the first part of this study, we used a combination of three different experimental approaches to define the minimal structure of talin IBS2: 1) an in silico bioinformatics approach to analyse sequence conservation of talin IBS2, 2) an in vivo cell biology approach to study the subcellular localization of recombinant talin fragments covering IBS2 in CHOáIIbâ3 cells, and 3) an in vitro biochemical approach consisting in protein overlay, pull down and Surface Plasmon Resonance (SPR) assays, to study the direct interaction between talin IBS2 and the integrin â3 subunit. We delineated IBS2 to a single amphipathic á-helical repeat of 23 residues within the talin rod domain. We further provided evidence that a two amino acid mutation(L2094I2095/AA) was sufficient to inactivate the IBS2 site, due to a disruption of the á helix structure, as demonstrated by infrared spectroscopy. In addition, we identified 2 lysine residues (K2085, K2089) exposed on the solvent face of á helix 50, which are directly involved in the talin IBS2-integrin interaction.<p>In the second part of this study, we investigated the functional role of talin IBS2 in spreading defective talin (-/-) cells and showed that in contrast to full-length wild type talin, an IBS2 LI/AA mutant talin was unable to fully rescue the spread phenotype of these cells. These results provide the first direct evidence that IBS2 in the talin rod is essential to link integrins to the actin cytoskeleton. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l'Université Laval comme exigence partielle du programme de maîtrise en Médecine Expérimentale offert à l'Université du Québec à Chicoutimi en vertu d'un protocole d'entente avec l'Université Laval pour l'obtention du grade de Maître ès sciences (M.Sc.)" / Huntingtin interacting protein-1 (HIP1) et Huntingtin interacting protein-1-related (HIP1R) ont été identifiées comme des protéines intervenant dans l’endocytose médiée par les vésicules de clathrine par leurs interactions avec d ’autres protéines endocytaires. Pour mieux comprendre les rôles attribués à HIP1/R dans cette machinerie, nous avons procédé à l’identification de nouveaux partenaires d ’interaction. Au cours de notre étude, nous avons identifié HSC70 (Heat-shock Cognate Protein70) comme un nouveau partenaire pour les domaines TALIN des deux protéines par des essais de pull-down et analyse par spectrométrie de masse. Au cours de cette étude nous avons identifié également que l’association d ’HSC70 avec le domaine TALIN d ’HIPIR, compromet sa sédimentation avec les filaments d ’actine. HIP1R est une composante du manteau de clathrine, son interaction avec HSC70 l’a impliquée dans le démantèlement des vésicules. Dans cette étude, nous avons vérifié l’intervention d ’HIPIR dans le démantèlement de la clathrine suite à son interaction avec HSC70 et la relation de ce mécanisme avec la perte d ’interaction avec l’actine.

Les flavonoïdes sont étudiés depuis des années pour leurs propriétés préventives et leur potentiel comme agents thérapeutiques. Plusieurs mécanismes pourraient intervenir dans leur activité anti-cancéreuse dont une inhibition de l'adhérence et de l'étalement cellulaire et une inhibition des propriétés invasives des cellules cancéreuses. Les dérivés de 3-aryl-2-quinolones sont structurellement proches des flavonoïdes et ont été caractérisés comme étant des composés anti-migratoires (Joseph et Al., J.Med.Chem, 2002). Comme la migration cellulaire est hautement dépendante des structures adhésives assemblées par la cellule, nous avons étudié l'activité de ces composés sur les adhérences focales et fibrillaires. Ces larges complexes protéiques impliquent notamment les intégrines et leurs partenaires cytoplasmiques les liant au cytosquelette. Les intégrines permettent à la cellule de percevoir son microenvironnement et de s'y adapter. Les structures d'adhérence contenant les intégrines sont en retour capables de contrôler cet environnement (dégradation matricielle, fibrillogenèse…). Nos travaux montrent que les dérivés de 3-aryl-2-quinolone sont capables d'inhiber l'étalement cellulaire et de provoquer le désassemblage de structures adhésives préalablement établies de façon dose-dépendante et indépendamment de la composition de la matrice extracellulaire. L'activité des composés est finement liée à leur structure et de légères modifications de la composition chimique de leur chaîne latérale peuvent inhiber leur activité. Nous avons pu établir une relation structure-activité pour cette famille de composés et avons étudié les mécanismes moléculaires menant au désassemblage des structures d'adhérences quand les cellules sont traitées par ces molécules. Des études par RMN ont montré une interaction directe entre le chef de file de cette famille de composés et le domaine cytoplasmique des intégrines à chaîne béta 3 et nous avons pu montrer que cette interaction inhibait la liaison sur l'intégrine de l'un de ces activateurs, la kindline. L'agrégation plaquettaire est dépendante de l'activation des intégrines et constitue un excellent système d'étude physiologique pour les inhibiteurs de ces récepteurs. Le chef de file des dérivés de 3-aryl-2-quinolone est capable d'inhiber l'agrégation plaquettaire et la formation du thrombus, ce qui en fait un bon candidat médicament comme anti-thrombotique. / Flavonoïds have been studied for years for their potential chemopreventive and chemotherapeutic action. Several mechanisms might account for their anticancer activity, among which inhibition of cell adhesion and spreading, or inhibition of tumor cell invasion. 3-aryl-2-quinolone derivatives are chemical structures close to flavonoïds and were first designed as anti-migratory agents (Joseph et Al., J.Med.Chem, 2002). As cell migration is highly dependent on the cell adhesion machinery, we decided to investigate the action of these molecules on focal and fibrillar adhesions. These large protein complexes include heterodimeric transmembrane proteins, the integrins, and their cytoplasmic interactors able to link to the cytoskeleton. Integrins allow microenvironment sensing and cellular response to it. Adhesive structures containing integrins are also able to control cell microenvironment (matrix degradation, fibrillogenesis…). Our studies show that 3-aryl-2-quinolone derivatives are able not only to prevent cell spreading but also to disrupt already well-established focal adhesions in a reversible and ECM composition independent manner. The activity of the molecule is closely linked with its structure, as very slight modification of the lateral chain of the compound can totally impair its activity. Our work is focused on establishing a Structure-Activity Relationship of 3-aryl-2-quinolone derivatives and on investigating the molecular mechanisms underlying this activity. Osteoblasts treatment by 3-aryl-2-quinolone derivatives triggers a rapid disassembly of focal and fibrillar adhesions. NMR experiments show a direct interaction between the lead compound of the family and 3 integrin cytoplasmic tail and pull-down assay show that it is able to reduce the interaction between 3 integrin and kindlin, one of its coactivator. As platelet activation is an archetype of 3 integrin activation, we tested the activity of 3-aryl-2-quinolone on this physiological process. Under treatment, platelets failed to become activated and are unable to trigger thrombus formation, providing an interest to the 3-aryl-2-quinolone derivatives as potential anti-thrombotic agents.