Cells, and in fact all living organisms, are capable of responding to stimuli. Regardless of the source and purpose of the signal, when responding to varying factors, complex mechanisms ensure tight regulation of cellular processes. This is particularly true during cellular response to stress. Depending on the severity of a stress stimulus, cells may attempt to cope with and overcome the assault, or they may opt for an organized suicide, in the face of too potent a signal. To provide a tight control over cellular survival and death, numerous protein factors promote or inhibit apoptotic cell death. Intriguingly, not only does the mRNA-binding protein HuR contribute to regulating the expression of pro- and anti-apoptotic factors, but we previously discovered that in response to lethal stress, HuR is cleaved by active caspases, and that this event enhances apoptotic cell death. Given the broad spectrum of mRNAs regulated by HuR, and the well-documented overexpression of this protein in cancer development, we aimed to characterize the caspase-mediated cleavage of HuR and its implication in apoptotic progression. In doing so, we first delineated the signalling cascade that enables stress stimuli to trigger the cleavage of HuR, and confirmed that the HuR cleavage products (HuR-CPs) are capable of inducing apoptosis in non-lethal conditions. Furthermore, we clarified how one of these HuR-CPs, HuR-CP1, can further promote the cleavage of HuR. This is done by competitively binding to the HuR nuclear import factor TRN2, thus causing full-length HuR to accumulate in the cytoplasm, as has been reported to occur during apoptosis. Finally, we obtained data suggesting that the HuR-CPs may coordinate a post-transcriptional regulatory program that is distinct from that of full-length HuR. The HuR-CPs bind and stabilize the mRNA of the pro-apoptotic caspase-9 to a greater extent than does full-length HuR, and bind to a lesser degree to the HuR mRNA target Prothymosin α, which encodes an anti-apoptotic regulator of cell death. Collectively, our findings have revealed the mechanism by which HuR switches its function from promoting cell survival in normal and non-lethal conditions, to becoming a promoter of apoptotic cell death in response to lethal stress. Mechanistically, this occurs via the cleavage of HuR, through particular signalling pathways. The two HuR-CPs that are generated may exercise different functions to mediate altered post-transcriptional regulatory events, thus enhancing the progress of apoptosis. Beyond extensively characterizing the cleavage of HuR, this cumulative work brings to light previously undiscovered mechanisms of regulation of gene expression, particularly during the strictly-controlled process of cell stress response. / Les cellules, ainsi que tous les êtres vivants sont capables de réagir à des stimuli. Quelque soit la source et le rôle de ces signaux, les mécanismes d'action en réponse à ces stimuli sont fortement régulés au sein de la cellule. Ceci s'avère particulièrement vrai en réponse à des stress puisque leur intensité détermine la réponse cellulaire. En effet, les cellules peuvent décider de continuer à vivre, en s'adaptant à cet assaut, ou bien elles peuvent décider d'induire leur mort si le stress est trop fort. Pour bien contrôler la balance entre la survie et la mort, plusieurs protéines activent ou inhibent la mort cellulaire par l'apoptose. Notamment, la protéine HuR, qui s'associe avec des ARN messagers (ARNms), peut réguler l'expression de facteurs activateurs et inhibiteurs de l'apoptose. De plus, nous avons découvert que de forts stress induisent un clivage de HuR par des caspases activées ainsi que l'apoptose. Malgré l'implication de HuR dans l'apoptose, ses niveaux d'expression sont élevés durant le développement de certains cancers et permettent la régulation de l'expression de divers ARNms. Nous nous sommes donc posés comme objectif de caractériser le clivage de HuR et son rôle dans l'apoptose. Premièrement, nous avons déterminé la cascade de signaux induisant le clivage de HuR. En même temps, nous avons confirmé que les produits de clivage de HuR (HuR-CPs) sont capables d'induire l'apoptose dans des conditions non toxiques. Deuxièmement, nous avons découvert comment un de ces produits de clivage, HuR-CP1, peut augmenter le clivage propre de HuR. HuR-CP1 accompli ceci en s'associant compétitivement avec le facteur TRN2, qui régule l'import nucléaire de HuR, causant ainsi une augmentation du niveau de HuR non-clivé dans le cytoplasme, comme déjà constaté durant l'apoptose. Finalement, nous avons obtenu des résultats qui suggèrent que les HuR-CPs peuvent coordonner un programme de régulation au niveau post-transcriptionel différent de celui effectué par HuR. Les produits de clivage de HuR s'associent et stabilisent l'ARNm du facteur apoptique caspase-9 plus fortement que HuR non-clivé, et ils s'associent moins fortement que HuR avec l'ARNm de Prothymosin α, qui code un facteur de survie. En résumé, nos découvertes ont dévoilé le mécanisme par lequel la fonction de HuR transite entre activateur de la survie cellulaire dans des conditions normales et non-toxiques, et inducteur de l'apoptose suite à un signal toxique. Ceci est dû au clivage de HuR induit par des voies de signalisations spécifiques. Les deux HuR-CPs qui sont produits ont des effets différents de HuR pour influencer la régulation post-transcriptionel, et en conséquence, peuvent promouvoir l'apoptose. Nos travaux ont non seulement caractérisé le clivage de HuR, mais nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation d'expression génétique, spécifiquement durant la réponse cellulaire aux stress.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.119389 |
| Date | January 2012 |
| Creators | von Roretz, Christopher |
| Contributors | Imed Eddine Gallouzi (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biochemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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