Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Régulation de Cdc42“

La polarisation cellulaire est une caractéristique essentielle des cellules en migration qui se distinguent par un phénomène de protrusion à l'avant et de rétraction à l'arrière. Grâce à un modèle in vitro de migration astrocytaire polarisée par cicatrisation de blessure, nous étudions les mécanismes de régulation de Cdc42, un acteur essentiel de la polarisation cellulaire. Le gène suppresseur de tumeur Scrib a été impliqué dans polarité apico-basale des cellules épithéliales chez la drosophile et les mammifères. Nous avons montré que Scrib, comme Cdc42, est impliqué dans la polarisation des astrocytes en migration. Scrib interagit avec pPIX, un facteur d'échange de Rac et Cdc42, afin de contrôler l'activation et la localisation au front de migration de Cdc42 et de Rac, et donc induire la polarisation cellulaire. L'étude de la localisation de Cdc42 montre un trafic vésiculaire de la protéine entre le Golgi et le front de migration. Nous avons étudié le rôle du trafic membranaire dans le maintien de la polarité et notamment son rôle dans la localisation au front de migration de Cdc42, essentielle à la mise en place de la polarité astrocytaire. Nos travaux montrent que Lgl, un partenaire fonctionnel de Scrib, est essentiel au maintien de l'activité de Cdc42 au front de migration. Ces travaux suggèrent que l'activité de Lgl se situe en aval de celle de la voie de signalisation Cdc42-Par6/PKCζ, impliquée dans la polarisation cellulaire au cours de la migration astrocytaire. Nous avons montré que les voies de trafic vésiculaire, et en particulier celles régulées par Arf6, régulent la localisation et l'activité de Cdc42 et en conséquence contrôlent la polarisation astrocytaire
Cell polarization is an essential feature of migrating cells, with a protryding front edge and a retracting rear. Using an in vitro assay of wound-induced cell migration we are studying the mechanisms controlling Cdc42, a key protein in cell polarization. ) The tumors suppressor gene Scrib is involved the formation of apico-basal polarity in drosophila and mammalian epithelial cells. We show that Scrib is controlling migrating astrocytes polarity as Cdc42. Scrib interacts with βPIX, a Cdc42 and Rac GEF, to regulate Cdc42 localization at the front edge and activation. Scrib controls all the features of astrocyte polarization through βPIX-mediated Cdc42 regulation the front edge and activation. Scrib controls all the features of astrocyte polarization through βPIX-mediated Cdc42 regulation. Analysis of Cdc42 localization shows trafficking between the Golgi and the front edge. We have studied the function of membrane trafficking in cell polarity establishment. We show that Lgl a functional partner of Scrib is essential to maintain Cdc42 activity at the front edge down-strearn pf the Cdc42-Par6/PKCζ polarity signaling pathway. We also show that endocytosis is involved in cell polarization by controlling Cdc42 localization. Finally, we show that Arf6, a major regulator of endosomal trafficking, is controlling all aspects of astrocytes polarization by regulating the localization of Scrib, βPIX and

Les mutations sont responsables de diverses pathologies du développement, en particulier chez les patients atteints de maladies rares ou pour lesquels il n’y a pas de diagnostic clinique clair. Cdc42 est une protéine clé pour la polarité cellulaire, une étape cruciale de nombreux processus cellulaires, comme la migration cellulaire, la division cellulaire ou la réponse immunitaire. Les mutations de Cdc42 entrainent une variété de pathologies, par exemple des dérégulations de la croissance ou de la morphologie faciale ainsi que des anomalies immunologiques, hématologiques et du développement neuronal. Les fonctions de Cdc42 reposent en grande partie sur la localisation de cette protéine dans la cellule. La comparaison des différentes formes de Cdc42 et de certaines formes mutantes montrent que les derniers acides aminés de la protéine jouent un rôle clé dans sa localisation et donc dans sa fonction. Nous avons centré notre étude sur l’identification : 1) des acides aminés essentiels à la localisation de la protéine ; et 2) de nouveaux mécanismes de régulation de Cdc42 responsables de sa localisation intracellulaire. Nous avons aussi montré que les deux isoformes jouent des rôles différents au cours de la migration cellulaire. Ce travail devrait nous permettre de mieux comprendre les pathologies liées aux mutations de Cdc42
Mutations in proteins cause diverse developmental disorders, particularly for individuals with rare diseases or for whom a unifying clinical diagnosis is unknown. Cdc42 is one such protein; vital for establishing cell polarity, a crucial step in many biological processes such as cell migration, division and immune responses. Not surprisingly, mutations in Cdc42 cause a range of diseases such as growth dysregulation, facial dysmorphism and neurodevelopmental, immunological, and hematological abnormalities. In vertebrates there are two isoforms of Cdc42. The first being the ubiquitous isoform, has almost exclusively been studied and the role of the second isoform, being the brain isoform, is largely unknown. We have shown that the two isoforms are localized differently in cells. The ubiquitous isoform is mostly found in the cell cytoplasm and at the plasma membrane, while the Brain isoform localizes at the Golgi apparatus and on intracellular vesicles. We have also shown that the two isoforms carry out different functions during cell migration, suggesting that the differences between these two isoforms which only differs by the last 10 amino acids are responsible for their distinct localisation and function. Interestingly, a mutation in the C-ter sequence of Cdc42 ubiquitous isoform alters Cdc42 localisation and causes a generalized pustular psoriasis disease. Two main objectives have been studied in this project 1) the impact of the last amino acids of the protein in Cdc42 localization; and 2) new regulatory mechanisms of Cdc42 responsible for its intracellular localization. These findings will bring a better understanding of pathologies related to Cdc42 mutations

Les petites protéines G de la famille Rho sont des régulateurs importants de la fonction cellulaire. Elles lient les signaux extracellulaires à l'activation de diverses voies de signalisation telles que celles menant à la phagocytose, la mitogénèse, l'adhésion cellulaire, l'expression génique, Toutefois leur fonction principale est l'assemblage et l'organisation du cytosquelette d'actine. Ces GTPases fonctionnent comme des interrupteurs moléculaires, actifs lorsque liés au GTP et inactifs sous la forme liée au GDP.

Le but de notre thèse est d'investiguer, dans les cellules thyroïdiennes de chien en culture primaire, l'implication des protéines de la famille Rho et de l'organisation du cytosquelette d'actine dans les actions diverses que la TSH exerce, via l'AMPc, sur la morphologie, la prolifération, la différenciation et la fonction des thyrocytes de chien en culture primaire.

Trois cascades conduisant à la mitogénèse coexistent dans la cellule thyroïdienne de chien: la voie de l'AMPc stimulée par la TSH ou la forskoline (activateur direct de l'adénylate cyclase), la voie des facteurs de croissance (tels que l'EGF, l'HGF) activant leur récepteur à activité tyrosine kinase et la cascade dépendante de la protéine kinase C activée par les esters de phorbol (TPA). Contrairement aux voies indépendantes de l'AMPc qui répriment l'expression des caractéristiques de différenciation, la cascade de l'AMPc stimule à la fois la prolifération, l'expression des gènes de l'état différencié et la fonction (iodation, formation d'H2O2, sécrétion hormonale).

Dans la cellule thyroïdienne de chien, les agents activant les cascades dépendantes et indépendantes de l'AMPc ont des effets différents sur l'organisation du cytosquelette d'actine. La TSH/AMPc et le TPA induisent une destruction des microfilaments d'actine et un "ruffling" membranaire, tandis que les autres agents (insuline, EGF, HGF, sérum) ne modifient pas le réseau de fibres d'actine (fibres de stress) présent dans les cellules quiescentes.

Parmi les protéines de la famille Rho, RhoA, Rac1 et Cdc42 sont les premières à avoir été identifiées et sont actuellement les mieux caractérisées. Nous montrons que la TSH, via l'AMPc, induit une diminution de la concentration de la forme active des protéines Rac1, Cdc42 et RhoA. En revanche, les autres agents mitogènes, tels que l'EGF et le TPA, qui activent des voies indépendantes de l'AMPc, n'affectent pas les taux de Rac1 et Cdc42 activés, mais augmentent le taux de RhoA-GTP. L'activation ou l'inactivation des protéines RhoA, Rac1 et Cdc42 est donc un nouvel élément distinguant les voies dépendantes et indépendantes de l'AMPc.

Grâce à deux toxines bactériennes, la toxine B qui inactive les protéines Rho et la toxine CNF1 qui au contraire les active, nous montrons que, dans les thyrocytes, celles-ci jouent un rôle critique dans l'organisation du cytosquelette, dans la transition G1-S, dans l'expression des gènes de différenciation Tg, ThOXs, NIS et TPO, mais pas dans la génération d'H2O2.

En effet, l'activité d'un ou plusieurs membres de cette famille est nécessaire à l'entrée des thyrocytes en phase S et à la phosphorylation de la protéine pRb, étape pré-requise à la transition G1-S. L'activation de ces protéines n'induit cependant pas, à elle seule, la prolifération. Nous mettons également en évidence l'existence d'un nouveau mécanisme par lequel ces protéines contrôleraient l'activité des complexes cycline D3-CDK4 indépendamment de leur assemblage. Par l'utilisation de la dihydrocytochalasine B, qui comme la toxine B via l'inactivation des Rhos, désorganise le cytosquelette, nous démontrons que l'intégrité de celui-ci n'est pas requise pour la progression des thyrocytes en phases G1 et S. L'inactivation des protéines Rho est par contre nécessaire à l'induction, par l'AMPc, de l'expression des gènes de différenciation incluant Tg, ThOXs, NIS et TPO, puisque ce processus est inhibé par la toxine CNF1. De plus, l'inactivation des Rhos par la toxine B, ainsi que le désassemblage des fibres de stress et du cytosquelette induit par la dihydrocytochalasine B, suffisent à imiter l'induction dépendante de l'AMPc de Tg et ThOXs, mais pas de NIS et TPO. La toxine B et la dihydrocytochalasine B imitent aussi l’effet de la voie TSH/AMPc sur l’accumulation de p27kip1. Enfin, nous montrons que l'augmentation de la production d'H2O2, nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes, ne requiert pas l'activité de la protéine Rac (ni des autres protéines de la famille Rho) alors que celle-ci joue un rôle déterminant dans la génération d'H2O2 dans le leucocyte.

Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire
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Lors de la division cellulaire, une cellule mère doit dupliquer (interphase) puis ségréger son matériel génétique de façon égale entre les deux cellules filles (mitose). Entre ces deux étapes, la cellule subit une réorganisation drastique gouvernée par l’acteur majeur Cdk1-Cycline B, conduisant à l’entrée en mitose. L’activation de cette kinase est régulée par une boucle d’auto-amplification où les premières molécules de Cdk1-Cycline B stimulent l’activation des suivantes. Il a été montré que la kinase Plk1 initie cette boucle d’auto-amplification en stimulant les activateurs et en réprimant les inhibiteurs de Cdk1-Cycline B en amont. Pour que cette kinase soit totalement active, elle doit être elle-même activée par Aurora A, en présence de son co-activateur Bora. Il est crucial de comprendre comment tous ces acteurs se coordonnent dans l’espace et dans le temps pour déclencher l’entrée en mitose car un dérèglement pourrait amener à une ségrégation de l’ADN anarchique, conduisant à la formation de tumeurs et l’apparition de cancers. Au cours de ma thèse, j’ai tout d’abord contribué à la mise en évidence d’un mécanisme conservé d’activation de Plk1 dans les cellules humaines et chez C. elegans (PLK-1), impliquant le co-activateur Bora ou SPAT-1 chez C. elegans. Nous avons montré que la phosphorylation de SPAT-1 par Cdk1-Cycline B induit son interaction avec PLK-1, ce qui promeut la phosphorylation de PLK-1 par Aurora A et donc son activation in vitro. Ce mécanisme phospho-dépendant de SPAT-1 est important in vivo pour contrôler dans le temps l’entrée en mitose. De plus, l’activation de Plk1 in vitro avec les protéines humaines suggèrent fortement une conservation du mécanisme. Nous avons ensuite montré que la phosphorylation de Bora et de SPAT-1 par Cdk1 sur les résidus S41, S112, S137 et S119, S190, T229 respectivement, est nécessaire à leur interaction avec Plk1/PLK-1, déclenchant ensuite l’activation de Plk1/PLK-1 et l’entrée en mitose. Ces résultats démontrent que Bora/SPAT-1 phosphorylée fait partie de la boucle d’auto-amplification de Cdk1-Cycline B via l’activation de Plk1, permettant à terme d’activer de façon irréversible les acteurs de l’entrée en mitose. Par la suite, je me suis focalisée sur le rôle de PLK-1 dans la rupture de l’enveloppe nucléaire en utilisant l’embryon de C. elegans comme système modèle. Après avoir démontré que PLK-1 est cruciale pour la rupture de l’enveloppe nucléaire dans les embryons, j’ai observé une localisation de PLK-1 à l’enveloppe nucléaire avant sa rupture et j’ai identifié un complexe de nucléoporines impliqué dans ce processus. En effet, NPP-1, NPP-4 et NPP-11 dont la fonction est de réguler le transport nucléo-cytoplasmique, ont également un second rôle dans le recrutement de PLK-1 aux pores nucléaires. PLK-1 interagit avec ses substrats phosphorylés par deux types de mécanismes d’amorçage Plk1-dépendant et indépendant, impliquant une autre kinase en amont comme Cdk1-Cycline B par exemple. J’ai montré que le recrutement de PLK-1 aux pores dépend des deux mécanismes, nécessitant donc une coordination entre Cdk1-Cycline B et PLK-1. Une fois que PLK-1 est au centre du pore nucléaire, elle peut alors probablement phosphoryler de nombreuses nucléoporines et participer au désassemblage des pores, conduisant à la rupture de l’enveloppe nucléaire
During cell division, a mother cell duplicates (interphase) and then segregate its genetic material equally between the two daughter cells (mitosis). Between these two stages, the cell undergoes a drastic reorganization governed by the major actor Cdk1-Cyclin B, leading to mitotic entry. The activation of this kinase is regulated by an auto-amplification loop where the first molecules of Cdk1-Cyclin B stimulate activation of the following. Plk1 kinase has been shown to initiate this self-amplification loop by stimulating activators and repressing upstream Cdk1-Cyclin B inhibitors. For this kinase to be fully active, it must itself be activated by Aurora A, in the presence of its coactivator Bora. It is crucial to understand how all these actors coordinate in space and time to trigger mitotic entry because a disruption could lead to a segregation of anarchic DNA, leading to the formation of tumors and the appearance of cancers. During my thesis, I first contributed to demonstrate a conserved mechanism of Plk1 activation in human cells and in C. elegans (PLK-1), involving the coactivator Bora or SPAT-1 in C. elegans. We have shown that the phosphorylation of SPAT-1 by Cdk1-Cyclin B induces its interaction with PLK-1, which promotes the phosphorylation of PLK-1 by Aurora A and thus its activation in vitro. This phosphory-dependent mechanism of SPAT-1 is important in vivo for controlling the entry into mitosis over time. In addition, activation of Plk1 in vitro with human proteins strongly suggests conservation of the mechanism. We then showed that the phosphorylation of Bora and SPAT-1 by Cdk1 on residues S41, S112, S137 and S119, S190, T229 respectively, is necessary for their interaction with Plk1 / PLK-1, then triggering the activation of Plk1 / PLK-1 and mitotic entry. These results demonstrate that phosphorylated Bora / SPAT-1 is part of the self-amplification loop of Cdk1-Cyclin B via the activation of Plk1, ultimately enabling irreversible activation of the actors of mitotic entry. Subsequently, I focused on the role of PLK-1 in nuclear envelope breakdown using the C. elegans early embryo as a model system. After demonstrating that PLK-1 is crucial for the nuclear envelope breakdown in embryos, I observed a localization of PLK-1 to the nuclear envelope before its rupture and I identified a nucleoporin complex involved in this process. Indeed, NPP-1, NPP-4 and NPP-11 whose function is to regulate nucleo-cytoplasmic transport, also have a second role in the recruitment of PLK-1 to nuclear pores. PLK-1 interacts with its phosphorylated substrates by two types of Plk1-dependent and independent priming mechanisms, involving another upstream kinase such as Cdk1-Cyclin B for example. I have shown that the recruitment of PLK-1 to the pores depends on both mechanisms, thus requiring coordination between Cdk1-Cyclin B and PLK-1. Once PLK-1 is at the center of the nuclear pore, it can probably phosphorylate many nucleoporins and participate in the disassembly of pores, leading to tnuclear envelope breakdown