3) PDZRN3 E3 Ubiquitin Ligase
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THÈSE PRÉSENTÉE POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE BORDEAUX ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTE SPÉCIALITÉ BIOLOGIE CELLULAIRE ET PHYSIOPATHOLOGIE Par Raj Nayan SEWDUTH CARACTERISATION DE L’UBIQUITINE LIGASE PDZRN3 EN TANT QUE NOUVEL ACTEUR DES VOIES WNT DANS LA MORPHOGENESE ET L’INTEGRITE VASCULAIRE CHARACTERIZATION OF THE UBIQUITIN LIGASE PDZRN3 AS A NOVEL ACTOR OF WNT PATHWAYS IN VASCULAR MORPHOGENESIS AND INTEGRITY Sous la direction de : Dr Cécile DUPLAA (Directeur de Recherche) Soutenue le 18 Novembre 2014 Membres du jury : Pr Elisabeth Tournier Professeur Des Universités/ Practicien Hosptialier Rapporteur Laserve Hopital Lariboisière/Fernand Vidal – Inserm Dr Stéphane Germain Directeur De Recherche– Collège De France/ Inserm Rapporteur Dr Nathalie Macrez Chargée De Recherche– Institut Des Maladies Neurodégénératives/ Cnrs Examinateur Dr Nathalie Sans Chargée De Recherche– Neurocentre Magendie/ Inserm Invité Characterisation De L’ubiquitine Ligase PDZRN3 En Tant Que Nouvel Acteur Des Voies Wnt Dans La Morphogenese Et L’integrite Vasculaire Résumé : Parmi les récepteurs Frizzled, Frizzled 4 est le seul à avoir un phénotype vasculaire fort. Par criblage, nous avons identifié l’ubiquitine ligase PDZRN3 en tant que nouveau partenaire de la protéine adaptatrice Dvl3 qui agit en aval de Fzd4. En utilisant des modèles murins inductibles, nous montrons que la délétion de PDZRN3 induit une létalité embryonnaire suite à des défauts de vascularisation du sac amniotique ; et que PDZRN3 est requis pour une vascularisation normale de la rétine. De par son activité d’ubiquitine ligase, PDZRN3 induit la prise en charge du complexe Fzd4/ Dvl3 par les vésicules d’endocytose ce qui permet la transduction du signal après fixation du ligand Wnt5a sur le récepteur Fzd4. PDZRN3 régule également le maintien des jonctions des cellules endothéliales et l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique. La délétion de PDZRN3 stabilise les microvaisseaux après ischémie cérébrale. PDZRN3 induit la disruption des jonctions serrées et la rupture de la barrière hématoencéphalique en ubiquitinant la protéine d’échafaudage MUPP1. Mots-clés: PDZRN3, Wnt/ Frizzled, endocytose, ubiquitinylation, angiogenèse, permeabilité, developpement, barrière hémato-encéphalique. Characterization Of The Ubiquitin Ligase PDZRN3 As A Novel Actor Of Wnt Pathways In Vascular Morphogenesis And Integrity Abstract : Fzd4 is the only Frizzled receptor that is essential for angiogenesis. By using a yeast two hybrid screening, we have identified the ubiquitin ligase PDZRN3 as a potential partner of the adaptor protein Dvl3 that acts downstream of Fzd4. By using inducible mouse models, we have shown that loss of PDZRN3 leads to early embryo lethality due to vascular defects in the yolk sac when deleted in utero, and is then required during post natal retinal vascularization. PDZRN3 would target the Fzd4/ Dvl3 complex to endosome, leading to signal transduction upon binding of Wnt5a to Fzd4. PDZRN3 also regulates integrity of the blood brain barrier by acting on tight junctions stability. Loss of PDZRN3 stabilizes microvessels after cerebral ischemia. PDZRN3 would induce tight junction disruption and blood brain barrier leakage by ubiquitinylating the scaffolding protein MUPP1. Key words: PDZRN3, Wnt/ Frizzled, endocytosis, ubiquitinylation, angiogenesis, permeability, development, blood brain barrier. Inserm U1034 Adaptation Cardiovasculaire à l’Ischémie 1 Avenue de Magellan, 33600 Pessac 189 REMERCIEMENTS A tous les membres du jury, je vous remercie d’avoir accepté de juger ce travail Je remercie tout le laboratoire pour leur soutien ; Catherine, Béatrice, Myriam, Annabel et Jérome pour leur aide technique ; Christelle pour son aide au niveau administratif ; Aude, Claire, Nathalie, Marie-Lise et Laura pour leur bonne humeur ; Dr Marie-Ange Renault, Pr Pascale Dufourcq et Pr Thierry Couffinhal pour leur conseils et Dr Cécile Duplàa pour son encadrement au cours de ce travail. Un merci aux étudiants en Master qui ont contribué au projet, Béatrice Desmoures, Nicolas Fritsch, Vincent Jecko et Robin Tellier. Je tiens finalement à remercier mes parents et mes amis pour leur support moral. Je remercie tout spécialement Delphine pour son soutien tout le long de ce parcours. 1 TABLE OF CONTENTS REMERCIEMENTS .......................................................................................................................... 1 TABLE OF CONTENTS ................................................................................................................... 2 LIST OF FIGURES ............................................................................................................................ 5 ABBREVIATIONS ........................................................................................................................... 10 AVANT-PROPOS ............................................................................................................................. 12 INTRODUCTION ............................................................................................................................ 14 CHAPTER I. WNT SIGNALING AND ANGIOGENESIS ........................................................................... 15 1) The Wnt pathways ............................................................................................................... 15 a) The Wnt pathways .......................................................................................................... 16 b) Wnt (wingless-type MMTV integration site family) Factors ......................................... 19 c) Fzd receptors ................................................................................................................... 24 d) Coreceptors of Fzd proteins ............................................................................................ 28 e) Downstream effectors of Wnt signaling ......................................................................... 32 2) Wnt signaling as a regulator of vascular development ...................................................... 37 a) Wnt signaling is implicated in angiogenesis during development and in pathology ...... 37 b) Molecular mechanisms of regulation of angiogenesis/cell migration by Wnt signaling 46 CHAPTER II. REGULATION OF WNT SIGNALING BY ENDOCYTOSIS AND UBIQUITINYLATION.............. 51 1) Endocytosis as a regulator of Wnt signaling ...................................................................... 51 a) Role of the early endosome in signal transduction ......................................................... 51 b) Role of the early endosome in Wnt signaling ................................................................. 52 c) Caveolin and Clathrin mediated endocytosis would regulate balance between Wnt pathways ........................................................................................................................................ 53 d) Role of the endocytosis in Wnt signaling during development ...................................... 55 2) Ubiquitinylation as a regulator of Wnt signaling ............................................................... 56 a) Role of ubiquitylation in protein stability or function .................................................... 56 b) Ubiquitinylation of Fzd proteins ..................................................................................... 57 c) Ubiquitinylation of Dvl proteins ..................................................................................... 58 d) Ubiquitinylation of catenin ......................................................................................... 60 3) PDZRN3 E3 ubiquitin ligase .............................................................................................. 61 a) Identification of PDZRN3 ............................................................................................... 61 b) Structure and Function of PDZRN3 E3 ubiquitin ligase ................................................ 62 c) PDZRN3 is a member of the LNX family of protein ..................................................... 64 CHAPTER III.WNT SIGNALING AND VASCULAR INTEGRITY ............................................................... 65 1) Wnt signaling regulates endothelial permeability in the Blood brain barrier ................... 65 a) Wnt signaling as a regulator of brain vessels permeability ............................................ 65 b) Wnt signaling as a regulator of brain vessels function in pathologies ............................ 69 2) Molecular mechanisms of regulation of vascular permeability by Wnt signaling ............. 71 a) Structure of the tight junctions ........................................................................................ 71 b) Interplay between catenin and ZO1 ........................................................................... 73 c) Interplay between c-Jun and ZO2 ................................................................................... 75 3) MUPP1 acts as a bridge between TJ and Wnt signaling ................................................... 77 2 a) MUPP1 is important for tight junctions stability ............................................................ 77 b) MUPP1 acts as a scaffold in the Crumbs complex ......................................................... 78 c) MUPP1 as a bridge between Tight Junctions and Crumbs complex .............................. 80 METHODS .......................................................................................................................................