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Régulation de la macropinocytose constitutive dans les fibroblastes transformés par les oncogènes

by Amyere, Mustapha

Abstract (Summary)
Summary : Macropinocytosis refers to the formation of large primary endocytic vesicles of irregular size and shape, generated by actin-driven evaginations of the plasma membrane, whereby cells avidly incorporate extracellular solutes. Macropinosomes resemble "empty" phagosomes and show no difference with the "spacious phagosomes" triggered by the enteropathogenic bacteria Salmonella and Shigella. Macropinosomes are formed at the leading edge and appear tightly regulated. They may fuse with lysosomes or regurgitate their content back to the extracellular space. Transformation of fibroblasts by Src or Ras results into the constitutive formation of macropinosomes at "ruffling" zones. My thesis adresses the dynamic of the constitutive macropinocytosis and its potential regulators. The first part of the thesis deals with the fate of macropinosomes. We found that, in v-Src transformed fibroblasts, macropinosomes do not fuse with transferrin-containing endosomes and investigated the effects of cyclic AMP as a regulator of macropinocytosis in this cell system. The permeant analogs dibutyryl cyclic AMP and 8-bromo-cyclic AMP, as well as the pharmacological activator of adenylate cyclase, forskolin, similarly decreased by about 35% the net endocytic accumulation of the fluid-phase tracer, horseradish peroxidase, in v-Src-transformed cells but not in the non-transformed parental Rat-1 cell line. However, and in contrast to the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) inhibitors and phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PI-PLC), dibutyryl cyclic AMP neither returned the peroxidase accumulation rate of v-Src-transformed cells to that of parental Rat-1/control cells, nor prevented macropinosome formation, as shown by confocal microscopy. Detailed analysis of the kinetics of peroxidase entry and efflux in transformed cells revealed that dibutyryl cyclic AMP inhibited its accumulation only after intervals >5 minutes, due to accelerated regurgitation, but did not alter the rate of transferrin recycling. Taken together, these data indicate that, in v-Src-transformed fibroblasts, macropinocytosis and micropinocytosis serve different pathways and that cyclic AMP affects neither micropinocytosis nor the formation of macropinosomes, but selectively promotes regurgitation therefrom. The second part of my thesis deals with the regulation of macropinocytosis. Both transformation of Rat-1 fibroblasts by v-Src or K-Ras and stable transfection with an expression vector for wild-type PI3K regulatory subunit p85a, acting as dominant-positive PI3K, constitutively lead to stress fibers disruption, cortical actin recruitment, extensive ruffling and macropinosome formation, as measured by a selective acceleration of fluid-phase endocytosis. These alterations closely correlated with activation of PI3K and PI-PLC, as assayed by 3-phosphoinositides synthesis in situ and in vitro and IP3 steady state levels, respectively, and were abolished by stable transfection of Src-transformed cells with an expression vector for truncated p85a, acting as dominant-negative PI3K, as well as by pharmacological inhibitors of PI3K and PI-PLC, indicating requirement for both enzymes. These inhibitors strongly decreased the population of cells showing active membrane ruffling and did not detectably affect receptor-mediated endocytosis of transferrin. Interestingly, the effect of Src and dominant-positive p85a transfection on the actin cytoskeleton could be reversed within 30-60 min by the pharmacological inhibitor of PI3K, wortmannin. Whereas PI3K activation resisted PI-PLC inhibition by NCDC, PI-PLC activation was abolished by the PI3K inhibitor wortmannin and upon dominant-negative PI3K transfection, thus placing PI-PLC downstream of PI3K. Taken together, these data suggest that permanent sequential activation of both PI3K and PI-PLC is necessary for the dramatic reorganization of actin cytoskeleton in oncogene-transformed fibroblasts resulting into constitutive ruffling and macropinocytosis.Résumé : La macropinocytose désigne la formation de grandes vésicules endocytaires primaires de taille et de forme irrégulière, produites par évagination de la membrane péricellulaire, qui permet l'accumulation accélérée de solutés extracellulaires. Il existe une forte similitude entre les macropinosomes et les "phagosomes spacieux" induits par des bactéries entéropathogènes telles que Salmonella et Shigella. Les macropinosomes de forment préférentiellement au front de migration et peuvent fusionner avec les lysosomes ou recycler leur contenu vers le milieu extracellulaire (régurgitation). La transformation de fibroblastes Rat-1 par les oncogènes v-Src ou K-Ras induit la formation constitutive de macropinosomes au niveau des zones du "ruffling". Notre travail s'est intéressé à la dynamique de cette macropinocytose constitutive et à ses régulateurs potentiels. La première partie de ma thèse concerne le sort des macropinosomes dans les fibroblastes transformés par v-Src. Ceux-ci ne fusionnent pas avec les endosomes contenant la transferrine. Pour tester l'effet de l'AMP-cyclique sur cette macropinocytose, nous avons utilisé deux analogues perméants de l'AMPc, le dibutyryl AMP-cylique et le 8-bromo-AMP-cyclique, ainsi qu'un activateur de l'adénylate cyclase, la forskoline. Ces trois agents ralentissent d'environ 35% la vitesse de l'accumulation nette d'un traceur de l'endocytose fluide, la peroxydase de raifort, dans les cellules transformées par v-Src, mais n'ont pas d'effet dans la lignée parentale. Cependant, au contraire d'inhibiteurs de la phospho-inositide 3-kinase (PI3K) ou d'inhibiteurs de la phospholipase C spécifique du phosphatidylinositol (PI-PLC), le dibutyryl AMP-cyclique ne ramène pas le taux d'accumulation de la peroxydase des fibroblastes transformés par v-Src au niveau des fibroblastes parentaux et n'empêche pas la formation de macropinosomes, visualisée en microscopie confocale. L'analyse détaillée de la cinétique d'accumulation de la peroxydase dans les cellules transformées a révélé que le dibutyryl AMP-cyclique ralentit l'accumulation de la peroxydase seulement après un temps supérieur à 5 minutes, en accélérant sa régurgitation, sans affecter le recyclage de la transferrine. Ces résultats montrent clairement que, dans les fibroblastes transformés par v-Src, la macropinocytose et la micropinocytose sont deux voies distinctes et que l'AMP-cyclique n'affecte ni la micropinocytose, ni la formation de macropinosomes, mais active sélectivement la régurgitation à partir de ceux-ci. La seconde partie de ma thèse s'intéresse à la régulation de la formation des macropinosomes. La transformation des fibroblastes Rat-1 par les oncogènes v-Src ou K-Ras ainsi que la transfection stable par un vecteur d'expression de la sous-unité régulatrice sauvage p85a, créant un ²dominant-positif² de la PI3K, provoquent la destruction des câbles de tension, le recrutement de l'actine corticale et la formation du ²ruffling² qui génère les macropinosomes, ce qui est reflété par l'accélération sélective de l'endocytose en phase fluide. Ces altérations corrèlent étroitement avec l'activation de la PI3K et de la PI-PLC, mesurées par la production des phospho-inositides D3 in situ et in vitro et par le niveau de l'IP3 respectivement, et sont abolies après transfection stable par un vecteur d'expression pour la sous-unité p85a tronquée, agissant comme ²dominant-négatif² de la PI3K, ou après traitement des cellules avec les inhibiteurs pharmacologiques de la PI3K et de la PI-PLC. Ceci démontre que ces deux enzymes sont nécessaires dans la signalisation de la macropinocytose constitutive. Ces inhibiteurs diminuent fortement le pourcentage des cellules montrant un ²ruffling² membranaire mais n'affectent pas l'endocytose de la transferrine. La réorganisation du cytosquelette d'actine dans les cellules transformées par v-Src ou dans le ²dominant-positif² de la PI3K est reversée après 30 à 60 minutes de traitement par un inhibiteur de la PI3K, la wortmannine. L'activité de la PI3K n'est pas modifiée par le traitement des cellules avec un inhibiteur de la PI-PLC. En revanche, l'activité de cette dernière est abolie par les inhibiteurs de la PI3K et chez le ²dominant-négatif² de la PI3K. Ceci permet de placer la PI-PLC en aval de PI3K dans la même voie de signalisation de la macropinocytose. En conclusion, une activation permanente et séquentielle de la PI3K et de la PI-PLC est nécessaire au remodelage du cytosquelette d'actine qui produit le ²ruffling² membranaire et la macropinocytose constitutive dans les fibroblastes transformés.
Bibliographical Information:

Advisor:

School:Université catholique de Louvain

School Location:Belgium

Source Type:Master's Thesis

Keywords:transduction des signaux oncogènes macropinocytose

ISBN:

Date of Publication:09/21/2001

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