Regulation of RhoGTPases family : implication in cell migration and invasion

Les GTPases de la famille Rho sont les principaux régulateurs du remodelage du cytosquelette d’actine lors de la migration et l’invasion cellulaire. En particulier, deux membres de cette famille sont importants dans ce processus : les GTPases RhoA et Rac1. En effet, il existe une balance d’activité de ces GTPases, responsables respectivement de la contraction cellulaire et de la formation d’extensions cytoplasmiques, des étapes clefs de la migration. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier la régulation de ces protéines dans la migration et l’invasion cellulaire. Pour cela, plusieurs stratégies ont été entreprises. Tout d’abord, une étude structure/fonction de la protéine p190RhoGAP-A (p190A), un des régulateurs majeurs de la GTPase RhoA, a été réalisée. Cette étude a permis de mettre en évidence un domaine, appelé PLS pour « protrusion localization sequence », permettant à cette protéine de se localiser au niveau des extensions membranaires appelées « replis membranaires » et « lamellipodes » où RhoA est régulée localement. D’autre part, un mutant délété de ce domaine, appelé PLSp190A, ne peux pas se localiser au niveau de ces structures et a un impact négatif sur leur formation et la migration cellulaire. De plus, l’analyse de ce mutant a révélé que le domaine PLS était impliqué dans la régulation négative de p190A. Ainsi, nous avons mis en évidence un nouveau domaine de p190A responsable de sa localisation intracellulaire et de sa fonction. La deuxième partie de ce travail de thèse a été consacrée à la mise en place d’un outil de mesure de l’activité des GTPases Rho par la technologie Alphascreen. Ce test a permis de mesurer l’activité de Rac1 in vitro et in cellulo mais a également été appliqué à un crible en vue d’identifier de nouvelles molécules régulatrices de Rac1. Ainsi, ce travail de thèse, en abordant par plusieurs angles la régulation des GTPases de la famille Rho, a permis d’apporter des informations et des outils pour la compréhension des mécanismes complexes régissant la capacité des cellules à se mouvoir dans leur environnement.RhoGTPases are major regulators of the actin cytoskeleton during cell migration and invasion. Particularly, the two members of the RhoGTPase family, RhoA and Rac1 play important roles in these processes. Indeed, a reciprocal balance between these GTPases’activity that leads to cell contraction and cell protrusion formation, determines cell movement. The aim of this PhD thesis was to study the regulation of RhoA and Rac1 during cell migration and invasion. To this end, various strategies were undertaken.We first performed a structure/function analysis of p190RhoGAP-A (p190A), a major negative regulator of RhoA. This led to the identification of a protrusion localization sequence (“PLS”) necessary and sufficient for p190A targeting to actin-based structures. A p190A mutant deleted of the PLS domain (PLS), does not localize to ruffles and lamellipodia, where RhoA is locally regulated during cell migration. This analysis also revealed that the PLS is required for the negative regulation of p190A activity. Finally, p190APLS expression has a dominant negative effect on the formation of actin protrusions and cell migration. Thus, we identified a novel functional domain of p190A required for its proper subcellular localization and functions. The second part of this PhD thesis was focused on the design of an Alphascreen technology-based assay to study GTPases activity. This assay allowed the measurement of Rac1 activity in vitro and in cellulo. Moreover, we used this assay to screen for new regulators of Rac1 activity. In conclusion, this work provides new insights and new tools for the understanding of RhoGTPase involvement in cell migration