Regulation of signal tranducer and activator of transcription-1 and cell death by mammalian target of Rapamycin

Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a highly-conserved serine/threonine kinase that permits anabolic responses to mitogens and metabolic substrates (e.g., insulin, amino acids, ATP). When its activity is reduced, TOR can also initiate catabolic responses. In S. cerevisiae, nutrient or physical stress initiates a transcriptional stress response that requires the TOR-associated phosphatases and the nuclear translocation of stress transcription factors. In this thesis, I explore a novel physical and functional relationship between mammalian TOR, its associated phosphatases, and 'signal transducer and activator of transcription -1' (STAT1), a key transcription factor that controls the induction of apoptosis genes. I hypothesized that inactivation of mTOR favours the nuclear import of STAT1 in a mechanism that requires its associated phosphatases alpha4 and ‘protein phosphatase 2A catalytic subunit' (PP2Ac), as well as the STAT1 importin karyopherin alpha-1 (KPNA1). Here, I show that mTOR, alpha4, PP2Ac, KPNA1, and STAT1 are physically associated in a dynamic macromolecular protein complex. The mTOR inhibitor rapamycin promotes STAT1 nuclear import and the induction of STAT1-dependent apoptosis genes in a mechanism that requires alpha4, PP2Ac, and KPNA1. I further show that STAT1 is required for the enhancing effect of rapamycin on apoptosis per se in cultured cells exposed to pro-inflammatory STAT1 agonists (i.e., bacterial lipopolysaccharide, interferon-beta). Finally, I demonstrate that rapamycin enhances the levels of activated STAT1, STAT1-dependent apoptosis genes, cellular apoptosis, and tissue injury in the lungs of mice exposed to intratracheal lipopolysaccharide. Thus, in mammalian cells, reduction of mTOR activity favours cellular apoptosis and organ injury via a mechanism that involves a physical and functional interaction with STAT1. The molecular mechanisms that mediate the regulation of STAT1 by mTOR are targets for the modulation of mammalian apoptosis and tissue injury.mTOR (mammalian target of rapamycin), la cible de la rapamycine chez les mammifères, est une kinase de type sérine-thréonine très bien conservée à travers les phyla, qui est responsable de la réponse aux mitogènes anabolisants et aux substrats métaboliques tel que l'insuline, les acides aminés et l'ATP. Une réduction de l'activité de TOR peut également permettre l'initiation de réponses cataboliques. Chez S. cerevisiae, le stress physique et la déficience en éléments nutritifs induisent une réponse transcriptionnelle qui nécessite des phosphatases associées à TOR ainsi que la translocation nucléaire de facteurs de transcriptions dépendant de la réaction aux éléments de stress. Dans cette thèse, j'explore une nouvelle interaction physique et fonctionnelle entre mTOR, ses phosphatases associées et le transducteur de signalisation et activateur de transcription-1 (STAT1), un facteur de transcription contrôlant l'induction des gènes de l'apoptose. J'émets l'hypothèse que l'inactivation de mTOR promeut l'importation de STAT1 au noyau en adoptant un mécanisme nécessitant l'interaction avec ses phosphatases associées; la phosphatase alpha4 et la phosphatase 2A sous-unité catalytique (PP2Ac), ainsi que STAT1 kariophérine importine-alpha1 (KPNA1). Ces résultats démontrent que mTOR, alpha4, PP2Ac, KPNA1 et STAT1 interagissent physiquement et forment un complexe protéique macromoléculaire dynamique. La rapamycine, l'inhibiteur de mTOR, promeut la translocation nucléaire de STAT1 et l'induction de la transcription des gènes de l'apoptose STAT1-dépendant selon un mécanisme nécessitant alpha4, PP2Ac et KPNA1. De plus je démontre que STAT1 est nécessaire pour renforcer l'effet de la rapamycine sur l'apoptose sur des cellules en culture exposées à des agonistes de STAT1 à caractère pro-inflammatoire (c.-à-d lipopolysaccharide bactérien et interféron-beta). Enfin, je démontre que la rapamycine augmente le niveau de STAT1 actif, l'expression des gènes de l'apoptose STAT1-dépendant, l'apoptose cellulaire et les lésions tissulaires dans les poumons de souris auxquelles du lipopolysaccharide a été administré par voie intratrachéale. Ainsi, dans les cellules mammifères, la réduction de l'activité de mTOR résulte en une augmentation de l'apoptose cellulaire et des lésions tissulaires par l'intermédiaire d'un mécanisme impliquant une interaction physique et fonctionnelle avec STAT1. Les mécanismes moléculaires contrôlant la régulation de STAT1 par mTOR sont des cibles importantes pour la modulation de l'apoptose et des lésions tissulaires chez les mammifères