The NDR1 Kinase, a New Player in Oncogenic Signalling of Ral GTPases, Functions as a Linchpin Between Cancer Cell Survival and Death

par Audrey Bettoun

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Jacques Camonis.

  • Titre traduit

    La kinase NDR1, un nouvel acteur de la signalisation des RalGTases, fonctionne comme pivot entre la survie et la mort des cellules cancéreuses


  • Résumé

    Des mutations du gène Ras jouent un rôle essentiel dans le développement tumoral. Les GTPases Ral , RalA et RalB, sont des effecteurs proximaux de l’oncogène Ras. RalA permet la croissance en absence de substrat et RalB est nécessaire à l'autophagie et à la résistance à l'apoptose des cellules cancéreuses. Cette thèse a pour objectif de clarifier les mécanismes moléculaires de la signalisation Ral impliqués dans l’oncogenèse dépendante des protéines Ras.Des criblages par double hydride ont été effectués par notre équipe et un interactome de Ral a été établi. Ce criblage a montré une interaction entre des protéines de la signalisation Ral et la protéine NDR1, une kinase pro-apoptotique appartenant à la voie " suppresseur de tumeur" Hippo. Le Projet 1 montre la régulation de NDR1 par la voie RalA-Exocyste- MAP4K4 en réponse au stress osmotique, oxydatif ou au traitement par le TNF-α. Dans cette voie, la kinase MAP4K4, un effecteur de RalA, via le complexe exocyste active directement NDR1. En outre, nous avons montré que la voie RalA-MAP4K4-NDR1 était nécessaire à l'apoptose déclenchée par le TNF-α ou par la surexpression de RASSF1A, suppresseur de tumeur appartenant à la voie Hippo. Nous avons donc montré que RalA a un rôle pro-apoptotique inattendue qui agit via la kinase NDR1, en plus de son rôle connu de proto-oncogène en aval de Ras.Le projet 2 montre que la protéine kinase NDR1 est un régulateur de l'autophagie. Des criblages par double hydride ont été effectués par notre équipe avec NDR1 comme appât et ont permis de montrer une interaction entre Beclin 1, une protéine majeure de l’autophagie, et NDR1. Nous avons montré que NDR1 était nécessaire à l'autophagie et à la formation des autophagosomes chez l'humain et la Drosophile. De plus, NDR1 est nécessaire à la formation du complexe Exo84 de l'exocyste, Beclin1 et RalB nécessaire à l'initiation de l'autophagie. Nous montrons également que RalB régule l'état d'activation de NDR 1 après induction de l'autophagie. En effet, en absence de RalB, nous avons observé une hyper - activation de NDR1 menant les cellules vers l'apoptose. Ainsi nous avons montré que NDR1 joue le rôle d'interrupteur favorisant l'autophagie ou favorisant l'apoptose suivant son état d'activation.Le projet 3 étudie l'implication de la voie RalGTPases-NDR1 dans l'oncogenèse dépendante de Ras et dissèque par quels mécanismes NDR1 y contribue.


  • Résumé

    Constitutive Ras signalling is one of the most frequent oncogenic event in human cancers. Thus, it is imperative to identify new therapeutic options targeting downstream effectors of Ras signalling. Ras-like GTPases RalA and RalB are proximal effectors of oncogenic Ras. RalA was reported to support anchorage independent proliferation and RalB regulates autophagy and inhibits apoptosis of cancer cells. Ral proteins execute these functions via several direct effectors as the exocyst, an octameric complex originally identified as regulator of vesicles trafficking. The global goal of this PhD was to better decipher the molecular mechanisms underlying the functions of Ral GTPases in oncogenesis.To extend the Ral interactome, i.e. the protein-protein interaction network centered on Ral, we performed yeast-two hybrid screenings which led to the identification of the NDR1 kinase, belonging to the tumor suppressor Hippo pathway. NDR1 functions in oncogenesis were investigated in the context of three projects.In Project 1, we showed that NDR1-dependent apoptosis is regulated by a RalA/Exocyst/MAP4K4/NDR1 cascade. We reported that under osmotic or oxidative stresses or TNF-α treatment, the Ste20-like MAP4K4 kinase, an effector of RalA via the exocyst complex, directly activates NDR1. Moreover, we found that TNF-α treatment or overexpression of the tumor suppressor RASSF1A, which belongs to the Hippo pathway, leads to apoptosis through this RalA/Exocyst/MAP4K4/NDR1 pathway. This novel and unexpected pro-apoptotic role of RalA suggests that the RalA GTPase can positively signal in tumor suppressor pathways via the kinase NDR1, in addition to its proto-oncogenic role downstream of Ras. In Project 2, we described the NDR1 protein kinase as a conserved regulator of autophagy. Using NDR1 as bait in yeast two hybrid screens, we fished Beclin1, a key regulator of autophagy, and we validated the existence of a direct biochemical NDR1-Beclin1 interaction. We showed that NDR1promotes autophagosome formation in human cells and Drosophila larvae. Furthermore, we observed that NDR1 supports the interaction of the exocyst component Exo84 with Beclin1 and RalB, which is required to initiate autophagosome formation. Very interestingly, under prolonged autophagy, RalB depletion triggers hyperactivation of NDR1 resulting in NDR1-dependent apoptosis. Thus, it appears that the NDR1 kinase could act as a switch between autophagy (=survival) or apoptosis (=death), under the control of RalB. In Project 3, we addressed the role of the newly identified RalGTPases-NDR1axis in Ras - induced oncogenesis and tumorigenesis.


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