La kinase STK38 contrôle la distribution subcellulaire de partenaires en phosphorylant le domaine d'auto-inhibition de XPO1

par Alexandre Martin

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Jacques Camonis.

Soutenue le 28-03-2019

à Paris Sciences et Lettres (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Unité de génétique et biologie des cancers (laboratoire) , Institut Curie (Paris) (établissement opérateur d'inscription) et de Unité de génétique et biologie des cancers (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Eychène.

Le jury était composé de Jacques Camonis, Alain Eychène, Etienne Morel, Sophie Pattingre, Patrice Codogno, Carine Joffre.

Les rapporteurs étaient Etienne Morel, Sophie Pattingre.


  • Résumé

    STK38 est une sérine/thréonine kinase appartenant à la voie de signalisation Hippo et possédant de multiples fonctions dans des cellules tant normales que cancéreuses. De précédents travaux, réalisés par notre équipe et par des collaborateurs, ont permis d’identifier le rôle central de STK38 dans la progression du cycle cellulaire, la duplication centrosomale, l’apoptose, ainsi que l’activité transcriptionnelle. De façon importante, STK38 a été caractérisée comme agissant en aval des protéines Ral (des effecteurs de la famille de protéine Ras) dans deux processus cellulaires nécessaires au maintien de l’homéostasie cellulaire se trouvant souvent dérégulés dans les cellules cancéreuses. D’un côté, STK38 établis un pont à la croisée des voies de signalisation Ral-Ral et Hippo en régulant positivement l’autophagie. D’un autre côté, STK38 est indispensable à la résistance des cellules cancéreuses à l’anoïkis lors du détachement de la matrice extracellulaire. Ces observations montrent l’implication de STK38 dans des processus cellulaires, semblant n’avoir aucun lien entre eux, régulas par diverses cascades de signalisation.Dans ce travail, nous avons découvert que STK38 interagit avec différents partenaires protéiques, pour un total de plus 250 protéines identifiées, en fonction du contexte cellulaire. Dans le détail, nous avons trouvé que STK38 augmente son association avec des protéines cytoplasmiques lors de l’autophagie induite par carence nutritive, alors que STK38 augmente son association avec des partenaires nucléaires, au détriment de partenaires cytoplasmiques, lors du détachement à la matrice extracellulaire. Nous avons découvert que STK38 navigue entre le noyau et le cytoplasme, en fonction du contexte cellulaire, sous la dépendance de XPO1. Nous avons caractérisé STK38 comme le tout premier activateur de XPO1 via la phosphorylation du domaine auto-inhibiteur de XPO1, phosphorylation nécessaire à la présentation de sa région de liaison du cargo. En plus de décider de sa propre disponibilité subcellulaire, STK38 régule également l’export nucléaire d’effecteurs protéiques, telles que Beclin1, YAP1 et Centrin, effecteurs ayant été caractérisé comme impliqués dans certaines fonctions liées à STK38.Ces résultats révèlent que de multiples fonctions cellulaires, semblant régulées par une unique protéine, une kinase dans notre cas, STK38, peuvent en fait être expliquées par un mécanisme moléculaire unique : réguler la distribution subcellulaire d’effecteurs clés en modulant l’activité exportatrice de XPO1 via la phosphorylation de sa région auto-inhibitrice.

  • Titre traduit

    The STK38 kinase regulates the subcellular distribution of downstream partners by phosphorylating the auto-inhibitory domain of XPO1


  • Résumé

    The Hippo pathway STK38 serine/threonine protein kinase is implicated in multifarious biological processes in both normal and cancer cells. Previous work performed by our team and collaborators have identified the central role of STK38 in cell cycle progression, centrosome duplication, apoptosis, and transcriptional activity. Importantly, STK38 has been characterized to act downstream of the Ral proteins (effectors of Ras proteins family) in two cellular processes required for proper cellular homeostasis and deregulated in cancer cells. On one hand, STK38 establish a bridge between the Ras-Ral and Hippo transduction pathways by positively regulating autophagy. On the other hand, STK38 is required for anoïkis resistance in Ras-driven cancer cells. All these observations reveal the implication of STK38 in unrelated cellular functions regulated by diverse transduction pathways.In this work, we discovered that STK38 associates with more than 250 identified interactors, depending on the cellular context. In details, we found that STK38 increases its association with cytoplasmic proteins upon nutrient starvation-induced autophagy, while STK38 increases its interaction with nuclear proteins to the detriment of cytoplasmic ones upon ECM detachment. Furthermore, we discovered that STK38 shuttles between the nucleus and the cytoplasm depending on the context in a XPO1-dependent manner. We characterized STK38 as the first activator of XPO1 by phosphorylating XPO1’s auto-inhibitory domain: this phosphorylation being required for the presentation of XPO1’s cargo docking site. In addition of being its own gatekeeper, STK38 regulates the subcellular distribution of several effectors, such as Beclin1, YAP1, and Centrin, effectors that play a crucial role in STK38-related well characterized functions.Taken together, these results presented in this work reveal that multifarious functions harboured by a single protein, a kinase in our case, STK38, can be explained by a unique molecular mechanism: regulating the subcellular distribution of key effectors by modulating XPO1 export activity through phosphorylation of its auto-inhibitory domain. STK38 is in charge of controlling the supply chain of components of these machineries assembled in the cytoplasm.


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