Novel mechanisms of regulation of the Cdc42 GTPase- activating protein CdGAP/ARHGAP31, a protein involved in cell migration and adhesion

• Main Author: Primeau, Martin
• Other Authors: Nathalie Lamarche (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Biology - Molecular
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=96901

The Rho GTPases form a family of enzymes that control numerous cellular processes including cell migration and proliferation through effects on the cytoskeleton, membrane trafficking and cell adhesion. The activity of these molecular switches is modulated by GTPase-activating proteins (GAPs), a group of negative-regulators which includes Cdc42-GTPase-Activating Protein (CdGAP). This protein specifically negatively-regulates the Rho GTPases Cdc42 and Rac1. In this study, we show that CdGAP is regulated by lipid-, protein- and intramolecular-interactions. First, we demonstrate that a polybasic region (PBR) of CdGAP preceding the GAP domain and found in numerous Rho family GAPs is required for CdGAP specific association with phosphatidilinositol-3,4,5-trisphosphate (PI(3,4,5)P3). We show that the binding of PI(3,4,5)P3 is required for CdGAP-mediated GAP activity in vitro, and that an intact PBR is required for its CdGAP-mediated GAP activity in vivo. Second, we characterize the binding site for the negative-regulator of CdGAP Intersectin-1 located in the Basic-Rich (BR) domain of CdGAP. We present evidence that this interaction mediated by the SH3D domain of Intersectin requires one to three lysine residues located in the Basic-Rich (BR) domain of CdGAP. Thirdly, we show that CdGAP is negatively-regulated by its C-terminal domain. This observation is part of a study that links two human CdGAP gene mutations to a syndrome which presents a combination of aplasia cutis congenita (ACC) and terminal transverse limb defects (TTLD). In this syndrome, the deletion-mutant gene products which lack the residual amino-acid of CdGAP at its C-terminus have an increased activity compared to wild-type proteins. We show that this C-terminus can bind to the GAP domain of CdGAP, providing a model to explain how the absence of the C-terminus induces this syndrome. In summary, this work provides novel insight into understanding the mechanisms of regulation of CdGAP, a protein involved in cell migration and adhesion with unexpected roles related to human diseases. === Les Rho GTPases forment une famille d'enzymes qui contrôlent de nombreux processus cellulaires, tels que la migration cellulaire et la prolifération, grâce à leurs effets sur le cytosquelette, le trafic membranaire et l'adhésion cellulaire. L'activité de ces interrupteurs moléculaires est modulée par les protéines activatrices de GTPases (GAPs), un groupe de régulateurs négatifs qui inclu CdGAP (Cdc42-GTPase activating protein). Cette protéine régule négativement les Rho GTPases Cdc42 et Rac1 de façon spécifique. Dans la présente étude, nous montrons que CdGAP est régulée par des interactions lipidiques, protéiques et intramoléculaire. Premièrement, nous démontrons qu'une région polybasique (PBR), précédant le domaine GAP et retrouvée dans plusieurs GAP de la famille Rho, est requise pour l'association spécifique de CdGAP avec le phosphatidilinositol-3,4,5-trisphosphate (PI(3,4,5)P3). Nos résultats suggèrent que l'activation des GAP requiert la liaison du PI(3,4,5)P3 à CdGAP dans un contexte in vitro et un PBR intact pour que CdGAP provoque ses effets GAP-dépendants dans un contexte in vivo. Deuxièmement, nous caractérisons le site de liaison du régulateur négatif de CdGAP Intersectin-1. Ce site est localisé dans le domaine riche en résidus basiques (BR) de CdGAP. Nous suggérons que cette interaction, médiée par le domaine SH3D d'Intersectin, requiert de un à trois résidus lysine dans le domaine BR de CdGAP. Troisièmement, nous montrons que CdGAP est régulé de manière négative par son propre domaine C-terminal. Cette observation fait partie d'une étude qui associe deux mutations humaines du gène CdGAP à un syndrôme présentant une combinaison d'aplasie cutis congenita (ACC) et de malformation des doigts et des orteils (TTLD). Les gènes mutants produisent des protéines tronquées qui ont une activité GAP supérieure à la protéine de type sauvage. Nous montrons que ce C-terminal peut lier le domaine GAP de CdGAP, supportant un modèle expliquant comment l'absence du C-terminal induit ce syndrome. En bref, ce travail présente un nouvel aperçu des mécanismes de régulation de CdGAP, une protéine impliquée dans la migration cellulaire et dans l'adhésion des cellules en plus d'être directement impliquée dans une maladie humaine.