AbstractsBiology & Animal Science

A system biology approach to uncover the regulatory and effector hubs of Rac-family GTPases

by Qi Yang




Institution: McGill University
Department: Department of Medicine
Degree: MS
Year: 2014
Keywords: Biology - Molecular
Record ID: 2040610
Full text PDF: http://digitool.library.mcgill.ca/thesisfile121446.pdf


Abstract

Rho-family proteins are a major branch of the Ras superfamily of small GTPases. These proteins can be further subdivided into six subfamilies according to primary amino acid sequence identity, structural motifs and biological function: Rho, Cdc42, Rac, RhoBTB, RhoT and Rnd subfamily. Rho-family proteins are "molecular switches" and cycle between GDP-bound "inactive" state and GTP-bound "active" state by regulation of guanine nucleotide exchange factors (GEFs) and GTPases-activating proteins (GAPs). Rho GTPases have a large collection of effectors and are involved in numerous cellular and physiological processes, such as cytoskeletal reorganization, microtubule dynamics, cell polarity, gene expression and cell cycle progression. However, it is poorly understood how Rho GTPases select specific effectors for diverse physiologic functions. We hypothesize that the specificity of effector choice is dictated by the individual GEF or by scaffold proteins binding either the GEF or the Rho proteins. To test this hypothesis, I used a system biology approach which will determine the complete interactome of the Rac GTPases (Rac1, Rac2, Rac3, and RhoG) in their active and inactive conformation. Through this method, we tried to discover new Rac effectors, possible molecular scaffolds and the Rac:GEF and Rac:GAP specificity. Les protéines de la famille Rho forment une branche majeure de la superfamille des petites GTPases Ras. Ces protéines peuvent être subdivisées en six sous-familles selon leur identité de séquence d'acides aminés primaires, leur motifs structuraux et leur fonction biologique, soient les sous-familles: Rho, Cdc42, Rac, RhoBTB, RhoT et Rnd. Les petites GTPases agissent comme des "interrupteurs moléculaires" soit qu'elles vont osciller entre un état "inactif" (GTPase-GDP) et un état "actif" (GTPase-GTP), et ce cycle est régulé par des facteurs d'échange de nucléotides guanine (GEFs) et des protéines activatrices de GTPases (GAPs). Les GTPases Rho ont une multitude d'effecteurs et elles sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires et physiologiques, tels que la réorganisation du cytosquelette, la dynamique des microtubules, la polarité cellulaire, l'expression génique et la progression du cycle cellulaire. Cependant, il est encore mal compris comment les GTPases Rho sélectionnent des effecteurs spécifiques pour les différentes fonctions physiologiques. Nous émettons l'hypothèse que le choix de l'effecteur est dictée par la GEF impliquée ou par une protéine d'échafaudage qui est soit liée à la GEF ou à la GTPase. Pour tester cette hypothèse, j'ai utilisé une approche de la biologie des systèmes qui déterminera l'interactome complet des GTPases Rac (Rac1, Rac2, RAC3 et RhoG) dans leur conformation active et inactive. Grâce à cette méthode, nous avons essayé de découvrir des nouveaux effecteurs de Rac, des protéines d'échafaudage, ainsi que des GEFs et des GAPs spécifiques pour Rac.