OBJECTIF : Les polymorphismes nucléotidiques simples (SNPs) situés sur des gènes impliqués dans la voie de signalisation des estrogènes semblent être associés au risque de cancer du sein et possiblement à la densité mammaire (DM) mais, à ce jour, peu de données sont disponibles au sujet de ces associations parmi les femmes pré-ménopausées. La présente étude examine l'association entre 11 polymorphismes situés sur cinq gènes reliés aux estrogènes (les récepteurs des estrogènes alpha (ERa) et bêta (ERP), le 17bêta-hydroxystéroïde déshydrogénase 1 (HSD17B1), le catéchol-O-méthyltransférase (COMT) et le cytochrome P450 1B1 (CYP1B1)) et la DM chez les femmes pré-ménopausées. L'effet modifiant de quatre facteurs associés aux estrogènes (la parité, l'âge à la ménarche, l'utilisation de dérivés hormonaux et l'indice de masse corporelle (IMC)) sur ces relations est aussi évalué. MÉTHODOLOGIE : Les polymorphismes ont été mesurés chez 741 femmes préménopausées pour lesquelles la DM a été déterminée en pourcentage de densité et en densité absolue (DA, cm2), à l'aide d'une méthode assistée par ordinateur. Des modèles de régression linéaire multivariés ont été utilisés pour examiner les associations entre l'augmentation du nombre d'allèles rares du SNP et la DM (Ptrend) ainsi que les interactions (Pi) RÉSULTATS : Aucun des SNPs n'a montré une association significative avec la DA. Par contre, le SNP rs1056836 CYP1B1 est associée à une diminution de la DA parmi les femmes nullipares (Ptrend=0.004), alors que parmi les femmes qui ont eu au moins une grossesse à terme, aucune relation significative n'est observée (Ptrend=0.62; Pi=0.02). Les analyses révèlent une association positive entre les SNPs rs598126 et rs2010750 du gène HSD17B1 et la DA chez les non utilisatrices de dérivés hormonaux (Ptrend=0.06 et Ptrend-0.04, respectivement), et une association négative parmi celles ayant déjà utilisé des dérivés hormonaux (Ptrend=0.04; Pi=0.02 et Ptrend=0.08; Pi=0.01, respectivement). Par ailleurs, une association négative est constatée entre le SNP rs598126 HSD17B1 et la DA chez les femmes ayant un IMC > 24.4 kg/m2 (Ptrend=0.01; Pi=0.02). Une diminution de la DA liée à chaque copie additionnelle de l'allèle rare du SNP rs4680 COMT, est limitée aux femmes n'ayant jamais utilisé de dérivés hormonaux (Ptrend=0.02; Pi=0.03) ou à celles ayant eu une ménarche après l'âge de 12 ans (Ptrend=0.03; Pi=0.02). Aucune association significative n'est observée entre les SNPs des gènes ERa ou ERb et la DA. Des résultats similaires, quoi que moins significatifs, sont observés lorsque le pourcentage de densité est utilisé comme variable dépendante. CONCLUSION : Les SNPs des gènes CYP1B1, COMT ou HSD17B1 semblent être associés à la densité mammaire chez certains sous-groupes de femmes stratifiées selon des facteurs reliés aux estrogènes. Nos résultats suggèrent que l'effet modifiant de facteurs reliés aux estrogènes soit considéré lorsque l'association entre les polymorphismes de gènes liés aux estrogènes et la DM chez les femmes pré-ménopausées est évaluée.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Les études chez l’humain et les modèles animaux ont montré que les œstrogènes exercent des effets bénéfiques importants sur le risque de développer la maladie de Parkinson. Bien que les œstrogènes soient neuroprotecteurs, leurs actions périphériques limitent actuellement leur utilisation pour le traitement ou la prévention de maladies neurodégénératives, d’où l’importance de trouver des stratégies alternatives qui reproduisent les effets favorables des œstrogènes mais minimisent les effets indésirables. Lors de cette thèse, nous avons montré que l’activation du récepteur membranaire des œstrogènes couplé aux protéines G (GPER1), un récepteur non-féminisant, est aussi puissante que le 17β-estradiol à protéger les neurones dopaminergiques de la toxicité du MPTP chez des souris mâles, un modèle de la maladie de Parkinson. La neuroprotection par le 17β-estradiol est perdue lorsque le GPER1 ou les récepteurs des œstrogènes (ER) α/β sont bloqués, montrant que les ERα/β et le GPER1 sont requis dans la protection des neurones dopaminergiques par le 17β-estradiol. Ces résultats suggèrent une potentielle interaction entre les ERα/β et le GPER1. Utilisant une approche pharmacologique, nos résultats montrent que le ERα interagit avec le GPER1 pour augmenter la signalisation d’Akt ainsi que les niveaux de Bcl-2 et du BDNF, et protéger les neurones dopaminergiques de l’effet toxique du MPTP. L’effet neuroprotecteur du GPER1 se fait indépendamment des ERα/β, quoique le GPER1 requière la collaboration des ERα/β pour augmenter les niveaux du BDNF. L’investigation du mécanisme d’action du raloxifène, un modulateur sélectif des récepteurs des œstrogènes utilisé en clinique, a révélé que le raloxifène agit par le GPER1 pour activer Akt, augmenter les niveaux de Bcl-2 et du BDNF, et protéger les neurones dopaminergiques et les niveaux plasmatiques d’androgènes. La progestérone, un stéroïde non-féminisant, possède également des propriétés neuroprotectrices chez les souris MPTP. De plus, nos résultats montrent que la progestérone, lorsqu’administrée après le MPTP, permet la récupération partielle des neurones dopaminergiques. Lors de cette thèse, nous avons montré l’effet neuroprotecteur de plusieurs composés qui pourraient servir de stratégies alternatives à l’utilisation des œstrogènes. L’investigation des récepteurs oestrogéniques impliqués dans la neuroprotection fournissent d’importantes informations pour le développement de nouvelles thérapies. / Studies in humans and animal models have shown that estrogens exert significant beneficial effects on the risk to develop Parkinson's disease. Although estrogens are neuroprotective, their peripheral actions currently limit their use for the treatment or prevention of neurodegenerative diseases, hence the importance of finding alternative strategies that mimic the beneficial effects of estrogen but minimize adverse effects. In this thesis, we have shown that activation of the membrane G protein-coupled estrogen receptor (GPER1), a non-feminizing receptor, is as potent as 17β-estradiol to protect dopaminergic neurons against MPTP toxicity in male mice, a model of Parkinson's disease. Neuroprotection by 17β-estradiol is lost when the GPER1 or estrogen receptors (ER) α/β are blocked, indicating that both ERα/β and GPER1 are required for the protection of dopaminergic neurons by 17β-estradiol. These results suggest a potential interaction between ERα/β and GPER1. Using a pharmacological approach, our results show that ERα interacts with GPER1 to increase Akt signaling, as well as the levels of Bcl-2 and BDNF, and protect dopaminergic neurons from the toxic effect of MPTP. However, the neuroprotective effect of GPER1 is independent of ERα/β, while GPER1 requires collaboration with ERα/β to increase BDNF levels. Investigation of the mechanism of action of raloxifene, a selective estrogen receptor modulator used in the clinic, has revealed that raloxifene acts through GPER1 to activate Akt, increasing the levels of Bcl-2 and BDNF, and protects dopaminergic neurons and plasma androgen levels. Progesterone, a non-feminizing steroid, has neuroprotective properties in MPTP mice. In addition, our results show that progesterone, when administered after MPTP, has rescued effects on dopaminergic neurons. In this thesis, we have shown the neuroprotective capacity of several compounds that could serve as alternative strategies to the use of estrogen. Investigation of estrogen receptors involved in neuroprotection provides important information for the development of new therapies.

La 17β-HSD1 catalyse l’activation de l’oestrogène le plus actif, l’estradiol, ainsi que la désactivation de la dihydrotestosterone, l’androgène le plus puissant. Cette enzyme est considé ré e comme une cible prometteuse pour le traitement des maladies dépendantes des oestrogènes. Malgré des décennies de recherches, aucun inhibiteur ciblant la 17β-HSD1 n’a encore atteint le stade clinique. De plus, le mécanisme de l’inhibition du substrat de la 17β-HSD1, qui peut être utilisé pour faciliter la conception d’inhibiteur, n’est toujours pas bien dé montré de maniè re structurelle. Ici, nous avons Co-cristallisé trois inhibiteurs de différence, à savoir l’EM- 139, le 2-MeO-CC-156 et le PBRM, avec la 17β-HSD1 et avons résolu ces structures cristallines. L’inhibiteur ré versible EM-139 s’est révélé moins stable dans le site de liaison aux stéroïdes, avec seulement la fraction du noyau stéroïdien de l’inhibiteur présentant une densité d’électron définissable. La fraction volumineuse de 7α-alkyle de l’inhibiteur, qui limite son activité anti-oestrogénique, n’est pas dé finie dans la densité électronique, peut compromettre l’effet inhibiteur de l’inhibiteur sur l’enzyme. Quant à l’inhibiteur réversible, le 2-MeO-CC-156, il interagit de maniè re similaire que le CC-156 avec l’enzyme. Cependant, avec la présence du groupe 2-MeO, le pouvoir inhibiteur de la 17β-HSD1 est nettement infé rieur à celui du CC-156. L’analyse du complexe ternaire PBRM avec la 17β-HSD1 montre clairement la formation d’une liaison covalente entre l’His221 et la chaîne laté rale bromoethyl de l’inhibiteur, donnant un aperç u des interactions molé culaires bé né fiques qui favorisent la liaison et l’avè nement de N-alkylation ulté rieur dans le site catalytique de l’enzyme. En outre, le groupe bromoethyl en position C-3 du PBRM justifie son profil non oestrogénique, ralentit son mé tabolisme et assure son action spé cifique de la 17β-HSD1 par la formation d’une liaison covalente avec Nε du ré sidu His221. Nous avons aussi Co-cristallisé la 17β-HSD1 avec l’oestrone ainsi qu’avec l’analogue de l’oestrone et du cofacteur NADP+, la structure a révélé un mode de liaison inversé de l’oestrone dans l’enzyme, jamais trouvé dans les complexes d’estradiol. L’analyse structurale a démontré que His221 est le résidu clé responsable de la réorganisation et de la stabilisation de l’oestrone liée de manière inversée, conduisant à la formation d’un complexe sans issue. Ainsi, sur la base du mécanisme d’inhibition du substrat et de l’analyse computationnelle, une novelle entité chimique (SX7) est proposé e qui peut inhiber la 17β-HSD1 et former un complexe sans issue. De plus, avec un grand nombre d’échantillons cliniques, nous avons dé montré la modulation et la corrélation d’expression significative de plusieurs enzymes clés de conversion des sté roïdes, supportant les 17β-HSD1 et 17β-HSD7 ré ductrices comme cibles prometteuses et la nouvelle thé rapie combiné e ciblant les 11β-HSD2 et 17β- HSD7 / Human 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) catalyzes the activation of the most potent estrogen estradiol as well as the deactivation of the most active androgen dihydrotestosterone, and is considered as a promising target for the treatment of estrogen-dependent diseases such as endometriosis, breast cancer, endometrial cancer and ovarian cancer. Despite decades of research, no inhibitor targeting 17β-HSD1 has yet reached the stage of clinical trials. Moreover, the structure-biological function of the substrate inhibition of 17β-HSD1, which can be used to facilitate the inhibitor design, is still not well demonstrated. Here we co-crystallized three different inhibitors, namely EM-139, 2-MeO-CC-156 and PBRM, with 17β-HSD1 and solved the structures of these complexes. The reversible inhibitor EM-139 showed high mobility in the steroid binding site with only its steroid core moiety could be defined in the electron density. The bulky 7α-alkyl moiety of the inhibitor, which guarantees its anti-estrogenic activity but unable to be defined in the electron density, may compromise the inhibitory effect of the inhibitor on the enzyme. As for the reversible inhibitor 2-MeO-CC-156, it interacts similarly to CC-156 with the enzyme. However, in the presence of the 2- MeO group, it shows much less inhibitory potency to 17β-HSD1 as compared to the CC-156. The analysis of the PBRM ternary complex with 17β-HSD1 clearly shows an unambiguous continuity of electron density from the side chain of His221 to the bound PBRM, demonstrating the formation of a covalent bond between the Nε of His221 and the C-31 (BrCH2) of the inhibitor. This result provides insight into beneficial molecular interactions that favor the binding and subsequent N-alkylation event in the enzyme catalytic site. Also, the bromoethyl group at position C-3 of the PBRM warrants its non-estrogenic profile, slows down its metabolism, and secures the specific action of 17β-HSD1 through the formation of a covalent bond with Nε of residue His221. Meanwhile, we co-crystallized 17β-HSD1 with estrone as well as with estrone and cofactor analog NADP+, revealed a reversely orientated binding mode of estrone in the enzyme, never found in reported estradiol complexes. Structural analysis demonstrated that His221 is the key residue responsible for the reorganization and stabilization of the reversely bound estrone, leading to the formation of a dead-end complex. Thus, based on the substrate inhibition mechanism and computational analysis, a chemical entity (SX7) is proposed that may inhibit 17β-HSD1 and form a dead-end complex. Furthermore, with large number clinical samples, we demonstrated the significant expression modulation and expression correlation of several key steroidconverting enzymes, supporting the reductive 17β-HSD1 and 17β-HSD7 as promising targets and the new combined therapy targeting 11β-HSD2 and 17β-HSD7.

"Thèse en cotutelle, Université Laval, Québec, Philosophiæ doctor (Ph. D.), Canada et Université Claude Bernard Lyon 1 Villeurbanne, France." / L’apnée du sommeil (AS) induit des variations constantes d'oxygénation artérielle (hypoxie intermittente – HI) qui affectent environ 5 à 7 % de la population. Il se produit une augmentation du stress oxydatif (production d’espèces réactives de l’oxygène - ROS), augmentant les risques cardiovasculaires, neurologiques et métaboliques. Les études épidémiologiques démontrent que la prévalence d'AS est inférieure chez les femmes que chez les hommes, mais après la ménopause la prévalence augmente pour atteindre le même niveau que chez les hommes. L'oestradiol (E2) est un puissant agent antioxydant, mais son rôle éventuel dans le traitement ou la prévention de l'AS n'est pas exploité. Toutefois, l’oestradiol (associé ou non à la progestérone) permet de réduire l'AS chez les femmes ménopausées. Les ROS peuvent être produites par les mitochondries, la NADPH oxydase et/ou la Xanthine oxydase. La mitochondrie est le plus important producteur de ROS (90% de l'oxygène consommé) et son dysfonctionnement est très préjudiciable. L’oestradiol est une cible de la mitochondrie à travers ses récepteurs nucléaires alpha et bêta (ERa et ERβ) qui sont capables de moduler le fonctionnement de la mitochondrie et diminuer la production de ROS. Nous avons testé l’hypothèse dans un modèle animal ovariectomisé exposé à une HI, que l’estradiol et ses agonistes spécifiques ERa et Erβ sont capables de limiter le stress oxydatif cérébral, la dysfonction mitochondriale et l’apparition des désordres systémiques. Nos résultats ont permis de montrer que l’estradiol est capable d’éviter l’augmentation de la pression artérielle et la survenue de désordres respiratoires causés par l’HI. De plus, l’HI augmente le stress oxydatif cérébral en augmentant l’activité d’enzymes pro-oxydantes et en diminuant l’activité d’enzymes antioxydantes. L’estradiol permet de prévenir l’augmentation du stress oxydatif. On retrouve également une dysfonction de la chaine respiratoire mitochondriale dans le cortex en HI qui est préservée de manière différente par le traitement avec les modulateurs sélectifs des récepteurs ERa et ERβ (SERMs). Nous avons montré que ERβ joue un rôle dans le contrôle cardio-respiratoire et la fonction mitochondriale dans le cerveau. Nos résultats apportent une meilleure compréhension du rôle de l’estradiol comme agent protecteur contre l’apnée du sommeil et ses conséquences associées. L’utilisation d’agonistes spécifiques nous renseigne sur le rôle que tient chaque récepteur dans la protection induite par l’estradiol contre la dysfonction mitochondriale. L’utilisation du remplacement hormonal avec de l’estradiol ou des SERMs peut constituer une thérapie efficace contre l’apnée du sommeil et ses conséquences. / Sleep apnea (SA) induces constant changes of arterial oxygenation (Intermittent hypoxia - IH) that affect about 5 to 7% of the general population. IH increases oxidative stress (production of reactive oxygen species – ROS) and lead to cardiovascular, neurological and metabolic risks. Epidemiological studies show that the prevalence of SA is lower in women than in men, but after menopause the prevalence increases to the same level that in men. Estradiol (E2) is a potent antioxidant, but its potential role in the treatment or prevention of SA is not exploited. However, estradiol (with or without progesterone) can reduce SA in postmenopausal women. ROS can be produced by mitochondria, NADPH oxidase and/or Xanthine oxidase. Mitochondria is the most important producer of ROS (90% of oxygen consumed) and its dysfunction is very detrimental. Estradiol is a target of mitochondria through its mitochondria alpha and beta (ERa et ERβ) that are able to modulate mitochondrial function and decrease ROS production. We tested the hypothesis in ovariectomized animal model exposed to IH, that estradiol and its specific receptor ERa and ERβ agonists are able to limit cerebral oxidative stress, mitochondrial dysfunction and the appearance of systemic disorders Our results have shown that estradiol is able to avoid the increase of blood pressure and the occurrence of respiratory disorders caused by IH. Furthermore, IH increases cerebral oxidative stress by increasing activity of pro-oxidant enzymes and decreasing activity of antioxidant enzymes. Estradiol prevents against the increase of oxidative stress. There is also a mitochondrial respiratory chain dysfunction in the cortex by IH, that is preserved differently by treatment with selective ERa and ERβ receptor modulators (SERMs). We have shown that ERβ plays an important role in cardiorespiratory control and mitochondrial function in the brain. Our results provide a better understanding of the role of estradiol as a protective agent against sleep apnea and its associated consequences. The use of specific agonists informs us on the role of each receptors in estradiol-induced protection against mitochondrial dysfunction. The use of hormone replacement with estradiol or SERMs may be an effective therapy against sleep apnea and its consequences.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'expression des récepteurs hormonaux, incluant les récepteurs d'œstrogènes (ER) et de progestérone (PR), sont des facteurs importants pour prédire la réponse à la thérapie hormonale adjuvante (THA) chez les patients atteints de cancer du sein (BC). Ces récepteurs jouent un rôle clé dans la régulation de la croissance cellulaire et de la réplication dans les tumeurs positives aux récepteurs hormonaux (HR). La présence ou l'absence de ces récepteurs peuvent avoir un impact significatif sur la réponse THA. Malgré l'importance de leur expression, une réponse insuffisante peut survenir en raison d'un faible pourcentage de cellules ER positives dans les tumeurs. Les études précédentes ont accordé peu d'attention à aux tumeurs faiblement ER positives (1-9% de cellules positives) et au bénéfice de la THA chez les patients ayant ce type de tumeurs. Par conséquent, l'objectif de ce mémoire de maîtrise est de comparer les caractéristiques et les résultats cliniques des patientes ayant des tumeurs avec une expression ER négative, faiblement positive et fortement positive en fonction de la réception de THA. Nous avons réalisé une étude de cohorte rétrospective incluant 5879 patientes diagnostiquées et suivies au Centre des maladies du sein (CMS) du CHU de Québec-Université Laval. Le CMS maintient un registre local des patients suivis par les cliniciens du centre depuis 1975. Les patientes de l'étude ont été diagnostiquées et traitées entre janvier 1995 et janvier 2011 et suivies jusqu'en décembre 2011. Les résultats des modèles de régression de Cox ont montré que les taux de survie par cancer du sein et de survie globale à 15 ans étaient significativement plus faibles chez les patientes ayant des tumeurs avec une expression ER négative et faiblement positive comparativement aux patients ayant des tumeurs avec une expression fortement positive. Les patients ayant des tumeurs avec une expression ER fortement positive tirent avantage de la THA, tandis que les patients ayant des tumeurs avec une expression ER négative ou faiblement positive n'en tirent aucun bénéfice en terme de survie. Ces résultats suggèrent donc que la THA n'a pas d'impact significatif sur la survie des patients ayant des tumeurs avec une expression négative ou faiblement positive. Compte tenu des effets secondaires potentiels de la THA, le seuil actuellement recommandé pour la positivité ER pourrait être reconsidéré. Ces résultats peuvent aider les cliniciens à mieux personnaliser les traitements de leurs patientes atteintes de cancer du sein avec différents sous-types moléculaires. / The expression of hormone receptors, including estrogen (ER) and progesterone (PR) receptors, are important factors in predicting the response to adjuvant endocrine therapy (AET) in patients with breast cancer (BC). These receptors play a key role in regulating cell growth and replication in hormone receptor (HR) positive tumors. The presence or absence of these receptors can have a significant impact on the AET response. Despite the importance of their expression, insufficient response may occur due to a low percentage of ER-positive cells in tumors. Previous studies have paid little attention to weakly ER-positive tumors (1-9% positive cells) and the benefit of AET in patients with this type of tumor. Therefore, the objective of this master's thesis is to compare clinical characteristics and outcomes of patients with tumors with ER-negative, weakly ER-positive, and strongly ER-positive as a function of AET reception status. We carried out a retrospective cohort study including 5,879 patients diagnosed and followed at the Center des Maladies du Sein (CMS) of the CHU de Québec-Université Laval. CMS maintains a local registry of all patients followed by clinicians at the center since 1975. Patients in the study were diagnosed and treated between January 1995 and January 2011 and followed until the end of December 2011. Results from Cox regression models showed that 15-year breast cancer-specific and overall survival rates were significantly lower in patients with ER-negative and weakly ER-positive tumors when compared to patients with tumors with strongly ER-positive tumors. Patients with strongly ER-positive tumors benefit clearly from AET, while those with negative or weakly ER-positive tumors do not benefit from it in terms of survival. These results, therefore, suggest that AET has no significant impact on the survival of patients with ER-negative or weakly ER-positive tumors. Given the potential side effects of AET, the currently recommended threshold for ER positivity might be reconsidered. These findings may help clinicians better personalize treatments for their patients with different molecular BC subtypes.

Les tissus adipeux ont été reconnus il y a longtemps comme des sites importants de transformation et d’action des hormones stéroïdiennes. Parmi ces hormones, les androgènes et les oestrogènes jouent un rôle important dans la régulation des fonctions du tissu adipeux comme l'accumulation de triglycérides, la lipolyse, la différenciation des préadipocytes et la prolifération cellulaire. La disponibilité de ces hormones est modulée par un groupe d’enzymes de conversion des stéroïdes qui n’ont pas été entièrement caractérisées dans les tissus adipeux humains. Objectif: Notre objectif était de caractériser les isoenzymes de la 5α-réductase de même que la 17β-hydroxystéroïd déshydrogénase (17β-HSD) de type 2 et leur association avec les mesures anthropométriques et/ou les marqueurs d'adiposité. Méthodes: Des tissus adipeux omental et sous-cutané ont été obtenus auprès d’hommes et/ou de femmes non-obèses et/ou obèses. L'expression des 5α-réductases et 17β-HSD type 2 ont été mesurées dans différents modèles de tissus adipeux. Des techniques d’immunohistochimie et d'imagerie confocale ont été utilisées pour localiser la 17β-HSD type 2 dans les tissus adipeux. Nous avons utilisé des inhibiteurs spécifiques à ces enzymes dans nos expériences. De plus, des cultures de cellules HEK-293 ont été utilisées pour tester les inhibiteurs des 5α-réductases. Résultats: Nous avons démontré que la dihydrotestostérone est formée principalement à partir de l'androsténedione (4-dione) et est responsable de la grande majorité de l’effet inhibiteur du 4-dione et de la testostérone sur l'adipogenèse. Les isoenzymes de la 5α-réductase jouent donc un rôle important dans la régulation de la différenciation des préadipocytes. Nos résultats indiquent également que la conversion de la testostérone et de l'estradiol en stéroïdes moins actifs tels que le 4-dione et l'estrone, respectivement, est effectuée par la 17β-HSD type 2 qui est localisée dans les vaisseaux sanguins des tissus adipeux des hommes et des femmes. Conclusion: Les 5α-réductases et la 17β-HSD type 2 modulent la disponibilité des hormones stéroïdiennes actives dans les tissus adipeux humains. Leur activité et/ou leur expression est associée aux mesures d’adiposité. Ceci supporte la notion d’un rôle possible de ces enzymes dans l'altération des dépôts graisseux via une modulation de la disponibilité des hormones stéroïdiennes actives. / Adipose tissue has long been recognized as a significant site for steroid hormone transformation and action. These hormones include androgens and estrogens, which play a pivotal role in the regulation of many adipose tissue functions including triglyceride accumulation, lipolysis, preadipocyte differentiation and proliferation. The availability of these hormones is regulated through a group of steroid hormone-converting enzymes that have not been fully characterized in adipose tissue. Our objective was to characterize steroid hormone-converting enzymes 5α-reductase and 17β-hydroxysteroid dehydrogenase (17β-HSD) type 2 and their involvement in the regulation of androgen and estrogen availability in abdominal adipose tissues of men and/or women, and define their association with anthropometric measurements or other adiposity markers. Methods: Omental (OM) and subcutaneous (SC) adipose tissues were obtained from non-obese and/or obese men and/or women. The expression of 5α-reductase and 17β-HSD type 2 isoenzyme was measured in various OM and SC tissue models. Immunohistochemistry and confocal imaging techniques were used to localize 17β-HSD type 2 in adiposes tissues. We used specific enzyme inhibitors in our experiments. In addition, HEK-293 cell cultures were used to test the 5α-reductase isoenzymes inhibitors. We also measured glycerol-3-phosphate dehydrogenase (G3PDH) activity with or without 5α-reductase inhibitors to assess the extent of preadipocyte differentiation. Results: Dihydrotestosterone is formed mainly through 4-androst-4-ene-3,17-dione (4-dione) and it is responsible for the vast majority of the inhibitory effect of 4-dione and testosterone on adipogenesis. 5α-reductase isoenzymes play an important role in the regulation of preadipocyte differentiation through modulation of androgenic activity. Our results also indicated that the conversion of testosterone and estradiol into less active steroids such as 4-dione and estrone, respectively, is caused by 17β-HSD type 2, which is localized in the blood vessels of adipose tissue in both men and women. No sex difference was detected in HSD17B2 mRNA expression. However, opposite correlations were found between 17β-HSD type 2/HSD17B2 mRNA expression and/or activity with age or adiposity measurements in both sexes. Conclusion: 5α-reductases and 17β-HSD type 2 have opposite actions on the availability of active steroid hormones in human OM and SC adipose tissues. The activity and/or the expression of these enzymes is associated with adiposity measurements. This supports a possible role of these enzymes in altering fat deposition through the modulation of active steroid hormone availability in adipose tissue.

It is well established that the 17-estradiol is involved in the development and homeostasis of reproductive and extra-reproductive tissues, particularly the mammary gland. Estradiol classically binds to Estrogen Receptor (ERα), which is a member of the nuclear receptor superfamily. ER mediates nuclear (transcription) and plasma membrane (signaling) ERα function. Interestingly, the membrane initiated steroid signaling (MISS) required a post translational modification of the receptor: palmitoylation of the human Cys-447 or the murine Cys-451 counterpart. The main objectives of my PhD thesis were to decipher the physiological role of membrane ERα in mammary gland development and to understand how the membrane ER signaling impact breast cancer. To do so, we used the transgenic mouse model C451A-ER in which the single point mutation (C451A) was introduced to abolish palmitoylation of ER (membrane addressing signal). We demonstrate that the point mutation of the palmitoylation site of ER alters the paracrine signaling of luminal epithelial cells and by consequence the repopulation properties of the mammary stem cells. We also studied the involvement of the membrane effects of the Estrogen Receptor ERα in the 17β-estradiol response dose of the mammary gland. Finally, by breeding the C451A-ER mice with the widely used transgenic mice model of tumorigenesis (PyMT), we provide the first evidence that the membrane ERα influences tumorigenesis. These findings pave the way on an unexpected role of non-genomic function of ERα in the mammary gland physiology and physiopathology. / It is well established that the 17-estradiol is involved in the development and homeostasis of reproductive and extra-reproductive tissues, particularly the mammary gland. Estradiol classically binds to Estrogen Receptor (ERα), which is a member of the nuclear receptor superfamily. ER mediates nuclear (transcription) and plasma membrane (signaling) ERα function. Interestingly, the membrane initiated steroid signaling (MISS) required a post translational modification of the receptor: palmitoylation of the human Cys-447 or the murine Cys-451 counterpart. The main objectives of my PhD thesis were to decipher the physiological role of membrane ERα in mammary gland development and to understand how the membrane ER signaling impact breast cancer. To do so, we used the transgenic mouse model C451A-ER in which the single point mutation (C451A) was introduced to abolish palmitoylation of ER (membrane addressing signal). We demonstrate that the point mutation of the palmitoylation site of ER alters the paracrine signaling of luminal epithelial cells and by consequence the repopulation properties of the mammary stem cells. We also studied the involvement of the membrane effects of the Estrogen Receptor ERα in the 17β-estradiol response dose of the mammary gland. Finally, by breeding the C451A-ER mice with the widely used transgenic mice model of tumorigenesis (PyMT), we provide the first evidence that the membrane ERα influences tumorigenesis. These findings pave the way on an unexpected role of non-genomic function of ERα in the mammary gland physiology and physiopathology.

Des études expérimentales faites par notre laboratoire démontrent que le 17β-E₂ a des effets bénéfiques contre le MPTP. On poursuit la recherche de nouveaux composés oestrogéniques comme des agents neuroprotecteurs au cerveau pour prévenir ou combattre la maladie de Parkinson. Ce projet de recherche étudie les effets du 17β-E₂, le PPT et le DPN sur l'expression des ERs ainsi que leurs mécanismes et capacité neuroprotectrice chez la souris MPTP (modèle animal de la maladie). Les résultats démontrent que les ERs sont exprimés dans le cortex, le striatum et l'hippocampe. Les résultats examinant le striatum proposent que les traitements oestrogénique protègent contre la perte des neurones dopaminergiques. Ensuite, une augmentation de l'activité des ERK1 et ERK2 chez les souris MPTP était observé. Le traitement hormonal a normalisé cet effet dans le cas du ERK1 et le contraire est vu pour ERK2. Donc, ces mécanismes neuroprotecteurs impliquent les récepteurs oestrogéniques et la signalisation par les protéines ERK1/2

La récente remise en question de l'usage de la thérapie hormonale de substitution, dû au risque accru de cancer du sein et de maladie coronarienne, renforce l'intérêt de l'utilisation des modulateurs spécifiques du récepteur des estrogènes (« SERMs »), composés dont l'action antiestrogénique tissu-spécifique peut protéger le sein et l'utérus alors que la composante estrogénique peut prévenir l'ostéoporose. D'autre part, on observe actuellement un intérêt grandissant pour le remplacement des androgènes, suite à l'observation de séquelles physiques et psychologiques imputables au déficit androgénique chez un certain nombre de femmes ménopausées, et de-là pour le remplacement de la DHEA, dont les niveaux très diminués à la ménopause mènent à la réduction des androgènes produits par conversion intracrine périphérique, cette diminution contribuant pour une bonne partie au déficit androgénique de la ménopause. Nos études histomorphologiques et immunohistochimiques examinant les effets de la combinaison d'un SERM à activité antiestrogénique pure, l'Acolbifène, avec l'estradiol, chez un modèle animal de déprivation hormonale complète, soit la rate ovariectomisée, ont confirmé l'efficacité de l'action antiestrogénique au niveau mammaire et utérin, s'ajoutant à l'action combinée bénéfique au niveau de la densité osseuse et du cholestérol et, possiblement, à l'action estrogénique bénéfique de l'estradiol au niveau du cerveau. Avec la même approche, nous avons étudié les effets de l'administration de la DHEA à dose pharmacologique en application topique à long terme sur la peau de la rate OVX au niveau de deux organes affectés en ménopause, soit la peau elle-même et le vagin. Ces travaux ont démontré que la DHEA exerce plusieurs effets bénéfiques, principalement androgéniques, au niveau des différentes couches tissulaires chez les deux organes étudiés. Finalement, par la mise au point d'une formulation permettant d'appliquer la DHEA en intravaginal, nous avons démontré la faisabilité de l'application locale de doses physiologiques de DHEA pouvant renverser l'atrophie vaginale induite par l'ovariectomie chez la rate, et ce, avec peu ou pas d'effets systémiques.

Malgré les progrès des traitements des cancers du sein, ceux-ci demeurent la seconde cause de mortalité par cancer au Canada. Parmi les gènes associés aux cancers du sein, le récepteur des œstrogènes ERα est exprimé dans plus de 70% des tumeurs mammaires, qui prolifèrent en réponse aux œstrogènes, faisant de lui une cible de choix. ERα est un facteur de transcription ligand-dépendant, liant des éléments de réponse PuGGTCAnnnTGACCPy. Afin d’examiner la capacité des récepteurs nucléaires à reconnaitre de nouveaux motifs ADN, des mutants aux capacités de liaison modifiées ont été générés. Parmi les quatre résidus interagissant avec l’ADN, R211 ne peut pas être modifiée sans perdre complètement la liaison du récepteur à l’ADN. Néanmoins, les mutations combinées de plusieurs acides aminés contactant les bases de l’ERE ont généré des récepteurs capables de reconnaitre de nouveaux motifs, tout en conservant des niveaux de transactivation efficaces. L’utilisation potentielle des récepteurs nucléaires comme outils de thérapie génique hormono-dépendant, repose sur la prédiction des motifs de liaison efficaces. Étant donné son importance dans la carcinogenèse mammaire, ERα est une cible cruciale des thérapies anti-néoplastiques. L’anti-œstrogène total, ICI, induit la dégradation de ERα et l’arrêt de la croissance des cellules tumorales mammaires ERα-positives. De plus, la nouvelle drogue anti-tumorale HDACi, SAHA, module la voie de signalisation des œstrogènes et possède des propriétés prometteuses en association avec d’autres traitements anti-tumoraux. En effet, le co-traitement ICI et SAHA a un impact synergique sur l’inhibition de la prolifération des cellules mammaires tumorales ERα-positives. Cette synergie repose sur la coopération des effets de ICI et SAHA pour réduire les niveaux protéiques de ERα et bloquer la progression du cycle cellulaire via la modulation de la transcription des gènes cibles des œstrogènes. En fait, les fortes doses de HDACis masquent rapidement et complètement la signalisation transcriptionnelle des œstrogènes. De plus, les gènes cibles primaires des œstrogènes, contenant des EREs, présentent la même régulation transcriptionnelle en réponse aux fortes doses de SAHA ou du co-traitement, avec des doses utilisables en clinique de ICI et SAHA. En fait, ICI mime l’impact des fortes doses de SAHA, en dégradant ERα, potentialisant ainsi la répression de la transcription ERE-dépendante par SAHA. Finalement, la synergie des effets de ICI et SAHA pourrait augmenter l’efficacité des traitements des tumeurs mammaires. / Despite the progress in breast cancer therapy, it is still the second cause of death by cancer in the western world. The estrogen receptor alpha (ER) is expressed in more than 70% of breast tumors, which then proliferate in response to E2 stimulation. ERα is a ligand-dependant transcription factor, which binds to palindromic response elements composed of PuGGTCA motifs. In order to examine the capacity of nuclear receptors to be tailored to recognize novel DNA motifs, rational design of ERα mutants with altered binding specificity were achieved. Of the four amino-acids interacting with DNA, R211 cannot be altered to another residu without a complete loss of DNA binding. However, combined mutagenesis of the amino-acids contacting the bases of the ERE generate receptors that recognized a new type of motifs with efficient transcriptional transactivation levels. In order to consider nuclear receptors as potential hormonal-dependent tools for genetic therapy, bio-informatic models predicting DNA binding are needed. Considering its importance in breast carcinogenesis, ERα is a crucial target for anti-neoplastic therapies. The full anti-estrogen ICI provokes ER degradation and ER-positive breast cancer growth arrest. Moreover, the new HDACi anti-tumoral drug, SAHA modulates the estrogen pathway and have promising properties in association with other anti-neoplastic drugs. In this context, our goal was to determine the effects of the ICI and SAHA combined treatment on breast cancer cell proliferation. The combined treatment has a synergistic impact on inhibiting ERα-positive breast cancer cell growth. It occurs through the cooperation of ICI and SAHA to reduce ER protein level, and to block the cell cycle progression through the transcriptional regulation of E2-target genes. Actually, high doses of HDACis completely and rapidly mask E2-transcriptional signaling. Moreover, primary E2-target genes show the same transcriptional regulation in presence of high doses of SAHA as with the co-treatment, using clinically feasible doses of ICI and SAHA. In fact, ICI mimics the impact of high doses of SAHA through ER degradation, and then potentiate the repressional effect of low doses of SAHA on ERE-dependant transcription. Finally, the synergy of ICI and SAHA might increase the potency of breast cancer therapy.