La corne dorsale de la moelle épinière (CDME) est un site d’intégration et de modulation de l’information somatosensorielle. Les laminae profondes de la CDME jouent un rôle important dans la modulation des informations nociceptives. Notre objectif a été de caractériser les effets de la NA sur la transmission synaptique des laminae profondes de la CDME. Nous montrons que la NA facilite la transmission synaptique inhibitrice dans les laminae III-V de la CDME. Ce phénomène met en jeu l’activation d’adrénocepteurs alpha1, alpha2, et bêta et nécessite une communication interlaminaire intacte entre les laminae III-IV et V. L’inhibition du métabolisme glial produit les mêmes effets qu’une section mécanique entre les laminae IV et V. Une interaction entre les cellules gliales et les neurones des laminae profondes la CDME semble donc indispensable à l’effet facilitateur de la NA. / The dorsal horn of the spinal cord (DH) is an important site of integration and modulation of somatosensory information and deep laminae of the DH play an important role in the modulation of nociceptive information in the neuronal network of the spinal cord.Our aim was to characterize the effects of NA on synaptic transmission in deep laminae of the DH.We show that NA facilitates inhibitory synaptic transmission in laminae III-IV of the DH. This phenomenon involves the activation of alpha1, alpha2, and beta adrenoceptors and requires intact interlaminar communications between laminae III-IV and V. Glial cell metabolism inhibition has the same consequences as a mechanical section between laminae IV and V. These results indicate that an interaction between glial cell and deep laminae neurons of the DH seems essential for the facilitatory effect of NA on inhibitory synaptic communications in laminae III-IV of the DH.

Cette thèse vise à réaliser une étude approfondie sur le développement de méthodologies pour l’analyse de systèmes complexes. Cela comprend l’étude des systèmes hors d’équilibre, des systèmes d’auto-assemblage, et les systèmes biologiques désordonnés. Les méthodes développées recouvrent principalement la RMN, tel que la mesure de diffusion (DOSY) mais également d’autres techniques telles que la spectrométrie de masse, le dichroïsme circulaire (CD), la microscopie électronique (EM) et diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). La partie N-terminale du récepteur des androgènes (AR) est utilisée comme un système complexe. D’après la littérature, il est connu que cette région joue un rôle important pour l’activité du récepteur, et elle est également décrite comme étant intrinsèquement désordonnée. Les résultats que j’ai acquis durant la thèse m’ont permis d’identifier une courte région de ce domaine, impliquée dans la formation réversible de fibres amyloïdes, par modulation des conditions d’oxydo-réduction du milieu. Les résultats révèlent un aspect inconnu du mécanisme de AR. / My PhD project was focused on the development of methods for the analysis of complex systems and their biophysical characterization. This includes the study of large chemical libraries, self assembly systems, protein-ligand interaction studies and disordered biological systems. A wide range of biophysical methods were used for this purpose. Specially, Nuclear Magnetic Resonance(NMR) but also other techniques such as mass spectrometry, circular dichroism (CD), electron microscopy (EM) and small angle X-ray scattering (SAXS). The N-terminal Domain of the Androgen Receptor is studied as an example of a complex system. This region plays an important role in receptor activity, and is also described as being intrinsically disordered. The results obtained during my thesis shown a short conserved region involved in the amyloid fibers formation under oxidative conditions. These results open new possibilities to understand the mechanism of the AR activity.

Une expression élevée de la protéine de la matrice extracellulaire ténascine-C (TNC) favorise la progression du cancer et est corrélée à une réduction de la survie des patients. Dans cette thèse, j’ai étudié comment la TNC affecte l'angiogenèse tumorale. J’ai montré que la TNC altère les protrusions angiogéniques, la tubulogenèse, la migration et la prolifération des cellules endothéliales. J’ai lié ces effets à la perturbation du cytosquelette d'actine et la réduction de la signalisation YAP par la TNC. Chez les cellules tumorales et les fibroblastes associés au cancer, la TNC favorise la sécrétion de facteurs angio-modulateurs qui stimulent la survie et la tubulogenèse des cellules endothéliales de façon paracrine. Cet effet implique la régulation de l’expression de SDF1 (CXCL12) et de deux membres de la famille des lipocalines. Ainsi, la TNC favorise l’angiogenèse en activant chez les cellules tumorales un sécrétome pro-angiogénique, et inhibe la tubulogenèse en altérant la survie des cellules endothéliales. Ces effets opposés pourraient expliquer pourquoi nous avons observé dans un modèle de tumeur spontanée chez la souris que la TNC favorise le switch angiogénique résultant en la formation d’une forte vascularisation tumorale, mais qui reste peu fonctionnelle associée à la formation de plus de métastases. Ce travail fournit pour la première fois la possibilité de contrer l’action de la TNC dans l'angiogenèse tumorale. / A high expression of the extracellular matrix molecule tenascin-C (TNC) enhances multiple steps in cancer progression and correlates with worsened survival prognosis. In this thesis I studied how TNC affects tumor angiogenesis. I showed that TNC impairs endothelial sprouting, tubulogenesis, migration and proliferation. I linked this effect to disruption of the actin cytoskeleton and reduced YAP signaling activity by TNC. In tumor cells and cancer associated fibroblasts, TNC regulated secretion of angio-modulatory factors that promoted endothelial cell survival and tubulogenesis in a paracrine manner involving regulation of SDF1 (CXCL12) and two lipocalin family members. Altogether, TNC promotes endothelial tubulogenesis through a pro-angiogenic secretome from tumor cells, and inhibits by direct contact tubulogenesis by impairing endothelial cell survival. These opposing effects could explain why we observed that TNC promotes the tumor angiogenic switch resulting in more but poorly functional blood vessels associated with more metastasis in a spontaneous tumor mouse model. This knowledge provides for the first time opportunities to counteract TNC activities in tumor angiogenesis.

Nos travaux montrent qu’au cours de la fibrillation atriale (FA), les microparticules (MP) reflètent et contribuent à un état d’hypercoagulabilité et pro-inflammatoire. Leurs concentrations similaires dans les deux oreillettes de patients en FA témoignent d’une absence de différence de statut pro-thrombotique entre ces deux cavités cardiaques. Au cours des procédures d’ablation de FA, les concentrations de MP évoluent parallèlement à l’augmentation de l’activation cellulaire et plaquettaire. Nous avons également montré dans l'altération tissulaire des oreillettes en FA, l'importance de la sénescence qui évolue avec la progression du trouble du rythme. Nous avons caractérisé un modèle cellulaire de sénescence réplicative de cellules endothéliales auriculaires de porc permettant d'identifier l'apparition d'un phénotype pro-thrombotique, pro-inflammatoire, pro-adhésif et de mieux comprendre la physiologie de la cellule endothéliale atriale sénescente et le rôle majeur du système rénine-angiotensine dans ces mécanismes. / Our data evidence that during atrial fibrillation (AF), microparticles (MP) contribute to an enhanced hypercoagulable and pro-inflammatory state. Similar concentrations of MP measured in left and right atria of AF patients highlight the absence of chamber-specific enhanced thrombogenic status. During AF ablation procedures, MP concentrations progress in parallel with cell and platelet activation. We also showed that AF progression is strongly related to human atrial senescence burden pointing toward a possible network that links in human atrium, senescence burden, endothelial dysfunction, thrombogenicity and atrial remodeling. We also developed a model of left atrium endothelial cell replicative senescence providing compelling evidences indicating that atrial endothelial senescence promotes thrombogenicity, inflammation and proteolysis. These data underline the major role of renin-angiotensin system in endothelial atrial cell senescence.

TRAIL (TNF-Related Apoptosis Inducing Ligand) et CD40 Ligand, membre de la superfamille (SF) du TNF (Tumor Necrosis Factor) apparaissent comme des cibles attractives pour la thérapie ciblée du cancer. Une caractéristique commune des membres de la SF-TNF est la structure homotrimérique du ligand qui oligomérise les récepteurs pour induire la signalisation cellulaire. Cette interaction multivalente entre ligands et récepteurs est déterminante dans l’induction de la réponse cellulaire. L’objectif de cette thèse est de i) développer des ligands multivalents de TRAIL-R2 et CD40 afin d’améliorer leur efficacité anti-tumorale puis de les associer dans des stratégies anti-tumorales innovantes et ii) de caractériser les interactions entre ces ligands et les récepteurs à la surface de la cellule pour comprendre l’impact de l’oligomerisation sur l’initiation de l’apoptose au niveau membranaire.Ainsi nous avons utilisé des peptides cycliques spécifiques du récepteur de TRAIL-R2 (TRAILmim/DR5) que nous avons multimérisés sur des plateformes chimiques innovantes. Nous nous sommes également intéressés à l’état d’oligomérisation des récepteurs avant leur contact avec le ligand dans le but de mieux comprendre les interactions multivalentes. Enfin, nous avons caractérisé à l’aide de la technique de résonance plasmonique de surface et d’un biocapteur basé sur la fluorescence les interactions entre ces ligands multivalents et le récepteur TRAIL-R2. Ces travaux nous ont donc montré la nécessité d’analyser les interactions entre ligands et récepteurs directement à la surface de la cellule pour améliorer le développement de ligands pro apoptotiques efficaces. / TRAIL (TNF- Related Apoptosis Inducing Ligand) and CD40Ligand, members of the superfamily (SF) of TNF (Tumor Necrosis Factor), appear as attractive targets for cancer therapy. A common feature of members of the TNF-SF is the homotrimeric structure that oligomerized their receptors to induce cell signaling. This multivalent interaction between ligands and receptors is crucial for apoptosis induction.The aims of this thesis is to i) develop multivalent ligands of TRAIL -R2 and CD40 to enhance their antitumor efficacy and to associate them in innovative strategies and ii) to characterize the interactions between ligands and receptors at cell surface to understand the impact of oligomerization on the initiation of apoptosis at membrane level.We used cyclic peptides specific of TRAIL-R2 (TRAILmim/DR5) that we multimerized on innovative chemical scaffolds. We also interested in the state of receptor oligomerization before their contact with the ligand in order to better understand the multivalent interactions. Finally, we characterized using the technique of surface plasmon resonance and biosensor based fluorescence interactions between multivalent ligands and TRAIL- R2.In this work we showed the need to analyze the interactions between ligands and receptors directly on the surface of the cell to improve the development of effective pro -apoptotic ligands.

L’exocytose est un mécanisme biologique fondamental qui permet la libération du contenu des granules de sécrétion dans le milieu extracellulaire. C’est un processus finement régulé par le calcium qui nécessite entre autre, la réorganisation de la membrane plasmique et la formation de domaines lipidiques. Dans les cellules chromaffines, l’annexine A2, protéine capable de lier les phospholipides et l’actine de manière calcium-dépendante, est responsable de la formation et de la stabilisation de ces plateformes lipidiques. Le résultat majeur de ma thèse concerne l’organisation tridimensionnelle et le rôle de l’actine au niveau des sites d’exocytose. Sachant que la phosphorylation de la tyrosine 23 de l’annexine A2 affecte sa liaison à l’actine et aux membranes, deux acteurs majeurs de l’exocytose, j’ai mis en évidence l’importance fonctionnelle de cette phosphorylation. Une autre conséquence de cette phosphorylation est le passage de l’annexine A2 de la face interne à la face externe de la membrane plasmique. Le mécanisme de sortie et le rôle de l’annexine A2 extracellulaire dans les cellules chromaffines ont également été étudiés. / Exocytosis is a fundamental biological mechanism which allows liberation of the contents of secretory granules into the extracellular medium. This calcium-regulated process requires the formation of lipid domains for the structural and spatial organisation of exocytotic sites. In the chromaffin cell, annexine A2, a calcium-, actin- and lipid-binding protein participates in the formation and stabilization of lipid microdomains. The major advance resulting from my thesis is the elucidation of the three-dimensional organization and the role of actin at the exocytotic site. Phosphorylation of the tyrosine 23 is known to affect the binding of annexin A2 to actin filaments and plasma membrane, two major actors of the exocytotic process and my results highlight the functional importance of this phosphorylation on exocytosis. Furthermore, tyrosine 23 phosphorylation also triggers a translocation of annexin A2 to the external face of the plasma membrane. The role and functional signification of this externalization was also examined.

Le diabètes mellites de type 2 (T2DM) est caractérisé par une hyperglycémie provenant d’une dérégulation de la sécrétion d’insuline combinée avec une altération de l’action de l’insuline. CaMK1D est un nouveau gène identifié, dont le rôle reste à explorer. Dans l’étude exposée ici, j’ai montré que CaMK1D a un effet majeur sur la régulation du glucose. J’ai observé une réduction exceptionnelle des taux de glucose sanguins à jeun, ce qui entraine une amélioration globale de la tolérance au glucose. Les souris mutantes montrent une augmentation conséquente dans les niveaux sanguins d’insuline. Les souris invalidées pour CaMK1D présentent des ilots pancréatiques de taille plus importante due à une hypertrophie des cellules béta. De plus, les souris mutantes sont protégées contre la stéatose hépatique. Dans l’ensemble, mon travail met en évidence le nouveau rôle clé de CaMK1D chez les cellules béta et apporte plus de compréhension quant à son rôle lors du développement du T2DM. / Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is characterized by hyperglycemia resulting from defects in insulin secretion in combination with impaired insulin action. CaMK1D represents one potential candidate gene, the in vivo function remained elusive. In this work, I have found that CaMK1D plays a central role in blood glucose regulation. Pancreas-specific CaMK1D knockout mice display dramatically reduced fasting blood glucose levels leading to an overall improved glucose tolerance. CaMK1D knockout mice show markedly higher ad libitum and fasting insulin levels. Interestingly, pancreas-specific CaMK1D knockout mice display islet hyperplasia caused by beta-cell hypertrophy. Furthermore, conditional knockout mice are protected against high-fat feeding-induced hepatic steatosis. Overall, my work establishes an essential role of CaMK1D in pancreatic beta-cells and provides further understanding about its role in the development of T2DM.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la démence fronto-temporale (DFT) sont deux maladies qui constituent un continuum clinico-pathologique. La mutation de FUS, une protéine nucléaire à fonctions multiples, provoque des cas familaux de SLA, et ces mutations provoquent une redistribution sub-cellulaire de FUS, du noyau vers le cytoplasme. Certains cas de DFT présentent une telles distribution anormale en l’absence de mutations de FUS. Il n’est pas connu si la maladie est provoquée par une perte de la fonction nucléaire de FUS et/ou un gain de fonction cytoplasmique.Nous avons généré et caractérisé une lignée de souris exprimant une forme cytoplasmique de FUS (Fus-ΔNLS). La localisation exclusive de FUS dans le cytoplasme provoque la mort des motoneurones via un gain de fonction dans les motoneurones eux-mêmes. Une localisation cytoplasmique partielle de FUS est suffisante pour développer un phénotype de la SLA et de DFT. Les mécanismes élucidés permettront de comprendre les bases des SLA/DFT. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and Frontotemporal dementia (FTLD) are now considered as a unique clinicopathological spectrum referred to as ALS/FTLD. Cytoplasmic aggregation of the physiologically nuclear FUS protein is a hallmark feature of a subset of ALS/FTLD. It remains unknonwn whether the critical pathogenic event relies on a loss of FUS normal nuclear functions, a toxic gain of function of FUS in the cytoplasm, or a combination of both.To answer this question we have generated a conditional mouse model expressing truncated FUS without nuclear localization signal - FusΔNLS. Our data showed that complete cytoplasmic mislocalization of truncated FUS protein within spinal motor neurons is a major determinant of motor neuron degeneration via toxic gain of function. A partial mislocalization of truncated FUS protein was sufficient to trigger key features of ALS and of FTLD.These studies allowed the elucidation of mechanisms underlying FUS role in ALS/FTLD, and will hopefully lead to development of therapies for these devastating diseases.

La principale limite en chirurgie hépatobiliaire est représentée par l’insuffisance hépatocellulaire (IHC) posthépatectomie (Hx) ou la dysfonction du greffon (EAD) après transplantation (TH). Peu d’études ont évalué le métabolisme du foie dans son ensemble, du fait du manque de technique utilisable en clinique. La métabolomique HR-MAS-RMN pourrait pallier à ce manque. Le but de cette thèse était d’évaluer l’apport de cette technique en chirurgie hépatobiliaire.En TH (n=42), le profil métabolique (PM) prédisait le risque d’EAD et identifiait le lactate et la phosphocholine comme biomarqueurs permettant d’envisager un matching métabolique. Après Hx majeure (n=45), le PM prédisait la survenue d’un décès par IHC. Ce PM différait du profil cirrhotique en décompensation et était compatible avec celui de système cellulaire prolifératif. Une étude préliminaire montrait que le PM prédisait la récidive à 1 an après hépatectomie. Ce travail montre l’intérêt de la métabolomique par HR MAS RMN pour prédire l’issue d’une Hx ou d’une TH dans un temps compatible avec la clinique. Ces données orientent vers la piste de l’intervention métabolique en chirurgie hépatique. / One of the main limits in liver surgery is the risk of liver failure (LF) after hepatectomy (Hx) or graft dysfunction (EAD) after liver transplantation (LT). Few studies have evaluated global liver metabolism, probably due to the lack of clinically relevant techniques. HR-MAS-NMR metabolomics may fulfill this lack and the goal of this work was to evaluate its capacity to predict early outcomes after hepatectomy and LT. In LT (n=42), metabolic profile predicted EAD and lactate and phosphocholine were potent biomarkers providing means for metabolic matching. In liver biopsies harvested at the end of major Hx (n=45), metabolic profile predicted PHLF. The profile at risk of LF differed from that of decompensated cirrhosis but correlated to that of proliferative multicellular systems. A preliminary study showed that the metabolic profile predicted the risk of liver metastases recurrence at 1 year. This work underlines the potential value of HR-MAS-NMR metabolomics in the prediction of short-term outcomes in liver surgery. It provides clues to be further investigated for future evaluation of metabolic intervention in the field of liver surgery.

Le NAD+ apparaît comme un régulateur majeur du fonctionnement mitochondrial. En effet, ce cofacteur régule non seulement l’activité de nombreuses enzymes impliqués dans le métabolisme énergétique (enzymes de la β-oxydation des acides gras, du cycle de Krebs) mais joue également un rôle dans la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Le NAD+ est aussi le cofacteur des sirtuines, des enzymes déacétylases régulatrices notamment du métabolisme mitochondrial. De plus, la mitochondrie est l’organite au sein duquel la concentration en NAD+ est la plus élevée (jusqu’à 70% du NAD cellulaire). Le complexe I, qui possède une activité NADH déshydrogénase, pourrait être l’un des régulateurs majeurs du rapport NADH/NAD+ mitochondrial. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier le rôle du rapport NADH/NAD+ mitochondrial dans le métabolisme énergétique et l’implication du complexe I dans les pathologies mitochondriales. Nous avons mis en évidence qu’une modulation du rapport NADH/NAD+ mitochondrial (augmentation par un activateur pharmacologique ou diminution consécutive à une mutation touchant une sous-unité du complexe I, modifie de manière drastique le métabolisme énergétique notamment en activant ou inhibant la protéine SIRT3, isoforme mitochondriale des sirtuines. Le complexe I semble jouer un rôle majeur dans cette modulation. Le resveratrol, ciblant le complexe I, ainsi que le NMN, un précurseur du NAD+, permettent de restaurer ce rapport et d’améliorer ainsi le métabolisme mitochondrial. Nos résultats suggèrent donc que le rapport NADH/NAD+ pourrait être une cible thérapeutique particulièrement intéressante dans les déficits du complexe I. / NAD+ appears as a main regulator of the mitochondrial function. Indeed, this compound not only regulates the enzymatic activity of enzymes involved in energetic metabolism (fatty acid oxidation, tricarboxylic acid cycle) but is also involved in ROS production. NAD+ is also the cofactor of sirtuins, deacetylase enzymes, in particular regulating the mitochondrial function. Moreover, mitochondria sequester most of the cellular NAD+ (up to 70 %). The complex I, which possesses an NADH dehydrogenase activity, is thought to be the most important regualtor of the mitochondrial NADH/NAD+ ratio. The work presented here aimed at studying the role of the mitochondrial NADH/NAD+ ratio in mitochondrial metabolism and to test the involvement of the complex I in mitochondrial disorders. We show that a modulation of the mitochondrial NADH/NAD+ ratio (increase by a pharmacological agent or decrease in complex-I mutated fibroplasts) severely affects the mitochondrial energetic function especially by interacting with SIRT3 a mitochondrial sirtuin isoform. The NADH/NAD+ ratio is highly regulated by complex I activity. Resveratrol, which targets the complex I, as well as NMN, a NAD+ precursor, improves the mitochondrial NADH/NAD+ ratio and consequently increases the mitochondrial metabolism. Our results strongly suggest that the mitochondrial NADH/NAD+ ratio could be an interesting therapeutic target especially in complex I- deficient patients.