L'acide rétinoïque (AR) régule la myogénèse embryonnaire. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous avons d'une part utilisé l'AR pour moduler la myogénèse embryonnaire, dans la perspective d'étudier les conséquences de cette modulation sur le potentiel ultérieur de croissance et identifier les mécanismes moléculaires mobilisés.D'autre part, nous avons étudié la fonction de deux gènes régulés par l'AR et susceptibles de participer au contrôle de la myogénèse embryonnaire.La première partie du travail a été réalisée sur les modèles truite et poisson-zèbre. Nous avons montré que chez la truite comme chez le poisson zèbre, une incubation dans l'AR entrainait une activation de l'expression de Fgf8et de la différenciation des fibres musculaires rapides. Toutefois, chez la truite, nous n'avons pas pu mettre en évidence de régulation des MRF, indiquant qu'une autre voie est utilisée pour activer la myogénèse chez cette espèce.Dans la seconde partie de ce travail, la fonction de deux gènes régulés par l'AR et exprimés dans le mésoderme a été étudiée chez le poisson-zèbre. Le gène vertnin est exprimé essentiellement dans le tailbud. Quand il est inactivé par injection d'un oligo nucléotide morpholino antisens, on observe une altération de la formation des somites (mais pas de modification apparente du processus de segmentation) et une altération de l'intégrité des fibres lentes. Les fibres lentes sont en effet irrégulièrement espacées et les espaces au niveau des myoseptes verticaux peuvent être anormalement larges et les jonctions myotendineuses mal formées. Le gène arrestine β2aest exprimé dans les somites néo-formés puis également dans le mésoderme présomitique et le tailbud. Son inactivation par injection d'OM antisens entraine l'apparition du phénotype U-type et une altération de la morphologie des fibres lentes avec des fibres qui se détachent des jonctions myotendineuses. / Retinoic acid (RA) regulates embryonic myogenesis. During this thesis project, we first used RA to modulate embryonic myogenesis in order to study consequences of this modulation on the future potential for growth and to identify the underlying molecular mechanisms. Second part deals with the characterisation of the function of two genes regulated by the RA which may be involved in the control of embryonic myogenesis.The first part of the work was performed on the trout and zebrafish models. We have shown that in trout as in zebrafish, incubation in RA produced an activation of Fgf8 expression and differentiation of fast muscle fibers.However in trout, we did not observed regulation of MRF expression indicating that an alternative pathway isused to activate myogenesis in this species.In the second part of this work, the function of two genes regulated by the RA and expressed in the mesodermwas studied in zebrafish. The vertnin gene is expressed primarily in the tailbud. When it is inactivated by injection of antisense morpholino oligonucleotide, there is an alteration in the somites morphogenesis (but no apparent change in the process of segmentation) and impairment of the integrity of the slow muscle fibers. Slowfibers are indeed irregularly spaced and the vertical myosepta can be abnormally large. In addition myotendinous junctions display some abnormal branches. The arrestin β 2a gene is expressed in last formed somites and then also in the presomitic mesoderm and the tailbud. Its inactivation by injection of antisense MO leads to the appearance of the U-type phenotype and alteration of the slow muscle fibers morphology which detach frommyotendinous junctions

L’acide rétinoïque (AR) est le ligand des récepteurs nucléaires RAR et RXR qui agissent comme facteurs de transcription ligand-inductibles et médient ses effets biologiques. Il est connu que l’AR a des propriétés prodifférenciatrices et antiprolifératives, notamment sur les cellules de l’épithélium mammaire. Une perte de sensibilité de l’AR a toutefois été mise en évidence dans plusieurs lignées cellulaires mammaires cancéreuses, ce qui pourrait faciliter la croissance des tumeurs. Or jusqu’ici cette perte de sensibilité avait été attribuée à des défauts de la voie de signalisation de l’AR, causée par la perte de l’expression des récepteurs à l’AR dans la tumeur, bien que plusieurs lignées de cellules cancéreuses y soient tout de même très sensibles. Peu d’études se sont intéressées au rôle de la voie de synthèse de l’AR dans la transformation des cellules mammaires. En effet, l’AR est synthétisé à partir de la vitamine A, ou rétinol, son précurseur sanguin provenant de la diète. Les cellules de l’épithélium mammaire normales ont la capacité de synthétiser l’AR à partir du rétinol. Nos rapportons pour la première fois que l’épithélium mammaire est probablement le siège de la synthèse et de la signalisation de l’AR. Cela est dû, au moins en partie, à l’expression d’une enzyme de synthèse de l’AR, RALDH3, dans l’épithélium mammaire normal. Dans cette étude, nous démontrons que les cellules cancéreuses de type luminal, qui ont sensibles à l’AR (et qui expriment le récepteur des estrogènes ER, catégorie qui regroupe 75 % des tumeurs diagnostiquées) n’ont au contraire pas la capacité de sythétiser l’AR, probablement en raison d’une faible expression de RALDH3 dans les tumeurs, sous l’effet des estrogènes. Cela pourrait représenter un nouveau mécanisme favorisant la croissance des tumeurs luminales dont les cellules proliférent en présence du rétinol sanguin. RALDH1, une autre enzyme de la voie de synthèse de l’AR, et qui partage 70 % d’identité de séquence avec RALDH3, est un marqueur de tumeurs plus agressives et de la formation de métastase. Nous montrons au contraire, que RALDH3 est un marqueur d’une moindre probabilité de développer des métastases chez les patientes atteintes d’une tumeur luminale. Cela suggère des rôles different pour ces deux enzymes dans la glande mammaire. Nos résultats indiquent que RALDH1 et 3 ont des propriétés enzymatiques très différentes, ce qui est en accord avec cette dernière hypothèse. Nos données suggèrent aussi que RALDH1 et 3 pourraient être des marqueurs de populations distinctes de cellules dans la glande mammaire normale. Nous proposons d’exploiter les diffèrences entre RALDH1 et 3 afin de mettre au point des méthodes de séparation des différentes population de cellules de l’épithélium mammaire ce qui pourrait aider à comprendre le rôle de la synthèse d’AR dans ce tissu. / Retinoic acid (RA) is ligand of nuclear receptors RARs and RXRs that act as ligand-inducible transcription factors and mediate its biological effects. It was shown that RA has antiproliferative and prodifferenciating properties in mammary cells. A loss of RA sensitivity was associated with increased tumorigenicity in the mammary tissue, potentially facilitating the growth of tumors. It’s believed that is was mainly due to deficiencies in the RA signaling pathway, probably caused by the loss of RAR and RXR expressions. However, some tumorigenic cell lines were still reported to be RA sensitive. The role of RA synthesis in mammary tumorigenesis has been poorly characterized. RA is synthezised in target tissues from vitamin A (retinol) its precursor in blood. It was shown that mammary epithelial cells were able to synthesize RA from retinol in vitro. We show here for the first time that RALDH3, an enzyme involved in RA synthesis, is probably responsible for RA synthesis in normal mammary epithelial cells. Our result suggest that luminal cancer cells (that express ER and represent 75 % of breast tumors) have a very low capacity of RA synthesis, probably due to a low estrogen-mediated RALDH3 expression. It might represent a new mechanism of estrogen-driven tumorigenenesis allowing RA senstive tumors to proliferate in the presence of retinol in the blood. It was suggested that RALDH1, an other enzyme of the RA synthesis pathway that shares 70 % of identity with RALDH3, is a marker of mammary stem cells, of more agressive tumors and higher occurance of metastasis. We shown that unlinke RALDH1, RALDH3 is a marker of a lower occurance of metastasis and probably a marker of differentiation, suggesting different roles in the mammary gland for these 2 enzymes. This is in good agreement with our results showing that they have very different enzymatic properties. All together our data suggest that RALDH1 and 3 might be markers of different populations of cells of in the mammary epithelium. We propose to use the differences between RALDH1 and 3 to rationally develop methods and tools to separate and isolate RALDH1- and 3-expressing cells that would help the understand the role of RA synthesis in the mammary gland.

Les rétinoïdes sont utilisés dans le traitement d’une variété de tumeurs malignes et lésions précancéreuses. Leurs effets dans des lignées cellulaires dérivées de tumeurs solides tel que le cancer du sein ont été étudiés extensivement. Cependant, les bénéfices dans le cancer du sein restent à date peu clairs. Ceci est probablement du à l’hétérogénéité des tumeurs mammaires et la réponse très variable aux effets antiprolifératifs de l’acide rétinoïque. Dans les lignées cellulaires cancéreuses mammaires, la réponse l’AR est fortement corrélée au niveau d’expression du récepteur aux estrogènes alpha (ERα), qui régule l’expression du gène qui encode le récepteur à l’acide rétinoïque alpha, RARA. Malgré cela, certaines lignées cellulaires ER-négatives, comme la lignée HER2-positive SK-BR-3, ont été décrites comme étant sensibles à l’AR. Dans le Chapter 2: de cette thèse, nous avons étudié les mécanismes de la signalisation ER-dépendante et ER-indépendante dans les cellules cancéreuses mammaires. Nous avons utilisé des lignées ER-négatives et ER-positives pour démontrer qu’une partie de la réponse à l’AR est indépendante de la signalisation par ER. Nous avons identifié plusieurs gènes cibles primaires de l’AR qui ont des effets similaires à l’AR quand ils sont surexprimés dans des cellules mammaires cancéreuses. Cette étude apporte une meilleure compréhension des mécanismes complexes qui mènent à l’arrêt de croissance induit par l’AR dans les cellules cancéreuses mammaires. Dans le Chapitre 3, nous avons regardé plus en détails la signalisation ER-indépendante par l’AR dans des cellules ayant une amplification des gènes HER2 et RARA et nous avons identifié une synergie entre l’AR et le Herceptin dans ces cellules. Nous proposons que les gènes FOXO jouent une rôle dans cette synergie. Les cellules SK BR 3, ayant une coamplification HER2/RARA, pourraient représenter une classe de tumeurs qui pourraient bénéficier d’un traitement avec des rétinoïdes, en augmentent la réponse au Herceptin et potentiellement en réduisant la résistance au Herceptin. En conclusion, les données présentées dans cette thèse aident à mieux comprendre les mécanismes menant à l’arrêt de croissance induit par l’AR dans les cellules cancéreuses mammaires et fournissent une application potentielle pour l’utilisation de l’AR dans le traitement du cancer du sein. / Retinoids are being used in the treatment of several malignancies and precancerous lesions. Their effects on cell lines derived from solid tumors, such as breast cancer, have also been described extensively. Their benefit in breast cancer, however, remains unclear. This might be because of the high levels of heterogeneity of breast tumors and the very variable response to the antiproliferative effects of retinoic acid. In mammary tumor cell lines, the response to retinoic acid is highly correlated with the expression of the estrogen receptor alpha (ERα), which regulates the expression of the retinoic acid receptor alpha gene RARA. However, some ER-negative cell lines, such as the HER2 positive SK-BR-3 cell line, have been reported to be RA-sensitive. In Chapter 2: of this thesis we have investigated the mechanisms of ER-dependent and ER-independent RA signaling in breast cancer cells. Using ER-positive and ER-negative cell lines, we show that part of the response to RA is independent of ER signaling. Several direct retinoic acid targets were identified that could mimic antiproliferative effects of retinoic acid when overexpressed in breast cancer cells. This study has provided better insight in the complex mechanisms that lead to RA-induced growth arrest in breast cancer cells. In Chapter 3: we looked further into the ER-independent RA signaling in HER2/RARA-amplified cells and identified a synergy between RA and Herceptin in these cells. We propose a role for FOXOs in mediating this synergy. HER2/RARA coamplified breast tumors might represent a subclass of tumors that could benefit from retinoid treatment, both increase antitumor effects of Herceptin, as well as in potentially reducing Herceptin resistance. In conclusion, data presented in this thesis give better insight in the mechanisms of RA induced growth arrest in breast cancer cells and provide a potential application of retinoids in a subset of breast tumors.

L’acide rétinoïque (AR) est un morphogène dérivé de la vitamine A qui contrôle des processus clés au niveau cellulaire et pendant le développement embryonnaire des chordés. Chez les vertébrés les principaux acteurs de la voie de signalisation de l’AR sont les récepteurs de l’acide rétinoïque (RAR) et les récepteurs des x rétinoïdes (RXR). L’évolution de RAR est encore très mal connue cependant, des données récentes indiquent qu’il est également présent chez des animaux non-chordés. Suggérant ainsi, que l’origine évolutive de RAR et de la voie de signalisation de l’AR est plus ancienne qu’initialement prévu. Durant ma thèse j’ai pu retracer l’histoire évolutive de ce récepteur depuis son origine chez Urbilateria jusqu'à sa diversification, suite aux duplications génomiques chez les vertébrés. En caractérisant les RARs d’un annélide, un mollusque et un oursin j’ai démontré que chez l’annélide et l’oursin RAR est activé par l’AR, contrairement au RAR de mollusque qui n’est pas fonctionnel avec l’AR. De plus, des études menées chez l’annélide ont montré que les gènes régulés par l’AR chez cette espèce sont différents de ceux régulés chez les vertébrés. Ces données permettent donc de s’interroger sur la fonction ancestrale probable que ce récepteur avait chez Urbilateria. Finalement, la caractérisation moléculaire des RAR de cyclostomes nous a permis d’étudier l’impact des duplications génomiques sur l’évolution de la poche de liaison au ligand. Ainsi, les résultats obtenus pendant ma thèse permettent de mieux comprendre les relations entre le récepteur et son ligand ainsi que de découvrir de nouveaux aspects sur la fonction de RAR en présence de ligands non-classiques. / Retinoic acid (RA) is a fat-soluble morphogen derived from vitamin A that controls key cellular and developmental processes in chordates. In vertebrates, the major actors of the RA signaling pathway are the retinoic acid receptors (RARs) and the retinoid X receptors (RXRs). The evolution of RAR is still poorly understood, however, recently RARs have been identified in the genome of non-chordate species, suggesting that RAR and the RA pathway might have a more ancient evolutionary origin than previously thought. The work presented in this manuscript allowed us to retrace the evolutionary history of RAR from its origin in Urbilateria to its diversification following whole genome duplication events in vertebrates. We describe the characterization of the RARs from an annelid, a mollusk and a sea urchin. We showed that the receptors from the annelid and the sea urchin are functional RARs, however, the receptor from the mollusk is not functional with RA. Studies carried out in the annelid revealed that the signaling pathways regulated by RA in this species are different to the ones it regulates in vertebrates. These observations raise questions about the function of RA and RAR on the embryonic development of non-chordate species and their possible function in Urbilateria. Finally, the molecular characterization of cyclostome RARs allowed us to characterize the impact of whole genome duplications on the evolution of the ligand-binding pocket. Altogether, these data will allow us to better understand the relationship between the receptor and its ligand and to reveal novel insights on the function of RAR in response to non-classical ligands.

L’acide rétinoïque (AR) est le ligand des récepteurs nucléaires RAR et RXR qui agissent comme facteurs de transcription ligand-inductibles et médient ses effets biologiques. Il est connu que l’AR a des propriétés prodifférenciatrices et antiprolifératives, notamment sur les cellules de l’épithélium mammaire. Une perte de sensibilité de l’AR a toutefois été mise en évidence dans plusieurs lignées cellulaires mammaires cancéreuses, ce qui pourrait faciliter la croissance des tumeurs. Or jusqu’ici cette perte de sensibilité avait été attribuée à des défauts de la voie de signalisation de l’AR, causée par la perte de l’expression des récepteurs à l’AR dans la tumeur, bien que plusieurs lignées de cellules cancéreuses y soient tout de même très sensibles. Peu d’études se sont intéressées au rôle de la voie de synthèse de l’AR dans la transformation des cellules mammaires. En effet, l’AR est synthétisé à partir de la vitamine A, ou rétinol, son précurseur sanguin provenant de la diète. Les cellules de l’épithélium mammaire normales ont la capacité de synthétiser l’AR à partir du rétinol. Nos rapportons pour la première fois que l’épithélium mammaire est probablement le siège de la synthèse et de la signalisation de l’AR. Cela est dû, au moins en partie, à l’expression d’une enzyme de synthèse de l’AR, RALDH3, dans l’épithélium mammaire normal. Dans cette étude, nous démontrons que les cellules cancéreuses de type luminal, qui ont sensibles à l’AR (et qui expriment le récepteur des estrogènes ER, catégorie qui regroupe 75 % des tumeurs diagnostiquées) n’ont au contraire pas la capacité de sythétiser l’AR, probablement en raison d’une faible expression de RALDH3 dans les tumeurs, sous l’effet des estrogènes. Cela pourrait représenter un nouveau mécanisme favorisant la croissance des tumeurs luminales dont les cellules proliférent en présence du rétinol sanguin. RALDH1, une autre enzyme de la voie de synthèse de l’AR, et qui partage 70 % d’identité de séquence avec RALDH3, est un marqueur de tumeurs plus agressives et de la formation de métastase. Nous montrons au contraire, que RALDH3 est un marqueur d’une moindre probabilité de développer des métastases chez les patientes atteintes d’une tumeur luminale. Cela suggère des rôles different pour ces deux enzymes dans la glande mammaire. Nos résultats indiquent que RALDH1 et 3 ont des propriétés enzymatiques très différentes, ce qui est en accord avec cette dernière hypothèse. Nos données suggèrent aussi que RALDH1 et 3 pourraient être des marqueurs de populations distinctes de cellules dans la glande mammaire normale. Nous proposons d’exploiter les diffèrences entre RALDH1 et 3 afin de mettre au point des méthodes de séparation des différentes population de cellules de l’épithélium mammaire ce qui pourrait aider à comprendre le rôle de la synthèse d’AR dans ce tissu. / Retinoic acid (RA) is ligand of nuclear receptors RARs and RXRs that act as ligand-inducible transcription factors and mediate its biological effects. It was shown that RA has antiproliferative and prodifferenciating properties in mammary cells. A loss of RA sensitivity was associated with increased tumorigenicity in the mammary tissue, potentially facilitating the growth of tumors. It’s believed that is was mainly due to deficiencies in the RA signaling pathway, probably caused by the loss of RAR and RXR expressions. However, some tumorigenic cell lines were still reported to be RA sensitive. The role of RA synthesis in mammary tumorigenesis has been poorly characterized. RA is synthezised in target tissues from vitamin A (retinol) its precursor in blood. It was shown that mammary epithelial cells were able to synthesize RA from retinol in vitro. We show here for the first time that RALDH3, an enzyme involved in RA synthesis, is probably responsible for RA synthesis in normal mammary epithelial cells. Our result suggest that luminal cancer cells (that express ER and represent 75 % of breast tumors) have a very low capacity of RA synthesis, probably due to a low estrogen-mediated RALDH3 expression. It might represent a new mechanism of estrogen-driven tumorigenenesis allowing RA senstive tumors to proliferate in the presence of retinol in the blood. It was suggested that RALDH1, an other enzyme of the RA synthesis pathway that shares 70 % of identity with RALDH3, is a marker of mammary stem cells, of more agressive tumors and higher occurance of metastasis. We shown that unlinke RALDH1, RALDH3 is a marker of a lower occurance of metastasis and probably a marker of differentiation, suggesting different roles in the mammary gland for these 2 enzymes. This is in good agreement with our results showing that they have very different enzymatic properties. All together our data suggest that RALDH1 and 3 might be markers of different populations of cells of in the mammary epithelium. We propose to use the differences between RALDH1 and 3 to rationally develop methods and tools to separate and isolate RALDH1- and 3-expressing cells that would help the understand the role of RA synthesis in the mammary gland.

Les rétinoïdes sont utilisés dans le traitement d’une variété de tumeurs malignes et lésions précancéreuses. Leurs effets dans des lignées cellulaires dérivées de tumeurs solides tel que le cancer du sein ont été étudiés extensivement. Cependant, les bénéfices dans le cancer du sein restent à date peu clairs. Ceci est probablement du à l’hétérogénéité des tumeurs mammaires et la réponse très variable aux effets antiprolifératifs de l’acide rétinoïque. Dans les lignées cellulaires cancéreuses mammaires, la réponse l’AR est fortement corrélée au niveau d’expression du récepteur aux estrogènes alpha (ERα), qui régule l’expression du gène qui encode le récepteur à l’acide rétinoïque alpha, RARA. Malgré cela, certaines lignées cellulaires ER-négatives, comme la lignée HER2-positive SK-BR-3, ont été décrites comme étant sensibles à l’AR. Dans le Chapter 2: de cette thèse, nous avons étudié les mécanismes de la signalisation ER-dépendante et ER-indépendante dans les cellules cancéreuses mammaires. Nous avons utilisé des lignées ER-négatives et ER-positives pour démontrer qu’une partie de la réponse à l’AR est indépendante de la signalisation par ER. Nous avons identifié plusieurs gènes cibles primaires de l’AR qui ont des effets similaires à l’AR quand ils sont surexprimés dans des cellules mammaires cancéreuses. Cette étude apporte une meilleure compréhension des mécanismes complexes qui mènent à l’arrêt de croissance induit par l’AR dans les cellules cancéreuses mammaires. Dans le Chapitre 3, nous avons regardé plus en détails la signalisation ER-indépendante par l’AR dans des cellules ayant une amplification des gènes HER2 et RARA et nous avons identifié une synergie entre l’AR et le Herceptin dans ces cellules. Nous proposons que les gènes FOXO jouent une rôle dans cette synergie. Les cellules SK BR 3, ayant une coamplification HER2/RARA, pourraient représenter une classe de tumeurs qui pourraient bénéficier d’un traitement avec des rétinoïdes, en augmentent la réponse au Herceptin et potentiellement en réduisant la résistance au Herceptin. En conclusion, les données présentées dans cette thèse aident à mieux comprendre les mécanismes menant à l’arrêt de croissance induit par l’AR dans les cellules cancéreuses mammaires et fournissent une application potentielle pour l’utilisation de l’AR dans le traitement du cancer du sein. / Retinoids are being used in the treatment of several malignancies and precancerous lesions. Their effects on cell lines derived from solid tumors, such as breast cancer, have also been described extensively. Their benefit in breast cancer, however, remains unclear. This might be because of the high levels of heterogeneity of breast tumors and the very variable response to the antiproliferative effects of retinoic acid. In mammary tumor cell lines, the response to retinoic acid is highly correlated with the expression of the estrogen receptor alpha (ERα), which regulates the expression of the retinoic acid receptor alpha gene RARA. However, some ER-negative cell lines, such as the HER2 positive SK-BR-3 cell line, have been reported to be RA-sensitive. In Chapter 2: of this thesis we have investigated the mechanisms of ER-dependent and ER-independent RA signaling in breast cancer cells. Using ER-positive and ER-negative cell lines, we show that part of the response to RA is independent of ER signaling. Several direct retinoic acid targets were identified that could mimic antiproliferative effects of retinoic acid when overexpressed in breast cancer cells. This study has provided better insight in the complex mechanisms that lead to RA-induced growth arrest in breast cancer cells. In Chapter 3: we looked further into the ER-independent RA signaling in HER2/RARA-amplified cells and identified a synergy between RA and Herceptin in these cells. We propose a role for FOXOs in mediating this synergy. HER2/RARA coamplified breast tumors might represent a subclass of tumors that could benefit from retinoid treatment, both increase antitumor effects of Herceptin, as well as in potentially reducing Herceptin resistance. In conclusion, data presented in this thesis give better insight in the mechanisms of RA induced growth arrest in breast cancer cells and provide a potential application of retinoids in a subset of breast tumors.

Une perturbation de la signalisation dopaminergique dans le striatum est à l’origine de troubles moteurs tels que la maladie de Parkinson (MP) ou de Huntington (MH). Une diminution de la signalisation par l’AR a été observée chez les patients atteints de troubles de la voie nigro-striée et dans des modèles de MH et MP. Nos données indiquent que l’AR synthétisé par RALDH1 et se liant au récepteur RARβ dans le striatum est nécessaire au maintien du système nigro-strié. Une perturbation de cette signalisation entraîne une diminution de l’activité mitochondriale qui conduit à une augmentation du stress oxydatif puis à l’entrée en apoptose de la cellule. Il en résulte des troubles moteurs de type MH et MP. Le rétablissement du niveau striatal de l’AR et la stimulation de RARβ par un agoniste spécifique permettent de prévenir ces phénotypes. Nos travaux nous permettent de proposer RARβ comme une nouvelle cible thérapeutique potentielle dans le cadre des neurodégénérescences de type MH et MP. / A disturbed dopaminergic signaling in the striatum leads to motor disorders such as Huntington’s (HD) and Parkinson’s (PD) diseases. A decrease of the retinoic acid (RA) signaling is observed in patients presenting disorders of the nogro-striatal pathway as well as in HD and PD models. Our data indicate that RALDH1-synthesized RA that binds the receptor RARβ in the striatum is essential to maintain the nigro-striatal system. A disturbance in this RA signaling leads to a decreased mitochondrial respiration, an increased oxidative stress and an increased apoptosis in the dorso-lateral striatum. This cellular alterations lead to HD-like and PD-like motor disorders A rescue of the striatal RA level or the stimulation of RARβ by a specific agonist prevent this phenotypes. Our work allow us to point at RARβ as a new potential therapeutic target for neurodegenerescences like HD and PD.

La présence d’un récepteur de type RXR a récemment été rapporté chez la pensée de mer, Renilla koellikeri, de même que chez d’autres anthozoaires, et le NO semble jouer des différents rôles physiologiques, chez plusieurs cnidaires. L’acide rétinoïque (AR) et le monoxyde d’azote (NO) sont connus pour leur implication dans l’induction de la croissance des neurites chez les vertébrés ainsi que chez les invertébrés. Mais jusqu’à présent, aucun rôle de ces agents n’a encore été identifié chez ce phylum ancien des invertébrés. Dans le but de montrer que ces agents morphogénétiques ont un rôle dans le développement neuronal chez ces ancêtres des métazoaires bilatéraux, nous avons utilisé des cultures primaires de cellules du cnidaire anthozoaire Renilla koellikeri (pensée de mer), doté d’un système nerveux des plus primitif. Nous avons trouvé que les deux types d’acide rétinoïque, 9-cis et 11-trans, induisent une prolifération cellulaire dose-dépendante en fonction du temps dans les boîtes de pétri enduites de polylysine. Les cultures cellulaires exposées à l’acide rétinoïque dans les boîtes sans polylysine montrent une différenciation en des cellules épithéliales. D’autre part, le NO induit exclusivement une différenciation neuronale dans les boîtes enduites de polylysine. Aucun autre type de cellules subit un différenciation en présence de NO et la densité des cellules dédifférenciées a diminué. Les prolongements des neurones différenciés semblent s’enchevêtrer et former un réseau neuronal assez dense. L’ensemble de ces observations suggère que l’acide rétinoïque, contrairement à NO, est associé à l’activité mitotique, et que l’acide rétinoïque et le NO sont impliqués différemment dans la spécification cellulaire, respectivement épithéliale et neuronale, chez la pensée de mer. Le type d’action déclenchée, qu’il soit la mitogénèse ou la différenciation (épithéliale ou neuronale), varie alors selon l’état d’adhésion des cellules au substrat. Comme les données moléculaires et paléontologiques rapprochent les cnidaires, telle la pensée de mer, des ancêtres des eumétazoaires, nos résultats suggèrent que le rôle morphogénétique de l’acide rétinoïque et du NO est enraciné dans l’ancêtre commun de tous les métazoaires. / Retinoic acid receptors were recently reported in the sea pansy, Renilla koellikeri, and in other anthozoans, and NO seems to play various roles in several cnidarians. Retinoic acid (RA) and nitric oxide (NO) are known for their implication in inducing neurite outgrowth in both vertebrates and invertebrates. But so far, no role of these agents has been identified in this basal metazoan phylum. In order to show that these agents have a morphogenetic role in neuronal development in the ancestors of bilateral metazoan. We used primary cultures of cells from the cnidarian anthozoan Renilla koellikeri (sea pansy), with the most primary nervous system. We found that both 9-cis and 11-trans retinoic acid induced cell proliferation in dose- and time-dependant manners in petri dishes coated with polylysine. Cell cultures exposed to retinoic acid in dishes devoid of polylysine were observed to differentiate into epithelial cells. On the other hand, NO induced extensive neurite outgrowth in polylysine-coated culture dishes. No other celle type underwent differentiation in the presence of NO, and the density of dedifferentiated cells was reduced. The neurites of the differentiating neurons appeared to intertwine and form a loose nerve net. These observations suggest that retinoic acid, but not NO, has mitogenic activity, and that retinoic acid and NO are differentially involved in nerve cell specification in the sea pansy. The type of action, mitogenesis or cell differenciation (epithelial or neural), depends on the degree of cell adhesion to substrate. As both molecular and paleontological evidence place cnidarians such as the sea pansy closest to the eumetazoan ancestor, our results suggest that the morphogenetic role of retinoic acid and NO was rooted in the commun ancestor of all metazoans.

Les récepteurs nucléaires (RN) sont des facteurs de transcription ligand dépendants qui contrôlent une grande variété de processus biologiques de la physiologie humaine, ce qui a fait d'eux des cibles pharmacologiques privilégiées pour de nombreuses maladies. L'un de ces récepteurs, le récepteur de l’œstrogène alpha (ERα), peut activer la prolifération cellulaire dans certaines sections de l'épithélium mammaire tandis qu’un autre, le récepteur de l'acide rétinoïque alpha (RARα), peut provoquer un arrêt de la croissance et la différenciation cellulaire. La signalisation de ces deux récepteurs peut être altérée dans le cancer du sein, contribuant à la tumorigénèse mammaire. L’activité d’ERα peut être bloquée par les anti-oestrogènes (AE) pour inhiber la prolifération des cellules tumorales mammaires. Par contre, l’activation des voies de RARα avec des rétinoïdes dans un contexte clinique a rencontré peu de succès. Ceci pourrait résulter du manque de spécificité des ligands testés pour RARα et/ou de leur activité seulement dans certains sous-types de tumeurs mammaires. Puisque les récepteurs nucléaires forment des homo- et hétéro-dimères, nous avons cherché à développer de nouveaux essais pharmacologiques pour étudier l'activité de complexes dimériques spécifiques, leur dynamique d’association et la structure quaternaire des récepteurs des œstrogènes. Nous décrivons ici une nouvelle technique FRET, surnommée BRET avec renforcement de fluorescence par transferts combinés (BRETFect), qui permet de détecter la formation de complexes de récepteurs nucléaires ternaires. Le BRETFect peut suivre l'activation des hétérodimères ERα-ERβ et met en évidence un mécanisme allostérique d'activation que chaque récepteur exerce sur son partenaire de dimérisation. L'utilisation de BRETFect en combinaison avec le PCA nous a permis d'observer la formation de multimères d’ERα fonctionnels dans des cellules vivantes pour la première fois. La formation de multimères est favorisée par les AE induisant la dégradation du récepteur des oestrogènes, ce qui pourrait contribuer à leurs propriétés spécifiques. Ces essais de BRET apportent une nette amélioration par rapport aux tests de vecteurs rapporteur luciférase classique, en fournissant des informations spécifiques aux récepteurs en temps réel sans aucune interférence par d'autres processus tels que la transcription et de la traduction. L'utilisation de ces tests nous a permis de caractériser les propriétés de modulation de l’activité des récepteurs nucléaires d’une nouvelle classe de molécules hybrides qui peuvent à la fois lier ERa ou RAR et inhiber les HDACs, conduisant au développement de nouvelles molécules prometteuses bifonctionnelles telles que la molécule hybride RAR-agoniste/HDACi TTNN-HA. / Nuclear receptors (NRs) are ligand-dependent transcription factors that control a wide variety of biological processes in human physiology, which has made them preferred pharmacological targets for many diseases. One such receptor, the estrogen receptor alpha (ERα), can activate cell proliferation in some sections of the mammary epithelium while another, the retinoic acid receptor alpha (RARα), can cause growth arrest and cellular differentiation. Signalling by these receptors can be altered in breast cancer, contributing to tumorigenesis. ERα can be blocked by antiestrogens (AEs) in the clinical setting to inhibit tumor cell proliferation. However, attempts to activate the RARα pathway with retinoids have not proven beneficial in clinical trials. This may result from the lack of specificity of the tested ligands for RARa and/or from their activity only in a subset of breast tumors. Since nuclear receptors form homo- and heterodimers, we sought to develop novel pharmacological assays to study the activity of specific receptor-dimer complexes, their dynamics and quaternary structure. We report here a new FRET technique dubbed BRET with fluorescence enhanced by combined transfers (BRETFect) that can detect the formation of ternary nuclear receptor complexes. BRETFect can monitor the activation of ERα-ERβ heterodimers and highlights an allosteric mechanism of activation that each receptor exerts on its dimer partner. Use of BRETFect in combination with PCA-BRET has allowed us to observe the formation of functional ERα multimers in live cells for the first time. The formation of multimers is favored by AEs which induce receptor degradation, and may underlie their specific properties. These assays are a net improvement over the classical luciferase-reporter experiment as they deliver real-time receptor specific information with no interference by other process such as transcription and translation. Using these BRET assays we developed a new class of NR hybrid ligands that can modulate ER or RAR activity and inhibit HDACs. This has allowed for the development of promising new bifunctional molecules such as the RAR-agonist/HDACi hybrid molecule TTNN-HA. In conclusion, the work presented here brings new insight in NR dynamics and quaternary structure and offers novel tools to study their mechanism of action or design new modulators of NR activity such as hybrid AE-HDACis and Retinoid-HDACis.

Un ensemble des données cohérentes de la littérature plaide en faveur d'une relation entre une baisse d'activité de la voie de signalisation de la vitamine A, des altérations de la plasticité synaptique et des déficits mnésiques spécifiques associés au vieillissement. Une diminution de l'activité de cette voie de signalisation est également évoquée dans les processus neurodégénératifs caractéristiques de la maladie d'Alzheimer. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail étaient de mieux comprendre les conséquences neuro-anatomiques et fonctionnelles d'une baisse d'activité de la voie de signalisation de la vitamine A. Notre approche expérimentale a mis en œuvre 2 modèles animaux, un modèle de carence vitaminique A qui induit spécifiquement une baisse d'activité de sa voie de signalisation et un modèle d'hypothyroïdie dont il a été montré qu'il induit aussi une hypoactivité de la voie de signalisation de la vitamine A. La démarche expérimentale conduite chez les rats carencés en vitamine A comporte deux volets : (i) un volet mettant en œuvre l’imagerie et la spectroscopie RMN, (ii) un volet moléculaire consacrée à l’étude de l’expression de gènes cibles des rétinoïdes impliqués dans le processus amyloïdogène. Les mesures ont été réalisées, d'une part, chez des animaux soumis à un régime dépourvu en vitamine A pendant 10 semaines et d'autre part, chez des animaux soumis à ce même régime pendant une durée de 13 ou 14 semaines. Une partie des animaux carencés a été traitée par de l'AR. Les résultats montrent que dès 10 semaines de carence, les animaux présentent une altération du métabolisme et de son action cellulaire de la vitamine A qui se traduit par (i) une diminution significative du taux de vitamine A sérique, (ii) une diminution du taux d'ARNm codant pour les récepteurs RAR, dans le cerveau entier, le striatum, l'hippocampe et de manière moins prononcée le cortex des animaux. Après 10 semaines de régime dépourvu en vitamine A, des modifications métaboliques ont été mises en évidence essentiellement dans le cortex. Elles se traduisent par une hausse du (i) NAA/Cr, marqueur de la densité neuronale corrigée par une administration d'AR, et (ii) du GSH/Cr, indicateur du potentiel antioxydant cellulaire dans cette structure. Au plan anatomique, un ralentissement de la croissance cérébrale a été observé dés la 7ème semaine de régime. Une diminution du volume hippocampique et une augmentation des espaces ventriculaires ont été observées à partir de 11 semaines de carence. Au plan moléculaire, aucune modification de l'expression du gène codant pour APP, ou du rapport APP770-751/APP695, considéré comme un indicateur précoce de la MA n'a été observée après 10 semaines de carence. Après 14 semaines de régime dépourvu en vitamine A, de profondes modifications métaboliques sont observées dans les trois structures à savoir le cortex, l’hippocampe et le striatum. Au plan moléculaire, les principaux résultats suggèrent un basculement du processus biochimique de dégradation de la protéine APP en faveur de la voie amyloïdogénique dans le cortex, et par voie de conséquence en faveur de la formation du peptide Aß. Cependant, aucune modification du taux protéique des peptides Aß n'a été mise en évidence dans le cortex et l'hippocampe des rats carencés. Le modèle d'hypothyroïdie que nous avons mis en oeuvre entraine bien une hypoactivité de la voie de signalisation de la T3, observée dans l'hippocampe des animaux et une diminution du taux d'ARNm codant pour RARß observée dans le cortex des rats hypothyroïdiens. Au plan moléculaire, l'augmentation du rapport APP770-751/APP695 a été observée chez les rats rendus hypothyroïdiens par rapport aux rats témoins. Comme chez les rats carencés en vitamine A, les indicateurs de la voie physiologique ne sont que très faiblement affectés chez les rats rendus hypothyroïdiens. / Some data reveal that retinoid hyposignalling, presumably resulting from decreased bioavailability of retinoid ligands naturally, was shown to result in aging-related synaptic plasticity and long term potentiation (LTP) alterations as well as in aging-related decline of cognitive function. Moreover, genetic, metabolic and dietary evidence has been provided for a defective retinoid metabolism in Alzheimer disease (AD). Thus, key steps of the amyloid production process are under the control of proteins whose expression is positively regulated by RA in vitro. In this context, the aims of this work were to better understand neuro-anatomical and functionnal consequences of retinoid signaling brain hypoactivity. Our experimental method uses two animal models: a Vitamin A deficiency model which induce especially an hypoactivity of retinoid pathway, and an hypothyroid model which was also characterized by an hypoactivity of retinoid pathway. In the fisrt model, two main approch were used : (i) an NMR imaging and spectroscopy approach, (ii) a molecular approach to study expression of retinoid target genes implicated in amyloidogenic process. NMR results showed that VAD induces severe anatomic and metabolic disorders in particular a slowing of brain growth, hippocampus atrophy, and a decrease of NAA/Cr, marker of neuronal density which was observed in cortex, hippocampus and striatum. Molecular results reveal a vitamin A deficiency-related dysregulation of the amyloid pathway in the cortex of rats, which is known to be the first brain area altered by AD development. In this area, 14 weeks of deprived diet induces physiological dysregulation in the modulation of RA target genes leading to an increased amount of ADAM10, BACE and PS1, with some modifications in amyloidogenic pathway but without increased amount of Aß peptides. In hypothyroid model, molecular results suggests that adult onset-hypothyroidism may induce the amyloidogenic pathway of APP processing by increasing activity of ß and ?secretases and levels of amyloid peptides mainly in hippocampus. Together these data argue for the idea that hypoactivity of retinoid signalling which occurs naturally with aging could be a factor participating in accelerating aging and that hypothyroidism that become more prevalent with advancing age, could increase, via a hyposignaling of T3 pathway, the vulnerability of amyloidogenic pathway of APP processing as well as of other clinical symptoms of AD.