Les nucleotides sont des molécules organiques essentielles à la vie qui participent à diverses fonctions des organismes vivants comprenant le stockage de l'information génétique (ADN), sa transcription (ARNm), sa traduction (ARNr, ARNt) en protéine et la régulation de cette traduction (miARN) ainsi qu'au contrôle de l'activité de certaines protéines comme les protéines kinases (ATP) et au stockage de l'énergie chimique (ATP, GTP). Les nucleotides peuvent aussi être relâchés dans le milieu extracellulaire et servir de signaux autocrines et paracrines en activant des récepteurs P2 spécifiques. Leur concentration est contrôlée par des ecto-nucléotidases qui hydrolysent les nucleotides en nucleosides. Ces enzymes peuvent ainsi influencer l'activation des récepteurs P2. Dans cette thèse, j'introduirai d'abord de façon globale la signalisation par les nucleotides, les nucleosides et les molécules qui contiennent des nucleotides (c'est-à-dire NAD, FAD, NpnN) et décris ensuite de façon plus spécifique l'importance de cette signalisation dans le processus inflammatoire. Par la suite, , je présenterai le travail que j'ai entrepris afin de mieux comprendre le rôle joué par les ecto-nucléotidases en approfondissant la caractérisation biochimique des nucleosides triphosphates diphosphohydrolases (NTPDases) et en analysant le rôle de l'une d'entre elles, la NTPDasel, dans le macrophage murin. Ensuite, je présenterai la caractérisation d'une nouvelle ecto-nucléotidase, la NTPDase8 (chapitre 2), et la comparaison des propriétés biochimiques des quatre NTPDases humaines et murines présentes au niveau de la membrane plasmique soit les NTPDasel, 2, 3 et 8 (Chapitre 3). Ces enzymes peuvent contrôler la concentration des différents agonistes des récepteurs P2 de façon fine et distincte. Au chapitre 4, je présenterai la caractérisation de l'ARL 67156, un inhibiteur potentiel de la NTPDasel. Parmi les différentes ecto-nucléotidases hydrolysant l'ATP extracellulaire, cette molécule inhibe de façon compétitive les NTPDasel et NTPDase3 ainsi que la nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase-1 (NPP1). Finalement, je montrerai que la NTPDasel est la principale ecto-nucléotidase des macrophages murins où elle contrôle l'activation du récepteur P2X₇ et les fonctions qui lui sont associées telles que la mort induite par l'ATP, l'ouverture d'un pore et la relâche d'IL-iβ et d'IL-18, deux cytokines précoces de l'inflammation.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le foie possède une forte activité d'hydrolyse de l'ATP extracellulaire associée aux canalicules biliaires qui a longtemps été utilisée comme marqueur de cette structure. Jusqu'à récemment, peu d'information était disponible quant à la nature exacte de cette activité. Le clonage d'une nouvelle ectonucléotidase fortement exprimée dans le foie, l'ectonucléoside triphosphate diphosphohydrolase-8 (NTPDase8), suggérait un nouveau candidat potentiel pouvant correspondre à l'ecto-ATPase canaliculaire hépatique. Le premier objectif de mon doctorat était donc de déterminer l'identité moléculaire de la protéine responsable de l'activité ATPasique canaliculaire hépatique. L'ADN complémentaire de la NTPDase8- de rat a été clone et utilisé pour la caractérisation biochimique de l'enzyme recombinante et la production de sera polyclonaux spécifiques. Les activités ATPase et ADPase hépatiques ont été détectées par histochimie enzymatique et l'expression de la NTPDase8 par immunohistochimie. L'activité ATPase majeure de foie de rat a été purifiée, caractérisée biochimiquement et ses propriétés enzymatiques comparées à celles de la NTPDase8 de rat recombinante. Tous les résultats obtenus démontrent que la NTPDase8 correspond à l'ecto-ATPase canaliculaire. Mon deuxième objectif de doctorat était d'étudier l'influence potentielle des NTPDases et de l'ecto-5'-nucléotidase/CD73 sur les concentrations extracellulaires de nucleotides hépatiques, selon leur localisation cellulaire respective. Les différentes ectonucléotidases exprimées à la surface des cellules hépatiques modulent l'activation des récepteurs de nucleosides Pl et/ou de nucleotides P2, en contrôlant les niveaux extracellulaires de leurs agonistes. Dans le foie, les NTPDases sont responsables majoritairement de l'hydrolyse des nucleotides extracellulaires comme l'ATP et l'ADP alors que l'ecto-5'-nucléotidase génère la principale quantité d'adénosine extracellulaire, à pH physiologique. Les activités ATPase, ADPase et AMPase hépatiques ont été détectées par histochimie enzymatique, et l'expression des NTPDasel, 2 et 8, et de l'ecto-5'-nucleotidase par immunofluorescence. L'expression de l'ecto-5'-nucleotidase a été analysée par cytometric de flux sur divers types cellulaires hépatiques primaires. Les profils d'hydrolyse de l'ATP en présence de différentes combinaisons NTPDase/ecto-5'-nucleotidase (reflétant la localisation hépatique de ces enzymes) ont été analysés par HPLC. Nos résultats montrent que les niveaux de nucléo(s/t)ides extracellulaires varient en fonction de la combinaison d'ecto-nucléotidases considérées et de la concentration initiale de substrat ATP extracellulaire.

Leishmania est un parasite protozoaire eucaryote unicellulaire qui infecte plus de 1.6 millions de personnes chaque année dans plus de 98 pays. Aucun vaccin humain est actuellement disponible et peu de traitements efficaces sont utillisés pour lutter contre le large spectre de pathologies causées par Leishmania. Récemment, l’étude du contrôle de la qualité des protéines chez Leishmania infantum a révélé que DDX3, une DEAD-box hélicase à ARN dotée de multiples fonctions dans le métabolisme de l’ARN et la signalisation cellulaire, joue un rôle central dans le contrôle de qualité des protéines dans la mitochondrie. Une étude plus approfondie de ce mécanisme a révélé des interactions potentielles de DDX3 avec des composantes clés de la réponse cellulaire au stress, en particulier avec une protéine de la famille des AAA + ATPases, VCP/p97/Cdc48. Comme VCP/p97/Cdc48 participe à de multiples étapes dans le contrôle de qualité des protéines en utilisant son hydrolyse de l’ATP pour séparer les protéines ubiquitinées de leurs partenaires et les acheminer au protéasome 26S pour dégradation, nous avons émis l’hypothèse que l’homologue très conservé chez Leishmania, LiVCP, pourrait agir de la même façon. Cette étude a permis la caractérisation fonctionnelle de l’homologue VCP chez Leishmania, son rôle dans la réponse du parasite au stress et sa survie dans les macrophages, ses interactions potentielles avec d’autres partenaires dont des cofacteurs clés, ainsi que la modélisation 3D des interactions LiVCP-cofacteurs. En utilisant des mutants génétiquement générés ayant moins de copies du gène LiVCP ou des mutants dominants négatifs avec une activité VCP altérée, nous avons démontré que LiVCP est un gène essentiel et que les mutants VCP sont incapables de survivre sous le shock de la chaleur et présentent un déficit de croissance très marqué chez les amastigotes. De plus, nous avons montré une forte accumulation de protéines polyubiquitinées et une sensibilité accrue au stress protéotoxique chez ces mutants, soutenant la fonction de chaperone sélective de l'ubiquitine de LiVCP. Grâce à des analyses in silico et à la «protéomique en réseau» en utilisant des études de co-immunoprécipitation et de spectrométrie de masse (LC-MS / MS), nous avons établi le premier réseau protéique de VCP chez les parasites protozoaires et déterminé que p47, FAF2, UFD1, PUB1 et l’hétérodimère NPL4-UFD1 étaient les principaux cofacteurs de LiVCP. Enfin, nos travaux nous ont permis de faire progresser nos connaissances générales sur la protéine essentielle VCP et le contrôle de la qualité des protéines chez Leishmania et d’indiquer quelques perspectives intéressantes pour approfondir notre compréhension sur ces mécanismes importants non seulement chez Leishmania mais aussi chez d’autres trypanosomatides. / Leishmania is a unicellular eukaryotic protozoan parasite that infects over 1.6 million people each year in more than 98 countries. No human vaccine is currently available and few effective treatments are used to combat the broad spectrum of diseases caused by Leishmania. Recently, studies on Protein Quality Control in Leishmania infantum revealed that the multifunctional DEAD-box RNA helicase DDX3 involved among others in RNA metabolism and cell signaling plays a central role in mitochondrial protein quality control. Further studies revealed potential interactions of DDX3 with key components of the cellular stress response, particularly with the conserved AAA+ ATPase VCP/ p97/Cdc48. As VCP is associated with many ubiquitin-dependent cellular pathways that are central to protein quality control in other eukaryotic systems using its ATP hydrolysis to separate ubiquitinated proteins from their partners and bring them to the 26S proteasome for degradation, we hypothesized that the Leishmania highly conserved counterpart, LiVCP, might act in similar way. This study enabled the functional characterization of the Leishmania VCP homolog, its role in the parasite's response to stress and survival inside macrophages, its potential interactions with other partners including key VCP cofactors, and the homology 3D modeling of LiVCP-cofactor interactions. Using genetically engineered mutants with fewer copies of the LiVCP gene or dominant negative mutants with altered VCP activity, we demonstrated that LiVCP is an essential gene and that VCP mutants are unable to survive under heat stress and exhibit a very marked growth defect in amastigotes. In addition, we showed a high accumulation of polyubiquitinated proteins and increased susceptibility to proteotoxic stress in these mutants, supporting that LiVCP has an ubiquitin selective chaperone function. Using "network proteomics" analyses by co-immunoprecipitation and mass spectrometry (LC-MS/MS) studies, we established the first VCP protein network in protozoan parasites and determined p47, FAF2, UFD1, PUB1 and the NPL4-UFD1 heterodimer as the major cofactors of LiVCP. Overall, our work allowed us to advance general knowledge of the essential role of VCP in Leishmania protein quality control and to propose some interesting perspectives to deepen our understanding of these important pathways not only in Leishmania but also in other trypanosomatids.

L'objectif principal de cette étude consistait à identifier et à caractériser des inhibiteurs de l'activité enzymatique des Nucléosides Triphosphates Diphosphohydrolases (NTPDases) de la membrane cytoplasmique, soient les NTPDase 1, 2, 3 et 8. Ainsi, dans un premier temps, nous avons caractérisé l'inhibition de certains antagonistes des récepteurs P2 sur les NTPDases. Puis, nous avons produit et testé des inhibiteurs spécifiques de ces enzymes, tels des anticorps monoclonaux. Nos résultats nous permettent de conclure que certains antagonistes des récepteurs P2 tels la suramine, le NF279, le réactif bleu-2 sont aussi des inhibiteurs non sélectifs de l'activité enzymatique des formes humaines et murines des NTPDasel, 2, 3 et 8. Parmi les antagonistes testés, le plus puissant s'est avéré être le NF279. Soulignons cependant, qu'il suffit d'une modification chimique de certains de ces antagonistes pour obtenir une inhibition plus sélective de certaines NTPDases. Finalement nous avons produit et caractérisé un anticorps dirigé contre la NTPDase3 humaine qui inhibe spécifiquement cette enzyme. Ce nouvel anticorps monoclonal que nous avons produit au laboratoire représente actuellement le premier inhibiteur spécifique d'une NTPDase. Dans ce travail, nous avons également démontré que cet anticorps monoclonal est très efficace dans différents types d'expérimentation telles le Western blot, l'immunohistochimie et la cytométrie de flux. L'identification et la caractérisation de ces outils permettront une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels les nucléotides extracellulaires, via l'activation des récepteurs P2, modulent des fonctions biologiques importantes telles le développement, la sécrétion endocrinienne, l'inflammation et les réactions immunitaires.