L’hypoxie est une caractéristique commune des tumeurs solides et l’une des spécificités du micro environnement tumoral. L’hypoxie tumorale joue un rôle important dans l’angio génèse, la progression maligne, le développement de métastases, la chimio/radio-résistance et favorise l’échappement au système immunitaire du fait de l’émergence de variant tumoraux avec un potentiel de survie et de résistance à l’apoptose augmenté. Cependant, très peu de travaux ont étudié l’impact de l’hypoxie tumorale sur la régulation de la susceptibilité des tumeurs à la lyse induite par la réponse immune cytotoxique. Nous nous sommes donc demandé si l’hypoxie pouvait conférer aux tumeurs une résistance à la lyse induite par les lymphocytes T cytotoxiques (CTL). Nous avons démontré que l’exposition de cellules cibles tumorales à l’hypoxie possédait un effet inhibiteur sur la lyse de ces cellules tumorales par des CTL autologues. Cette inhibition n’est pas associée à des altérations de la réactivité de CTL ou de la reconnaissance des cellules cibles. Cependant, nous avons montré que l’induction hypoxique concomitante de la phosphorylation de STAT3 (pSTAT3) au niveau de la tyrosine 705 et du facteur HIF-1α (Hypoxia Inducible Factor-1 alpha) est liée fonctionnellement à l’altération de la susceptibilité de cellules tumorales bronchiques non à petites cellules (NSCLC) à la mort induite par les CTL. Nous avons aussi montré que la résistance de cellules tumorales bronchiques à la lyse CTL induite par l’hypoxie était associée à une induction d’autophagie dans les cellules cibles. En effet, l’inhibition de l’autophagie empêche la phosphorylation de STAT3 (via l’inhibition de la kinase Src) et restaure la susceptibilité des cellules tumorales hypoxiques à la lyse induite par les CTL. De plus, l’inhibition in vivo de l’autophagie par l’hydroxychloroquine (HCQ) dans le modèle murin portant la tumeur B16F10 and chez les souris vaccinée avec le peptide TRP2 augmente de façon drastique l’inhibition de la croissance tumorale. Collectivement, cette étude établit un nouveau lien fonctionnel entre l’autophagie induite par l’hypoxie et la régulation de la lyse induite par les cellules T spécifique d’antigènes et souligne le rôle majeur de l’autophagie dans le contrôle de la croissance tumorale in vivo.Finalement, étant donné que le la résistance tumorale à la lyse induite par les cellules tueuses est très probablement régulée par de multiples facteurs, nous avons aussi eu pour but d’identifier les micro-ARNs (miRs) régulés par l’hypoxie dans des modèles de NSCLC et de mélanome et leur implication putative dans la régulation de la susceptibilité tumorale à la lyse induite par les cellules T spécifique d’antigènes. Le micro-ARN 210 (miR-210) est ainsi significativement induit de manière dépendante de HIF-1α dans des cellules de NSCLC et de mélanome, et miR-210 est exprimé dans les zones hypoxiques de tissus issus de NSCLC. De plus, nous avons démontré que l’induction de miR-210 par l’hypoxie régule la susceptibilité tumorale à la lyse induite par les CTL en partie grâce à l’inhibition de l’expression de PTPN, HOXA1 et TP53I11, indiquant que miR-210 joue un rôle potentiel dans la régulation de la réponse immune antitumorale. / Hypoxia is a common feature of solid tumors and one of the hallmarks of tumor microenvironment. Tumor hypoxia plays an important role in angiogenesis, malignant progression, metastatic development, chemo-radio resistance and favours immune evasion by the emergence of tumor variants with increased survival and anti-apoptotic potential. There is very little work done on the impact of tumor hypoxia on the regulation of tumor susceptibility to the lysis induced by cytotoxic antitumor response. Therefore, we asked whether hypoxia confers tumor resistance to cytotoxic T lymphocyte (CTL)-mediated killing. We demonstrated that exposure of target cells to hypoxia has an inhibitory effect on the CTL-mediated autologous target cell lysis. Such inhibition was not associated with an alteration of CTL reactivity and tumor target recognition. We also showed that the concomitant hypoxic induction of Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) phosphorylation on tyrosine 705 residue (pSTAT3) and hypoxia inducible factor 1 alpha (HIF-1α) is functionally linked to the alteration of Non small cell lung carcinoma (NSCLC) target susceptibility to CTL-mediated killing. We also showed that hypoxia-induced resistance of lung tumor to CTL-mediated lysis was associated with autophagy induction in target cells. Inhibition of autophagy resulted in impairment of pSTAT3 (via inhibition Src kinase) and restoration of hypoxic tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis. Moreover, in vivo inhibition of autophagy by hydroxychloroquine (HCQ) in B16F10 tumor bearing mice and mice vaccinated with TRP2 peptide dramatically increased tumor growth inhibition. Collectively, the current study establishes a novel functional link between hypoxia-induced autophagy and the regulation of antigen specific T cell lysis and points to a major role of autophagy in the control of in vivo tumor growth.Finally, as resistance of tumor targets to killer cells is likely to be regulated by multiple factors, we further aimed to identify the microRNA’s regulated by hypoxia in NSCLC and melanoma and their putative involvement in the regulation of tumor susceptibility to antigen-specific CTL-mediated killing. MicroRNA-210 (miR-210) was significantly induced in a HIF-1α dependent manner in NSCLC and melanoma cells and miR-210 was expressed in hypoxic zones of human NSCLC tissues. Moreover, we demonstrated that hypoxia-induced miR-210 regulates tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis in part by suppressing PTPN, HOXA1 and TP53I11 expression indicating that miR-210 plays a potential role in the regulation of anti-tumor immune response.

Résumé en français : Notre équipe étudie les mécanismes de l’apoptose induite par la nutline-3, une molécule capable de se fixer sur MDM2 et d’activer la p53, dans différents types de lymphomes associés au virus d’Epstein-Barr (EBV) comme le lymphome de Burkitt (LB) ou syndromes lymphoprolifératifs post-transplantation (PTLD). Nos résultats montrent que la nutline-3 induit l’apoptose des cellules de LB EBV (-) alors que les cellules EBV (+) en latence de type III sont résistantes. Mon travail de thèse a consisté à étudier les mécanismes impliqués dans ce phénomène de résistance afin de mettre en place des stratégies pour les contourner. Une première étude initiée par les résultats d’une analyse transcriptomique, effectuée après traitement avec la nutline-3 de deux lignées qui ne diffèrent que par leur statut EBV, nous a permis de montrer que : 1) l’autophagie est induite en réponse au traitement dans les cellules EBV (+) en latence de type III ; 2) ces cellules expriment fortement Bécline-1 et présentent une activation constitutive de l’autophagie ; 3) l’autophagie contribue à la résistance de ces cellules à l’apoptose. Par ailleurs, nos résultats indiquent que la protéine anti-apoptotique Bcl-2 est également impliquée dans la résistance de ces cellules et que l’utilisation d’ABT-737, un inhibiteur de Bcl-2, restaure leur sensibilité à la nutline-3. L’efficacité de ce composé a donc été évaluée in vivo, seul ou en combinaison avec des traitements conventionnels (Cyclophosphamide pour le LB et Rituximab pour les PTLD). Les résultats obtenus lors de ces études pré-cliniques montrent que : 1) ABT-737 réduit considérablement la croissance tumorale et augmente la survie de souris xénogreffées avec des cellules d’une lignée lymphoblastoïde (LCL, utilisées comme modèle pour les PTLD) alors qu’il n’a pas d’effets chez les souris xénogreffées avec une lignée de LB ; 2) la combinaison BT-737/Cyclophosphamide permet de limiter la croissance tumorale durant le traitement mais n’améliore pas la survie des souris xénogreffées avec une lignée de LB ; 3) l’association ABT-737/Rituximab est très efficace et induit une rémission complète chez 70% des souris xénogreffées avec la lignée de LCL / - Résumé en anglais : Our team is working on the mechanisms of apoptosis induced by nutlin-3, a small molecule which binds to MDM2 and activates p53, in different lymphomas associated with Epstein-Barr virus such as Burkitt lymphoma (BL) or Post-transplant lymphoproliferative disorder (PTLD). Our results show that nutlin-3 strongly induce apoptosis in EBV (-) cells whereas EBV (+) latency III cells are much more resistant. The aim of my PhD project was to study the mechanisms involved in the resistance of EBV (+) latency III cells to apoptosis and to develop new therapeutic strategies to bypass these mechanisms. A transcriptomic analysis was realized after treatment with nutlin-3 of two cell lines which only differs by their EBV status. Based on the results obtained, a study was performed which allow us to show that: 1) autophagy is induced after nutlin-3 treatment in EBV (+) latency III cells; 2) these cells strongly expressed beclin-1 and present a constitutively high level of autophagy; 3) autophagy is involved in the resistance of apoptosis observed in these cells. Furthermore, our results demonstrate that Bcl-2 also contributes to the resistance of EBV (+) latency III cells and that treatment with ABT-737, a Bcl-2 inhibitor, restores their susceptibility to nutlin-3 treatment. We thus assessed the efficiency of this compound in vivo, in monotherapy or associated with conventional treatments (Cyclophosphamide for BL and Rituximab for PTLD). Results obtained during these pre-clinical studies show that: 1) ABT-737 reduces tumor growth and increase the overall survival of mice xenografted with a lymphoblastoïd cell line (LCL, used as a model for PTLD studies) but has no effects on mice xenografed with BL cell lines; 2) the association ABT-737/Cyclophosphamide reduces tumor growth during treatment but doesn’t improve the overall survival of mice xenografed with BL cell lines; 3) the association ABT-737/Rituximab is very efficient and induces 70% of complete remission in mice xenografted with LCL.

Le virus de la fièvre hémorragique de Crimée-Congo (VFHCC) est un Nairovirus appartenant à la famille des Bunyaviridae, responsable d’une maladie hémorragique sévère chez l’Homme, associée à des symptômes non spécifiques et à une forte mortalité. La transmission se fait par morsure de tique ou par contact direct avec des fluides corporels contaminés. N’ayant ni vaccin ni traitement spécifique, un apport de connaissances sur les interactions cellulaires VFHCC-hôte ainsi que sur les mécanismes développés en réponse à l’infection est nécessaire.Nous avons tout d’abord étudié le potentiel antiviral de molécules sur la réplication du VFHCC. La chloroquine et la chlorpromazine ont été identifiées et inhibent efficacement la réplication virale avec une protection induite chez la souris contre l’infection, en particulier en combinaison avec la ribavirine.De nombreux virus sont connus pour être ciblés par, ou pour détourner la voie de l’autophagie. Nous avons regardé si l’infection par le VFHCC était associée à une modulation de l’autophagie et si la réplication virale était impactée par l’activité autophagique. L’étude de cellules hépatocytaires et épithéliales a montré une mobilisation massive du LC3, principal marqueur des vésicules autophagiques, par le VHFCC. Celle-ci reflète une induction du flux autophagique d’un nouveau type, n’impliquant pas les voies classiques de recrutement du LC3. La réplication virale n’est pas directement modulée par cette autophagie atypique mais des effets indirects sont à étudier. La plupart de ces observations ont été montrées pour le Nairovirus Dugbe avec cependant une cinétique différente.Le dernier axe étudié porte sur l’analyse de l’impact des IFITMs, facteurs de restriction virale connu pour interférer avec les processus de fusion membranaire, sur la réplication du virus Dugbe. L’étude a révélé une inhibition de la réplication virale par certains IFITMs.Des études supplémentaires portant sur l’interaction virus-cellule hôte et les mécanismes moléculaires associés sont nécessaires pour mieux comprendre la physiopathologie induite par le VFHCC et mettre au point de nouvelles stratégies thérapeutiques. / Crimean-Congo hemorrhagic fever virus (CCHFV) belongs to Nairovirus genus and to Bunyaviridae family. It is responsible for a severe hemorrhagic disease in humans, associated with non-specific symptoms and high lethality. Transmission is made by tick’s bite or by direct contact with contaminated body fluids. Since no vaccines or treatments are available, there is a need to accumulate knowledge on all aspects of CCHFV-host cell interaction as well as on response mechanisms that are taking place during infection.We first investigated pharmacological ways to interfere with CCHFV replication. Chloroquine and chlorpromazine (known modulators of some viral infections) were efficiently inhibiting viral replication and induce a protection in mice against CCHFV infection, particularly in the presence of ribavirin. Since several viruses are targeted by, or take advantage of, the autophagy response of infected cells, we explored whether CCHFV infection was associated with modulation of autophagy and whether virus replication was impacted by the autophagic activity of infected cells. By using hepatocytes and epithelial cells, we found that CCHFV induced a massive mobilization of the major marker of autophagic vesicles LC3. This mobilization reflected an induced autophagy flux and was of a novel type since known pathways of LC3 recruitment were not involved. The replication of CCHFV was indeed not directly modulated by this atypical form of autophagy but indirect effects remain to be studied. Most of these observations were found to be valid for the related, Dugbe virus (DUGV) with however, a distinct kinetic.Finally, we analyzed whether DUGV was sensitive to the IFITMs, restriction factors that can interfere with membrane fusion processes. Studies revealed that DUGV replication could be inhibited by some IFITMs. Additional studies on virus host-cell interactions and their associated molecular mechanisms should help to better understand the physiopathology induced by CCHFV and to devise therapeutic strategies.

Mon projet de thèse a porté sur les mécanismes neurodégénératifs dans le contexte de la maladie de Parkinson (MP). Cette maladie est caractérisée notamment par la présence d’inclusions intracytoplasmiques appelées corps de Lewy, dont le composant protéique principal est l’α-synucléine. L’absence de traitements curatifs à ce jour renforce la nécessité de comprendre les processus neurodégénératifs. L’objectif de mon travail de thèse fut de proposer une approche multifactorielle, translationnelle, basée sur trois axes complémentaires: modélisation, thérapeutique et mécanistique. Premièrement, nous nous sommes intéressés à la modélisation de la MP par l’utilisation de vecteurs viraux. Cette première partie nous a permis de conclure que le vieillissement ne constitue pas un facteur de risque pour les trois espèces étudiées. Ensuite, nous avons étudié deux stratégies pour combattre la dysfonction lysosomale existant chez les patients, premièrement par une approche biotechnologique avec des nanoparticules permettant de restaurer le pH des lysosomes dysfonctionnels, et une stratégie de thérapie génique par surexpression d’un régulateur de la biogénèse lysosomale. Grâce à ce travail, nous avons démontré l’intérêt du lysosome comme cible thérapeutique. Enfin, nous nous sommes focalisés sur l’hypothèse « prion » pour les synucléinopathies. Dans ce projet, nous avons mis en œuvre une approche de modélisation chez le primate non-humain ainsi qu’une une approche thérapeutique anti-agrégative chez le rongeur. Ces travaux mettent en évidence le rôle clé de l’α-synucléine dans l’étiologie de la MP et proposent des pistes d’améliorations des modèles animaux actuels ainsi que des approches thérapeutiques innovantes / The aim of this work was to focus on neurodegenerative mechanisms in the context of synucleinopathies, especially on Parkinson’s disease (PD). PD is characterized by the loss of dopaminergic neurons and the presence of intracytoplasmic proteinaceous inclusions named Lewy Bodies of which α-synuclein (α-syn) is the main protein component. To date, there are no curative treatments. Elucidating mechanisms underlying neurodegeneration in PD will allow the identification of new molecular targets for therapeutic intervention. My Ph.D. work intends multifactorial and translational approaches based on modelling, therapeutic intervention and mechanistic studies. We first focused on the development of new animal models of PD based on the use of viral vector-mediated overexpression of α-syn. This word allowed us to conclude on the absence of additive effect of ageing in α-syn-related toxicity, at least in the three investigated species. Then, we worked on two therapeutic strategies to overcome the lysosomal dysfunction occurring in PD. To do so, we first developed a biotechnological approach based on the use of acidic nanoparticles restoring acidic pH of sick lysosomes, and then we used a gene therapy approach based on the overexpression on a central modulator lysosomal biogenesis. We here demonstrated the interest of restoration of lysosomal physiology. Finally, we tested the “prion-like” hypothesis in a cohort of nonhuman primates and assessed the efficacy of a therapeutic approach using an oligomer modulator in mice. This work highlights the central role of α-syn in PD etiology and offers innovative strategies for both modelling and therapeutic intervention.

Les catécholamines induisent la synthèse d’AMPc par une stimulation des récepteurs β-adrénergiques et contrôlent ainsi la fonction cardiaque en activant une pléiade de voies de signalisation intracellulaires. Les protéines Epac sont des facteurs d’échange pour les petites protéines G et sont directement activés par l’AMPc. Devant l’importance de la voie β-adrénergique dans la physiopathologie cardiaque et dans le but de mieux comprendre la régulation des processus cellulaires dépendants de l’AMPc dans le cœur, il apparaît essentiel de caractériser le rôle des facteurs d’échange Epac dans le myocarde. Dans une première partie, cette étude démontre que les effets de Epac sur l’hypertrophie des cardiomyocytes ventriculaires de rats nouveaux nés requièrent les GTPases H-Ras et Rap2B. Epac active la voie PLC/IP3/Ca2+ qui est nécessaire pour l’activation de H-Ras. Au niveau transcriptionnel, Epac induit l’export nucléaire de HDAC4 permettant l’activation d’un programme génique d’hypertrophie. Dans une deuxième partie, cette étude révèle l’implication de Epac1 dans l’hypertrophie des cardiomyocytes in vivo, chez la souris. La délétion de Epac1 protège du remodelage cardiaque induit par l’activation prolongée des récepteurs β-adrénergiques et améliore la fonction cardiaque. La surexpression de Epac1 spécifiquement dans le myocarde entraîne une hypertrophie des cardiomyocytes. Par ailleurs, la voie β-AR/Epac1 induit l’accumulation de protéines ubiquitinylées et provoque l’activation du processus d’autophagie in vitro et in vivo. L’autophagie protège des effets délétères de la voie β-adrénergique/Epac en participant à l’élimination des agrégats protéiques et en contrant les effets hypertrophiques de Epac1. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement de l’hypertrophie et de l’insuffisance cardiaque. / Catecholamines regulate cardiac function by stimulating β-adrenergic receptors (β-AR), leading to cAMP production and activation of a multiplicity of signaling pathways. Epac proteins are exchange factors for small G proteins which are directly activated by cAMP. Given the importance of the β-adrenergic pathway in cardiac physiopathology, it becomes essential to characterize functions of Epac protein in myocardium. In a first part, this study shows that H-Ras and Rap2B GTPases are involved in Epac-induced neonatal rat cardiac myocytes hypertrophy. Epac induces activation of the PLC/IP3/Ca2+ pathway which is necessary for H-Ras activation. At the transcriptional level, Epac causes HDAC4 nuclear export leading to activation of a hypertrophic gene program. In a second part, this study reveals implication of Epac1 in cardiac hypertrophy in vivo. Deletion of Epac1 in mice protects from cardiac remodeling induced by chronic isoproterenol infusion and enhances cardiac function. Cardiac specific overexpression of Epac1 in mice induces cardiac myocytes hypertrophy. Interestingly, β-AR/Epac1 pathway triggers ubiquitinated proteins accumulation and activation of autophagy both in vitro and in vivo. By eliminating aggregates and by counteracting hypertrophic effects of Epac, autophagy protects from deleterious effects of the β-AR/Epac pathway. These results open news insights into the treatment of cardiac hypertrophy and heart failure.

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La mort cellulaire programmée (PCD pour Programmed Cell Death) est un processus essentiel aux cellules. Le PCD a d’abord été caractérisé dans le développement cellulaire et peut être divisé en plusieurs groupes selon les caractéristiques observées. L’apoptose, un sous-groupe du PCD, est caractérisé par plusieurs distinctions morphologiques et signalétiques attribué tout d’abord aux organismes complexes pour son rôle dans le développement et dans le maintien de l’intégrité tissulaire. Depuis la dernière décennie, de nombreuses études font état de l’existence d’un programme apoptotique dans des organismes unicellulaires comme les levures. Ce programme apoptotique a surtout été étudié chez les levures Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe et partage certaines caractéristiques avec l’apoptose des mammifères. Par contre, l’apoptose associé aux levures est distinct à certains égards entre autre par l’absence de certains homologues présents chez les mammifères. L’intérêt au niveau de l’étude du phénomène apoptotique chez les levures est sans cesse grandissant par la facilité avec laquelle les levures peuvent être utilisées comme système modèle. L’apoptose peut être induit dans les cellules de différentes façons en réponse à des stimuli internes ou externes. L’accumulation de protéines mal repliées au niveau du réticulum endoplasmique (RE) causant un stress est un inducteur bien caractérisé de la voie apoptotique. La signalisation de l’apoptose dans un cas de stress au RE fait appel aux transducteurs des signaux de la voie du UPR ( Unfolded Protein Response). Récemment, il a été montré que la calnexine, une chaperone transmembranaire du RE connue et caractérisée surtout pour ses fonctions d’aide au repliement des protéines et au contrôle de qualité, joue un rôle dans la transduction du signal apoptotique en réponse au stress du RE chez mammifères. Le rôle de la calnexine dans ce cas consiste principalement en l’échafaudage pour le clivage par la caspase 8 de la protéine apoptotique Bap31. Nous avons tout d’abord démontré que le stress du RE et que la déficience en inositol, un précurseur essentiel de nombreuses molécules signalétiques, sont deux inducteurs de l’apoptose chez la levure S. pombe. Ces deux voies semblent induire l’apoptose par deux voies distinctes puisque seule la voie de la déficience en inositol induit l’apoptose de façon dépendante à la métacaspase Pca1p. La calnexine, essentielle à la viabilité chez la levure S. pombe, est impliquée dans ces deux phénomènes apoptotiques. L’apoptose induit par le stress du RE nécessite une version de la calnexine ancrée à la membrane du RE pour être optimal. De façon opposée, l’apoptose induit par une déficience en inositol nécessite la présence de la queue cytosolique ancrée à la membrane de la calnexine pour être retardé. Ces deux actions différentes imputables à une même protéine laisse croire à une double fonction pro et anti-apoptotique de celle-ci. Suite à la découverte de l’existence d’un clivage endogène de la calnexine en situation normale de croissance, un modèle a été élaboré expliquant les rôles distincts de la calnexine dans ces deux voies apoptotiques. Ce modèle fait état d’un rôle associé au clivage de la calnexine dans l’apoptose. / Programmed Cell Death (PCD) is an essential process to the cells. PCD was first characterized in cell development and can be separated in sub-groups depending of cell death characteristics observed. Apoptosis is one of the PCD sub-groups that was first associated to complex organisms for its roles in cell development and in maintenance of tissues integrity. The apoptotic pathway is characterized by specific morphological and signalization characteristics. In the last ten years, numerous studies demonstrated the existence of apoptosis in unicellular organisms such as yeast. This apoptotic program was extensively studied in the two yeast Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe and share characteristics with the mammalian one. However, yeast apoptosis is distinctive at many points as yeast do not encodes all the mammalian homologues of the apoptotic pathway. Although yeast and mammalian apoptosis seems to differs, the interest about yeast apoptosis is growing given that yeast is an excellent and easily tractable model system. External and internal stimuli can induce apoptosis by different ways. Accumulation of unfolded or incompletely folded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) causing ER stress is a well-known inducer of the apoptotic pathway. Signalization of ER-stress induced apoptosis involves the same transducers than the UPR (Unfolded Protein Response) pathway. It was recently shown that calnexin, a transmembrane chaperone of the ER, is implicated in ER-stress apoptosis in mammalian cells. In this particular case, it was demonstrated that calnexin acts as a scaffold in the cleavage of the apoptotic protein Bap31 by caspase 8. We demonstrated that ER stress and inositol deficiency, a precursor of many important signalization molecules, are two situations leading to apoptosis in the yeast S. pombe. These two pathways leading to apoptosis seems to differ as only inositol deficiency is dependant of the yeast metacaspase Pca1p. We also demonstrated that S. pombe calnexin, essential for cell viability of this yeast, takes part in these two apoptotic process. ER stress induced apoptosis needs a calnexin anchors to the ER membrane to be efficient. However, apoptosis induced by inositol starvation needs the calnexin C-terminal tail with the transmembrane domain to be delayed. These two opposite actions from the same protein lead to the hypothesis that calnexin encodes both pro and anti-apoptotic functions. By the discovery that calnexin is cleaved under normal culture conditions, a model was elaborated explaining the distinctive roles of calnexin in these two apoptotic pathways. This model proposed a role of calnexin cleavage to apoptosis.

Le contrôle immunitaire des infections virales est effectué, en grande partie, par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques. Pour y parvenir, les lymphocytes T CD8+ doivent être en mesure de reconnaître les cellules infectées et de les éliminer. Cette reconnaissance des cellules infectées s’effectue par l’interaction du récepteur T (TCR) des lymphocytes T CD8+ et des peptides viraux associés au complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe I à la surface des cellules hôtes. Cette interaction constitue l’élément déclencheur permettant l’élimination de la cellule infectée. On comprend donc toute l’importance des mécanismes cellulaires menant à la génération des peptides antigéniques à partir des protéines virales produites au cours d’une infection. La vision traditionnelle de cet apprêtement protéique menant à la présentation d’antigènes par les molécules du CMH propose deux voies cataboliques distinctes. En effet, il est largement admis que les antigènes endogènes sont apprêtés par la voie dite ‘‘classique’’ de présentation antigénique par les CMH de classe I. Cette voie implique la dégradation des antigènes intracellulaires par le protéasome dans le cytoplasme, le transport des peptides résultant de cette dégradation à l’intérieur du réticulum endoplasmique, leur chargement sur les molécules du CMH de classe I et finalement le transport des complexes peptide-CMH à la surface de la cellule où ils pourront activer les lymphocytes T CD8+. Dans la seconde voie impliquant des antigènes exogènes, le dogme veut que ceux-ci soient apprêtés par les protéases du compartiment endovacuolaire. Les peptides ainsi générés sont directement chargés sur les molécules de CMH de classe II à l’intérieur de ce compartiment. Par la suite, des mécanismes de recyclage vésiculaire assurent le transport des complexes peptide-CMH de classe II à la surface de la cellule afin de stimuler les lymphocytes T CD4+. Cependant, cette stricte ségrégation des voies d’apprêtement antigénique a été durement éprouvée par la capacité des cellules présentatrices d’antigènes à effectuer l’apprêtement d’antigènes exogènes et permettre leur présentation sur des molécules de CMH de classe I. De plus, l’identification récente de peptides d’origine intracellulaire associés à des molécules de CMH de classe II a clairement indiqué la présence d’interactions entre les deux voies d’apprêtement antigénique permettant de transgresser le dogme préalablement établi. L’objectif du travail présenté ici était de caractériser les voies d’apprêtement antigénique menant à la présentation d’antigènes viraux par les molécules du CMH de classe I lors d’une infection par le virus de l’Herpès simplex de type I (HSV-1). Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons une nouvelle voie d’apprêtement antigénique résultant de la formation d’autophagosomes dans les cellules infectées. Cette nouvelle voie permet le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire dégradatif dans la phase tardive de l’infection par le virus HSV-1. Cette mise en branle d’une seconde voie d’apprêtement antigénique permet d’augmenter le niveau de présentation de la glycoprotéine B (gB) virale utilisée comme modèle dans cette étude. De plus, nos résultats décrivent la formation d’une nouvelle forme d’autophagosomes dérivés de l’enveloppe nucléaire en réponse à l’infection par le virus HSV-1. Ces nouveaux autophagosomes permettent le transfert d’antigènes viraux vers un compartiment vacuolaire lytique, action également assurée par les autophagosomes dits classiques. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous utilisons l’infection par le virus HSV-1 et la production de la gB qui en résulte pour étudier le trafic membranaire permettant le transfert de la gB vers un compartiment vacuolaire dégradatif. Nos résultats mettent en valeur l’importance du réticulum endoplasmique, et des compartiments autophagiques qui en dérivent, dans ces mécanismes de transfert antigénique permettant d’amplifier la présentation antigénique de la protéine virale gB sur des CMH de classe I via une voie vacuolaire. L’ensemble de nos résultats démontrent également une étroite collaboration entre la voie classique de présentation antigénique par les CMH de classe I et la voie vacuolaire soulignant, encore une fois, la présence d’interaction entre les deux voies. / Immune control of viral infections is mainly carried out by cytotoxic CD8+ T lymphocytes. To achieve this, CD8+ T lymphocytes must be able to recognize infected cells and eliminate them. This recognition of infected cells occurs by the interaction of the T cell receptor (TCR) of CD8+ T lymphocytes and viral peptides associated with major histocompatibility complex (MHC) class I on the surface of host cells. This interaction is the key element triggering the elimination of infected cells. This emphasizes the major role of cellular mechanisms leading to the generation of antigenic peptides from viral proteins. The traditional view of antigen presentation by MHC molecules proposes two segregated pathways. Indeed, it is widely accepted that endogenous antigens are processed by the ''classical'' MHC class I presentation pathway. This pathway involves the degradation of intracellular antigens by the proteasome complex in the cytoplasm of the cell, the resulting peptides are then translocated in the endoplasmic reticulum where they are loaded on MHC class I molecules, and finally peptide-MHC complex are exported at the cell surface to activate CD8+ T lymphocytes. In contrast, exogenous antigens internalized by endocytosis or phagocytosis are processed by hydrolases in the lytic endovacuolar compartment and the resulting peptides are loaded on MHC class II molecules. Thereafter, vesicle recycling mechanisms transport the peptide-MHC class II complex on the cell surface where they can stimulate CD4+ T lymphocytes. However, the strict segregation of these two pathways has been revisited to account for the ability of antigen presenting cells to present exogenous antigens on MHC class I molecules by a process called cross-presentation. Moreover, the recent finding that intracellular peptides might also be presented by MHC class II molecules clearly emphasized the presence of interactions between these two antigen processing pathways that transgress the previously established dogma. The objective of the work presented here was to characterize the antigen processing pathways leading to antigen MHC class I presentation during herpes simplex type I (HSV-1) infection. In the results reported here, we describe a new antigen processing pathway resulting from the formation of autophagosomes in HSV-1 infected cells. This new pathway allows the transfer of viral antigens in a lytic vacuolar compartment during the late phase of infection. The development and activation of this second pathway of antigen processing leads to an increased MHC class I presentation of the viral glycoprotein B (gB) used as a model in this study. Moreover, our results describe the establishment of a new form of autophagosomes derived from the nuclear envelope in response to HSV-1 infection. This new form of autophagosomes also contributes to viral antigen transfer to lytic vacuolar compartment in parallel to the action of classical autophagy. Our results also show a close collaboration between the classical MHC class I presentation pathway and vacuolar pathway induced by the formation of autophagosomes, still reinforcing the idea that these two pathways interact together to ensure optimal antigens processing during viral infection. In the second part of the work presented here, we use HSV-1 infection and the resulting viral glycoprotein B to study membrane trafficking allowing the transfer of gB to degradative vacuolar compartments. Our results highlight the role of the endoplasmic reticulum in antigen transfer mechanisms that induce an amplified MHC class I presentation of the viral glycoprotein B.

L’autophagie est un processus cellulaire catabolique qui a été conservé durant l’évolution de la levure à l’homme. Cet important mécanisme consiste en une dégradation des composants cytoplasmiques dans une structure lytique, le lysosome. Il existe trois types de l’autophagie : la microautophagie, l’autophagie médiée par les chaperones et la macroautophagie nommée « autophagie ». Il a été démontré que lors de l’autophagie, le matériel cytoplasmique (protéines cytosoliques et organites) est séquestré dans l’autophagosome qui finit par fusionner avec le lysosome, formant ainsi l’autophagolysosome. Le matériel séquestré et la membrane interne de l’autophagosome seront dégradés par les hydrolases lysosomales. Plusieurs études se sont focalisées sur la détermination de la machinerie moléculaire et les mécanismes de l’autophagie. Il a été démontré l’implication de 31 molécules Atg essentielles dans le processus de l’autophagie. L’identification de ces protéines a permis de déceler le rôle de l’autophagie non seulement dans le maintien de l’homéostasie cellulaire mais aussi dans la défense contre les agents pathogènes. En effet, l’autophagie joue un rôle important dans l’immunité innée conduisant à contrôler l’évasion des pathogènes dont les bactéries et les virus. Également, l’autophagie est impliquée dans l’immunité adaptative en favorisant la présentation des antigènes viraux par le CMH de classe II aux cellules T CD4+. De plus, une étude récente suggère que l’autophagie contribue à la présentation antigénique par le CMH de classe I aux cellules T CD8+ durant une infection virale par le virus HSV-1 (Herpes simplex type 1). Toutefois, certains virus y compris HSV-1 ont pu développer des mécanismes pour contourner et inhiber en partie le rôle protecteur de l’autophagie. Récemment, une étude dans notre laboratoire a mis en évidence, lors d’une infection virale par HSV-1 des cellules macrophages BMA, la présence d’une nouvelle structure autophagique dans une phase tardive de l’infection. Cette nouvelle structure est différente des autophagosomes classiques à double membrane et est caractérisée morphologiquement par quatre membranes dérivées de l’enveloppe nucléaire interne et externe. Peu de choses ont été rapportées sur cette nouvelle voie autophagique qui peut être un mécanisme de défense cellulaire quand l’autophagie classique dans le cytosol est inhibée par HSV-1. Il devient donc intéressant de caractériser les molécules impliquées dans la formation de ces autophagosomes issus du noyau par spectrométrie de masse. Pour ce faire, il était impératif d’établir un outil d’isolation des noyaux à partir de macrophages infectés par HSV-1 dans lesquels les autophagosomes issus des noyaux seront formés. La validation de cette méthode d’isolation a été effectuée en déterminant la pureté et l’intégrité des noyaux isolés à partir des cellules non infectées (contrôle) et infectées par HSV-1. La pureté des préparations de noyaux isolés a été caractérisée par l’absence de contaminants cellulaires et un enrichissement en noyaux. Également, il a fallu déterminer la cinétique de formation des autophagosomes issus des noyaux pour les deux lignées cellulaires de macrophages utilisées dans ce projet. Dans une perspective future, l’analyse protéomique à partir des échantillons purs des noyaux isolés (non infectés et infectés) mènera à identifier les protéines impliquées dans la formation des autophagosomes dérivés des noyaux, ce qui permettra ultérieurement d’effectuer des études sur les mécanismes moléculaires et les fonctions de cette nouvelle voie autophagique. / Autophagy is a catabolic cellular process that has been conserved during evolution from yeast to humans. More specifically, it consists of the degradation of cytoplasmic components within a lytic structure, the lysosome. There are at least three distinct types of autophagy; microautophagy, chaperone-mediated-autophagy, and macroautophagy wich often referred to simply as “autophagy” in the literature. It has been shown that during this type of autophagy, cytoplasmic material (cytosolic proteins and organites) are sequestrated in autophagosomes which fuse with lysosomes, forming autophagolysosomes where the sequestered material and the internal membrane of the autophagosomes are degraded by lysosomal hydrolases. Many studies have focused on understanding the molecular machinery and mechanism of autophagy. It has been shown that 31 autophagy proteins (Atg) are implicated and essential in the autophagic process. More importantly, the identification of these proteins has permitted the discovery of the role of autophagy not only in the maintenance of cellular homeostasis but also in host defense against pathogenic agents. Autophagy plays an important role in innate immunity by clearing and destroying intracellular pathogens like bacteria and viruses. Autophagy is also implicated in adaptive immunity, by promoting the presentation of viral antigens on CMH class II molecules to CD4+ T cells. A recent study has shown that autophagy also contributes to antigen presentation on CMH class I molecules to CD8+ T cells during infection with Herpes simplex virus type 1 (HSV-1). Certain viruses including herpes viruses have developed mechanisms to inhibit autophagy. Interestingly, a recent study in our lab revealed the presence of a new autophagic structure that occured during the late phase of viral infection of BMA macrophages with HSV-1. These structures are different from the classic double membrane autophagosomes, and are morphologically characterized by four membranes emerging from the inner and outer nuclear envelope. Very little was known about this novel nuclear-membrane autophagy pathway, which might function as a cellular defense mechanism when classic autophagy in the cytosol is inhibited by the virus. It is therefore of great interest to characterize the proteins involved in the formation of these autophagosomes from the nucleus by mass spectrometry. In order to do so, it was imperative to establish a protocol for the isolation of nuclei from HSV-1 infected macrophages which carry nuclear autophagosomes on their envelope. The validation of this isolation method was carried out by determining the purity of isolated nuclei in uninfected (mock) and infected macrophages. The purity of isolated nuclei was characterized by the absence of cellular contaminants derived from other cellular organites and enrichment in nuclei. Moreover, the kinetic of autophagosome formation on the nuclei during infection had to be determined for the two macrophage cell lines used during this project. As a future perspective, a proteomic analysis of pure samples of isolated nuclei (uninfected and infected) should identify proteins implicated in the formation of autophagosomes derived from the nuclei, and thus allow further studies of the molecular mechanism and functions of this novel autophagy pathway.

La cachexie est un syndrome clinique et métabolique caractérisé par une perte de tissu adipeux et de tissu musculaire, fréquemment observé chez les patients atteints de cancer. La myostatine (Mstn) régule négativement la masse musculaire. Bien que la régulation des mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la masse musculaire joue un rôle central dans la cachexie associée au cancer, les relations existant entre la Mstn et les mécanismes physiopathologiques restent largement inconnues. Suite à l'inoculation de cellules Lewis lung carcinoma (LLC) à des souris, nous avons montré que l'invalidation du gène de la Mstn (souris Mstn-/-) confère une résistance au développement de la cachexie associée au cancer par rapport à des souris sauvages. La déficience en Mstn prévient la perte de masse musculaire et réduit la croissance tumorale, 35 jours après l'injection des cellules LLC, et est associée à un allongement de la durée de vie des souris. L'invalidation du gène de la Mstn provoque aussi une augmentation de l'apoptose des cellules LLC et une diminution de l'expression de gènes impliqués dans la prolifération et le métabolisme tumoraux. L'activation des systèmes protéolytiques ubiquitine-protéasome et autophagie-lysosome, due au développement tumoral, est réduite voire supprimée dans le muscle des souris Mstn-/-. L'accumulation de céramides intramusculaires, un sphingolipide formé suite à une lipolyse exacerbée, est corrélée à la perte de masse musculaire, suggérant que les céramides pourraient être un médiateur cellulaire impliqué dans la cachexie associée au cancer. Ces résultats montrent que la Mstn joue un rôle essentiel dans la cachexie associée au cancer