L’autophagie est un mécanisme vacuolaire de dégradation de matériel cytoplasmique permettant le maintien de l’homéostasie cellulaire, mais elle peut être également activée par de nombreux stress, comme l’infection virale. Le virus de l’Herpès Simplex de type 1 (HSV 1) est capable de contrecarrer ce mécanisme de défense antivirale. HSV-1 possède une protéine ICP34.5 capable d’inhiber l’autophagie en se liant à Beclin 1, une protéine de la machinerie autophagique. Nous avons mis en évidence une deuxième protéine d’HSV-1 capable d’inhiber l’autophagie, la protéine tardive Us11, qui pourrait avoir un rôle complémentaire à celui d’ICP34.5 dans le contrôle de l’autophagie par le virus.Nous montrons que l’expression ectopique d’Us11 permet de bloquer l’autophagie induite par différents stimuli, et ce de manière similaire à ICP34.5. De plus, dans un contexte viral, l’expression précoce d’Us11 dans des cellules infectées par un virusICP34.5 permet un contrôle de l’autophagie comparable à celui d’un virus sauvage. Nous avons ensuite recherché le mécanisme d’action d’Us11. La protéine Us11 a été décrite comme pouvant interagir avec la kinase dépendante de l’ARN double brin PKR, empêchant ainsi la phosphorylation de son substrat eIF2, un facteur d’initiation de la traduction. Nous avons observé qu’en l’absence de PKR, Us11 n’est plus capable d’inhiber l’autophagie. Nous avons pu confirmer qu’Us11 a besoin de se lier à PKR pour exercer son activité inhibitrice par la construction de formes tronquées d’Us11, permettant de montrer l’importance de son domaine d’interaction avec PKR dans l’inhibition de l’autophagie. L’étude des formes tronquées d’Us11 a soulevé le fait que le domaine N-terminal était également nécessaire. Aucune interaction de ce domaine avec une protéine cellulaire n’a été identifiée à ce jour, mais il pourrait permettre l’interaction d’Us11 avec une autre protéine de la machinerie autophagique. Cependant, nous avons montré qu’Us11 n’interagissait pas avec Beclin 1 et n’avait pas d’effet sur la kinase mTOR, une autre voie importante de l’autophagie. Enfin, nous avons étudié la modulation de la voie PKR/eIF2 lors de la stimulation de l’autophagie par la carence, et nos résultats suggèrent que cette voie joue un rôle sous-estimé dans la réponse à la carence.Le mécanisme d’action de la protéine Us11, qui consiste en un blocage de l’autophagie en inhibant PKR, n’avait jamais été décrit auparavant. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives dans l’étude de la voie PKR/eIF2 vis à vis de la régulation de l’autophagie, ainsi que dans la compréhension de l’implication de l’autophagie dans la neurovirulence d’HSV-1. / Autophagy is an evolutionary conserved vacuolar mechanism allowing to degrade cytoplasmic components and to maintaining cellular homeostasis, but it can also be triggered by a variety of stress-related conditions, including viral infection. The herpes simplex virus 1 (HSV-1) is able to counteract this antiviral mechanism. Notably, HSV-1 encodes a protein, IPC34.5, which inhibits autophagy through its interaction with the autophagy machinery protein Beclin 1. In the present work, we uncovered a second anti-autophagic protein from HSV-1, the late protein Us11, which likely plays a complementary role to ICP34.5 regarding the inhibition of autophagy by the virus. We demonstrated that ectopic expression of Us11 inhibited autophagy triggered by different stimuli, as observed for ICP34.5. Moreover, during viral infection, early expression of Us11 was sufficient to block autophagy in cells infected with a ICP34.5 virus, similarly to the wild-type virus. We then explored the mechanism of action of Us11. Us11 has been described as capable of interacting with the dsRNA-dependent kinase PKR, therefore preventing it to phosphorylate its substrate eIF2, a translation initiation factor. We demonstrated that Us11 was no longer able to inhibit autophagy when expressed in PKR-deficient cells. We confirmed that Us11 binding to PKR was necessary for its function by constructing various truncated forms of Us11 that showed that the PKR-binding domain was crucial. We also unveiled the importance of a domain located within the N-terminal part of Us11. This domain has no cellular molecular partner known, but it can allow Us11 to interact with another protein of the autophagy machinery. However, we further showed that Us11 did not interact with Beclin 1 nor affected the kinase activity of mTOR, another important pathway regulating autophagy. In our work, we also gained insights into regulatory mechanisms of starvation-induced autophagy.The inhibition of autophagy through the specific blockade of PKR by Us11 had never been previously described. This work thus paves the way for studying the involvement of PKR/eIF2 pathway in the regulation of autophagy and for exploring the role of autophagy in HSV-1 neurovirulence.

Plus de 80% des cancers colorectaux sont initiés par la perte de fonction du gène Apc. Afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques, nous avons utilisé des modèles murins présentant des mutations du gène Apc et recherché par des analyses de puces à ADN de nouveaux événements moléculaires impliqués au cours de la carcinogenèse intestinale.Cette approche nous a permis d’identifier une activation de la signalisation Notch tout au long du processus tumoral. Toutefois, cette activation n’est pas un élément clé de la progression tumorale puisque son inhibition n’empêche pas le phénotype tumoral induit par la perte du gène Apc. En parallèle, nos travaux ont permis d’identifier une induction de l’autophagie tout au long de la carcinogenèse intestinale. L’activation de ce processus biologique ouvre, quant à lui, de nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement du CCR. / Over 80% of colorectal cancers are linked to an Apc mutation. To identify new therapeutic targets, we used mouse models with Apc mutations and performed microarray experiments to identify key molecular events involved in intestinal carcinogenesis. This approach allowed usto identify an activation of the Notch signaling all along tumor progression. However, this induction is dispensable for tumor development since its inhibition did not prevent the Apc phenotype. In addition, we have identified an induction of autophagy throughout intestinal carcinogenesis which appears to be an attractive therapeutic target in the treatment of CRC patients.

La voie TORC1 joue un rôle majeur dans le contrôle de la croissance cellulaire et de la réponse à divers stress. Le dérèglement de cette voie est constaté dans de nombreux cancers et autres maladies. Au cours de ma thèse, j’ai montré que le complexe SEA émerge comme un régulateur central des différentes activités de TORC1. Durant la carence azotée, les délétions des gènes du complexe SEA dans l’organisme modèle S.cerevisiae mènent à la délocalisation de la kinase Tor1 vers le cytoplasme, à des défauts d’autophagie et à la fragmentation de la vacuole. L’inactivation de TORC1 par le traitement avec la rapamycine ou pendant la carence azotée change le niveau d’expression des membres du complexe SEA. De plus, le complexe SEA interagit avec la mitochondrie, joue un rôle dans la réponse au stress oxydatif et peut servir de lien moléculaire entre les fonctions mitochondriales et la voie TORC1. Enfin, j’ai pu observer que le complexe SEA est impliqué dans les mécanismes de résistance à une drogue souvent utilisée en chimiothérapie, la doxorubicine. Je présente dans mes travaux la première carte d’interconnectivité des protéines composant le complexe SEA. Nos données suggèrent que le complexe SEA émerge comme une plateforme qui peut coordonner les activités structurales et enzymatiques nécessaires pour le fonctionnement efficace de la voie de signalisation TORC1. / The TORC1 pathway plays a major role in controlling cell growth and response to various stresses. Deregulation of this pathway is found in many cancers and other diseases. In my thesis, I have shown that the SEA complex emerges as a central regulator of the various activities of TORC1. During the nitrogen deficiency, deletions of SEA complex genes in the model organism S.cerevisiae lead to the relocation of Tor1 kinase to the cytoplasm, to defects in autophagy and the fragmentation of the vacuole. Inactivation of TORC1 by treatment with rapamycin or nitrogen starvation changes the level of expression of SEA complex members. Moreover, the SEA complex interacts with mitochondrion, plays a role in oxidative stress response and can serve as a molecular link between mitochondrial functions and TORC1 pathway. Finally, I observed that the SEA complex is involved in the mechanisms of resistance to a drug often used in chemotherapy, the doxorubicin. I present in my work the first interconnectivity map protein of the SEA complex component. Our data suggest that the SEA complex emerges as a platform that can coordinate structural and enzymatic activities necessary for the efficient function of the TORC1 signalling pathway.

Considéré comme un cancer de l'âge mûr, l'incidence du cancer colorectal ne cesse d'augmenter avec l'allongement de la vie. Dans la majorité des cas, le cancer colique est associé à une mutation du gène suppresseur de tumeur Apc, contrôlant l’activation de la signalisation Wnt/β-caténine. Afin, d'identifier de nouveaux acteurs de la tumorigenèse colique, notre laboratoire a développé des modèles murins de mutation du gène Apc qui ont pour avantage de mimer la pathologie humaine (Colnot et al, 2004 ; Andreu et al, 2005). La création de ces modèles a permis à l’équipe de démontrer i) qu’une activation physiologique de cette voie contrôle la prolifération des cellules souches et des progéniteurs ainsi que leur différenciation et ii) qu’une activation aigüe est suffisante pour déclencher l’initiation tumorale intestinale (Andreu et al, 2005; Andreu et al, 2008). Les travaux antérieurs à mon arrivée ont permis d’identifier différents évènements moléculaires et cellulaires induits en cascade suite à l’activation pathologique de la voie Wnt/β-caténine. Parmi ceux-ci, une induction transcriptionnelle de gènes impliqués dans l'autophagie a été mise en évidence. Ce processus d'auto-cannibalisme cellulaire est associé à de nombreuses pathologies telles que les maladies neurodégénératives ou infectieuses. Cependant, le rôle de l'autophagie dans le cancer reste ambivalent et son implication dans le cancer colique demeure inconnue.Dans ce contexte, mon travail de doctorat a consisté à répondre aux questions suivantes :L’induction transcriptionnelle de gène Atg s’accompagne-t-elle d’une activation du processus d’autophagie à tous les stades de la progression tumorale intestinale murine et humaine?Des études de transcriptomique à haut débit nous ont permis d’identifier une induction transcriptionnelle de gènes clés du processus d’autophagie tels qu’Atg7. Cependant, l’activation fonctionnelle de l’autophagie n’est pas toujours associée à une augmentation de la transcription des acteurs de ce processus. Nous nous sommes donc intéressés aux marqueurs couramment décris dans la littérature et permettant d’établir l’état d’activation du flux autophagique. Ainsi, nous avons étudié le niveau d’expression de ces marqueurs par des expériences de western-blot et d’immuno-marquages sur des échantillons tumoraux humains et murins à différents stades de la progression du CRC. L’inhibition de l’autophagie impacte-t-elle la carcinogénèse colorectale?Dans ce contexte, nous avons généré un modèle murin de délétion conditionnelle et simultanée d'un allèle du gène Apc et des deux allèles du gène Atg7 (gène clé de l'autophagie) spécifiquement dans les cellules épithéliales intestinales. Afin de suivre l'apparition et l'évolution des tumeurs au cours du temps, nous avons mis au point une nouvelle méthode non-invasive de reconstruction tridimensionnelle de côlons de souris, issue d'imagerie échographique à haute résolution. Dans le but de caractériser l’impact de l’inhibition de l’autophagie, les modifications propres à la cellule déficiente en autophagie ont été explorées, notamment le statut énergétique ainsi que les changements dans l’environnement immunitaire et microbien de l’épithélium intestinal. Finalement, l’inhibition génétique de l’autophagie dans notre modèle murin, prédisposé au développement de tumeurs intestinales, nous a permis de caractériser l’implication de l’autophagie dans la carcinogénèse colique, ainsi que les mécanismes moléculaires et cellulaires liant l’auto-cannibalisme cellulaire à la pathologie tumorale. / Colorectal cancer is one of the major causes of cancer-related deaths. We took advantage of Apc mutant mice that mimic the adenomatous polyps that affect humans with an inactivated Apc gene, to gain insight into the critical events that affect the development of colorectal cancer. We show that autophagy, a catabolic pathway involved in the degradation of intracellular proteins and organelles, is activated in intestinal murine and human cancer and its inhibition has a crucial role in controlling tumorigenesis. We report that the in vivo conditional deletion of the essential autophagy gene Atg7 in intestinal epithelial cells inhibits the formation of pre-cancerous lesions resulting from Apc loss by enhancing immunosurveillance. The antibody-mediated depletion of CD8+ T cells demonstrated a critical role for CD8+ T cells in antitumoral responses resulting from the inhibition of autophagy. We used a broad-spectrum antibiotics treatment to show that the expansion of IFN-producing CD8+ T cells following the deletion of Atg7 is dependent on the intestinal microbiota and is associated with Paneth and goblet cell defects. In addition, the inhibition of autophagy affected tumor cell growth and restrained cancer growth for extended time periods. We demonstrate that the inhibition of autophagy in Apc tumor cells results in a stress response accompanied by metabolic defects, characterized by AMPK activation and p53 cell cycle arrest. This study suggests that autophagy inhibitors may suppress tumorigenesis in patients at high risk of developing colorectal cancer.

Le microenvironnement tumoral, et notamment le stress hypoxique, joue un rôle immunosuppressif permettant l’échappement des cellules tumorales à la surveillance du système immunitaire. Des études récentes ont montré que l’échange de microvésicules (MVs) entre les cellules tumorales et les cellules du système immunitaire peut être responsable de l’établissement d’un microenvironnement immunosuppressif. Dans ce contexte, nous avons étudié l’effet des MVs issues des cellules tumorales hypoxiques sur la cytotoxicité des cellules «Natural Killer» (NKs). Nos résultats démontrent clairement que les cellules NKs sont capables d’internaliser les MVs issues des cellules tumorales normoxiques et hypoxiques. Cependant, seules les MVs hypoxiques sont capables de diminuer significativement la cytotoxicité des cellules NKs. Ainsi, nous avons déterminé que les MVs dérivées des cellules tumorales hypoxiques séquestrent deux immunomodulateurs, le TGF- et le miR-23a. Nous avons montré que le transfert de TGF- et miR-23a aux cellules NKs était responsable de la diminution respective de l’expression du récepteur activateur NKG2D à leur surface et de la protéine membranaire associée aux lysosomes (LAMP-1/CD107a) impliquée dans la dégranulation des granules cytotoxiques. Dans la deuxième partie de cette étude nous avons montré que les cellules tumorales soumises à un stress hypoxique étaient capables de déjouer un système immunitaire fonctionnel et d’échapper ainsi à la surveillance immunitaire des cellules NKs. En effet, nos résultats ont clairement démontré que la résistance des cellules tumorales hypoxiques à la lyse par les cellules NKs n’était pas liée à un défaut de reconnaissance, mais plutôt à l’activation d’un mécanisme de résistance intrinsèque dans les cellules tumorales. Ce mécanisme de résistance implique l’activation de l’autophagie qui opère dans les cellules tumorales pour dégrader le granzyme B, une protéase à sérine secrétée par les cellules NKs dont l’internalisation par les cellules tumorales cibles est nécessaire pour induire leur mort. Les expériences d’imagerie cellulaire combinées à des approches biochimiques ont confirmé que le niveau de granzyme B dans les cellules tumorales hypoxiques était significativement mois élevé par rapport à celui des cellules tumorales normoxiques. Ces résultats suggèrent fortement que le granzyme B est destiné à être dégradé par autophagie dans les cellules tumorales hypoxiques. En effet, l’inhibition génétique et pharmacologique de l’autophagie dans les cellules tumorales hypoxiques était suffisante pour contrecarrer la dégradation de granzyme B et ainsi restaurer la sensibilité des cellules tumorales hypoxiques à la lyse par les cellules NKs. Nos résultats ont clairement établi que l’inhibition de l’autophagie pouvait améliorer la réponse immunitaire antitumorale dépendante des cellules NK. Nous avons validé ce concept in vivo chez la souris en utilisant deux modèles syngéniques de cancer du sein et de mélanome. L’ensemble de nos travaux indiquent clairement que le stress hypoxique, qui est une caractéristique majeure du microenvironnement tumoral, peut favoriser l’établissement d’un microenvironnement immunosuppressif par plusieurs mécanismes qui ne s’excluent pas mutuellement. En effet, le stress hypoxique modifie les caractéristiques des cellules tumorales et active des mécanismes de résistance à la surveillance immunitaire. De plus, les cellules tumorales modifiées peuvent éduquer et exporter leur phénotype hypoxique aux cellules immunitaires présentes dans le microenvironnement afin d’affaiblir leur pouvoir cytotoxique. Nos résultats ouvrent ainsi la voie à la mise en place de nouvelles applications cliniques en immunothérapie anticancéreuse basées sur la réactivation des lymphocytes cytotoxiques et l’inhibition simultanée de l’autophagie. / The tumor microenvironment, including hypoxic stress plays an immunosuppressive role in tumor cell escape from immune surveillance. Recent studies have shown that the exchange of microvesicles (MVs) between tumor cells and cells of the immune system could be responsible for the establishment of an immunosuppressive microenvironment. In this context, we investigated the effect of MVs derived from hypoxic tumor cells on the cytotoxicity of Natural Killer (NK) cells. Our results clearly demonstrated that NK cells are able to internalize MVs derived from both normoxic and hypoxic tumor cells. However, only hypoxic MVs are able to significantly reduce the cytotoxicity of NK cells. Thus, we revealed that MVs derived from hypoxic tumor cells sequester two immunomodulators, TGF- and miR-23a. We have shown that the transfer of TGF- and miR-23a to NK cells was responsible for the respective reduction of the expression of NKG2D activating receptor on their surface and lysosomal-associated membrane protein (LAMP-1 / CD107a) involved in degranulation of cytotoxic granules.In the second part of this thesis we have shown that tumor cells subjected to hypoxic stress were able to outmaneuver a functional immune system and thus escape NK-mediated immune surveillance. Indeed, our results clearly demonstrated that the resistance of hypoxic tumor cells to NK-mediated lysis was not related to the impairment of recognition by NK cells, but rather to the activation of an intrinsic resistance mechanism in tumor cells. We showed that the resistance mechanism involves the activation of the autophagy which operates in the tumor cells to degrade the granzyme B, a serine protease secreted by NK cells and internalized by target tumor cells to induce cell death. Cell imaging experiments combined to biochemical approaches have confirmed that the level of granzyme B in hypoxic tumor cells was significantly higher compared to normoxic tumor cells. The analysis of the subcellular distribution of granzyme B reveals that it is predominantly present in the endosomes and autophagosomes of hypoxic tumor cells. These results strongly suggest that granzyme B is subjected to be degraded by autophagy in hypoxic tumor cells. Genetic and pharmacological inhibition of autophagy in hypoxic tumor cells was sufficient to block the degradation of granzyme B and thus restore the sensitivity of hypoxic tumor cells to NK-mediated lysis. Our results clearly demonstrated that inhibition of autophagy could improve NK-mediated antitumor immune response. We validated this concept in vivo using two syngeneic mice model of breast cancer and melanoma.Taken together, our work clearly shows that hypoxic stress, which is a major feature of the tumor microenvironment, can promote the establishment of an immunosuppressive microenvironment by several mechanisms which are not mutually exclusive. Thus, hypoxic stress changes the characteristics of tumor cells and activates the mechanisms of resistance to immune surveillance. In addition, tumor cells can educate and export their hypoxic phenotype to the immune cells in the microenvironment in order to impair their cytotoxicity. Our findings pave the way for the development of new clinical applications in cancer immunotherapy based on the reactivation of cytotoxic lymphocytes and simultaneous inhibition of autophagy.

Des mutations du gène Ras jouent un rôle essentiel dans le développement tumoral. Les GTPases Ral , RalA et RalB, sont des effecteurs proximaux de l’oncogène Ras. RalA permet la croissance en absence de substrat et RalB est nécessaire à l'autophagie et à la résistance à l'apoptose des cellules cancéreuses. Cette thèse a pour objectif de clarifier les mécanismes moléculaires de la signalisation Ral impliqués dans l’oncogenèse dépendante des protéines Ras.Des criblages par double hydride ont été effectués par notre équipe et un interactome de Ral a été établi. Ce criblage a montré une interaction entre des protéines de la signalisation Ral et la protéine NDR1, une kinase pro-apoptotique appartenant à la voie " suppresseur de tumeur" Hippo. Le Projet 1 montre la régulation de NDR1 par la voie RalA-Exocyste- MAP4K4 en réponse au stress osmotique, oxydatif ou au traitement par le TNF-α. Dans cette voie, la kinase MAP4K4, un effecteur de RalA, via le complexe exocyste active directement NDR1. En outre, nous avons montré que la voie RalA-MAP4K4-NDR1 était nécessaire à l'apoptose déclenchée par le TNF-α ou par la surexpression de RASSF1A, suppresseur de tumeur appartenant à la voie Hippo. Nous avons donc montré que RalA a un rôle pro-apoptotique inattendue qui agit via la kinase NDR1, en plus de son rôle connu de proto-oncogène en aval de Ras.Le projet 2 montre que la protéine kinase NDR1 est un régulateur de l'autophagie. Des criblages par double hydride ont été effectués par notre équipe avec NDR1 comme appât et ont permis de montrer une interaction entre Beclin 1, une protéine majeure de l’autophagie, et NDR1. Nous avons montré que NDR1 était nécessaire à l'autophagie et à la formation des autophagosomes chez l'humain et la Drosophile. De plus, NDR1 est nécessaire à la formation du complexe Exo84 de l'exocyste, Beclin1 et RalB nécessaire à l'initiation de l'autophagie. Nous montrons également que RalB régule l'état d'activation de NDR 1 après induction de l'autophagie. En effet, en absence de RalB, nous avons observé une hyper - activation de NDR1 menant les cellules vers l'apoptose. Ainsi nous avons montré que NDR1 joue le rôle d'interrupteur favorisant l'autophagie ou favorisant l'apoptose suivant son état d'activation.Le projet 3 étudie l'implication de la voie RalGTPases-NDR1 dans l'oncogenèse dépendante de Ras et dissèque par quels mécanismes NDR1 y contribue. / Constitutive Ras signalling is one of the most frequent oncogenic event in human cancers. Thus, it is imperative to identify new therapeutic options targeting downstream effectors of Ras signalling. Ras-like GTPases RalA and RalB are proximal effectors of oncogenic Ras. RalA was reported to support anchorage independent proliferation and RalB regulates autophagy and inhibits apoptosis of cancer cells. Ral proteins execute these functions via several direct effectors as the exocyst, an octameric complex originally identified as regulator of vesicles trafficking. The global goal of this PhD was to better decipher the molecular mechanisms underlying the functions of Ral GTPases in oncogenesis.To extend the Ral interactome, i.e. the protein-protein interaction network centered on Ral, we performed yeast-two hybrid screenings which led to the identification of the NDR1 kinase, belonging to the tumor suppressor Hippo pathway. NDR1 functions in oncogenesis were investigated in the context of three projects.In Project 1, we showed that NDR1-dependent apoptosis is regulated by a RalA/Exocyst/MAP4K4/NDR1 cascade. We reported that under osmotic or oxidative stresses or TNF-α treatment, the Ste20-like MAP4K4 kinase, an effector of RalA via the exocyst complex, directly activates NDR1. Moreover, we found that TNF-α treatment or overexpression of the tumor suppressor RASSF1A, which belongs to the Hippo pathway, leads to apoptosis through this RalA/Exocyst/MAP4K4/NDR1 pathway. This novel and unexpected pro-apoptotic role of RalA suggests that the RalA GTPase can positively signal in tumor suppressor pathways via the kinase NDR1, in addition to its proto-oncogenic role downstream of Ras. In Project 2, we described the NDR1 protein kinase as a conserved regulator of autophagy. Using NDR1 as bait in yeast two hybrid screens, we fished Beclin1, a key regulator of autophagy, and we validated the existence of a direct biochemical NDR1-Beclin1 interaction. We showed that NDR1promotes autophagosome formation in human cells and Drosophila larvae. Furthermore, we observed that NDR1 supports the interaction of the exocyst component Exo84 with Beclin1 and RalB, which is required to initiate autophagosome formation. Very interestingly, under prolonged autophagy, RalB depletion triggers hyperactivation of NDR1 resulting in NDR1-dependent apoptosis. Thus, it appears that the NDR1 kinase could act as a switch between autophagy (=survival) or apoptosis (=death), under the control of RalB. In Project 3, we addressed the role of the newly identified RalGTPases-NDR1axis in Ras - induced oncogenesis and tumorigenesis.

La peau est un épithélium spécialisé vital et fragile, qui évolue avec l’âge et est influencé par l’environnement, notamment les radiations solaires. Des données sont disponibles sur la réponse du réseau mitochondrial et le devenir des mitochondries endommagées en réponse à des stress chimiques et environnementaux dans plusieurs systèmes expérimentaux, mais ces processus restent peu étudiés dans les cellules cutanées. Dans ce contexte, le projet de thèse visait à analyser l’effet (i) de l’irradiation UVB sur la dynamique mitochondriale (en particulier la fragmentation des mitochondries) dans des kératinocytes primaires humains normaux, qui constituent la première ligne de défense contre les agressions externes ; (ii) d’un traitement par des poisons mitochondriaux sur les mitochondries contenues dans des kératinocytes ou des fibroblastes primaires humains normaux. Dans un premier axe de la thèse, nous avons mis au point une méthode originale (Mitoshape) basée sur l’imagerie confocale, permettant d’estimer à la fois qualitativement et quantitativement la morphologie du réseau mitochondrial dans des cellules vivantes après irradiation UVB. Grâce à cette technologie, nous avons pu montrer que les UVB induisaient une fragmentation du réseau mitochondrial dans les kératinocytes primaires, dont nous avons étudié les acteurs biochimiques. Dans un deuxième axe, nous avons montré que les poisons mitochondriaux avaient la capacité d’endommager les mitochondries dans des kératinocytes et des fibroblastes humains primaires et induisaient une autophagie générale sans toutefois exclure la présence d’une mitophagie dépendante de la voie PINK1/PARKIN. Outre son intérêt fondamental, ce travail (réalisé en collaboration avec la société de cosmétologie SILAB dans le cadre d’un partenariat industriel CIFRE) ouvre la voie à l’identification d’actifs naturels capables de préserver et/ou restaurer les paramètres fonctionnels mitochondriaux suite à des stress. / The skin is a specialized type of epithelium, both vital and fragile, which evolves with age and is continuously exposed to environmental stresses, such as solar radiations. While data is available about the response of the mitochondrial network and the fate of damaged mitochondria after chemical or environmental stresses in numerous experimental systems, little is known about these processes in skin cells. The aim of the present thesis was to study the impact (i) of UVB irradiation on mitochondrial dynamics (especially mitochondrial fragmentation) in normal human epidermal keratinocytes, which represent the first line of defence against environmental insults; (ii) of poisoning mitochondria of keratinocytes and normal human fibroblasts with chemical drugs. In a first axis, we developed an original method (called Mitoshape) based on confocal microscopy, to estimate qualitatively and quantitatively the morphology of the mitochondrial network within live cells following UVB irradiation. Using this technology, we demonstrated that UVB irradiation induces mitochondrial fragmentation in normal human keratinocytes, and studied the biochemical actors involved in this response. In a second axis, we showed that the use of mitochondrial poisons could damage mitochondria of keratinocytes and normal human fibroblasts and induce bulk autophagy, although it is not possible to formally rule out the involvement of a PINK1/PARKIN-dependent pathway of mitophagy. In addition to its fundamental interest, this work (performed in collaboration with the cosmetic company SILAB in the context of a CIFRE PhD fellowship from ANRT) paves the way for the screening of novel bioactive agents able to protect and restore mitochondria following stresses.

Depuis le début des années 1990, différentes stratégies de phytoremédiation ont été proposées pour réhabiliter les zones polluées par des éléments traces métalliques (ETM). Parmi ces stratégies, la phytoextraction consiste en l’absorption et l’accumulation par les plantes des ETM présents dans les sols. Afin de mettre en place cette stratégie, il a été proposé d’utiliser le peuplier en raison de sa croissance rapide, de son importante biomasse et de ses débouchés énergétiques. Cependant une proportion considérable des métaux absorbés par cet arbre est accumulée dans les feuilles alors que celles-ci chutent à l’automne. Ainsi, l’efficacité de phytoextraction du peuplier peut se trouver limitée si aucun mécanisme de remobilisation des ETM n’est mis en place au cours de la sénescence automnale. Dans ce contexte, une partie des travaux de cette thèse a été réalisée sur la parcelle expérimentale de Pierrelaye polluée suite à l’épandage d’eaux usées de la ville de Paris. Nous avons recherché parmi les 14 génotypes de peuplier présents sur le site, ceux qui sont les plus efficaces pour remobiliser les métaux des feuilles vers les parties pérennes. Des mesures de contenu en métaux, d’expression de gènes et des analyses corrélatives ont ouvert de nouvelles pistes concernant la gestion des métaux foliaires. Parce que la vacuole constitue le principal lieu de stockage des métaux de la cellule, les protéines d’efflux vacuolaire NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) précédemment identifiées chez Arabidopsis thaliana, représentent de bons candidats pour stimuler la remobilisation des métaux foliaires. La caractérisation de leurs homologues chez le peuplier a donc été entreprise par expression chez la levure et chez A. thaliana. Afin de contrôler indépendamment le transport des métaux essentiels et non-essentiels chez les NRAMP, une étude visant à identifier les déterminants structuraux impliqués dans leur sélectivité a été réalisée. La caractérisation des mutants NRAMP affectés dans leur sélectivité par expression chez A. thaliana a mis en lumière leur impact sur l’accumulation et la tolérance aux métaux. Dans le but d’étudier l’implication de mécanismes plus généraux de recyclage des nutriments dans la remobilisation des métaux au cours de la sénescence foliaire, le rôle de l’autophagie a été testé chez A. thaliana. L’étude de plantes déficientes pour l’autophagie a montré l’implication de ce mécanisme dans l’efficacité d’utilisation des métaux et probablement dans leur remobilisation au cours de la sénescence. En combinant des études en champ sur le peuplier et de génétique moléculaire chez Arabidopsis, ce travail permet de proposer différentes pistes pour diminuer spécifiquement l’accumulation des ETM dans les feuilles de peuplier. / Since the early 1990s, various strategies have been proposed to rehabilitate trace element (TE) polluted areas by phytoremediation. Among these strategies, phytoextraction consists in TE uptake from soil and accumulation by plants. To implement this strategy, it has been proposed to use poplar due to its fast growth, its large biomass and its use in energy production. However, a substantial proportion of absorbed metals is accumulated in poplar leaves which fall in autumn. Thus, poplar phytoextraction efficiency may be limited if TE are not re-mobilized during autumn senescence. In this context, part of this thesis work has been carried out on the experimental field of Pierrelaye which was polluted by the spreading of sewage water from Paris. Among the 14 poplar genotypes growing on the field, we tried to identify those that efficiently remobilize leaf metals to perennial organs. Metal content, gene expression and correlative analyses have been undertaken, providing new insight in the management of metals in leaves. Because the vacuole is the main metal storage compartment in the cell, NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) vacuolar efflux proteins previously identified in Arabidopsis thaliana are good candidates to enhance leaf metal remobilization. Characterization of their homologues in poplar was therefore undertaken by expression in yeast and in A. thaliana. In order to independently control the transport of essential and non-essential metals by NRAMP, a study aiming to identify the structural determinants involved in selectivity was undertaken. Expression of NRAMP mutants affected in their selectivity in A. thaliana highlighted their impact on metal accumulation and tolerance. To study the involvement of more general nutrient recycling mechanisms in metal remobilization during leaf senescence, the involvement of autophagy was tested in A. thaliana. Physiological characterization of autophagy deficient plants indicated that this mechanism plays a role in metal use efficiency and probably in metal remobilization during senescence. By combining a field approach on poplar and molecular genetics in Arabidopsis, this work opens multiple perspectives to specifically reduce the accumulation of TE in poplar leaves.

L’Adénovirus (AdV) entre dans la cellule hôte par endocytose puis s’échappe de l’endosome en lysant la membrane de ces vésicules, empêchant ainsi sa dégradation via les lysosomes. Or, les membranes endommagées sont reconnues comme des signaux de danger par le système immunitaire et peuvent déclencher une réponse antivirale, telle que l’expression d’interféron (IFN). Dans nos conditions expérimentales, nous avons montré que l’infection par l’AdV n’induit pas l’expression d’IFNβ et qu’au contraire, le virus semble inhiber cette réponse. En revanche, l’entrée du virus active TBK1 (Tank Binding Kinase 1) qui est une kinase clef de la voie IFN mais qui est également impliquée dans la régulation de l’autophagie, une voie de dégradation cellulaire. Notre laboratoire a précédemment montré que l’autophagie est activée lors de l’entrée de l’AdV, par la rupture de la membrane endosomale. Nous avons donc étudié le mécanisme d’activation et le rôle de TBK1 lors de l’infection par l’AdV. Nos résultats montrent que la rupture de la membrane endosomale induite par le virus est nécessaire pour l’activation de TBK1 et que cette kinase est recrutée spécifiquement sur les sites de dommage membranaire. De plus, nous avons montré que TBK1 est impliqué dans l’activation de l’autophagie induite par l’AdV. Cependant, contrairement à ce qui est décrit pour l’autophagie dirigée contre les bactéries, cette activation de TBK1 est indépendante de NDP52 et d’autres adaptateurs conventionnels de l’autophagie. En résumé, nos travaux montrent que l’AdV est capable de contrôler la réponse IFN et que les ruptures de membrane induites par le virus activent TBK1 et l’autophagie par un nouveau mécanisme. Nos données suggèrent un rôle conservé de TBK1 dans l’activation de l’autophagie sélective contre les agents pathogènes. / Adenoviruses enter host cells by endocytosis and then escape from the endosomal compartment by lysing the endosomal membrane, thereby preventing its degradation via lysosomes. However, damaged membranes are recognized as danger signals by the cell intrinsic immune system and trigger an antiviral response, such as expression of interferon (IFN). In our experimental conditions we have shown that adenovirus infection does not induce the expression of IFNβ. On the contrary, our data suggest that the virus appears to inhibit the IFNβ response. However, adenovirus entry activates TBK1 (Tank Binding Kinase 1), which is a key kinase of the IFN pathway but is also involved in the regulation of autophagy, a cellular degradation pathway. Our laboratory previously showed that autophagy is activated upon rupture of the endosomal membrane during adenovirus entry. We therefore studied the activation mechanism and the role of TBK1 during adenovirus infection. Our results show that virus-induced endosomal membrane rupture is required for activation of TBK1 and that this kinase is specifically recruited at membrane damage sites. In addition, we show that TBK1 is involved in the activation of autophagy induced by adenovirus. TBK1 activation is independent of NDP52 and other conventional autophagic adapters, which is in contrast to membrane damaging bacteria. Thus, autophagy targeting membrane penetrating adenoviruses differs from the one induced by bacteria. In summary our work shows that adenovirus is able to control the IFN response and that membrane rupture induced by adenoviruses activates TBK1 and autophagy by a novel mechanism. In contrast our data suggest a conserved role for TBK1 in driving selective autophagy against invading pathogens.

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