Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

À cause de leur implication dans la biosynthèse des estrogènes et des androgènes, les enzymes de la famille des 17β-hydroxystéroïdes déshydrogénases (17β-HSDs) types 1, 3 et 5 sont des cibles thérapeutiques intéressantes pour le traitement des cancers estrogéno-dépendants et androgéno-dépendants. Malgré l’existence d’inhibiteurs de la 17β-HSD1, il n’y a pas encore de traitement du cancer du sein basé sur leur utilisation. Le CC-156 est un inhibiteur connu de la 17β-HSD1; cependant, à cause de son noyau stéroïdien, ce composé de type estrane stimule la prolifération des cellules cancéreuses sensibles aux estrogènes, limitant ainsi son utilisation thérapeutique. Afin de développer des inhibiteurs non estrogéniques de la 17β-HSD1, nous avons synthétisé trois mimiques non stéroïdiennes du CC-156 à partir du bromhydrate du tétrahydro-isoquinolinol. Bien que ces composés inhibent peu la 17β-HSD1, ils sont non estrogéniques. Nous avons aussi développé une voie de synthèse pour préparer deux chimiothèques possédant chacune 75 mimiques de l’estradiol. Ces derniers, plus flexibles que les dérivés précédents, ont été conçus et synthétisés comme potentiels inhibiteurs de la stéroïde sulfatase ou pour agir comme modulateurs sélectifs du récepteur des estrogènes. L’inhibition de la 17β-HSD3 ou de la 17β-HSD5 permettrait de diminuer le taux des androgènes circulants et tumorals. En partant de l’androstérone (ADT), nous avons préparé une nouvelle famille d’inhibiteurs de la 17β-HSD3: des 3-spiromorpholinone-ADT et des 3-spirocarbamate-ADT ayant divers groupements hydrophobes sur leur cycle E supplémentaire. Afin de poser un premier jalon pour la synthèse d’inhibiteurs hybrides des 17β-HSD3 et 17β-HSD5, une spiromorpholinone ou un spirocarbamate a été ajouté en position C-3 d’une 17-spiro-δ-lactone. Brièvement, trente-deux 3-spiromorpholinone-ADT, cinq 3-spirocarbamate-ADT, trois 17-monospiro-δ-lactone-ADT et deux 3,17-dispiroandrostane-ADT ont été synthétisés. Quatre spiromorpholinones non stéroïdiennes ont aussi été synthétisées afin d’étudier le rôle du noyau androstane sur l’efficacité des inhibiteurs de la 17β-HSD3. Tous les produits finaux et les intermédiaires ont été caractérisés par spectrométries de RMN 1H, RMN 13C, IR et SM. Le potentiel inhibiteur de tous ces composés sur la 17β-HSD3 et leur androgénicité ont été mesurés. L’analyse des relations structure-activité a permis d’obtenir deux inhibiteurs efficaces et non androgéniques de la 17β-HSD3.

Les 17p-hydroxystéroïdes déshydrogénases (17p-HSDs) sont responsables de la formation des estrogènes et des androgènes. Plus précisément, les isoformes 1, 7 et 12 catalysent la réduction de l'estrone (E|) en estradiol (E2) soit l'estrogène le plus puissant, tandis que l'isoforme 3 permet la formation de la testostérone (T) à partir de l'androstène-3,17-dione (A4-dione). Ces hormones stéroïdiennes sont impliquées dans le développement de maladies sensibles aux estrogènes et aux androgènes comme les cancers du sein et de la prostate respectivement. L'inhibition de ces enzymes permettrait de réduire le niveau d'hormones actives dans la circulation et par conséquent, de diminuer le développement de tumeurs. L'étude de divers modèles de lignées de cancer du sein a permis d'identifier la lignée T-47D comme la plus intéressante pour faire l'évaluation de l'activité inhibitrice et estrogénique des inhibiteurs de la 17P-HSD type 1. Nous avons pu identifier plusieurs molécules efficaces pour bloquer la transformation de Ei en E2 ainsi que pour diminuer la prolifération cellulaire des lignées de cancer du sein. Une étude de criblage d'inhibiteurs de la 17(3-HSD type 12 a également permis d'identifier un composé inhibant efficacement l'activité de cette enzyme. Dans le cas de la formation des androgènes, nous avons d'abord déterminé que le A4-dione, le précurseur de T, n'était pas androgénique par lui-même, supportant l'hypothèse que l'utilisation d'inhibiteurs de la 17P-HSD type 3 permettra de réduire efficacement les niveaux de T dans la circulation. L'évaluation de plusieurs inhibiteurs de la 17P-HSD type 3 a permis d'identifier certains composés qui sont efficaces pour inhiber la transformation de A4-dione en T dans des cellules intactes HEK-293 avec des valeurs de IC50 en dessous du micromolaire. Les cellules intactes HEK-293 transfectées s'avèrent le meilleur modèle pour évaluer la transformation de A4-dione en T par la 17P-HSD type 3.

Le TGF[bêta] est une cytokine anti-inflammatoire impliquée dans plusieurs types de cancer. Il joue le rôle à la fois de suppresseur de tumeurs et d'oncogène. En effet, selon le stade de progression de la tumeur, il peut avoir un effet protecteur ou promoteur de la tumorigénèse. Les mécanismes par lesquels le TGF[bêta] exerce ses fonctions dans la carcinogénèse ne sont pas bien compris. Il est important d'élucider ces mécanismes afin de pouvoir développer de nouveaux traitements permettant de contrer les effets tumorigénique de ce facteur de croissance. Le TGF[bêta] interagit avec une panoplie de facteurs au cours de son processus de maturation et d'activation. On compte parmi eux la furine, la plasmine, la thrombospondine, les intégrines et les métalloprotéases. Toutes ces molécules peuvent être impliquées dans les processus néoplasiques. L'étude du rôle de leurs interactions dans la tumorigénèse permettrait de mieux comprendre les effets du TGF[bêta]. Une des cibles importantes de l'étude des interactions entre le TGF[bêta] et les acteurs de son processus de maturation et d'activation est la convertase de proprotéine furine. Cet enzyme est responsable de la maturation de plusieurs substrats impliqués dans le cancer tels que le TGF[bêta], le VEGF, le PDGF, la MT1-MMP et l'IGF-1. La maturation de tous ces composés favorise le développement des tumeurs et des métastases en augmentant la prolifération des cellules tumorales, leur capacité d'invasion et l'angiogénèse au coeur des tumeurs solides et des métastases.Le TGF[bêta] étant un susbtrat important de la furine, le but de ce projet est de caractériser le rôle de la maturation du TGF[bêta] par la furine dans la tumorigénèse. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle in vitro de cellules cancéreuses humaines, les HT1080, et un modèle in vivo de progression tumorale chez les souris nu/nu. Nous avons déterminé par différentes techniques telles que la zymographie, les essais d'adhésion, les essais d'invasion sur matrice de collagène de type IV, les essais de motilité, l'incorporation de thymidine tritiée et le PCR quantitatif en temps réel, que la maturation du TGF[bêta] par la furine a un effet protecteur dans les phases précoces du développement tumoral et promoteur sur le développement plus tardif du cancer. En fait, la maturation du TGF[bêta] par la furine permet de maintenir des concentrations plus élevées de TGF[bêta] bioactif dans l'environnement tumoral. Ceci permet l'inhibition de la prolifération cellulaire. Toutefois, cette forte présence de TGF[bêta] au niveau de la tumeur induit, par l'augmentation de l'adhésion et de la motilité cellulaire, la migration de type amoeboïde observée dans plusieurs stades de la tumorigénèse dont la dissémination lymphatique et l'extravasation. De plus, par la production de MMP-2 active et la formation d'invadopodes, le TGF[bêta] induit la migration de type mésenchymal surtout observée au début de l'invasion tumorale et au cours du processus d'intravasation. Par ailleurs, il nous a été impossible de déterminer le rôle exact de la maturation du TGF[bêta] par la farine sur l'angiogénèse, un facteur important dans le maintien des tumeurs solides volumineuses et des métastases. En fait, globalement, elle semble favoriser l'angiogénèse par l'expression de la furine et du VEGF, l'activation de la MT1-MMP et la maturation de la MMP-2, tous des facteurs pro-angiogéniques. Elle permet aussi l'induction de l'expression de PAI-1 qui est plutôt un facteur anti-angiogénique. À l'aide d'un système de reconstitution de l'activité du TGF[bêta] chez les cellules dont la furine est inhibée, nous avons déterminé que le TGF[bêta] est fortement responable des effets de la furine sur la tumorigénèse et ce, à plusieurs niveaux. Il est responsable de l'effet de la furine sur la prolifération, la production de MMP-2, l'invasion, le phénotype cellulaire et la transition d'une migration de type mésenchymal à une migration de type amoeboïde. Il est également partiellement impliqué dans le rôle de la furine sur la formation des invadopodes et la motilité cellulaire. Par contre, pour ces deux derniers processus et au niveau de l'adhésion cellulaire, d'autres substrats de la furine semblent nécessaire pour qu'elle accomplisse ses fonctions.

Le remodelage osseux est un phénomène finement régulé selon la balance de formation et de résorption osseuse. La régulation de la résorption osseuse se fait principalement par l'apoptose des ostéoclastes. Nous avons démontré auparavant que plusieurs facteurs comme TRAIL, FASL et TGF-[bêta]1 induisent l'apoptose des ostéoclastes humains. Par contre, nous ne connaissons pas l'effet de l'OPG sur l'apoptose ostéoclastique en plus de ne pas connaître les mécanismes impliqués dans la mort cellulaire induite par le TGF-[bêta]1 chez les ostéoclastes. Afin de vérifier ces effets, nous avons utilisé une culture primaire d'ostéoclastes humains produite à partir de monocytes de sang de cordon ombilical. Ces ostéoclastes sont différenciés à l'aide du M-CSF et du RANKL. L'OPG est un membre de la famille des récepteurs du TNF. L'OPG est un récepteur soluble pour RANKL et pour TRAIL. Nous avons démontré que l'OPG permettait de diminuer l'apoptose des ostéoclastes cultivés dans un milieu sans M-CSF et sans RANKL. Cette baisse surprenante de la mort a été expliquée par une augmentation d'expression de TRAIL par les ostéoclastes lorsque ceux-ci sont cultivés en absence de ses facteurs de survie (M-CSF et RANKL). L'OPG agit sur l'apoptose en séquestrant le TRAIL produit par les ostéclastes [ostéoclastes] empêchant ainsi l'induction de l'apoptose par le TRAIL des ostéoclastes environnants. Ceci en fait un mécanisme de régulation autocrine de la survie des ostéoclastes lors du remodelage osseux. De plus, nous avons aussi démontré un mécanisme expliquant l'apoptose des ostéoclastes par le TGF-[bêta]1. Nous avons premièrement démontré la présence des récepteurs de type I et II à la surface des ostéoclastes proposant une action directe du TGF-[béta]1. Par la suite, nous avons démontré que le TGF[bêta]1 induisait une activation de la caspase 9 objectivant ainsi une apoptose par la voie mitochondriale. Cette activation de l'apoptose par la voie intrinsèque serait le résultat de l'activation de la voie de p38 des MAPK et de la voie des Smad suivie par une augmentation de l'expression des homologues de Bcl-2 pro-apoptotiques Box et Bim. En sachant que le TGF-[béta]1 peut être libéré et activé de la matrice osseuse lors de la résorption, l'induction de l'apoptose des ostéoclastes par ce facteur de croissance en fait un autre mécanisme de régulation du remodelage osseux.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Chez les mammifères, la reproduction est regulée par des neurones spécifiques qui sécrètent le neuropeptide GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone). Ces cellules naissent au stade prénatal dans la placode nasale et migrent dans l'hypothalamus, le long des nerfs olfactifs voméro-nasaux, pour devenir des membres à part entière de l'axe hypothalamo-hypophyso-gonadique. Un certain nombre de pathologies de la reproduction humaine sont associées à la perturbation soit de la migration neuronale des cellules à GnRH ou soit de la sécrétion de la GnRH.L'objectif général de ma thèse était d'identifier de nouveaux facteurs moléculaires régulant la migration des cellules à GnRH, leur ciblage axonale à l'éminence médiane, mais aussi leur neurosécrétion au cours de la vie reproductive.Les événements complexes du développement correcte du système à GnRH sont strictement régulés par l'expression spatio-temporelles des molecules de guidage et des molécules de la matrice extracellulaire, dont les fonctions, sont en partie médiées par leur liaison avec la β1-intégrine (Itgb1). La première partie de mon travail a été d’étudier le rôle biologique de ces protéines de surface dans la reproduction. La technologie Cre/loxP a été utilisée pour générer des souris conditionnelles GnRH spécifiques KO pour la β1-intégrine (GnRH-Itgb1-/-). La perte d’activité de la β1-intégrine altére la migration des neurones à GnRH, leur extension axonale à l’eminence mediane et la fertilité de ces souris. Ces résultats mettent en évidence que la β1-intégrine joue un rôle important dans le développement normal du système GnRH et dans l'acquisition de compétences reproductives normales chez les rongeurs.Dans la deuxième partie de ma thèse de doctorat, j'ai identifié de nouveaux facteurs moléculaires qui pourraient être responsables de l'apparition du syndrôme des ovaires polykystiques (SOPK). Cette maladie est présente chez près de 10 % des femmes. Il s’agit d’une hyperandrogénie associée à une oligo-anovulation chronique, une morphologie ovarienne polykystique et d'autres situations cliniques de transition d'un état endocrinien à un autre. Chez les patientes atteintes du SOPK, le niveau d'hormone antimüllérienne (AMH) est élevé et indique clairement que l'AMH pourrait est un marqueur possible dans le diagnostic et le traitement du SOPK. Une autre manifestation du syndrome est une élévation des sécrétions du GnRH provoquant une augmentation des taux de LH et un rapport LH/FSH élevés, qui stimulent la production d'androgènes ovariens. Toutefois, jusqu'à présent cette maladie a été considérée principalement comme une pathologie gonadique et des régulations possibles plus élevées au niveau du système nerveux central ou des interactions avec ce dernier n'ont pas été étudiées. En particulier, des informations concernant les effets extra-ovariens possibles de l'AMH sur l'axe hypothalamo-hypophyso-gonadique manquent actuellement. Mon projet de recherche a été d’étudier le rôle encore méconnu de l'AMH dans la régulation de la physiologie du système à GnRH. Mes études ont permis d’identifier un nouveau rôle extra-ovarien pour l'AMH, et notamment comme un puissant activateur de la neurosécrétion de la GnRH. / During aging, oxidative stress occurs characterized by an imbalance between the production reactive oxygen species and antioxidant capacity. It’s well recognized that acute exercise induces oxidative stress which response may be affected by aging. Only few studies have focused on the response of oxidative stress parameters to an acute exercise in relation with aging and they were not made in humans. The first aim of this work was to investigate the response of oxidative stress parameters to acute exercise in young and older subjects. Our results showed that aging has no effects on oxidative stress parameters at rest. However, in response to an acute physical exercise, our results showed that aging is characterized by an antioxidant defenses deficiency and an increase in free radical damage markers. On the other hand, regular physical activity is considered as an effective way to reduce free radical attacks and enhance the antioxidant defense. These adaptations to regular physical activity are often related to the level of physical activity and this has been shown in young subjects. The second aim of this work was to study oxidative stress parameters in elderly subjects with different physical activity levels. Our results showed a positive correlation between physical activity level and antioxidant potential. However, physical activity at high level increases free radical damage in older adults. In view of changes in oxidative stress parameters with aging, adaptations of those to regular physical activity could also be affected by aging phenomena. The aim of the third study of this work was to investigate the effects of aging and physical activity level on oxidative stress parameters responses to an acute exercise. To do so, we compared these parameters in two young subjects groups (active and sedentary) and two older adults groups (active and sedentary) before and after an acute exercise. Our results showed that, benefits of regular physical activity on the oxidative parameters stress were more pronounced in younger age groups compared to older groups. On the other hand, the effects of aging on oxidative stress parameters in the active groups were lower than those noted in the sedentary groups.

L’étude des interactions moléculaires au niveau des membranes biologiques est un enjeu capital pour le développement et le screening de nouvelles molécules médicamenteuses. La MA est la forme de démence sénile la plus répandue dans le monde et représente le principal problème socioéconomique en matière de soins de santé. L'apparition et la progression de cette maladie neurodégénérative sont associées à l'agrégation du peptide Aβ.Une stratégie thérapeutique contre la MA consiste à développer des molécules capables d'interférer à des étapes spécifiques de l’agrégation du peptide. Pour les identifier, des méthodes expérimentales sont nécessaires pour suivre et caractériser le peptide Aβ au cours de son processus de fibrillation. Ces méthodes doivent être suffisamment simples pour rester compatibles avec une démarche de drug discovery. Dans le présent travail de thèse, nous avons proposé de combiner des méthodes expérimentales pour permettre une caractérisation multiparamétrique de modulateurs potentiels de la fibrillation du peptide Aβ1-42, en y intégrant des liposomes de composition définie, comme membranes neuronales biomimétiques. Il est en effet établi que les lipides neuronaux sont un facteur important dans la formation des fibres amyloïdes et leur toxicité. Les liposomes ont été formulés par la méthode de réhydratation de film lipidique, et leurs propriétés physico-chimiques caractérisées par RMN, DLS, potentiel ζ.La détermination expérimentale du coefficient de partage de composés d’intérêt a pu être réalisée par spectrophotométrie, y compris de façon originale, par fluorescence, en utilisant ces liposomes, dans des tests miniaturisés. Des études cinétiques de l’agrégation du peptide Aβ1-42 ont été effectuées en présence de liposomes. La fluorescence de la ThT a été mesurée pour suivre la voie de la fibrillation du peptide Aβ, utilisé dans sa forme sauvage ou celle d’un mutant oligomérique, l’oG37C. Une analyse de fuite d’un fluorophore à partir des liposomes, appuyée par des mesures en DLS, a été réalisée afin d'évaluer l'impact des interactions entre le peptide et les membranes pour prévoir tout effet de déstabilisation. Les fibres toxiques formées par Aβ étant principalement organisées en feuillets β, les données ont été corrélées à l'analyse de la structure secondaire du peptide par spectroscopie ATR-FTIR. Après avoir mis en œuvre cette approche sur différentes molécules modèles et un hit d’intérêt potentiel dans le traitement de la MA, l’ensemble de ce travail a abouti à un test multiparamétrique permettant la caractérisation de l’interactome molécules/Aβ/membranes et la discrimination de modulateurs de l'agrégation du peptide Aβ1-42. Cette approche pourra être avantageusement transposée à d'autres maladies amyloïdes. / The study of molecular interactions at the level of biological membranes is a key issue for the screening and the development of new drugs. Alzheimer's disease (AD) is the most common form of senile dementia in the world and is the leading socio-economic problem in health care. The appearance and progression of this neurodegenerative disease are associated with the aggregation of the amyloid-β peptide (Aβ). A therapeutic strategy against AD consists in the development of molecules able to interfere with specific steps of Aβ aggregation. To identify such compounds, experimental methods are required to monitor and characterize the Aβ peptide during its fibrillation process. These methods must be simple enough to remain compatible with drug discovery. In this PhD project, we have proposed to combine experimental methods to allow a multiparametric characterization of potential Aβ1-42 fibrillation modulators, by integrating liposomes of defined composition as biomimetic neuronal membranes. It is indeed established that neuronal lipids are an important factor in the formation of amyloid fibers and their toxicity. The liposomes were formulated by the lipid film rehydration method, and their physicochemical properties characterized by NMR, DLS, ζ potential. The experimental determination of the compounds partition coefficient could be carried out by spectrophotometry, including in an original way, by fluorescence, these liposomes, in miniaturized tests. Kinetic studies of Aβ1-42 peptide aggregation were performed in the presence of liposomes.The ThT fluorescence was monitored to follow the Aβ peptide fibrillation pathway, used in its wild form or with an oligomeric mutant, oG37C. A fluorophore leakage analysis from liposomes, supported by DLS measurements, was performed to evaluate the impact of peptide/membranes interactions to predict any destabilization effects. The toxic fibers formed by Aβ being mainly organized in β-sheets, the data were correlated with the analysis of the peptide secondary structure by ATR-FTIR spectroscopy. After the implementation of this approach on different model molecules and a hit of potential interest in the AD treatment, all of this work has resulted in a multiparametric test allowing the molecules/Aβ/membranes interactome characterization and the discrimination of Aβ1-42 peptide aggregation modulators. This approach may be advantageously transposed to other amyloid diseases.

Cette étude a permis de démontrer que la (3-lactoglobuline (P-LG) avait la capacité de lier des peptides issus de la structure primaire de cette protéine et ce, en quantité différentes selon les conditions physico-chimiques du milieu. Les peptides chargés positivement se lieraient sur la protéine au niveau d'un site présentant une grande densité de charges négatives, lequel est situé près du sillon externe formé entre l'hélice-a et le calice. Les peptides chargés négativement se lieraient près du brin P-I impliqué dans la dimérisation de la protéine. Dans le cas des peptides hydrophobes, leur liaison se ferait au niveau de la cavité hydrophobe de la protéine lorsque le pH est assez élevé (pH > 7) pour que la boucle EF soit dans la confirmation ouverte. La liaison des peptides à différents sites en fonction de la nature des peptides a été démontrée par des analyses en spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR). Ces analyses ont aussi démontré que les peptides négatifs et hydrophobes provoquent l'agrégation de la protéine à plus faible température, alors que l'agrégation survient lorsque la protéine est encore sous forme de dimères en présence de peptides chargés positivement. Des études avec les variants génétiques de la P-LG ont démontré que le variant A lie environ 2.1 moles du peptide bioactif hydrophobe p-LG 102-105, comparativement à 0.3 et 0.1 moles pour les variants B et AB, respectivement. Il a également été démontré que les préparations commerciales de P-LG (Sigma) contenaient des protéases résiduelles qui dégradaient les peptides hydrophobes après leur mise en solution avec la protéine. Des mesures en FTIR ont aussi été effectuées avec de la p-LG A et B avant et après leur dialyse. Ces analyses ont démontré que l'élimination des sels par dialyse retarde la monomérisation de la p-LG A, tant à pH 4.4 qu'à pH 8.0. Il a aussi été démontré que la P-LG A présentait, au sein de sa barrique-P, un meilleur environnement hydrophobique pouvant expliquer la plus grande affinité de ce variant pour la liaison de ligands hydrophobes. Cette étude a démontré qu'en plus de lier des molécules hydrophobes, la P-LG peut également lier des ligands chargés positivement et négativement. Cette étude confirme également que la liaison de peptides de différente nature par la P-LG a une incidence sur les propriétés thermiques de la protéine.