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

Les carcinomes hépatocellulaires (CHC) mutés CTNNB1 ont des caractéristiques phénotypiques propres en termes de polarité et de métabolisme (absence de stéatose). Nous avons émis l’hypothèse que ce phénotype pouvait être secondaire à l’activation du gène suppresseur de tumeurs LKB1 qui code une Ser/Thr kinase multitâches.Nous avons tout d’abord montré qu’il existait effectivement un dialogue complexe entre les voies Wnt/β-Caténine et LKB1 dans le foie. Les mutations de CTNNB1 sont en effet capables d’induire l’expression protéique de LKB1 dans des lignées hépatomateuses humaines, et les CHC mutés CTNNB1 présentent une expression protéique accrue de LKB1 et une signature transcriptionnelle d’activation de LKB1. De plus, dans deux modèles murins d’invalidation hépatospécifique de Lkb1, LKB1 est apparu comme requis pour l’activation complète du programme transcriptionnel de β-Caténine mais de façon dépendante du stade de développement et du contexte nutritionnel. Enfin, la signalisation LKB1 est apparue comme nécessaire à la survie des hépatocytes activés pour β-Caténine dans deux modèles murins différents.Nous avons aussi caractérisé les rôles métaboliques de LKB1 dans le foie. L’invalidation hépatospécifique de Lkb1 induisait une augmentation progressive de la masse grasse corporelle avec utilisation préférentielle des glucides comme substrat énergétique. Il existait une activation de la néoglucogenèse hépatique avec hyperglycémie et une lipogenèse accrue avec accumulation hépatocytaire de lipides. Enfin, nous avons mis en évidence une activation paradoxale de la signalisation AKT dans les hépatocytes, même à jeun, et une dépendance énergétique aux acides aminés. Enfin, nous avons identifié une nouvelle isoforme protéique de LKB1 délétée de son domaine N-Terminal et d’une partie de son domaine kinase. D’expression tissulaire préférentiellement musculaire et myocardique, cette isoforme catalytiquement inactive se comportait comme dominant positif sur l’activation de l’AMPK par la forme conventionnelle mais comme dominant négatif dans l’activité polarisation induite par LKB1. Enfin, elle était capable d’induire, en l’absence de la forme conventionnelle, la prolifération cellulaire et la tumorigenèse chez la souris nude. Elle pourrait exercer des rôles métaboliques particuliers dans les tissus fortement oxydatifs et des rôles oncogéniques dans certains contextes. / CTNNB1-Mutated hepatocellular carcinomas (HCC) share a specific polarity and metabolic phenotype without steatosis. We hypothesized that such phenotype could imply the tumor suppressor gene LKB1 that encodes for a multi-Task Ser/Thr kinase.We first demonstrated that a complex crosstalk indeed exists in the liver between LKB1 and the Wnt/β-Catenin pathway. LKB1 proteic expression was controlled by mutant β-Catenin in hepatomatous cell line and CTNNB1-Mutated HCCs had an enhanced LKB1 proteic expression as well a transcriptomic signature of LKB1 activation. In two mouse model of liver-Specific invalidation of Lkb1, we showed that LKB1 was required for full activation of the β-Catenin transcriptomic program, but it depended on the developmental stage and nutritional context. At least, LKB1 appeared to be required for the survival of β-Catenin activated liver cells in two other mouse models.Then, we wanted to caracterize the metabolic roles of LKB1 in the liver. Liver-Specific invalidation of Lkb1 progressively raised the body fat mass and we observed that carbohydrates were preferred as whole-Body energetic fuel. In the liver, gluconeogenesis and lipogenesis were enhanced, resulting in mild hyperglycemia and lipid accumulation in the hepatocytes. At least, we identified an aberrant activation of the AKT signaling in the liver, even during fasting, and an energetic dependence towards amino acids.At least, we identified a novel LKB1 proteic isoform that is deleted of its N-Terminal domain and part of its kinase domain. Highly expressed in the muscle and in the heart, this catalytically inactive isoform however acted as a positive dominant towards AMPK activation by full length LKB1 but as a negative dominant towards LKB1-Induced cell polarization. This isoform is also able to enhance cell proliferation and to induce tumors in a xenograft model, even when expressed alone. It could play specific metabolic roles in oxidative tissues and could be oncogenic in some contexts.

Le développement de traitements thérapeutiques du cancer du sein reste limité par le niveau de connaissance des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués lors du développement normal et tumoral de la glande mammaire. L’épithélium mammaire est entouré d’une matrice extracellulaire (MEC) organisée, la membrane basale, dont le constituant principal est la laminine. Des études ont montré que les interactions entre les cellules mammaires et la MEC, dépendantes des intégrines, jouent un rôle majeur dans le développement et la tumorigenèse mammaires. Ces études n’ont cependant pas permis de déterminer les hétérodimères d’intégrine spécifiquement impliqués. Dans ce contexte, mon projet de thèse a visé à définir le rôle joué par les intégrines liant la laminine (dimères contenant les sous-unités 3 et/ou 6) dans le développement mammaire, dans le maintien de cellules souches mammaires fonctionnelles dans la glande adulte et dans le développement tumoral. Les résultats de mon travail suggèrent que :(i) l’intégrine 31 présente une fonction unique au cours de la lactation. Les mécanismes moléculaires impliqués en aval de 31 font intervenir la voie FAK/Rac1/PAK1 menant à l’inhibition de la MLCK, nécessaire à la relaxation des cellules myoépithéliales mammaires et permettant de nouveaux cycles de contraction. (ii) les interactions régulées par les intégrines entre les cellules basales mammaires et la laminine sont essentielles pour régénérer l’épithélium mammaire. Cependant, les intégrines 3 et 6 présentent des fonctions redondantes dans les cellules souches mammaires. (iii) l’intégrine 31 joue un rôle clef dans le développement tumoral mammaire. L’intégrine 31 active des voies de signalisation intracellulaires FAK/Rac1/PAK1, MAPK et JNK qui favorisent la survie et la prolifération des cellules tumorales. Ensembles, ces données permettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans le développement mammaire, la fonction de la glande adulte et la tumorigenèse. / The improvement of breast cancer therapy requires thorough analysis of the pathways leading to tumorigenesis and clear understanding of the molecular and cellular mechanisms involved in normal mammary gland development. Mammary epithelium is surrounded by a specifically organized extracellular matrix (ECM), basement membrane, and secreted glycoproteins, laminins, are among its major constituents. Integrin-mediated interactions between mammary epithelial cells and ECM have been shown to play an essential role in the control of mammary development and tumorigenesis. However, specific roles played by distinct integrin heterodimers are yet poorly understood. My thesis project aimed to define the functions of laminin-binding integrins, i.e., heterodimers, containing 3 or 6 subunits, in normal mammary gland development, in control of mammary stem and progenitor cell functions in adult gland, and in mammary tumorigenesis. The results of my work suggest that: (i31 integrin has a unique function in the control of the myoepithelial cell contractile activity during lactation; it contributes to the activation of the FAK/Rac1/PAK1 pathway leading to MLCK inhibition required for myoepithelial cell relaxation, thereby, permitting further contractile cycles. (ii) integrin-mediated interactions of mammary basal cells with laminins are essential for the regeneration of the mammary epithelium. However, 31 and 6-contaning integrins have redundant functions in mammary stem cells.(iii) 31 integrin plays a major role in mammary tumorigenesis, it promotes survival and proliferation of tumor cells activating intracellular signaling pathways involving FAK/Rac1/PAK1, MAPK and JNK pathways. Altogether, these data provide new insights into the molecular mechanisms of mammary development, adult gland function and tumorigenesis.

A la suite d'une lésion nerveuse périphérique, de multiples altérations cellulaires et moléculaires participent à la régénération physiologique du nerf, mais induisent dans certains cas le développement d'une cicatrisation dysfonctionnelle et l'apparition d'une douleur neuropathique chronique. La régulation de la perméabilité vasculaire endoneurale du nerf lésé joue un rôle essentiel dans ces phénomènes de cicatrisation nerveuse, via notamment l'infiltration locale d'immunocytes. L'objectif de ce travail était d'étudier le rôle spécifique de l'altération de la barrière hémato-nerveuse (BHN) au niveau du site lésé dans le développement des douleurs neuropathiques périphériques post-traumatiques. Nous avons montré à l'aide de modèles de constriction chronique du nerf sciatique et/ou infra-orbitaire que la disruption précoce de la BHN est un évènement clé de la neuropathie, favorisant l'infiltration locale de substances algogènes et d'immunocytes induisant une neuroinflammation, une sensibilisation périphérique et la neuropathie. L'altération des voies de signalisation Sonic Hedgehog, Wnt/?-caténine et TLR4 au niveau des cellules endothéliales endoneurales, favorise cette disruption en diminuant la synthèse des protéines de jonctions serrées, molécules clés de l'intégrité de la BHN. De plus, l'implication différentielle de ces voies dans des modèles de neurite et de neuropathie apporte un éclairage nouveau à la transition phénotypique entre neurite et neuropathie : alors que la neurite s'accompagne d'une perméabilité vasculaire endoneurale réversible, la neuropathie pourrait être considérée comme une pathologie de la perméabilité vasculaire chronique irréversible. / Following peripheral nerve injury, multiple cellular and molecular alterations occur within the nerve’s parenchyma, participating in physiological healing of the nerve, but can also lead to the development of dysfunctional nerve healing, translating as chronic neuropathic pain. The regulation of endoneurial microvascular permeability within the injured nerve plays a pivotal rôle in physiological and pathological nerve healing, notably via the local infiltration of pro-regenerative immunocytes. The main goal of this work was to study the specific role of local blood-nerve barrier disruption in the development of painful post-traumatic peripheral neuropathy. In sciatic nerve and/or infra-orbital nerve chronic constriction injury models, we showed that early disruption of the blood-nerve barrier is a key event in the development of neuropathy, allowing local infiltration of algogenic substances and immunocytes within the nerve’s parenchyma, responsible for local neuroinflammation, peripheral sensitization and peripheral neuropathic pain development. Among the homeostatic regulatory mecanisms of this barrier, the alteration of Sonic Hedgehog, Wnt/β-catenin and TLR4 signaling pathways in endoneurial endothelial cells, mediates the disruption of the blood-nerve barrier by downregulating key tight-junction proteins. Furthermore, the differential implication of these signaling pathways in models of neuritis and neuropathy shed light on the phenotypical transition between neuritis and neuropathy : As neuritis is associated with reversible endoneurial vascular permeability, neuropathy could be considered a disease of irreversible chronic vascular permeability.

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La formation de la gaine de myéline est un processus complexe et finement régulé. Une altération de l’expression des gènes codant pour les protéines structurales de cette gaine entraine de graves neuropathies démyélinisantes. Notre objectif est d’identifier de nouvelles voies de signalisation capables de moduler l’expression de ces gènes. Les cellules de Schwann et les oligodendrocytes contiennent et synthétisent de grande quantité de dérivés oxydés du cholestérol : les oxystérols. Ces molécules sont connues pour leurs rôles dans le maintien de l’homéostasie du cholestérol et dans la progression des maladies neurodégénératives. Les oxystérols peuvent être classés en deux groupes : ceux dont l’oxydation a lieu sur la chaine carbonée latérale (25OH) et ceux qui portent une oxydation sur l’un des cycles du cholestérol (7KC). Nous nous sommes tout d’abord intéressés à la première catégorie d’oxystérols. Nous avons montré que le 25OH, réprimait l’expression des gènes de la myéline périphérique P0 et PMP22. Cette activité répressive était le fruit d’un mécanisme direct conduisant à une augmentation de la quantité des LXRs liés à leurs éléments de réponse sur les promoteurs des gènes de la myéline, et d’un mécanisme indirect provoquant une diminution de l’activité de la voie Wnt/β-caténine. En revanche, dans le SNC, nos résultats indiquent que le 25OH active l’expression des gènes de la myéline PLP et MBP. Le traitement, par ces oxystérols, de cultures organotypiques de cervelet démyélinisées par la lysolécithine permet une remyélinisation des axones des cellules de Purkinje. Nous nous sommes ensuite penchés sur le rôle du corégulateur transcriptionnel RIP140. Ce dernier peut soit agir comme un corépresseur soit comme un coactivateur. Il peut interagir avec le LXR. L’invalidation de RIP140 dans le poisson zèbre altère les gaines de myéline. Nous avons montré que RIP140 possédait des rôles bivalents dans la régulation de la myélinisation. En effet, il est capable d’activer mais aussi de réprimer l’activité transcriptionnelle de P0 et de PMP22. Enfin, nous nous sommes intéressés à la seconde catégorie d’oxystérols. Le 7KC est l’oxystérol majoritairement présent dans le SNP et la CS. Il est connu pour moduler l’action du récepteur aux dioxines : le AhR. Ce récepteur a été très largement étudié dans un cadre toxicologique. Cependant ses rôles et ses ligands endogènes restent à ce jour encore assez méconnus. Nos résultats indiquent que le AhR est impliqué dans le contrôle de l’expression des gènes de la myéline périphérique. L’invalidation du AhR, chez la souris, provoque des anomalies structurales de la gaine de myéline conduisant à des déficits moteurs. Cette étude a permis de mieux comprendre les dialogues entre les voies de signalisation gouvernant le processus de myélinisation. Ce travail apporte également de nouvelles perspectives thérapeutiques des maladies neurodégénératives comme la CMT1A ou la sclérose en plaques. / The myelination of axons is a complex process performed by Schwann cells (SC) and by oligodendrocytes (OL) respectively in the peripheral nervous system (PNS) and in the central nervous system (CNS). A slight change in expression of myelin structural proteins has a deep impact on the development and preservation of nerve fibers and their myelin sheaths, as observed for example in Charcot-Marie-Tooth disease or in Pelizaeus-Merzbacher disease. Our aim is to identify new signaling pathways able to control the expression of these structural proteins. SC and OL contain and synthesize high amount of reactive molecules generated from the oxidation of cholesterol: the oxysterols. Their implication in cholesterol homeostasis and in the progression of neurodegenerative disorders is well known but few data are available for their functions in myelination of PNS and CNS. Firstly, we demonstrate that oxysterols inhibit peripheral myelin gene expression: MPZ and PMP22. This downregulation is mediated by two mechanisms: by increasing the binding of LXRs to myelin genes promoters and by inhibiting the Wnt/β-catenin pathway leading to a decrease of b-catenin recruitment at the levels of the MPZ and PMP22 promoters. However, in the CNS, our data demonstrate that activation of LXRS by oxysterols stimulate myelin genes expression (PLP and MBP). Interestingly, by using demyelinated organotipc culture of cerebellum, we show that oxysterols enhance OL differentiation and promote remyelination, via LXRs. Then, we studied the role of the transcriptional coregulatory, RIP140, in myelination. RIP140 is able to act as a corepressor or as a coactivator and can interact with LXRs. In Zebrafish, the knocked down of the orthologue of RIP140 led to a decrease of peripheral and central myelin gene expression and to a defect in myelin sheath ultrastructure. Finally, we focused on impact of AhR in myelination process. AhR is a ligand activated transcription factor mostly known to interact with environmental pollutant like dioxins to mediate their toxic and carcinogenic effect. However, its detoxifying activity is posterior to the apparition of the gene and its physiological roles and endogenous ligands remain elusive. We show that the main oxysterol in the nervous system is 7-ketocholesterol which is an endogenous modulator of AhR. We report that the constitutive absence of AhR in mice leads to defects in locomotion behaviors. We studied the impact of this invalidation on the myelin of sciatic nerve. We observed a severe demyelinating phenotype and deregulation of myelin genes expression. Moreover, we demonstrated a cross-talk between AhR and Wnt/β-catenin pathways. Our data reveal a new endogenous role of AhR in myelination process.