La néphropathie diabétique (DN) est l’une des premières causes de maladie rénale en phase terminale (ESKD). L’ESKD est un important facteur de risque d'insuffisance cardiaque et d'accidents vasculaires cérébraux. La dysfonction du système rénine-angiotensine intrarénal (iRAS) est considérée comme étant l'une des principales causes du développement de la DN. Tous les composants du iRAS sont identifiés dans les cellules épithéliales des tubules rénaux proximaux (RPTCs), y compris l'angiotensinogène (Agt), le seul précurseur de toutes les angiotensines. Notre laboratoire a rapporté précédemment que la surexpression spécifique de l’Agt dans les RPTCs provoque l’hypertension, la protéinurie, la fibrose rénale, l’apoptose et des lésions rénales. Nrf2 (Nuclear factor erythroid 2-related factor 2) est un facteur de transcription qui est exprimé de façon abondante dans les RPTCs et a été considéré comme étant un régulateur central de l'équilibre redox dans les réponses cytoprotectrices cellulaires. Le rôle de l’activation du Nrf2 dans la DN, toutefois, est controversé. L’objectif général de cette thèse est de comprendre le rôle physiologique du Nrf2 dans la DN et d’étudier le(s) mécanisme(s) moléculaire(s) de l’action de Nrf2. Premièrement, nous avons démontré que la délétion génétique de Nrf2 ou l’inhibition pharmacologique de Nrf2 avec de la trigonelline chez les souris Akita diabétiques de type 1 régule à la hausse la voie Ace2/MasR et supprime l’expression de Agt/ACE dans les RPTCs, ce qui a pour effet d'atténuer l’hypertension systémique et les lésions rénales. Conformément, dans les cellules immoratalisées de tubule proximal de rat (IRPTC) en culture, la transfection de ARNsi ou le traitement à la trigonelline empêche la régulation positive de Agt/ACE induite par le HG, avec une baisse subséquente de l’expression des gènes Ace2/MasR. Ces données identifient un nouveau mécanisme dans lequel l’activation de Nrf2 stimule l’expression et l’activation des gènes du iRAS, menant au développement de l’hypertension et de la néphropathie dans le diabète. Deuxièmement, nous avons généré des souris Nrf2 transgéniques qui surexprime spécifiquement Nrf2 dans les RPTCs (souris Nrf2RPTC Tg), sous le contôle du promoteur KAP (kidney specific androgen-regulated protein). Nous avons ensuite croisé les souris Nrf2RPTC Tg avec les 6 souris Akita Nrf2-/- pour générer des souris Akita Nrf2-/- /Nrf2RPTC Tg. Nous avons trouvé que la surexpression de Nrf2 dans les RPTCs des souris Akita Nrf2-/- augmentait significativement l’expression du gène SGLT2, entraînant une élévation du glucose sanguin, du taux de filtration glomérulaire, du rapport albumine/créatinine urinaire et de la fibrose tubulo-interstitielle. Dans les cellules tubulaires proximales humaines immortalisées (HK2), le traitement à l’oltipraz ou la transfection de l’ADNc du NRF2 stimule l’expression de l’ARNm du SGLT2 et l’activité de son promoteur. De plus, des tests de retard sur gel et d’immunoprécipitation de chromatine ont montrés que NRF2 se lie au NRF2-RE du promoteur du SGLT2. En outre, une expression plus élevée de NRF2 et SGLT2 est observée dans les RPTCs de reins de patients diabétiques que dans les reins de patients non diabétiques. Ces données ont établi un nouveau mécanisme de la régulation du NRF2 sur l’expression et l’activation du gène SGLT2, menant à une exacerbation du glucose sanguin, de l’hyperfiltration et des lésions rénales dans le diabète. En somme, cette thèse a démontré que le stress oxidatif (hyperglycémie) induisait l’activation du Nrf2 qui stimulait le iRAS et l’expression de SGLT2, contribuant ainsi à la progression de la DN. Ces études suggèrent que le Nrf2 pourrait être une cible thérapeutique potentielle dans le traitement de la DN et pourront fournir de valabless données pré-cliniques pour les essais cliniques en cours avec le bardoxolone méthyle (un activateur de Nrf2). / Diabetic nephropathy (DN) is one of the leading causes of end-stage kidney disease (ESKD). ESKD is a major risk factor for heart failure and stroke. Dysfunction of intrarenal renin angiotensin system (iRAS) is considered as one of the main reasons that caused the DN. All components of the iRAS are identified in the renal proximal tubule cells (RPTCs), including angiotensinogen (Agt), the sole precursor of all angiotensins. Our lab has previously reported that specific overexpression of Agt in RPTCs induces hypertension, proteinuria, kidney fibrosis, apoptosis and kidney injury. Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) is a transcription factor that abundantly expresses in RPTCs and has been considered as a master regulator of redox balance in cellular cytoprotective responses. The role of Nrf2 activation in DN, however, is not clear. The overall aim of this study is to understand the physiological role of Nrf2 in DN and investigate the molecular mechanism(s) of Nrf2 action. First, we have demonstrated that genetic deletion of Nrf2 or pharmacological blockade of Nrf2 with trigonelline in type 1 diabetic Akita mice effectively upregulates Ace2/MasR and suppresses Agt/ACE expression in isolated RPTCs, resulting in attenuation of systemic hypertension and kidney injury. Consistently, in cultured IRPTCs, Nrf2 siRNA transfection or trigonelline treatment prevents high glucose-induced upregulation of Agt/ACE with downregulation of Ace2/MasR gene expression. These data identified a novel mechanism in which Nrf2 activation stimulates iRAS gene expression and activation, leading to the development of hypertension and nephropathy in diabetes. Second, we have generated Nrf2 transgenic mice under the kidney specific androgen regulated protein (KAP) promoter which specifically overexpress Nrf2 in RPTCs (Nrf2RPTC Tg mice). We further crossbred the Nrf2RPTC Tg mice with Akita Nrf2-/- mice to generate Akita Nrf2-/- /Nrf2RPTC Tg mice. We have found that overexpression of Nrf2 in RPTCs of Akita Nrf2-/- mice significantly unregulated sodium-glucose transporter-2 (SGLT2) expression, resulting in elevation of blood glucose, glomerular filtration rate, albumin-creatinine ratio and tubulointerstitial fibrosis. In 8 immortalized human proximal tubular cells (HK2), oltipraz treatment or NRF2 cDNA transfection stimulated SGLT2 mRNA expression and its promoter activity. Furthermore, NRF2 bound to NRF2- RE of SGLT2 promoter were identified by gel mobility shift assay and chromatin immunoprecipitation assay. Moreover, human diabetic kidneys exhibited higher expression of NRF2 and SGLT2 in RPTCs than non-diabetic kidneys. These data established a novel mechanism of NRF2’s regulation on SGLT2, leading to exacerbation of blood glucose, hyperfiltration and kidney injury in diabetes. In summary, this study documented that activation of Nrf2 in hyperglycemia contributed to the progression of DN via regulation of iRAS and SGLT2, suggesting that Nrf2 might be a potential therapeutic target in the treatment of DN.

L’usage de composé chimique causant des dommages à l’ADN en phase S est une stratégie couramment utilisée en chimiothérapie du cancer. Ainsi, l’étude de la réponse cellulaire aux dommages subit en phase S s’avère indispensable afin de mieux comprendre les mécanismes cellulaires sous jacents à la réparation de ces dommages et pour permettre le développement ou l’amélioration de nouvelles stratégies antitumorales. Lors de chaque phase S, les nouvelles histones sont acétylées par des histones acétyltransférases (HAT) et déacétylées en fin de phase S et en début de phase G2, par des histones déacétylases (HDAC). Ce cycle d’acétylation des histones est conservé chez tous les eucaryotes. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, l’acétylation de de la lysine 56 de l’histone H3 (H3K56ac) est une marque des nouvelles histones qui est ajoutée par la HAT Rtt109 et retirée par les sirtuines Hst3 et Hst4, des HDAC de classe III. Lors de l’induction de dommages à l’ADN au cours de la phase S par des agents génotoxiques, une persistance de l’acétylation de H3K56 est observée, ce qui suggère un rôle de l’acétylation de H3K56 dans la réponse aux stress réplicatifs subits en phase S. Notre objectif est de comprendre la base moléculaire des défauts de réparation observés dans les mutants de la voie de l’acétylation de H3K56. Précédemment, nous avons réalisé des cribles chémogénétique au nicotinamide (NAM), un inhibiteur des sirtuines, afin d’identifier des gènes influençant la croissance cellulaire en absence de l’activité des sirtuines. SRS2 a été identifié parmi les gènes importants pour le maintien de la viabilité en absence des sirtuines. Srs2 est une hélicase dont l’une de ses principales fonctions est de retirer les nucléofilaments de Rad51, l’une des principales protéines de la recombinaison homologue, de l’ADN simple brin. À l’inverse, RIF1 fut trouvé parmi les gènes dont la délétion confère une meilleure résistance au NAM. Rif1 est impliqué dans le maintien de la taille des télomères, mais également dans l’inhibition des origines de réplication. Dans cette thèse, je présenterai les résultats d’un crible avec des mutants hétérozygotes diploïdes pour évaluer l’importance des gènes essentiels à la croissance cellulaire en absence des sirtuines. Plusieurs gènes impliqués dans l’initiation de la phase S sont ressortis des deux cribles, ce qui suggère que l’acétylation de H3K56 a une fonction dans le processus de réplication de l’ADN qui a lieu en phase S du cycle cellulaire. Par des méthodes de génétique classique, nous avons validé que l’inactivation de membres du complexe DDK, DBF4 et CDC7, dont la fonction est requise par l’initiation des origines de réplication, sensibilise les cellules à la présence d’acétylation constitutive de H3K56. Nous avons confirmé que l’activité toxique de Rif1 pour la viabilité cellulaire en absence des sirtuines Hst3 et Hst4 est sa fonction répressive des origines de réplication. Nous avons observé que l’activation du point de contrôle intra-S n’expliquait pas la perte de viabilité d’un mutant H3K56 constitutivement acétylé alors que l’activité des origines est compromise. Finalement, nous avons identifié un rôle de l’acétylation de H3K56 dans l’initiation des origines de réplication. La progression dans le cycle cellulaire d’une souche constitutivement acétylée sur H3K56 n’est pas ralentie lorsque le complexe DDK est fonctionnel. Toutefois, des dommages spontanés à l’ADN sont observés au cours de la phase S dans les souches dépourvues des protéines Hst3 et Hst4. Ceci suggère que le stress réplicatif observé dans les mutants de la voie de l’acétylation de H3K56 ne peut être entièrement expliqués par un ralentissement de l’initiation des origines de réplication. Nous avons utilisé un mutant srs2Δ qui présente des dommages spontanés à l’ADN et une très forte sensibilité au NAM afin d’exacerber les problèmes réplicatifs observés dans des mutant constitutivement acétylés sur H3K56. Par des méthodes de génétique classique, nous avons observé que la léthalité synthétique entre l’acétylation constitutive de H3K56 et la perte de SRS2 ne peut pas être renversé par la délétion des membres de la voie canonique de l’acétylation de H3K56 suggérant un rôle important de cette modification dans la réparaiton des dommages à l’ADN. De plus, lors d’une persistance de l’acétylation de H3K56, nous avons constaté que la présence de Rad51 s’avère toxique pour des cellules srs2∆. Ensemble, nos résultats suggèrent un rôle de l’acétylation de H3K56 complémentaire au point de contrôle intra-S pour réguler l’initiation des origines de réplication lors de stress réplicatif. Nos données révèlent des fonctions encore méconnues de l’acétylation de H3K56 ainsi que de nouveaux liens entre la structure de la chromatine et la dynamique de réplication. / The use of chemical compounds causing S-phase damage is a common strategy used in cancer chemotherapy. Thus, the study of the cellular response to S-phase DNA damage is essential to better understand the cellular mechanisms underlying the repair of this damage and to allow the development or improvement of antitumor strategies. During each S-phase, new histones are acetylated by histone acetyltransferases (HATs) and deacetylated at the end of S-phase and at the beginning of G2 phase by histone deacetylases (HDACs). This histone acetylation cycle is conserved in all eukaryotes. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, acetylation of lysine 56 of histone H3 (H3K56ac) is a hallmark of new histones that is added by the HAT Rtt109 and removed by sirtuins Hst3 and Hst4, class III HDACs. Upon induction of DNA damage during S-phase by genotoxic agents, persistence of H3K56 acetylation is observed suggesting a role for H3K56 acetylation in the response to replicative stresses. Our goal was to understand the molecular basis of the DNA damage defects observed in H3K56 acetylation pathway mutants. Previously, we performed chemogenetic screens with nicotinamide (NAM), a sirtuin inhibitor, to identify genes that influence cell growth in the absence of sirtuin activity. SRS2 emerged as one of the important genes for maintaining viability in the absence of sirtuins. Srs2 is a helicase whose main function is to remove the nucleofilaments of Rad51, one of the major homologous recombination proteins, from single-stranded DNA. Conversely, RIF1 has emerged as one of the genes whose deletion enhances resistance to NAM. Rif1 is involved in the maintenance of telomere size, but also in the inhibition of replication origins. In this thesis, I will present the results of a screen with diploid heterozygous mutants to assess the importance of genes essential for cell growth in the absence of sirtuins. Several genes involved in S-phase initiation emerged from both screens, suggesting that H3K56 acetylation has a function in the DNA replication process that occurs in the S-phase of the cell cycle. By classical genetic methods, we validated that defective activity of the DDK complex members, DBF4 and CDC7, whose function is required by the initiation of replication origins, sensitize cells in the presence of constitutive H3K56 acetylation. We confirmed that the toxic activity of Rif1 8 for cell viability in the absence of Hst3 and Hst4 sirtuins is its repressive function of the origins of replication. We observed that activation of the intra-S checkpoint did not explain the loss of viability of a constitutively acetylated H3K56 mutant while the activity of the origins is compromised. Finally, we identified a role for H3K56 acetylation in the initiation of replication origins. By classical genetic methods, we also observed that the synthetic lethality between constitutive acetylation of H3K56 and loss of SRS2 cannot be reversed by deletion of members of the canonical H3K56 acetylation pathway. Furthermore, upon persistence of H3K56 acetylation, we found that the presence of Rad51 proves toxic to srs2Δ cells. Taken together, our results reveal previously unknown functions of H3K56 acetylation as well as novel links between chromatin structure and DNA replication dynamics.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Une analyse de liaison a précédemment été effectuée chez les mâles du croisement F2 entre deux souches de rats normotendus présentant une différence quantitative pour la masse cardiaque (WKY et WKHA). Celle-ci a permis d'établir que le chromosome 5 (incluant le gène du précurseur de l'ANF (Nppa)) contient un locus lié à la masse cardiaque et à la concentration ventriculaire en ANF (ANFv). L'utilisation de marqueurs M13 pour la production de génotypes permet l'obtention de résultats plus lisibles et l'automatisation du processus. Ceci a facilité la production des lignées congéniques WKHA contenant le locus du chromosome 5 en provenance des WKY (et inversement), générées pour renforcer les résultats précédemment obtenus. Chez les mâles des lignées WKY.WKHA-(D5Rat73- D5Mgh16) et WKHA.WKY-(D5RaM5-D5f?af245J, le fragment D5Rat45-D5Rat245 était lié à la masse cardiaque (selon la mesure du ratio largeur/longueur des cardiomyocytes isolés) et à l'ANFv. Cependant, chez les femelles de ces lignées, il a été prouvé que la provenance parentale du fragment d'intérêt déterminait la valeur de l'ANFv seulement. Ces résultats appuient ceux de l'analyse de liaison effectuée chez les femelles (F2 WKY/WKHA) ayant permis de déterminer que le locus du gène Nppa n'est pas lié à la masse cardiaque bien qu'il soit lié à l'ANFv. De plus, les mesures des ratio de largeur/longueur des cardiomyocytes isolés ont montré que les cellules isolées à partir des femelles WKHA étaient plus longues que celles des WKY mais, contrairement à ce qui est observé chez les mâles, pas plus larges.

La fonction d'une protéine est souvent subordonnée à l'interaction avec un certain nombre de partenaires. L'étude de la structure tridimensionnelle de ces complexes, qui ne peut souvent se faire expérimentalement, permettrait la compréhension de nombreux processus cellulaires. Le travail présenté ici se compose de deux parties. La première traite de la mise en place d'une fonction de score pour l'amarrage protéine-protéine et la deuxième de l'étude cristallographique d'une protéine tétramérique qui est une cible antibiotique potentielle : la thymidylate synthase X de Paramecium bursaria Chlorella virus. La modélisation des complexes protéine-protéine ou docking comporte deux étapes successives : d'abord, un grand nombre de conformations sont générées, puis une fonction de score est utilisée pour les classer. Cette fonction de score doit prendre en compte à la fois la complémentarité géométrique des deux molécules et les propriétés physico-chimiques des surfaces en interaction. Nous nous sommes intéressés à la seconde étape à travers le développement d'une fonction de score rapide et fiable. Ceci est possible grâce à la tessellation de Voronoï de la structure tridimensionnelle des protéines. En effet, les tessellations de Voronoï ou de Laguerre se sont avérées être de bons modèles mathématiques de la structure des protéines. En particulier, cette formalisation permet de faire une bonne description de l'empilement et des propriétés structurales des résidus. Cette modélisation rend compte l'empilement des résidus à l'interface entre deux protéines. Ainsi, il est possible de mesurer un ensemble de paramètres sur des complexes protéine-protéine dont la structure est connue expérimentalement et sur des complexes leurres générés artificiel- lement. Ces paramètres, sont la fréquence d'apparition des résidus ou des paires de résidus, les volumes des cellules de Voronoï, les distances entre les résidus en contact à l'interface, la surface de l'interface et le nombre de résidus à l'interface. Ils ont été utilisés en entrée de procédures d'apprentissage statistique. Grâce à ces procédures (apprentissage logistique, séparateurs à vaste marge (SVM) et algorithmes génétiques), on peut obtenir des fonctions de score efficaces, ca- pables de séparer les leurres des structures réelles. Dans un deuxième temps, j'ai déterminé expérimentalement la structure de la thymidylate synthase X, cible antibiotique de choix. La thymidylate synthase X est une flavoprotéine qui a été découverte récemment. Elle intervient dans la synthèse du dTMP chez la plupart des procaryotes mais n'existe pas chez les eucaryotes supérieurs. Cette protéine catalyse le transfert de methyle du tétrahydrofolate vers le dUMP grâce à son cofacteur le FAD et au NADPH qui intervient comme substrat. La structure tridimensionnelle de l'homotétramère de la thymidylate synthase X en présence de son cofacteur, le FAD, a été résolue à 2.4 Å par remplacement moléculaire. Comme pour les structures de thymidylate synthase X de Thermotoga maritima et de Mycobacterium tuberculosis précédemment résolues, le monomère se compose d'un coeur de feuillets β et de deux hélices α à son extrémité. Le site actif se trouve à l'interface de trois monomères, la partie isoalloxazine du FAD étant accessible au solvant et proche d'une longue boucle flexible. La fixation du FAD dans cette structure est légèrement différente de celles déjà observées par la conformation de la partie adénine. Cette structure, associée aux études de mutagénèse dirigée de nos collaborateurs, a permis de mettre évidence des résidus jouant un rôle majeur lors de la catalyse.

De nombreux travaux récents ont démontré l'importance de la stochasticité dans l'expression des gènes à différentes échelles. On passera tout d'abord en revue les principaux résultats expérimentaux pour motiver l'étude de modèles mathématiques prenant en compte des effets aléatoires. On étudiera ensuite deux modèles particuliers où les effets aléatoires induisent des comportements intéressants, en lien avec des résultats expérimentaux: une dynamique intermittente dans un modèle d'auto-régulation de l'expression d'un gène; et l'émergence d'hétérogénéité à partir d'une population homogène de protéines par modification post-traductionnelle.\\ Dans le Chapitre I, nous avons étudié le modèle standard d'expression des gènes à trois variables: ADN, ARN messager et protéine. L'ADN peut être dans deux états, respectivement ''ON'' et ''OFF''. La transcription (production d'ARN messagers) peut avoir lieu uniquement dans l'état ''ON''. La traduction (production de protéines) est proportionnelle à la quantité d'ARN messager. Enfin la quantité de protéines peut réguler de manière non-linéaire les taux de production précédent. Nous avons utilisé des théorèmes de convergence de processus stochastique pour mettre en évidence différents régimes de ce modèle. Nous avons ainsi prouvé rigoureusement le phénomène de production intermittente d'ARN messagers et/ou de protéines. Les modèles limites obtenues sont alors des modèles hybrides, déterministes par morceaux avec sauts Markoviens. Nous avons étudié le comportement en temps long de ces modèles et prouvé la convergence vers des solutions stationnaires. Enfin, nous avons étudié en détail un modèle réduit, calculé explicitement la solution stationnaire, et étudié le diagramme de bifurcation des densités stationnaires. Ceci a permis 1) de mettre en évidence l'influence de la stochasticité en comparant aux modèles déterministes; 2) de donner en retour un moyen théorique d'estimer la fonction de régulation par un problème inverse. \\ Dans le Chapitre II, nous avons étudié une version probabiliste du modèle d'agrégation-fragmentation. Cette version permet une définition de la nucléation en accord avec les modèles biologistes pour les maladies à Prion. Pour étudier la nucléation, nous avons utilisé une version stochastique du modèle de Becker-Döring. Dans ce modèle, l'agrégation est réversible et se fait uniquement par attachement/détachement d'un monomère. Le temps de nucléation est définit comme le premier temps où un noyau (c'est-à-dire un agrégat de taille fixé, cette taille est un paramètre du modèle) est formé. Nous avons alors caractérisé la loi du temps de nucléation dans ce modèle. La distribution de probabilité du temps de nucléation peut prendre différente forme selon les valeurs de paramètres: exponentielle, bimodale, ou de type Weibull. Concernant le temps moyen de nucléation, nous avons mis en évidence deux phénomènes importants. D'une part, le temps moyen de nucléation est une fonction non-monotone du paramètre cinétique d'agrégation. D'autre part, selon la valeur des autres paramètres, le temps moyen de nucléation peut dépendre fortement ou très faiblement de la quantité initiale de monomère . Ces caractérisations sont importantes pour 1) expliquer des dépendances très faible en les conditions initiales, observées expérimentalement; 2) déduire la valeur de certains paramètres d'observations expérimentales. Cette étude peut donc être appliqué à des données biologiques. Enfin, concernant un modèle de polymérisation-fragmentation, nous avons montré un théorème limite d'un modèle purement discret vers un modèle hybride, qui peut-être plus utile pour des simulations numériques, ainsi que pour une étude théorique.

Mes travaux de recherche portent sur le développement de modèles gros-grains et d'algorithmes pour l'étude des propriétés mécaniques des protéines et des interactions protéine-protéine. Sur le plan mécanique, le programme ProPHet (Probing Protein Heterogeneity) permet de sonder la rigidité protéique à l'échelle du résidu et d'étudier la réponse d'un système moléculaire soumis à une déformation anisotrope. Cette réponse mécanique peut être mise en rapport avec les propriétés structurales de la protéine concernée (notamment j'agencement de ses différents éléments de structure secondaire), mais aussi avec son fonctionnement biologique (comme l'activité enzymatique. Du point de vue des interactions protéine-protéine, l'analyse des résultats des calculs effectués avec le programme MAXDo (Macromolecular Association via Cross-Docking) sur une grille d'internautes )(WorldCommunityGrid) permet mieux comprendre la spécificité des phénomènes de reconnaissance protéique

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La réparation de l’ADN par excision des nucléotides (NER) est un mécanisme capable de retirer une large variété de lésions causant une distorsion de la double hélice, comme celles causées par les rayons ultraviolets (UV). Comme toutes les voies de réparation de l’ADN, la NER contribue à la prévention de la carcinogénèse en prévenant la mutation de l’ADN. Lors de ce processus, il y a d’abord reconnaissance de la lésion par la protéine XPC/Rad4 (humain/levure) qui recrute ensuite TFIIH. Ce complexe déroule l’ADN par son activité hélicase et recrute l’endonucléase XPG/Rad2 ainsi que d’autres protéines nécessaires à l’excision de l’ADN. Lors de son arrivée au site de lésion, XPG/Rad2 déplace XPC/Rad4. TFIIH agit également lors de la transcription de l’ADN, entre autres par son activité hélicase. Outre cette similarité de la présence de TFIIH lors de la transcription et la réparation, il est possible de se demander en quoi les deux voies sont similaires. Nous nous sommes donc intéressés aux interactions impliquant TFIIH et la machinerie de réparation de l’ADN. Nous avons donc entrepris une caractérisation structurale et fonctionnelle de ces interactions. Nous avons découvert que Rad2 et Rad4 possèdent un motif d’interaction en nous basant sur d’autres interactions de la sous-unité Tfb1 de TFIIH. Par calorimétrie à titrage isotherme, nous avons observé que les segments de ces deux protéines contenant ce motif interagissent avec une grande affinité au domaine PH de Tfb1. Le site de liaison de ces segments sur Tfb1PH est très semblable au site de liaison du domaine de transactivation de p53 et au domaine carboxy-terminal de TFIIEα avec Tfb1PH, tel que démontré par résonance magnétique nucléaire (RMN). De plus, tous ces segments peuvent faire compétition les uns aux autres pour la liaison à Tfb1PH. Nous avons aussi démontré in vivo chez la levure qu’une délétion de Tfb1PH crée une sensibilité aux radiations UV. De plus, la délétion de multiples segments de Rad2 et Rad4, dont les segments d’interaction à Tfb1PH, est nécessaire pour voir une sensibilité aux rayons UV. Ainsi, de multiples interactions sont impliquées dans la liaison de Rad2 et Rad4 à TFIIH. Finalement, les structures des complexes Rad2-Tfb1PH et Rad4-Tfb1PH ont été résolues par RMN. Ces structures sont identiques entre elles et impliquent des résidus hydrophobes interagissant avec des cavités peu profondes de Tfb1PH. Ces structures sont très semblables à la structure de TFIIEα-p62PH. Ces découvertes fournissent ainsi un lien important entre la transcription et la réparation de l’ADN. De plus, elles permettent d’émettre un modèle du mécanisme de déplacement de XPC/Rad4 par XPG/Rad2 au site de dommage à l’ADN. Ces connaissances aident à mieux comprendre les mécanismes de maintient de la stabilité génomique et peuvent ainsi mener à développer de nouvelles thérapies contre le cancer. / The nucleotide excision repair pathway (NER) is a mechanism capable of removing a wide variety of helix-distorting lesions, such as those caused by ultraviolet irradiation (UV). As all DNA repair pathways, NER contributes to the prevention of carcinogenesis by preventing DNA mutation. During this process, the lesion is first recognized by the protein XPC/Rad4 (human/yeast), which then recruits TFIIH. This complex unwinds the DNA with its helicase activity and then recruits the endonuclease XPG/Rad2 and other proteins necessary for DNA excision. Upon arrival at the lesion site, XPG/Rad2 displaces XPC/Rad4. TFIIH also acts in DNA transcription, using its helicase activity. In addition to the similarity of the presence of TFIIH in transcription and DNA repair, it is possible to ask ourselves how the two pathways are similar. We were interested in the interactions involving TFIIH and the DNA repair machinery. We have therefore undertaken a structural and functional characterization of these interactions. We have found that Rad2 and Rad4 have a motif of interaction based on other interactions of the Tfb1 subunit of TFIIH. Using isothermal titration calorimetry, we found that segments of these two proteins containing this motif interact with high affinity to the PH domain of Tfb1. The binding site of these segments is very similar to Tfb1PH binding site of transactivation domain of p53 and the carboxyl-terminal domain of TFIIEα with Tfb1PH, as demonstrated by nuclear magnetic resonance (NMR). In addition, these segments can compete with each other for binding to Tfb1PH. We also demonstrated in vivo that deletion of Tfb1PH in yeast creates a sensitivity to UV irradiation. In addition, the deletion of multiple segments of Rad2 and Rad4, including segments of interaction Tfb1PH, is required to observe a sensitivity to UV. Thus, multiple interactions are involved in the binding of TFIIH to Rad2 and Rad4. Finally, the structures of the Rad2-Tfb1PH and Rad4-Tfb1PH complexes were solved by NMR. These structures are identical to each other and involve hydrophobic residues interacting with shallow grooves on Tfb1PH. These structures are very similar to the structure of TFIIEα-p62PH. These findings provide an important mechanistic link between transcription and DNA repair. In addition, they provide a model of the mechanism of the displacement of XPC/Rad4 by XPG/Rad2 at the damaged site. This knowledge helps to better understand the mechanisms of genomic stability and can lead to novel cancer therapies.

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides. / Growth hormone releasing peptides (GHRPs) are small synthetic peptides aimed at stimulating GH release from the pituitary through their binding to ghrelin receptor known as growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a). Using the GHRP, hexarelin to study tissue distribution of GHS-R1a and its GH-independent effect, it was observed that hexarelin was capable of binding to a second receptor identified as scavenger receptor CD36. While having multiple ligands, CD36 is mainly known for binding and internalizing oxLDL and long chain fatty acids. CD36 is thought to play a detrimental role in macrophage derived foam cell formation and development of atherosclerosis. Previously, we have shown that in macrophages, expressing both GHS-R1a and CD36, hexarelin promoted an activation of PPARƔ via GHS-R1a but also through its binding to CD36. This activation led to the induction of the LXRα-ABC transporters pathway and an increase in cholesterol efflux, reducing lipid-laden macrophage content. This positive effect on macrophages was reproduced in apolipoprotein E-null mice on a high fat diet treated with hexarelin. A significant reduction in the size of atherosclerotic lesions was observed while similar increases in the expression of PPARƔ, LXRα and ABC transporters occurred in isolated peritoneal macrophages. CD36 also plays a role in fatty acid uptake, and to further investigate the impact of the interaction of hexarelin with CD36, we aimed at evaluating the role of CD36 in regulating lipid metabolism in cells devoid of GHS-R1a such as adipocytes and hepatocytes. In the present thesis, we demonstrated through its interaction with hexarelin, the ability of CD36 to decrease intracellular lipid content in both adipocytes and hepatocytes. In adipocytes, hexarelin was able to increase the expression of several genes involved in fatty acid mobilization, fatty acid oxidation but also to induce the expression of the thermogenic markers, PGC-1α and UCP-1. In addition, hexarelin increased the expression of genes involved in mitochondrial biogenesis which was accompanied by mitochondrial morphological changes in agreement with what is usually seen in highly oxidative cells. In support of these findings, we also observed an increase in the activity of cytochrome c oxidase (a component of the respiratory chain) which could reflect an increase in oxidative phosphorylation. The results generated with cultured white adipocytes suggest the ability of hexarelin to promote changes toward a brown fat-like phenotype which also occurred in vivo and was dependent on the presence of CD36. In hepatocytes, CD36 was capable of regulating cholesterol metabolism by rapidly phosphorylating LKB1 and AMPK which subsequently resulted in the inactivating phosphorylation of HMG-CoA reductase, the rate-limiting enzyme in cholesterol synthesis. Hexarelin via CD36 also induced the recruitment of insig-2 to HMGR, the committed step in HMGR degradation while lifting the exerted inhibitory effect of Erk on nuclear receptor PPARƔ activity, and promoting the recruitment of AMPK to PPARƔ coactivator PGC-1α, suggesting an enhanced transcriptional potential of PPARƔ. The results generated during my graduate studies represent unique and novel mechanisms by which CD36 is capable of regulating lipid metabolism.

Le diabète est une maladie chronique dont la principale caractéristique est un niveau plasmatique élevé de glucose, qui est causé soit par un défaut dans la production d’insuline, l’action de l’insuline, ou les deux à la fois. Plusieurs études ont démontré que l’hyperglycémie chronique peut mener à la dysfonction et même la défaillance de plusieurs organes, dont le coeur, le système vasculaire, les yeux et les reins, se traduisant par des infarctus du myocarde, des accidents cérébro-vasculaires et des complications rétinales et rénales, respectivement. La néphropathie diabétique (DN) est la principale cause de déficience rénale et affecte près de 25-40% des patients diabétiques. La DN est invariablement associée à un risque élevé d’accident cérébrovasculaire et de dysfonction cardivasculaire. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique précurseur de tous les types d’angiotensines. En plus du système rénine-angiotensine (RAS) sytémique, le rein possède son propre système intrarénal et exprime tous les composants du RAS. L’Agt est fortement exprimé dans les cellules du tubule proximal rénal (RPTC) et y est converti en angiotensine II (AngII), le peptide biologiquement actif du RAS. Les patients diabétiques présentent de hauts niveaux d’AngII et une augmentation de l’expression des gènes du RAS, suggérant que l’activation du RAS intrarénal joue un rôle important dans la progression de la DN. Les mécanismes qui contrôlent la régulation du niveau rénal d’Agt par l’hyperglycémie et l’insuline demeurent mal compris. Le but global de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression du gène Agt chez la souris Akita (un modèle murin de diabète de type 1). Dans cette optique, la première partie de la thèse se concentre sur deux facteurs de transcription de la famille des ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes (hnRNP). Chan et collaborateurs ont déjà identifié 2 protéines nucléaires hnRNP F et hnRNP K, de 48kD et 70kD respectivement. HnRNP F et hnRNP K forment un hétérodimère et se lient à l’élément de réponse à l’insuline (IRE) présent dans le promoteur du gène Agt du rat et inhibent la transcription du gène Agt in vitro. Afin de déterminer si hnRNP F / K sont responsables de l’inhibition de l’expression rénale de Agt par l’insuline in vivo, nous avons étudié des souris Akita males traités ou non avec des implants d’insuline pour une période de 4 semaines. Des souris non-Akita males ont été employées comme contrôles. Les souris Akita développent de l’hypertension et de l’hypertrophie rénale. Le traitement à l’insuline rétablit les niveaux de glucose plasmatiques et la pression systolique (SBP), et atténue l’hypertrophie rénale, l’albuminurie (ratio albumine/créatinine urinaire, ACR) et les niveaux urinaires d’Agt et AngII chez les souris Akita. De plus, le traitement à l’insuline inhibe l’expression rénale du gène Agt, tout en augmentant l’expression des gènes hnRNP F, hnRNP K et ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine-2). Dans des RPTC in vitro, l’insuline inhibe Agt, mais stimule l’expression de hnRNP F et hnRNP K en présence de hautes concentrations de glucose, et ce via la voie de signalisation MAPK p44/42 (protéine kinase activée par un mitogène). La transfection avec des petits ARN interférents (siRNA) contre hnRNP F et hnRNP K prévient l’inhibition de l’expression d’Agt par l’insuline dans les RPTC. Cette étude démontre bien que l’insuline prévient l’hypertension et atténue les dommages rénaux observés chez les souris Akita diabétiques, en partie grâce à la suppression de la transcription rénale de Agt, via une augmentation de l’expression de hnRNP F et hnRNP K. La seconde partie de cette thèse change de focus et se tourne vers le facteur Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2). Nrf2 est un facteur de transcription qui contrôle les gènes de la réponse antioxydante cellulaire en réponse au stress oxydant ou aux électrophiles. Le but de cette étude est d’examiner l’impact de la surexpression de la catalase (Cat) dans les RPTC sur l’expression du gène Agt via Nrf2 et sur le développement de l’hypertension et des dommages rénaux résultants chez les souris diabétiques Akita transgéniques (Tg). Nos études ont démontré que la surexpression de Cat dans les souris Akita Cat-Tg normalise la SBP, atténue les dommages rénaux et inhibe l’expression des gènes Nrf2 et Agt dans les RPTC. In vitro, le glucose élevé (HG) et l’oltipraz (un activateur de Nrf2) stimulent l’expression de Nrf2 et Agt, et cet effet peut être bloqué par la trigonelline (inhibiteur de Nrf2), des siRNA contre Nrf2, des antioxydants ou des inhibiteurs pharmacologiques NF-κB et MAPK p38. La suppression de sites de réponse à Nrf2 présents dans le promoteur du gène Agt du rat abolit la stimulation par l’oltipraz. Finalement, des souris males adultes non-transgéniques traitées avec l’oltipraz montrent une augmentation de l’expression de Nrf2 et Agt dans leurs RPTC et cette augmentation peut être normalisée par la trigonelline. Ces données permettent d’identifier un nouveau mécanisme d’action de Nrf2, par la stimulation du gène Agt intrarénal et l’activation du RAS, qui induisent l’hypertension et les dommages rénaux par le glucose élevé et les espèces réactives de l’oxygène chez les souris diabétiques. Nos conclusions permettent de démontrer que l’insuline induit l’expression de hnRNP F et hnRNP K, qui jouent ensuite un rôle protecteur en prévenant l’hypertension. La surexpression de la catalase dans les RPTC vient quant à elle atténuer l’activation de Nrf2 et ainsi réduit la SBP chez les souris Akita. / Diabetes mellitus is a chronic metabolic disorder characterized by high plasma glucose caused by an impairment of insulin production, insulin action or both. Accumulating evidence has shown that chronic hyperglycemia can lead to dysfunction and failure of multiple organs including the heart, vascular system, eyes, and kidneys resulting in myocardial infarction, stroke, and retinal and renal complications, respectively. Diabetic nephropathy (DN) is the leading cause of end-stage renal disease affecting approximately 25–40% of diabetic patients. DN is invariably associated with an increased risk of stroke and cardiovascular dysfunction. Angiotensinogen (Agt) is the sole precursor for all types of angiotensins. In addition to systemic renin-angiotensin system (RAS), all the components of the intrarenal RAS are expressed in the kidney. Agt is highly expressed in the renal proximal tubular cells (RPTCs) and converted into biologically active angiotensin II (Ang II). In Diabetics, intrarenal Ang II level and RAS gene expression are upregulated, suggesting that intrarenal RAS activation plays an important role in the progression of DN. The mechanism (s) underlying the regulation of renal Agt by hyperglycemia and insulin are not completely understood. The overall aim of this thesis is to understand the molecular mechanism(s) that regulate renal Agt gene expression in an Akita mouse (a mouse model of type 1 diabetes). For this purpose, the first part of this thesis focuses on two transcription factors from the heterogenous nuclear ribonucleoprotein (hnRNPs) family. Previously, Chan’s group identified two nuclear proteins hnRNP F and hnRNP K of 48kD and 70kD, respectively. hnRNP F and hnRNP K form a heterodimer and bind to the insulin-responsive element (IRE) in the rat Agt gene promoter inhibiting Agt gene transcription in vitro. To determine whether hnRNP F / K mediate insulin inhibition of renal Agt expression in vivo, we used adult male Akita mice treated ± insulin implants for 4 weeks. Non-Akita mice served as controls. The Akita mice developed hypertension and exhibited renal hypertrophy. Insulin treatment normalized plasma glucose levels and systolic blood pressure (SBP), attenuated renal hypertrophy, decreased urinary albumin/creatinine ratio (ACR) and urinary Agt and Ang II levels in Akita mice. Furthermore, insulin treatment inhibited renal Agt expression but enhanced hnRNP F, hnRNP K and angiotensinconverting enzyme-2 (ACE2) expression. In vitro, insulin inhibited Agt but stimulated hnRNP F and hnRNP K expression in high-glucose media via p44/42 mitogen-activated protein kinase signaling in RPTCs. Transfection with hnRNP F and hnRNP K small interfering RNAs (siRNA) prevented the insulin inhibition of Agt expression in RPTCs. This study demonstrates that insulin prevents hypertension and attenuates kidney injury, at least in part, through suppressing renal Agt transcription via upregulation of hnRNP F and hnRNP K expression in diabetic Akita mice. In the second part of the thesis we focused on the nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2). Nrf2 is a transcription factor that regulates cellular antioxidant gene defense against oxidative stress or electrophiles. The purpose of this study is to investigate the impact of the overexpressing catalase (Cat) in RPTCs on Agt gene expression via Nrf2and the resulting effects on the development of hypertension and renal injury in diabetic Akita transgenic (Tg) mice. Our studies demonstrate that Cat overexpression normalizes SBP, attenuates renal injury, and inhibits RPTC Nrf2 and Agt gene expression in the Akita Cat- Tg compared to Akita mice. In vitro, high glucose (HG) and Oltipraz stimulated Nrf2 and Agt gene expression; these changes were blocked by Trigonelline (an inhibitor of Nrf2), siRNA against Nrf2, antioxidants, or pharmacological inhibitors of NF-kB and p38 mitogen-activated protein kinase. Moreover, deletion of Nrf2-responsive elements in the rat Agt gene promoter abolishes the stimulatory effect of Oltipraz. Finally,non transgenic adult male mice treated with the Nrf2 activator Oltipraz, upregulated Nrf2 and Agt expression in mouse RPTs, an effect that was normalized by Trigonelline. These data identify a novel mechanism via which Nrf2 mediates the stimulation of intrarenal Agt gene expression and activates the RAS through whichHG/reactive oxygen species (ROS) induce hypertension and renal injury in diabetic mice. Our findings demonstrate that the insulin induced hnRNP F and hnRNP K gene expression play a protective role in the preventing hypertension. Catalase overexpression, in RPT's, attenuates Nrf2 activation and lowers the SBP in Akita mice.