70% des mutations identifiées sur le gène responsable de la mucoviscidose correspondent à la délétion de la phénylalanine en position 508 (F508del) de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator). Cette mutation est responsable, à 37°C, d'un mauvais repliement, du blocage et de la dégradation rapide de CFTR au niveau du réticulum endoplasmique (RE), et par conséquent de l'absence de sécrétion des ions Cl- au niveau de la membrane apicale des cellules épithéliales. Deux conséquences principales de cette mutation sont un épaississement important du mucus bronchique et une diminution de l'intégrité de la barrière luminale de l'épithélium bronchique. Ces deux phénomènes participent à l'invasion et à l'infection du tissu pulmonaire par des bactéries pathogènes comme Pseudomonas aeruginosa, exacerbant l'inflammation et la destruction tissulaire au niveau des poumons. L'objectif de cette étude a été de déterminer le rôle de deux protéines appartenant à la famille des protéines G hétérotrimériques, G12 et G13, dans la dégradation de la protéine CFTR-F508del ainsi que dans le contrôle des complexes jonctionnels au niveau de l'épithélium bronchique sain et mucoviscidosique. Nos travaux démontrent pour la première fois que dans la mucoviscidose, l'expression des protéines G12 et G13 est faible. Nous avons aussi montré que G12, et non G13, est impliquée dans le contrôle de la dégradation de la protéine CFTR-F508del via les protéines chaperonnes Calnexine et HSP90, et dans la formation et le maintien des jonctions cellulaires bronchiques via E-cadhérine et ZO-1 de manière inverse par rapport à l'épithélium rénale. Ces travaux placent donc G12 comme un acteur non négligeable de la maladie de la mucoviscidose. / F508del, the most frequent mutation found in cystic fibrosis (CF) population, impacts CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) trafficking and causes its rapid degradation at the endoplasmic compartment, resulting in a significant decrease in Cl- secretion at the apical membrane of epithelial cells. F508del has two main features, significant thickening of the bronchial mucus and a reduction in the integrity of the luminal barrier of the bronchial epithelium. These two phenomena are involved in the invasion and infection of lung tissue by pathogenic bacteria such as Pseudomonas aeruginosa, exacerbating the inflammation and lung destruction. The objective of this study was to determine the role of two proteins member of the heterotrimeric G proteins family, G12 and G13, in the degradation of the F508del CFTR, and in the control of junctional complexes in the normal and CF bronchial epithelium. Our results show for the first time that G12 and G13 are down expressed in CF. G12, but not G13, is involved in the control of F508del-CFTR degradation through its interaction with Calnexin and HSP90 chaperones. Unlike kidney epithelia cells, G12 promotes the formation and maintenance of cell junctions in the bronchial epithelium by affecting E-cadherine and ZO-1 stability. Altogether, our results set therefore G12 as a significant actor of the CF disease.

Les canaux TRP (Transient Receptor Potential) sont des acteurs clés de l'homéostasie calcique. Plusieurs de ces canaux interviennent dans l'influx calcique des cellules épithéliales bronchiques, notamment TRPC6, qui est impliqué dans un couplage fonctionnel avec le canal Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator (CFTR). Les mutations du CFTR (F508del et G551D) sont à l'origine de la mucoviscidose (Cystic Fibrosis (CF)), qui aboutit à l'augmentation de l'influx calcique dans les cellules CF. L'objectif de ce travail a été d'étudier l'implication des canaux TRP dans la dérégulation de l'influx calcique des cellules épithéliales bronchiques CF. Nous avons mis en évidence que CFTR régulait négativement l'activité de TRPC6, tandis que l'influx calcique via TRPC6 permettait de potentialiser l'activité du canal muté CFTR-G551D, activé au préalable par le VX-770. Nous proposons donc une nouvelle stratégie thérapeutique, combinant un potentiateur de CFTR et un activateur spécifique de TRPC6. Nous nous sommes ensuite intéressés au rôle des canaux TRPV, en particulier TRPV5 et TRPV6, dans l'influx calcique des cellules épithéliales bronchiques. Nous avons observé que l'influx Ca2+ constitutif, attribuable à ces deux canaux, était doublé dans les cellules CF, dû à une augmentation de l'activité de TRPV6. En effet, l'expression de la PLC-δ1, une enzyme régulant négativement TRPV6, est dramatiquement réduite dans les cellules CF. La correction de l'adressage du F508del-CFTR a permis de normaliser l'activité de TRPV6 sans restaurer l'expression de la PLC-δ1 dans les cellules CF, suggérant un contrôle plus complexe de TRPV6 dans les cellules épithéliales bronchiques. / TRP (Transient Receptor Potential) channels are keys actors of Ca2+ homeostasis. Several of these channels are involved in the Ca2+ influx of bronchial epithelial cells, including TRPC6 which is implicated in a functional coupling with the Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator (CFTR) channel. CFTR mutation leads Cystic Fibrosis (CF) disease and causes abnormal Ca2+ homeostasis trought an increased of Ca2+ influx in CF bronchial epithelial cells. Our objective is to investigate the implication of TRP channels in abnormal Ca2+ influx of CF bronchial epithelial cells.We showed that CFTR down regulates TRPC6 activity whereas Ca2+ influx through TRPC6 potentiates G551D-CFTR, activated by VX-770. We propose a new therapeutic strategy that combines a CFTR potentiator and a specific activator of TRPC6. Then, we focused on the role of TRPV channels, particularly TRPV5 and TRPV6, in Ca2+ influx of bronchial epithelial cells. We observed that constitutive Ca2+ influx, related to TRPV5/TRPV6 activity, was twice higher in CF cells due to the increase of TRPV6 activity. The expression of PLC-δ1, an enzyme that negatively regulates TRPV6 activity, is dramatically decreased in CF cells. The correction of F508del-CFTR trafficking allows TRPV6 activity normalization but do not restore PLC-δ1 expression level in CF cells, suggesting a more complex control of TRPV6 in bronchial epithelial cells.

70% des mutations identifiées sur le gène responsable de la mucoviscidose correspondent à la délétion de la phénylalanine en position 508 du domaine NBD1 de la protéine CFTR. Cette mutation est responsable, à 37°C, d'un mauvais repliement, du blocage et de la dégradation rapide de CFTR au niveau du réticulum endoplasmique (RE). Plusieurs études ont montré que CFTR-F508del est dégradée au niveau du cytoplasme par le protéasome après translocation à travers le canal Sec61. Cependant cette dégradation n'est pas affectée par l'ATP et n'est inhibée que partiellement par les inhibiteurs les plus spécifiques du protéasome. Par ailleurs, une série d'observations a suggéré que la dégradation de CFTR-F508del est un processus impliquant d'autres voies protéolytiques dont la nature reste encore inconnue.<br />Au cours de mon doctorat, j'ai essayé de caractériser ces voies de dégradation en approfondissant le rôle de l'ATP et du protéasome et surtout en mettant en évidence l'implication de voies dépendantes du GTP. Mon travail a été réalisé en deux étapes. La première a porté sur l'étude de la dégradation de CFTR mutée au niveau microsomale, et la deuxième sur la caractérisation de cette voie au niveau cellulaire. L'ensemble des résultats montre, pour la première fois, qu'il n'y a pas de corrélation entre l'activité protéasomale et la dégradation de CFTR-F508del au niveau du RE. Cette dernière est dégradée par une voie GTP-dépendante impliquant les protéines G hétérotrimériques et localisée au niveau du RE.

70% des mutations identifiées sur le gène responsable de la mucoviscidose correspondent à la délétion de la phénylalanine en position 508 (F508del) de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator). Cette mutation est responsable, à 37°C, d'un mauvais repliement, du blocage et de la dégradation rapide de CFTR au niveau du réticulum endoplasmique (RE), et par conséquent de l'absence de sécrétion des ions Cl- au niveau de la membrane apicale des cellules épithéliales. Deux conséquences principales de cette mutation sont un épaississement important du mucus bronchique et une diminution de l'intégrité de la barrière luminale de l'épithélium bronchique. Ces deux phénomènes participent à l'invasion et à l'infection du tissu pulmonaire par des bactéries pathogènes comme Pseudomonas aeruginosa, exacerbant l'inflammation et la destruction tissulaire au niveau des poumons. L'objectif de cette étude a été de déterminer le rôle de deux protéines appartenant à la famille des protéines G hétérotrimériques, Gα12 et Gα13, dans la dégradation de la protéine CFTR-F508del ainsi que dans le contrôle des complexes jonctionnels au niveau de l'épithélium bronchique sain et mucoviscidosique. Nos travaux démontrent pour la première fois que dans la mucoviscidose, l'expression des protéines Gα12 et Gα13 est faible. Nous avons aussi montré que Gα12, et non Gα13, est impliquée dans le contrôle de la dégradation de la protéine CFTR-F508del via les protéines chaperonnes Calnexine et HSP90, et dans la formation et le maintien des jonctions cellulaires bronchiques via E-cadhérine et ZO-1 de manière inverse par rapport à l'épithélium rénale. Ces travaux placent donc Gα12 comme un acteur non négligeable de la maladie de la mucoviscidose.

Cystic Fibrosis (CF) is a common life-shortening autosomal recessive disease that affects over 100.000 people worldwide people worldwide. It is caused by mutations in the CF trans-membrane conductance regulator (CFTR) gene, that encodes for a membrane channel localized at the apical surface of epithelial cells where it has a crucial role in the secretion of chloride and bicarbonate. Over 2100 different CFTR mutations have been reported and among the pathogenic once the most common is F508del, located in the nucleotide-binding domain 1 (NBD1). F508del is a three-nucleotide deletion that results in the loss of a phenylalanine at position 508 in the protein and in the consequent CFTR degradation by the ubiquitin-proteasome system. Different attempts to correct F508del-CFTR gene were made using genome editing approaches, however deletions like F508del remain difficult to be repaired. Several studies reported that additional mutations (revertant mutations) in the F508del-CFTR gene can rescue both CFTR folding and activity, suggesting a potential novel strategy to correct F508del. For this reason, the first aim of this work was the identification of novel F508del-CFTR revertants that can rescue CFTR localization and function. We generated a library of mutants introducing random substitutions into the F508del-CFTR gene. Revertant mutations were isolated based on their ability to rescue the presence of CFTR at the plasma membrane (PM) in HEK293T cells and identified by Sanger sequencing. Restoration of CFTR maturation, localization, and function of the identified revertants was evaluated by western blot, flow cytometry analysis and YFP assay, reaching levels similar to the wild type CFTR. Then we used CRISPR-Cas technology to introduce selected revertant mutations, such as I539T, R553Q, G550E, R555K and R1070W, in the endogenous F508del-CFTR gene. Adenine and cytosine base editors (ABE and CBE) allow the insertion of the desired base conversion without the formation of double strand breaks. Efficient editing was evaluated through Sanger sequencing, reaching up to 60% of base conversion. CFTR rescue at the PM in edited cells was analyzed by flow cytometry showing different degrees of recovery compared to the wild type CFTR. In this work, we confirmed that revertant mutations can rescue F508del CFTR localization and function. In addition, we demonstrated that CRISPR-base editors are valid tools to introduce these mutations in the endogenous F508del-CFTR gene, leading to a permanent correction. The proposed strategy could overcome the limits that genome editing strategies faced till now in the correction of F508del, providing a new potential therapeutic approach to treat CF.