La régulation hormonale de la prolifération et de la différenciation cellulaire peut varier selon les types cellulaires ainsi que leur degré de transformation. Le but principal de ce travail était d'élaborer un système de cellules épithéliales en culture primaire et d'étudier les mécanismes de la régulation hormonale de leur croissance en fonction de leur capacité à exprimer certaines fonctions foetales et différenciées. L'élaboration d'un système de culture d'hépatocytes de rat nouveau-né, en voie de différenciation a permis d'étudier la régulation hormonale de la prolifération et de la différenciation des hépatocytes. Les hépatocytes de rat de 14 jours représentent une population de cellules diploïdes, qui sont synchronisées dans la phase Gi du cycle cellulaire au moment de l'isolement et qui expriment encore des fonctions immatures telle la production d' a-foetoprotéine. Suite à une stimulation par l'EGF et l'insuline ou l'EGF et le glucagon, les hépatocytes de rat de 14 jours ont une plus grande capacité à proliférer que les hépatocytes de rat adulte. Les seuls critères qui distinguent les populations d'hépatocytes de rats nouveau-né et adulte sont leur niveau de ploidie et leur degré de maturation. L'addition de dexaméthasone en présence de ces facteurs de croissance amènent une inhibition sélective de la production d'AFP par rapport à l'albumine, un changement généralement associé à une maturation des hépatocytes. De plus, la dexaméthasone induit une inhibition de la prolifération des hépatocytes en présence de EGF et de glucagon et non en présence d'EGF et d'insuline. Ces résultats mettent en évidence qu'il existe deux sentiers distincts par lesquels l'EGF peut être complémenté pour induire la prolifération des hépatocytes et que la dexaméthasone n'exerce un effet que sur celui utilisé par le glucagon. De plus, la prolifération et la maturation des hépatocytes peuvent être régulées de façon indépendante ou coordonnée. La dexaméthasone est le seul facteur parmi les facteurs testés capable d'induire une maturation des hépatocytes "in vitro". L'addition de DM50 ou de phénobarbital inhibe la prolifération des hépatocytes et permet de maintenir la production d ' -foetoprotéine ainsi que d'albumine. Parmi les événements induits précocement dans la phase préréplicative suite à une stimulation hormonale, plusieurs changements s'effectuent dans la synthèse, l'organisation et la phosphorylation des cytokératines. En effet, 1'addition d1 EGF induit une augmentation dans la phosphorylation de la cytokératine A sur le groupement tyrosine. Des analyses en immunofluorescence à l'aide d'anticorps monoclonaux dirigés spécifiquement contre les cytokératines A et D, anti-CK55 et anti-CK49 respectivement montrent que ce changement dans l'état de phosphorylation de la cytokératine A est associée à une réorganisation des filaments de cytokératines constituées de ces deux cytokératines A et D. D'autre part, la dexaméthasone induit une synthèse préférentielle des deux cytokératines majeures des hépatocytes, les cytokératines A et D. L'EGF n'influence pas cette réponse induite par la dexaméthasone. Cette néosynthèse préférentielle est associée à une inhibition sélective de la production d'a-foetoprotéine par rapport à l'albumine. Ces résultats montrent que les cytokératines sont vraisemblablement impliquées dans les réponses cellulaires induites par l'EGF et la néosynthèse de ces protéines est associée au programme de différenciation des hépatocytes. / Montréal Trigonix inc. 2018

Le mélanome uvéal (MU) est la tumeur primaire intraoculaire la plus fréquente chez l’adulte. Divers traitements sont offerts afin d’obtenir un contrôle local de la tumeur. Malgré les interventions locales, 34% des patients développent des métastases fatales au foie moins de dix ans après le diagnostic initial. Les cellules stellaires hépatiques (CSH) sont des cellules quiescentes du foie, qui, une fois activées, se dédifférencient en myofibroblastes et produisent de la matrice extracellulaire (MEC). Les CSH sont des acteurs majeurs de la fibrose et ont été étudiées pour leur participation dans la pathogenèse des cancers primaires hépatiques et des cancers gastro-intestinaux métastatiques. Nous avons donc étudié les interactions entre les CSH et les cellules cancéreuses du mélanome uvéal (CCMU) en réalisant des cocultures en insert dans le but de mieux comprendre le phénomène de tropisme hépatique. Le profil d’expression des co-cultures CSH/CCMU a ensuite été comparé à celui des monocultures par profilage génique sur biopuces à ADN. Nous avons recensé de multiples gènes dont la transcription était dérégulée pour des acteurs de l’angiogenèse, de la MEC, de la prolifération et de la défense cellulaire. Nous nous sommes également intéressés à la sécrétion de 105 cytokines en réalisant des analyses protéomiques. Nous avons ensuite déterminé que la capacité de migration des CSH en présence de CCMU était plus efficace que celle des CSH en monoculture. Enfin, nous avons réalisé le premier modèle 3D de stroma du foie reconstruit avec des CSH grâce à la technique d’auto-assemblage du Centre LOEX. Nous avons observé une désorganisation matricielle importante lorsque les stromas ont été ensemencés avec des CCMU. Mes travaux représentent une avancée des connaissances sur le mélanome uvéal métastatique et son tropisme hépatique. Mon mémoire pourra guider d’autres projets visant à élucider les interactions entre les CCMU et les cellules du foie afin d’identifier une cible thérapeutique potentielle pour ralentir la croissance des métastases. / Uveal melanoma (UM) is the most common primary intraocular tumor in adults. Different treatments are offered in order to control the tumor locally. Despite local interventions, 34% of patients develop fatal metastases to the liver less than ten years after the initial diagnosis. Hepatic stellate cells (HSC) are quiescent cells of the liver, which, once activated, dedifferenciate into myofibroblasts and produce an extracellular matrix (ECM). HSCs are major players in fibrosis and have been studied for their role in the pathogenesis of primary liver cancers and metastatic gastrointestinal cancers. We thus studied the interactions between HSCs and uveal melanoma cells (UMCs) by realizing their co-culture in insert in order to better understand the hepatic tropism phenomenon. The gene expression profile of HSC/UMC cocultures was then compared to that of monocultures using DNA microarrays. Several genes that participate in the ECM synthesis, proliferation and host defense were found to be deregulated between these conditions. We also focused on the secretion of 105 cytokines by performing cytokine arrays. We then determined that the migration capacity of HSCs in the presence of UMCs was more efficient than that of HSCs grown in monoculture. Moreover, we produced the first 3D model of liver stroma with HSCs using the self-assembly method of the Centre LOEX. We observed an important disorganization of the ECM when stromas were seeded with UMCs. My work represents an advanced of knowledge on metastatic UM and its liver tropism. My master’s thesis can guide other projects to elucidate interactions between UMCs and hepatic cells in order to identify a potential therapeutic target on which we may act upon to slow down the growth of metastases.

NEAT2 est un long ARN non-codant surexprimé dans plusieurs cancers. Toutefois, les études actuelles ne sont qu’associatives et ne permettent pas d’établir de lien direct de cause à effet ainsi que son mécanisme d’action dans la carcinogenèse. Dans cette étude, nous avons déterminé le rôle de NEAT2 et de ses domaines fonctionnels dans la prolifération et le métabolisme énergétique des hépatocytes. La prolifération était diminuée significativement (14-35%) lorsque l’expression de NEAT2 a été rendue génétiquement faible ou inexistante dans les modèles d’hépatocytes humains et de fibroblastes embryonnaires de souris. À l’opposé, la prolifération cellulaire était significativement augmentée (27-33%) dans les hépatocytes murins surexprimant les segments NEAT2 et mascRNA. Le domaine mascRNA entraîne également une augmentation significative de l’entrée de glucose dans la cellule. En somme, ces résultats démontrent l’importance de mascRNA dans la prolifération cellulaire et le métabolisme du glucose des hépatocytes. / NEAT2 is a long ncRNA overexpressed in a various type of cancer. However, whether NEAT2 directly impacts on carcinogenesis remains poorly investigated. Here, we report the role of NEAT2 and its functional domains on proliferation and energy metabolism of hepatocytes. In this study, we show a significant decrease in proliferation (14-35%) after knocked-down or knockout of NEAT2 expression in both human hepatocytes and mouse embryonic fibroblasts. On the other hand, we observed a significant increase in proliferation (27-33%) in mice hepatocytes overexpressing NEAT2 and the mascRNA domain. The overexpression of the mascRNA domain also resulted in a significant increase in cellular glucose uptake, suggesting a role in glucose utilization. Our study highlights the significance of NEAT2 and its mascRNA domain in cellular proliferation and glucose metabolism. These data suggest an important role for the mascRNA domain in the regulation of hepatocyte proliferation by NEAT2.

L'obésité et ses pathologies associées telles que la résistance à l'insuline, le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique deviennent des enjeux de santé publique. Le foie est un organe majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose corporel. À l'heure actuelle, les modèles de lignées cellulaires d'hépatome sont les principaux modèles d'étude in vitro disponibles pour approfondir la physiologie hépatique. Malheureusement, l'expression et les fonctions des protéines dans ces cellules diffèrent de la réalité in vivo. Les hépatocytes primaires représentent une plateforme attractive dans l'étude des maladies métaboliques car ils conservent la plupart des fonctions hépatiques in vivo. Une limitation fondamentale de la culture des hépatocytes primaires de souris correspond au déclin métabolique après leur isolement. En quelques jours, les cellules primaires se dédifférencient en une lignée cellulaire inférieure entraînant une perte des fonctions spécifiques et une modification de l'expression des gènes. Avec ce projet, nous avons étudié les hépatocytes primaires de souris en culture en présence de petites molécules modulant des voies spécifiques liées à la transition épithéliale à mésenchymateuse, un processus conduisant à la dédifférenciation dans les hépatocytes primaires isolés de souris. Nous avons constaté que des petits inhibiteurs chimiques du remodelage du cytosquelette préservaient partiellement l'expression de certains marqueurs hépatiques et épithéliaux tels que l'albumine, la Zonula-1 et l'occludine. De plus, nos résultats ont révélé que les hépatocytes primaires de souris en culture perdaient la réponse à l'insuline mais maintenaient la réponse au glucagon sur la gluconéogenèse bien que les valeurs soient beaucoup plus faibles après 7 jours de culture par rapport au jour 1. L'ensemble de nos résultats suggèrent que la réduction mécanique de la tension via l'inhibition du remodelage du cytosquelette pourrait être une voie à suivre pour générer un modèle in vitro fonctionnel d'hépatocytes primaires de souris à long-terme dans l'étude des maladies métaboliques. / Obesity and its related pathologies insulin resistance, type 2 Diabetes and non-alcoholic fatty liver disease are becoming one of the major health hazards of modern world. The liver is a major organ in the control of body glucose homeostasis. Nowadays, hepatoma cell lines are in vitro study models available to further study liver physiology. Unfortunately, protein expression and functions in these cells differ from the in vivo reality. Primary hepatocytes are an attractive platform in the study of metabolic diseases because they retain most in vivo hepatic functions. A fundamental limitation of the culture of primary mouse hepatocytes is the metabolic decline taking place after isolation in these cells. Within few days isolated primary cells dedifferentiate into an inferior cell lineage losing specific functions and changing gene expression. Here, we studied primary mouse hepatocytes in culture in the presence of small molecules that modulate specific pathways related to epithelial to mesenchymal transition, a process leading to dedifferentiation in isolated primary mouse hepatocytes. We found that small chemical inhibitors of cytoskeletal changes partially preserved the expression of some hepatic and epithelial markers such as albumin, Zonula-1 and occludin. Furthermore, our results revealed that primary mouse hepatocytes in culture lost the response to insulin but maintained the response to glucagon on gluconeogenesis although the values decreased after 7 days in culture compared to day 1. Taken together, our results suggest that reducing mechanical tension by inhibiting cytoskeletal remodeling could be a way to follow to generate a functional in vitro model of long-term primary mouse hepatocytes to study metabolic diseases.

Les avancées diérapeutiques, résultant de trois décennies d'intenses recherches, ont considérablement changé la physionomie de l'infection au virus de l'immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Chez les patients recevant une thérapie antirétrovirale hautement active, les maladies du foie sont devenues la principale cause de décès hors-SIDA. Par ailleurs, des évidences croissantes démontrent que la muqueuse intestinale est le foyer majeur de la replication virale et par conséquent un site clé dans la pathogénèse de la maladie. Cette muqueuse est directement reliée au foie qui, par sa localisation au carrefour de la circulation sanguine générale et entérique, constitue l'organe clé de la filtration du sang en provenance des intestins. Dans cette étude, nous nous sommes donc intéressés au rôle du foie et plus particulièrement des hépatocytes, la cellule parenchymateuse hépatique, dans la padiogénèse de l'infection au VIH-1. Nous avons ainsi tenté de caractériser les interactions entre le VIH-1 et les hépatocytes. Dans un premier temps, nous avons fait état de la faible susceptibilité à l'infection par le VIH-1 d'une lignée hépatocytaire. Nous avons aussi démontré que la restriction principale à l'infection des hépatocytes est l'absence du récepteur CD4 et que cette restriction peut être contournée par l'utilisation du glycolipide GalCer par certaines souches virales pour permettre la fusion. Dans un second temps, nous avons mis en évidence la capacité des hépatocytes à transmettre en tram à des lymphocytes T CD4⁺ activés des particules virales liés à leur surface. Ce mode d'infection très efficace nécessite l'interaction de la molécule ICAM-1 exprimée sur les hépatocytes avec la molécule LFA-1 des lymphocytes T CD4⁺ activés. Cette émde présente un nouveau moyen pour le virus d'infecter très efficacement des sous populations de lymphocytes T CD4⁺ spécifiquement enrichies dans le foie. Globalement, les résultats de nos travaux associés aux connaissances croissantes sur l'immunité du foie nous conduisent à penser qu'il serait essentiel d'analyser l'impact des mécanismes immunitaires contrôlés par le foie sur le cercle vicieux de l'immunopatiiogénèse de l'infection au VIH-1.

Cette étude a eu pour but d'élucider le rôle physiologique de l'enzyme ß-lactamase. Nous avons postulé que la ß-lactamase n'est pas exclusivement de nature bactérienne, qu'elle est reliée à une fonction physiologique importante et que cette fonction peut se retrouver chez les mammifères. Nous avons d'abord entrepris de vérifier le concept d'universalité des ß-lactamases. Des méthodes sensibles de détection ont été appliquées afin de mesurer la capacité de souches bactériennes, dites ß-lactamases-négatives, de synthétiser cette enzyme. La présence de ß-lactamase a semblé être une caractéristique commune aux bactéries grain-négatives. Une souche de Mycoplasma pneumoniae n'a montré aucune activité de ce type. Chez les micro-organismes à Gram positif, les actinomycètes Bifidobacterium et Propionibacterium ont montré une faible activité ß-lactamase. Deux Peptococcus anaerobius et un Peptostreptococcus productus n'ont pas révélé d'activité ß-lactamase décelable. Ces deux espèces sont des bactéries anaérobies strictes. Cette observation suggère que la ß-lactamase peut jouer un rôle dans le métabolisme aérobie des cellules productrices. Nous avons ensuite réalisé des expériences métaboliques avec des souches d'entérobactéries afin de vérifier si la synthèse de ß-lactamase est accrue en aérobiose. Nous avons mesuré l'effet de l'oxygène sur la synthèse de ß-lactamases inductibles et constitutives, en présence ou non de cyanure de potassium. De plus, l'influence de la pénicilline, de la source d'énergie et de la composition du milieu de culture sur le taux de synthèse de ß-lactamase fut évaluée en présence et en absence d'oxygène. L'aérobiose ainsi que le milieu minimal ont augmenté les niveaux des ß-lactamases d'Enterobacter et de Citrobacter. Le cyanure de potassium a freiné l'effet inducteur de 1'oxygène en aérobiose. Ce résultat semble suggérer que la synthèse de g-lactamase dépend davantage du fonctionnement normal de la chaîne des transporteurs d'électrons que de l'influence directe de l'oxygène à d'autres niveaux métaboliques. Nous avons justifié la nécessité de réaliser ce type d'expériences avec des souches microbiennes génétiquement définies. A la suite de ces observations, nous avons dirigé nos efforts vers la mise en évidence et la caractérisation d'une activité g-lactamase dans des cellules de mammifères. Les méthodes d'études ont été basées sur 1 'interaction des protéines de rat avec une gamme d'antibiotiques appartenant aux principaux groupes de ß-lactamines. Les résultats ont indiqué que le surnageant 100,000 g d'un homogénat de foie de rat peut dégrader les ß-lactamines. L'activité a été jugée complexe. L'inactivation de deux céphalosporines chromogéniques, le PADAC (pyridinium-2-azo-p-diméthy 1-ani 1ine chromophore) et la nitro- céfine, a semblé reposer sur deux mécanismes différents. Les caractéristiques spectrophotométriques de ces deux substrats et de leurs produits de dégradation ont rappelé une activité de type g-lactamase. Nous avons déterminé l'absence de relation avec d'autres protéines capables de réagir sur les g-lactamines comme la peptidase rénale, l'albumine et l'acylase. La présence d'une ß-lactamase dans les cellules de foie de rat pourrait contribuer à élucider son rôle physiologique essentiel. Dans cette perspective, nous avons entrepris de purifier l'activité ß-lactamase des cellules de foie de rat. Les tentatives entreprises afin d'isoler la protéine responsable de l'hydrolyse du PADAC ont échoué. Chaque étape de purification a été caractérisée par une faible récupération de l'activité enzymatique et, par conséquent, une perte d'activité spécifique. Nous avons d'abord attribué ce résultat à une grande instabilité de l'enzyme. La recherche des conditions optimales pour stabiliser cette protéine a permis de déterminer qu'elle nécessite la présence d'un cofacteur, le NADPH. Elle possède un poids moléculaire voisin de 25,000 et un point isoélectrique d'environ 7.7. Elle a réagi aussi avec quelques pénames et céphèmes. La protéine qui a dégradé la nitrocéfine possède un poids moléculaire inférieur à celle qui a hydro lysé le PADAC et un point isoélectrique près de 5.4. Elle a réagi avec un pénème et un monobactame. Ces propriétés n'écartent pas la possibilité qu'il s'agit de g-lactamases. Cependant, l'appartenance définitive de ces protéines à la famille des ß-lactamases devra attendre leur purification complète. / Montréal Trigonix inc. 2018

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le foie reçoit un afflux substantiel de lipides de la circulation sanguine, qui doivent être triés efficacement vers diverses organites en fonction des besoins cellulaires et systémiques. En effet, le foie distingue les lipides destinés à la sécrétion extracellulaire, emballés dans les lipoprotéines de très basse densité (VLDL), de ceux destinés au catabolisme intracellulaire, qui implique les mitochondries et les peroxysomes. Ces voies systémiques et intracellulaires reposent sur un pool commun de lipides, établissant ainsi une interdépendance complexe entre elles. Il n'est cependant pas clair si et comment l'hépatocyte compartimentalise le flux de lipides et assure un partage approprié de ces processus. Les études présentées dans cette thèse visent à identifier la structure cellulaire responsable de la compartimentalisation des lipides et de la régulation de leur flux dans l'hépatocyte. Par le biais de la microscopie électronique, nous avons découvert que le foie de la souris est peuplé d'un type courbé de réticulum endoplasmique rugueux qui enveloppe la plupart des mitochondries et des peroxysomes dans les hépatocytes, que nous avons baptisé "wrappER". De plus, le wrappER organise la moitié de la population mitochondriale et peroxysomale en un complexe à trois organites. Ce contact tripartite est dynamique et régulé métaboliquement, car il réagit à la transition du jeûne à l'alimentation chez l'animal et augmente en fréquence dans des conditions associées à une plus grande charge en acides gras dans l'hépatocyte. Nous avons constaté que la préservation de l'architecture du contact est cruciale pour la régulation appropriée de l'homéostasie hépatique des lipides, car la diminution de l'expression de Synj2bp, qui contrôle spécifiquement l'ampleur du contact wrappER-mitochondries, entraîne une dyslipidémie, une accumulation de gouttelettes lipidiques et une altération de la sécrétion de VLDL. Au cours de mes travaux doctoraux, j'ai développé un protocole ad hoc pour l'isolement de fractions enrichies en complexes peroxysome-wrappER-mitochondrie intacts à partir du foie de la souris. Les analyses multi-omiques effectuées sur ces fractions ont mis en évidence le wrappER comme un site de biogenèse des VLDL, une voie qui est compromise par la perte de la structure de contact wrappER-mitochondrie. De plus, la protéomique quantitative de ce complexe isolé à partir de foies Mttp[exposant -/-], une condition dans laquelle la synthèse des VLDL est arrêtée, a révélé une augmentation globale de la β-oxydation des acides gras. Chez ces souris, nous avons également observé une fréquence accrue de cette association à trois organites, intégrant ainsi sa dynamique dans les réponses du flux hépatique des acides gras. Ainsi, dans le foie, le complexe peroxysome-wrappER-mitochondries intègre les voies extracellulaires et intracellulaires hépatiques, acheminant les lipides vers la biosynthèse des VLDL pour la sécrétion ou vers la β-oxydation pour leur catabolisme, régulant ainsi l'homéostasie lipidique hépatique et systémique. / The liver receives substantial influx of lipids from the circulation, which must efficiently sort to various organelles based on cellular and systemic needs. Indeed, the liver distinguishes between lipids destined for extracellular secretion, packed in Very-Low-Density Lipoproteins (VLDLs), and those intended for intracellular catabolism, which involves mitochondria and peroxisomes. These systemic and intracellular pathways rely on a shared pool of lipids, thus establishing an intricate interdependence between them. It is however unclear whether and how the hepatocyte compartmentalizes the flux of lipids and ensures proper partitioning of these processes. The studies presented in this thesis aim to identify the cellular structure responsible for the compartmentalization of lipids and the regulation of their flux in the hepatocyte. By means of electron microscopy, we discovered that the mouse liver is populated by a curved type of rough-Endoplasmic Reticulum that wraps most of the mitochondria and peroxisomes in hepatocytes and which we christened wrappER. Furthermore, the wrappER organizes half of the mitochondrial and peroxisomal population into a three-organelle complex. This three-way contact is dynamic and metabolically regulated, as it responds to the animal's fasting-to-feeding transition and increases in frequency under conditions associated with higher fatty acids loading in the hepatocyte. We found that the preservation of the contact architecture is critical for the proper regulation of hepatic lipid homeostasis, as the down regulation of Synj2bp, which we showed controls specifically the extent of wrappER-mitochondria contact, causes dyslipidemia, accumulation of lipid droplets, and altered VLDL secretion. During my doctoral work, I developed an ad hoc protocol for the isolation of fractions enriched in intact peroxisome-wrappER-mitochondria complexes from the mouse liver. Multi-omics analyses performed in these fractions pointed to the wrappER as a site of VLDLs biogenesis, a pathway that is compromised with the loss of the wrappER-mitochondria contact structure. Moreover, quantitative proteomic of these complexes isolated from Mttp[superscript -/-] livers, a condition in which VLDLs synthesis is arrested, unveiled upregulated global fatty acid β-oxidation. In these mice, we also observed an increased frequency of this three-organelle association, there by integrating its dynamics into hepatic fatty acid flux responses. Therefore, in the liver, the peroxisome wrappER-mitochondria complex integrates hepatic extracellular and intracellular pathways together, shunting lipids to VLDL biosynthesis for secretion or to β-oxidation for their catabolism, ultimately regulating liver and systemic lipid homeostasis.

Les filaments intermédiaires (FIs), de concert avec les microfilaments (MFs) et les microtubules (MTs), forment le cytosquelette. Contrairement aux quelques gènes qui codent pour les MFs d’actine et les MTs, exprimés dans toutes les cellules de l’organisme, les protéines des FIs sont codées par un grand nombre de gènes et classées en 6 types, selon la nature du tissu et l’état de différenciation des cellules. Pour leur part, les kératines s’expriment en paire dans les différents épithéliums. Plus précisément, la paire de kératines 8/18 (K8/K18) est présente dans toutes les cellules de l’épithélium simple, avec certaines cellules possédant une seconde paire. En revanche, la paire K8/K18 forme les seuls FIs retrouvés chez les hépatocytes et les cellules d’hépatome, d’où l’intérêt d’utiliser ces deux modèles cellulaires dans des études à visée fonctionnelle. Comme pour tous les autres types de FIs, les FIs K8/K18 contribuent au maintien de l’intégrité des cellules hépatiques. Par ailleurs, l’utilisation de souris transgéniques a permis d’entrevoir un rôle marquant pour ces FIs, en tant que partenaires de plateformes signalétiques chez les cellules épithéliales hépatiques. Le foie exerce un rôle primordial dans la régulation de la glycémie, du fait de sa capacité à stocker et à redistribuer d’importantes quantités de glucose à travers l’organisme, selon les besoins. Cette modulation est finement régulée par l’insuline via l’activation de son récepteur (RI) et de la signalisation qui s’en suit. Des anomalies au niveau de cette régulation conduisent à des maladies métaboliques, particulièrement au niveau du foie. À ce titre, l’accumulation récente de données expérimentales suggère une contribution des FIs K8/K18 dans la modulation du métabolisme du glucose et de la voie RI/PI3K/Akt. Cependant, la relation croisée entre cette paire de FIs, le métabolisme du glucose et cette voie signalétique, de même que les mécanismes moléculaires sous-jacents, demeure énigmatique. Les travaux dévoilés dans cette thèse examinent l’implication des FIs K8/K18 dans la régulation de la voie de signalisation et du trafic vésiculaire du RI chez les cellules hépatiques. L’approche expérimentale s’appuie sur la mise en culture d’hépatocytes ou de cellules d’hépatome dépourvues ou non de FIs K8/K18, en combinaison avec l’utilisation de diverses méthodes biochimiques et d’imagerie cellulaire. Les résultats révèlent pour la première fois, un rôle des FIs K8/K18 dans la signalisation dépendante des phosphoinositides (PIPs) initiée à la membrane plasmique, laquelle se reflète sur l’activation de la voie PI3K/Akt en réponse à l’insuline, et le trafic endosomal du RI via Rab5/EEA1/PI3P, chez des hépatocytes en culture primaire. Par ailleurs, chez les cellules d’hépatome, les résultats montrent une intervention des FIs K8/K18 dans la modulation de la signalisation et du trafic vésiculaire du RI, qui diffère grandement de celle observée chez les hépatocytes. Dans l’ensemble, les résultats démontrent une contribution incontestable des FIs K8/K18 dans la régulation de la voie signalétique de l’insuline chez les cellules hépatiques. / Intermediate filaments (IFs), together with microfilaments (MFs) and microtubules (MTs), form the cytoskeleton. Unlike the few genes that code for actins and tubulins, expressed in all cells in the body, IF proteins are coded by a large number of genes, classified into 6 types, depending on the tissue and cell differentiation status. For their part, keratins are expressed in pairs in the different epithelia. In more specific terms, the keratin pair 8/18 (K8/K18) is present in all simple epithelia, with some cells containing a second pair. In contrast, the K8/K18 pair forms the only IF network found in hepatocytes and hepatoma cells, hence their usefulness as cell models for addressing functional issues. As for all other IF types, K8/K18 IFs contribute to the maintenance of liver cell integrity. In addition, the use of transgenic mice has allowed to foresee a significant role for these IFs, as partners of signaling platforms in hepatic epithelial cells. The liver exerts a key task as regulator of blood glucose level, due to its ability to store and redistribute large amount of glucose throughout the body, as required. This modulation is finely regulated by insulin via the activation of its receptor (IR) and the downstream signaling pathway. Perturbations in this regulation lead to metabolic diseases, particularly in the liver. As such, recent experimental data suggest a contribution of K8/K18 IFs in the modulation of glucose metabolism and IR/PI3K/Akt pathway. However, the interplay between the IF pair, glucose metabolism and the signaling pathway, as well as the underlying molecular mechanisms, remain enigmatic. The work unveiled in this thesis examines the involvement of K8/K18 IFs in the regulation of the IR signaling pathway and vesicular trafficking in liver cells. The experimental approach is based on the use of cultured hepatocytes and hepatoma cells, which may or may not contain K8/K18 IFs, in combination with the use of assorted biochemical and cell imaging assays. The results uncover a role of K8/K18 IFs in the interplay taking place between the phosphoinositide-dependent signaling (PIPs) initiated at the plasma membrane, which reflects itself into the activation of the PI3K/Akt pathway in response to the insulin stimulation of IR, and its endosomal trafficking via Rab5/EEA1/PI3P, in hepatocytes. In comparative terms, the results using hepatoma cells show an intervention of K8/K18 IFs in the modulation of the IR signaling and vesicular trafficking, which differs greatly from the one observed in hepatocytes. Overall, the results demonstrate an indisputable contribution of K8/K18 IFs in the regulation of the insulin signaling pathway in hepatic cells.

Les stéatopathies métaboliques (NAFLD, non-alcoholic fatty liver diseases) sont des pathologies étroitement associées au diabète de type 2 et à l'obésité. Elles couvrent un spectre de maladies hépatiques s'étendant de la stéatose à la cirrhose. Une des étapes charnières dans l'évolution des NAFLD est l'activation des cellules hépatiques stellaires (CHS) qui sont à l'origine de la fibrogenèse hépatique. Dans ce contexte, nous avons identifié le facteur de transcription PRDM16 comme acteur clé de la fibrogenèse. En effet, nos résultats montrent que PRDM16 est induit dans le foie au cours de la fibrose hépatique chez l'Homme et dans différents modèles murins. Cette augmentation de l'expression de PRDM16 est spécifique aux CHS. Des expériences d'invalidation de Prdm16 dans les CHS démontrent que PRDM16 est nécessaire à l'expression basale et stimulé par TGF-b1 de Col-1a1 et Col-3a1. Cette action de PRDM16 s'explique en partie par sa capacité d'interaction avec SMAD3. Enfin, nous avons également démontré que PRDM16 joue un rôle dans l'activation des CHS car l'invalidation de Prdm16 entraîne la diminution de l'expression d'aSma et l'augmentation de l'expression de Srebp-1c. Cependant les mécanismes par lesquels PRDM16 contrôle l'activation des CHS reste à identifier et feront l'objet des prochaines études. / NAFLD (nonalcoholic fatty liver diseases) are closely linked to type 2 diabetes and obesity and are becoming the first cause in liver chronic diseases around the world. One of the key step in NAFLD progression is the fibrogenesis characterized by hepatic stellate cells (HSC) activation. In this context, we identified PRDM16 as a key factor in this activation. Our first prospective study revealed a correlation between fibrosis score and Prdm16 expression in human biopsies and in murine model of fibrosis. Prdm16 expression is also positively correlated in HSC with the activation state. Our results on Prdm16 invalidation in HSC highlight a role for PRDM16 in the increase expression of Col-11 and Col-31 during HSC activation in part by the binding of PRDM16 to SMAD3. Prdm16 invalidation in HSC also leads to a decrease Sma expression and an increase Srebp-1c expression, showing that PRDM16 control HSC activation through other mechanisms which will be the subject of our next studies.

L'expression élevée de la GSTP1 est fréquemment observée dans les cancers et est positivement corrélée à la résistance aux chimiothérapies. Cette enzyme de détoxication de phase II peut aussi réguler l'activité de protéines comme JNK et TRAF2 et, par conséquent, peut moduler les voies de prolifération et de mort cellulaire. Ce projet a donc consisté à étudier le rôle de la GSTP1 dans la prolifération des hépatocytes normaux ou transformés. L'étude de la régénération hépatique chez des souris Gstp1/2‐/‐ a permis de démontrer le rôle des protéines GSTP1 et GSTP2 dans le contrôle de la progression des hépatocytes normaux dans le cycle cellulaire. Après hépatectomie partielle chez les souris Gstp1/2‐/‐, une diminution importante du nombre d'hépatocytes dans les phases S, G2 et M est observée comparativement à des foies de souris contrôle. Cette réduction est associée à des retards d'expression de protéines impliquées dans l'initiation de la prolifération, le contrôle du point de restriction dépendant des mitogènes et dans la transition G1/S. Ces modifications sont associées à une réduction de l'expression de TRAF2 et de l'activation de JNK et ERK, alors que les taux de p21 et de p53 sont élevés. Parallèlement, un décalage dans l'expression d'enzymes qui régulent l'homéostasie redox et participent à l'activation des MAPK est observé. L'utilisation de cellules cancéreuses de différentes origines dont le foie, a également permis de corréler l'absence de GSTP1 à une diminution de prolifération cellulaire sans altération de la suivie cellulaire. Cependant dans ces conditions, nous observons une augmentation de l'expression de TRAF2, pJNK, pATF2, ATF3 associée à une induction de p21. Nous avons également montré que les effets de la GSTP1 sur la prolifération cellulaire sont régulés par l'activation de JNK. L'évidence du lien entre l'expression de la GSTP1 et la prolifération hépatocytaire nous a conduit à analyser l'expression d'enzymes de détoxication dans des carcinomes hépatocellulaires (CHC) et nous avons constaté une induction d'expression de GSTP1 dans le tissu péritumoral des CHC par rapport au foie normal. / Increased GSTP1 expression is frequently observed in cancers and is positively correlated with chemotherapy resistance. This phase II detoxifying enzyme can also regulate JNK and TRAF2 activities and, consequently, can modulate proliferation and cell death pathways. This project aimed at studying the role of GSTP1 during proliferation in normal and transformed hepatocytes. Liver regeneration study in Gstp1/2‐/‐ mice showed the involvement of GSTP1 and GSTP2 proteins in the cell cycle progression control of normal hepatocytes. After partial hepatectomy in Gstp1/2‐/‐ mice, the number of cells in S, G2 and M phases was decreased compared to livers of wildtype mice. This reduction is associated with the delay in the expression of proteins involved in proliferation initiation, mitogen restriction point control and G1/S transition. These modifications are associated with the decrease in TRAF2 expression and the activation of JNK and ERK, whereas p21 and p53 levels are high. Furthermore, expression of enzymes involved in redox homeostasis and MAPK activation is delayed. Study of cells derived from various cancers, including HCC, highlighted a correlation between low expression of GSTP1 and decrease in cell proliferation without cell survival alteration. However in these conditions, we observed the increase in TRAF2, pJNK, pATF2 and ATF3 expression together with the induction of p21. We also showed that GSTP1 effects are regulated by JNK activation. These results showed a link between GSTP1 expression and hepatocyte proliferation and led us to investigate the GSTP1 expression in HCC. We noticed an induction of GSTP1 expression in peritumoral tissue compared to normal liver.