Mémoire (M.Med.Exp.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La cystinose est une maladie lysosomale héréditaire due à une mutation du gène CTNS codant pour un transporteur de cystine, cystinosin, et est caractérisée par l’accumulation de cystine dans les organes causant leur dégénération.Si le rein est le premier organe affecté par la maladie, sa pathogénèse n’est pas encore totalement comprise. La recherche de nouveaux partenaires de la cystinosine a révélé une interaction avec un membre de la famille des galactines, galectine-3 (Gal3). L’étude de cette interaction a mis en évidence un nouveau rôle de la cystinosine dans l’inflammation chronique impliquée dans la pathogénèse rénale de la cystinose. Dans les reins du modèle murin de la cystinose (Ctns-/-), l’expression de Gal3 est augmentée et de nombreux infiltrats de cellules inflammatoires sont observés. De plus, l’expression de la cytokine pro-inflammatoire Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP1) est augmentée dans le sérum des souris Ctns-/-.Au contraire, peu d’infiltrat et un taux normal de MCP1 sont observés dans les souris Ctns-/-Gal3-/-, ainsi qu’une meilleure structure et fonction rénale.Ce travail pourrait permettre la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques pour la cystinose.Des études antérieures ont montré que la transplantation de Cellules Souches Hématopoïétiques (CSH) saines peut efficacement traiter la cystinose dans les souris Ctns-/-. Toutefois, dû aux risques liés à une transplantation allogénique, une transplantation autologue de CSH génétiquement modifiées ex vivo pour exprimer une copie fonctionnelle du gène CTNS a été développée.Nous résumons ici les études pharmacologiques et toxicologiques ainsi que le développement du protocole de transduction des cellules humaines qui seront inclus dans une application intitulée« Investigational New Drug » qui sera soumise à la FDA afin de débuter un essai clinique de phase I/II. / Cystinosis is an inherited lysosomal storage disorder caused by mutations in the gene CTNS encoding the cystine transporter cystinosin, and is characterized by accumulation of cystine in the tissues leading to multiorgan degeneration.The kidney is the first organ impacted by cystinosis but the pathogenesis is still not fully understood. The study of new partners of cystinosin revealed an interaction with galectin-3, a member of the galectin’s family. The investigation of this interaction unraveled a new role for cystinosin in chronic inflammation associated with kidney pathology in cystinosis. Indeed, the cystinosis mouse model, Ctns-/ mice, had increased expression of Gal3 and abundant pro-inflammatory infiltrates in their kidney, as well as increased expression of Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP1), a proinflammatory cytokine, in their serum.In contrast, few infiltrates and normal MCP1 levels were observed in the Ctns-/- Gal3-/- mice, which also demonstrated better kidney structure and function.This study may lead to the discovery of new drug targets for cystinosis treatment.Previous studies showed that wild-type Hematopoietic Stem Cells (HSCs) transplantation had the potential to rescue cystinosis in Ctns-/- mice.However, due to the risks associated with allogeneic transplant, an autologous transplantation of HSCs genetically modified ex vivo to express a functional CTNS gene has been developed in the laboratory. In this work, we summarized the pharmacology and toxicology studies and manufacturing development that will be included in an Investigational New Drug application to be submitted to the FDA to start a phase I/II clinical trial for cystinosis.

La vacuole de la levure joue un rôle dans le stockage de nutriments, la dégradation des macromolécules et le recyclage de métabolites. En accord avec ces fonctions, des protéines se trouvant à la membrane vacuolaire catalysent le transport de divers composés à travers la membrane. Ceci permet par exemple à la vacuole d’accumuler un grand stock d’arginine et d’autres acides aminés cationiques ainsi que de mobiliser des acides aminés durant une carence en azote. Par ailleurs, les scientifiques soupçonnent l’existence d’un transporteur de cystéine, essentiel au contrôle redox de la vacuole et à la protéolyse. Afin d’étudier plus en détail le transport d’acides aminés dans la vacuole, nous avons mis au point un protocole d’isolement de vacuoles intactes suivi de tests d’entrée d’acides aminés. Dans un premier temps, cela nous a permis de caractériser pour la première fois un transport de cystéine dans les vacuoles intactes. En combinant des analyses bioinformatiques avec un screening d’une collection de souches mutantes pour une sensibilité à la cystéine ou la cystine (un dimère de cystéine), nous avons pu proposer une liste de gènes candidats codant pour un transporteur de cystéine à la membrane vacuolaire. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la protéine Ypq2 comme un facilitateur de haute affinité catalysant l’export d’arginine hors de la vacuole en condition de carence en azote. En outre, nous avons identifié un nouveau transporteur, Vat1, nécessaire à l’établissement du stock d’arginine vacuolaire. Nos résultats sont conciliables avec l’existence d’un couplage fonctionnel entre les voies de sortie et d’import d’arginine dans la vacuole. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le transport de composés à travers les membranes biologiques est crucial pour la physiologie des cellules eucaryotes. Cependant la fonction de nombreux transporteurs putatifs reste inconnue. C’est notamment le cas de nombreux transporteurs intracellulaires exportant les catabolites du lysosome. Le transporteur lysosomal de cystine, baptisé cystinosine, se caractérise par la présence d’un motif dupliqué appelé " boucle PQ ". Sa dysfonction entraîne une maladie lysosomale, la cystinose, caractérisée par l'accumulation de cystine dans les lysosomes. Les protéines possédant un motif PQ sont retrouvées plus souvent dans les cellules eucaryotes et, à l'exception de la cystinosine, leur fonction reste inconnue. Dans cette thèse, nous démontrons qu'une autre protéine à motif PQ, PQLC2 est le transporteur responsable de l'efflux lysosomal des acides aminés cationiques et qu'il est impliqué dans le traitement de la cystinose.L'hypothèse de départ était basée, d'une part, par sur des prédictions par analyse protéomique de la localisation lysosomale de PQLC2 et, d'autre part, sur des résultats chez S.cerevisiae impliquant les orthologues putatifs de PQLC2, situés à la membrane de la vacuole, dans l'homéostasie des acides aminés cationiques. En utilisant une approche consistant à délocaliser PQLC2 à la membrane plasmique et à acidifier le pH extracellulaire pour mimer la lumière acide du lysosome, nous avons pu, par mesure d'accumulation intracellulaire de composés radiomarqués et par mesure électrophysiologique sur cellule entière, faire la preuve du transport sélectif, actif à bas pH et de faible affinité des acides aminés cationiques par PQLC2. Dans une seconde partie, nous avons mis en évidence l'implication de ce transporteur dans l'efflux lysosomal du produit de réaction entre la cystine accumulée dans les lysosomes de cellules de patients cystinotiques et le principe actif (cystéamine) du traitement pharmacologique de la cystinose.Enfin, dans une dernière partie, nous avons effectué une analyse bioinformatique préliminaire des protéines à motif PQ qui exploitait la pseudo-symétrie de ces protéines pour identifier des résidus potentiellement impliqués dans l'activité de transport. / Transport of solutes across biological membranes is crucial to eukaryotic cell physiology. However, the function of many putative transporters remains unknown, such as the proteins responsible for lysosomal export of metabolites. Cystinosin, the lysosomal cystine exporter defective in cystinosis, is characterized by a duplicated motif termed the PQ loop. PQ-loop proteins are more frequent in eukaryotes than in prokaryotes, and, except for cystinosin, their molecular function remains unknown. Here we show that another PQ-loop protein, PQLC2, is a lysosomal transporter for cationic amino acids and that it is required for the treatment of cystinosis. The hypothesis that PQLC2 is a lysosomal metabolite transporter was based on a proteomic study predicting that PQLC2 is located at the lysosomal membrane and on a genetic study that linked putative yeast orthologues with cationic amino acid homeostasis. Using an approach that consisted in misrouting PQLC2 to the plasma membrane of frog oocytes and in acidifying the extracellular medium to mimic the acidic lysosomal lumen, we showed an accumulation of radiolabelled cationic amino acids into mRNA-injected oocytes and an electrogenic, inward current due to a selective, pH-dependent, low-affinity transport of cationic amino acids by PQLC2. Moreoever, we showed that PQLC2 exports a key chemical intermediate (cysteamine-cysteine mixed disulfide) from cystinotic lysosomes treated with the aminothiol drug cysteamine, thus explaining the mechanism underlying the current drug therapy of cystinosis. Finally, in a last chapter, we performed a preliminary bioinformatic study of the family of PQ-loop proteins that took advantage of the pseudo-symmetric structure of these proteins to identify residues potentially important for the transport activity.