La sialylation est l’une des dernières étapes de la biosynthèse des chaînes glycaniques des glycoprotéines et des glycolipides. La sialylation en a2,6 des structures N-acétyllactosaminiques (Galß1-4GlcNAc) est souvent retrouvée en périphérie des glycannes et est impliquée dans de nombreux mécanismes d’adhésion et de reconnaissance cellule / cellule ou hôte / pathogène. Chez l’Homme, deux sialyltransférases synthétisent ce type d’épitope glycanique : hST6Gal I et hST6Gal II. Elles se distinguent par leur spécificité de substrat accepteur et par leur profil d’expression tissulaire. Alors que le gène ST6GAL1 codant hST6Gal I est exprimé dans la plupart des tissus, ST6GAL2 présente une expression tissulaire plus restreinte, se limitant essentiellement au cerveau embryonnaire et adulte. Par ailleurs, hST6Gal II présente des similitudes en termes de spécificité de substrat et d’expression tissulaire avec la sialyltransférase identifiée chez D. melanogaster et semble avoir conservé certaines propriétés ancestrales essentielles pour le développement du tissu nerveux. Plusieurs études ont montré que l’expression des sialyltransférases est contrôlée au niveau transcriptionnel par l’utilisation de promoteurs tissulaires régulant l’expression de manière tissu-spécifique. Si les données concernant ST6GAL2 sont encore limitées, il apparaît cependant que l’expression de ce gène est finement contrôlée par des mécanismes apparemment conservés au cours de l’évolution. Le projet de thèse que nous avons mené a eu pour but d’identifier les régions 5’-non traduites de ST6GAL2 et de caractériser les régions promotrices associées. A partir d’un modèle cellulaire de neuroblastome en culture, nous avons identifié par 5’ RACE trois types de transcrits qui diffèrent par leur premier exon non traduit. Ces exons, appelés EX, EY et EZ, sont situés à plus de 42 kpb du premier exon commun codant et ne sont séparés que de 124 et 87 pb, respectivement. Par Q-PCR en duplex avec le gène normalisateur HPRT, nous avons montré que les transcrits initiés par l’exon EX et EY étaient prépondérants par rapport aux transcrits contenant EZ, à la fois dans plusieurs lignées cellulaires à caractère neuronal et dans des échantillons de tissu cérébral humain. Nous avons également montré que la protéine hST6Gal II est exprimée dans les différents lobes du cortex cérébral, dans le cervelet et dans l’hippocampe. Nous avons isolé différentes régions génomiques situées en amont et à l’intérieur de la région EX/EY/EZ que nous avons sous cloné en amont du gène de la luciférase pour des tests d’activité. Nous avons défini deux régions promotrices, en amont des exons EX et EY. Des expériences de mutagenèse dirigée couplées à des analyses bioinformatiques nous ont révélé que les facteurs de transcription NF-?B et NRSF sont probablement des répresseurs de la transcription, alors que les facteurs Sox5, SP1, Pura et Olf1 agirait comme des éléments activateurs de la transcription de ST6GAL2. Les facteurs NRSF, Sox5, Pura et Olf1 régulent notamment la transcription de gènes impliqués dans le fonctionnement et le développement neuronal, suggérant un rôle de ST6GAL2 dans les fonctions neuronales. Enfin, nous avons mis en évidence une forte augmentation de l’expression ST6GAL2 au cours de la différentiation en neurones des cellules NT2/D1 sous l’action de l’acide rétinoïque, suggérant un rôle potentiel de cette enzyme au cours de la différentiation neuronale. / Sialylation is one of the last step of the biosynthesis of glycan chains carried by glycoproteins and glycolipids. The a2,6-sialylation of N-acetyllactosaminyl (Galß1-4GlcNAc) structures is commonly found at the end of glycan chains and is involved in numerous cell / cell or host / pathogen adhesion and recognition events. In Human, two sialyltransferases synthesise this glycan epitope, namely hST6Gal I and hST6Gal II. They differ from each other in substrate specificity an in tissue-specific pattern of expression. Whereas the gene encoding hST6Gal I, ST6GAL1, is expressed in almost all tissues, ST6GAL2 shows a narrower pattern of tissue expression essentially limited to fetal and adult brain. In addition, hST6Gal II exhibits similarities in terms of substrate specificity and gene expression pattern with the sialyltransferase identified in D. melanogaster and therefore, seems to have conserved ancestral properties required for brain function and growing nervous tissue. Several studies have shown that the expression of sialyltransferases is controlled at the transcriptional level by the use of specific promoters that regulate their expression in a tissue-specific fashion. Data about ST6GAL2 are rather limited; however, it appears the expression of this gene is finely regulated by mechanisms likely conserved through evolution. The aim of this thesis was to identify the 5’ non translated regions of the ST6GAL2 gene and to characterize the associated promoter regions. From a neuroblastoma cultured cell model, we identified by 5’RACE three types of transcripts which are different only in their first non-coding exon. Those exons, named EX, EY and EZ, are located more then 42 kbp upstream of the first common coding exon and are only separated by 124 and 87 bp, respectively. Using Taqman duplex Q-PCR technology we have shown that the transcripts initiated by EX and EY are predominantly expressed compared to EZ both in several cell lines and in human brain tissue samples. We also demonstrated that the hST6Gal II protein is expressed in the different lobes of the human cerebral cortex, the cerebellum and the hippocampus. We isolated different genomic sequences upstream EX and within EX/EY/EZ region and inserted them in a reporter vector for luciferase assays. We could define two promoter sequences upstream EX and ZY. PCR site-directed mutagenesis experiments along with bioinformatics analysis revealed that transcription factors NF-?B and NRSF are likely to act as transcription inhibitors, whereas the Sox5, SP1, Pura and Olf1 factors would be involved in the transcriptional activation of ST6GAL2. The NRSF, Sox5, Pura and Olf1 transcription factors are notably involved in the transcriptional regulation of genes related to neuronal functions and the neuronal development. Eventually, we have shown evidence of a strong increased ST6GAL2 expression during neuronal differentiation of the NT2/D1 cell line under acid retinoic treatment, suggesting of putative role this enzyme in neuronal differentiation.

Les maladies à prions et d’Alzheimer appartiennent à un groupe de maladies neurodégénératives caractérisées par l’accumulation dans le système nerveux central (SNC) de protéines amyloïdes, respectivement la PrPSc et les peptides Aβ. Même si ces maladies ont des étiologies et des manifestations physiopathologiques distinctes, il est suspecté que des mécanismes communs de neurodégénérescence puissent être mobilisés dans ces différentes affections du SNC. Les maladies à prions s’imposent comme un paradigme qui permet l’étude des maladies neurodégénératives amyloïdes. Disposer d’un agent infectieux, la protéine prion scrapie, PrPSc, présente l’avantage de pouvoir initier un processus neurodégénératif et de cerner la nature et la séquence des événements menant à la perte d’homéostasie neuronale. Les mécanismes mis en évidence grâce à l’infection à prions peuvent être objectivés dans d’autres maladies neurodégénératives. Dans les maladies à prions, il est clairement établi que la PrPSc exerce sa toxicité dans les neurones en déviant la/les fonction(s) de la forme non pathologique des prions, la protéine prion cellulaire, PrPC. Les travaux du laboratoire ont permis d’assigner une fonction de signalisation à la PrPC et d’identifier plusieurs intermédiaires de signalisation contrôlés par la PrPC, ce qui a conduit à proposer plusieurs rôles pour la PrPC dans les neurones : régulation de l’équilibre d’oxydoréduction, adhérence, neuritogenèse, survie, contrôle des fonctions associées au neuromédiateur. Une partie de mes travaux de thèse a permis d’illustrer une nouvelle facette de la PrPC dans le contrôle des fonctions neuronales. Au travers d’un couplage à la kinase Lyn et d’une interaction avec la protéine LRP1 et le cuivre, la PrPC du corps cellulaire gouverne l’état d’activation de la kinase GSK3β, qui à son tour, contrôle le trafic et l’activité d’un autorécepteur sérotoninergique, le récepteur 5HT1B. En modulant l’activité de ce récepteur, la PrPC favorise la neurotransmission. A partir de l’infection à prions, mes travaux dévoilent des mécanismes de neurodégénérescence communs aux maladies à prions et à la maladie d’Alzheimer (AD). Dans les neurones infectés par les prions, comme les neurones dérivés de souris modèles pour AD, la suractivation de la kinase PDK1 provoque la phosphorylation et l’internalisation de l’αsécrétase TACE, ce qui annule l’activité neuroprotectrice de TACE à la membrane plasmique. TACE internalisée est découplée de trois de ses substrats, (i) la PrPC, ce qui favorise sa conversion en PrPSc, (ii) la protéine précurseur des peptides amyloïdes APP, ce qui augmente la production des peptides neurotoxiques Aβ et (iii) les récepteurs au TNFα, ce qui rend les neurones malades vulnérables au stress inflammatoire. In vitro comme in vivo, l’inhibition de PDK1 permet de rétablir l’activité neuroprotectrice de TACE et de contrecarrer les effets neurotoxiques de la PrPSc ou de Aβ. Mes travaux établissent également que les Rho kinases (ROCK) sont des régulateurs positifs de l’activité de PDK1. Dans un contexte physiologique, les ROCK interagissent avec PDK1 et phosphorylent PDK1, contribuant à son activité basale. Dans un contexte infectieux, le gain d’activité des ROCK augmente le « pool » de molécules de PDK1 qui interagissent avec et sont phosphorylées par les ROCK, à l’origine de la suractivation de PDK1. Inhiber les ROCK exerce un double effet protecteur dans les neurones infectés par les prions en abaissant le niveau de PrPSc via le module de signalisation PDK1TACE et en préservant la polarité et la connectivité des neurones par action sur le cytosquelette d’actine. Le module ROCKPDK1 émerge comme une cible thérapeutique potentielle pour les maladies à prions et autres maladies neurodégénératives amyloïdes. / Pas de résumé en anglais

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Le vieillissement croissant de la population mondiale augmente les risques d’incidence de maladies dégénératives comme la maladie d’Alzheimer (AD). L’AD représente la forme de démence la plus commune. C’est plus de 40 millions de personnes qui sont affectés à l’échelle mondiale, créant ainsi un lourd fardeau économique annuel de plusieurs centaines de milliards de dollars. L’AD est une maladie dégénérative du cerveau qui se traduit par une perte graduelle de la mémoire et des fonctions cognitives. Cette dernière se caractérise par trois symptômes pathophysiologiques intimement reliés qui sont : (1) un système cholinergique défectueux, (2) une accumulation excessive de plaques séniles toxiques composées de peptides β–amyloïdes et (3) une hyperphosphorylation de la protéine Tau qui résulte en des enchevêtrements neurofibrillaires. Il n’existe à ce jour aucune cure contre l’AD et les traitements actuellement retrouvés sur le marché n’ont qu’un effet transitoire. En revanche, il y a de plus en plus d’indices qui suggèrent que l’utilisation de certains facteurs de croissance comme l’IGF-2, le bFGF et les neurotrophines pourraient agir à titre de traitement. Parmi ces derniers, la protéine morphogénétique osseuse 9 (BMP-9) a montré un fort potentiel thérapeutique. Cette dernière est toutefois coûteuse à produire en plus d’être volumineuse, ce qui limite fortement son acheminement au cerveau en raison de la barrière hématoencéphalique. Dans cette optique, nous avons développé deux peptides de 23 acides aminés dérivés de l’épitope knuckle de la BMP-9, pBMP-9 et SpBMP-9, 300 fois moins chers à produire. Les travaux de ce projet de doctorat portent sur le développement d’un système de libération du SpBMP-9, le plus efficace des deux peptides, comme stratégie de traitement contre l’AD. Tout d’abord, il a été montré que le SpBMP-9 permettait d’induire la différenciation neuronale de cellules humaines SH-SY5Y de façon plus efficace que la protéine native par la présence d’une croissance plus importante des neurites et l’expression de marqueurs de différenciation neuronaux. De plus, le SpBMP-9 pouvait agir sur au moins deux symptômes de l’AD en orientant la différenciation vers le phénotype cholinergique et en inactivant la GSK3β, une Tau kinase. Ensuite, un système de libération sous forme de nanoparticules à base de chitosane et d’alginate a été développé, puis caractérisé. Ce système de libération a permis d’encapsuler efficacement le SpBMP-9. Le suivi et la modélisation des cinétiques de libération à l’aide d’un modèle mathématique prenant en considération la distribution de taille des particules a permis d’identifier que la libération était principalement diffusive, mais qu’il existait de fortes interactions entre le peptide et l’alginate. Les tests de viabilité ont montré que les nanoparticules n’étaient pas toxiques sur des cellules SH-SY5Y. Enfin, le SpBMP-9 libéré à partir des nanoparticules était toujours bioactif et permettait une différentiation neuronale. Finalement, une étude exploratoire a permis de mettre en évidence que le SpBMP-9 pouvait agir en synergie avec le bFGF et le NGF. La combinaison du SpBMP-9 avec le bFGF ou le NGF a montré la présence d’une différenciation neuronale accrue mise en évidence par la présence d’une croissance de neurites supérieure, par l’expression de plusieurs marqueurs de différenciation ainsi que par un niveau de calcium intracellulaire plus important. Pour conclure, ces travaux de recherche suggèrent que le SpBMP-9 possède un fort potentiel thérapeutique dans le contexte de l’AD. Une étude plus approfondie de ses mécanismes d’action est requise ainsi que la validation de son effet in vivo sur modèle animal.

Dans notre laboratoire, des études antérieures ont montré que la stimulation du récepteur AT[indice inférieur 2] par l'angiotensine II menait à l'activation des p42/p44[indice supérieur MAPK] (GENDRON et al., 1999) par une voie impliquant les protéines Rapt et B-Raf chez les cellules NG108-15 (GENDRON et al., 2003a) et que cette voie était nécessaire à l'élongation neuritique. Parallèlement à l'activation de la voie MAPK, il a été montré que le R-AT[indice inférieur 2] active la voie NOS/GCs/GMPc (GENDRON et al., 2002). Puisqu'il est connu que les protéines kinases C (PKC) participent à la différenciation neuronale dans certains types cellulaires, le but de mon travail a été de déterminer si les PKC pouvaient participer aux mécanismes initiaux menant à l'activation des voies précédemment décrites. Nos résultats indiquent que les isoformes [alpha], [epsilon], [iota] et [zéta] sont exprimées dans cette lignée cellulaire et que l'inhibiteur de PKC[alpha], le Gö6976, induit une élongation neuritique importante en plus d'une diminution de la prolifération. Lors de traitements courts avec l'Ang II, nos données indiquent qu'il y a translocation de PKC[alpha] de la membrane plasmique à la fraction soluble, entraînant ainsi son inactivation. De plus, le traitement des cellules avec le Gö6976 provoque l'inhibition de p21[indice supérieur ras] mais active Rap1 de façon similaire à l'Ang II. Par contre, l'inhibition de PKC[alpha] n'a pas d'effet sur la capacité de l'Ang II à activer les p42/p44 MAPK . L'ensemble de ces résultats indique que PKC[alpha] serait en amont de la cascade de signalisation des p42/p44[indice supérieur MAPK]. Ainsi, l'inhibition de PKC[alpha] mène à la diminution de l'activité de p21 ras et de la prolifération cellulaire, ce qui pourrait contribuer à favoriser l'activation de la voie menant à p42/p44[indice supérieur MAPK] et l'élongation neuritique. Les isoformes PKC[epsilon], et PKC[zéta] seraient impliquées dans des processus différents de PKC[alpha] puisque l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques sélectifs, soit le Gö6983 (inhibe PKC[alpha] et PKC[zéta] ou le GF109203X (inhibe PKC[alpha] et PKC[epsilon]), a montré qu'ils induisent l'élongation neuritique de façon similaire à l'Ang II ou l'inhibiteur de PKC[alpha]. En conditions basales, PKC[zéta] est associée à l'actine tandis que l'activation du récepteur AT[indice inférieur 2] cause sa relocalisation dans le cytosol. Il pourrait s'agir d'un mécanisme de régulation de la polymérisation de l'actine. Pour sa part, l'isoforme [epsilon] semble impliquée dans la production de GMPc induite par le R-AT[indice inférieur 2]. De plus, la différenciation des cellules avec un traitement de 3 jours avec l'Ang II augmente l'association de PKC[epsilon] avec les microtubules. Cette isoforme pourrait être utile à la régulation de la ramification neuritique des cellules NG108-15. Ces résultats indiquent que les PKC sont impliquées dans la physiologie des cellules NG108-15, chacune ayant un rôle précis et distinct à jouer.

L'activation du récepteur AT[indice inférieur 2] de l'angiotensine II (Ang II) est associée à différentes réponses cellulaires dont l'inhibition de prolifération, le contrôle de l'apoptose et l'induction de la différenciation. Au cours du développement, le récepteur AT[indice inférieur 2] est fortement présent dans les tissus foetaux mais son expression chute drastiquement, quelques heures après la naissance. Chez l'adulte, seulement quelques tissus expriment ce récepteur (cellules glomérulées de la surrénale, utérus, cellules granulosa de l'ovaire et certaines zones du cerveau) mais sa ré-expression peut être observée au cours de certaines conditions pathologiques (défaillance cardiaque ou rénale, dommages tissulaires, lésions du système nerveux central). Ces observations suggèrent que le récepteur AT[indice inférieur 2] joue un rôle important au cours du développement, dans les processus de réponses aux blessures et dans les mécanismes d'adaptation. Dans les cellules NG108-15, l'activation du récepteur AT[indice inférieur 2] par l'Ang II induit la différenciation neuronale (Laflamme et al . 1996). Puisque les cibles intracellulaires du récepteur AT[indice inférieur 2] sont peu connues, le but de nos études était de déterminer les mécanismes d'action associés à son activation dans l'induction de l'élongation des neurites. Le récepteur AT[indice inférieur 2] n'est couplé à aucun des seconds messagers classiques (AMPc, production d'InsPs, Ca[indice supérieur 2+] ). Les effets connus du récepteur AT[indice inférieur 2] sont une augmentation ou une diminution des niveaux de monoxyde d'azote (NO) et de GMPc et, selon les modèles cellulaires et les conditions de culture utilisés, il peut activer ou inhiber les phosphatases et les p42/p44[indice supérieur mapk] en plus de modifier l'excitabilité membranaire (inhibition des courants calciques et activation des canaux potassiques). Dans les cellules NG108-15, nous avons trouvé que l'activation du récepteur AT[indice inférieur 2] par l'Ang II induit l'activation des p42/p44[indice supérieur mapk] par un mécanisme indépendant de la petite protéine G p21[indice supérieur ras] , un processus essentiel à l'induction de l'élongation des neurites (Gendron et al . 1999). Les travaux présentés dans le cadre de cette thèse montrent que la production de NO, suite à l'activation du récepteur AT[indice inférieur 2] par l'Ang II, est impliquée dans l'induction de la différenciation neuronale. Nous avons en effet observé que l'Ang II, par un mécanisme dépendant des protéines G[alpha indice inférieur i] , mène à une augmentation rapide des niveaux intracellulaires de GMPc, un second messager impliqué dans l'élongation et dans le branchement neuritique des cellules NG108-15. Bien que cette voie est essentielle à la différenciation neuronale, nous avons trouvé qu'elle n'est pas impliquée dans l'activation des p42/p44[indice supérieur mapk] .L'activation des p42/p44[indice supérieur mapk] par l'Ang II, qui est Ras- et NO-indépendante, est plutôt induite par une voie alternative impliquant les protéines Rap1 et B-Raf.L'application d'Ang II dans les cellules NG108-15 mène en effet à l'activation rapide de Rap1 (1-5 min) et de B-Raf (5-15 min), événement essentiel à la fois pour l'activation des p42/p44[indice supérieur mapk] et pour l'induction de la différenciation des cellules NG108-15. Finalement, nous avons montré que l'activation de cette voie se fait par un mécanisme indépendant de l'AMPc et de la PKA. Ensemble, nos résultats montrent que le récepteur AT[indice inférieur 2] active les voies nNOS/NO/GCs/GMPc et Rap1/B-Raf/MEK/MAPK, et que ces cascades participent de façon parallèle, à l'induction de la différenciation neuronale des cellules NG108-15, par un mécanisme indépendant de l'AMPc et de la PKA.

Les cellules souches embryonnaires (ES) murines peuvent être différenciées in vitro en une population homogène de neurones glutamatergiques semblables aux neurones présents dans le cortex in vivo, suite à un traitement par l’acide rétinoïque (AR). Bien que le rôle de l’AR soit bien étudié, les facteurs qui spécifient le destin neuronal ne sont pas connus. Nous montrons ici que Pou3f2 (Brn2) est un facteur essentiel à la différenciation neuronale des cellules ES in vitro. L’utilisation de l’approche de différenciation in vitro associée à des techniques de génomique à haut débit (RNA-seq, ChIP-seq) a permis d’identifier des gènes régulés directement ou indirectement par Brn2. Parmi ces gènes se trouvent Ascl1, Hes5 ou Pou6f1, qui sont des gènes clés dans la neurogenèse. La comparaison de nos données avec des expériences précédemment publiées nous a permis d’identifier un nombre restreint de gènes cibles de Brn2 quelque soit le protocole de différenciation utilisé. Parmi ces gènes se trouve Zic1. Nous montrons que Zic1 coopère avec Brn2 pour spécifier le destin neuronal des cellules ES in vitro. / Mouse embryonic stem (ES) cells can be differentiated in vitro into a highly homogenous population of glutamatergic neurons, similar to those present in the cerebellar cortex by treatment with retinoic acid (RA). While the role of RA in differentiation is well studied, the downstream factors that specify the neural fate of the ES cells are not known. Here we show that Pou3f2 (Brn2), with a known role in neuronal differentiation in vivo, is essential for neuronal differentiation of ES cells in vitro. Using our in vitro differentiation protocol combined with high throughput techniques (RNA-seq, ChIP-seq) we show that Brn2 directly and indirectly regulates a set of target genes with essential roles in neurogenesis such as Ascl1, Hes5 or Pou6f1. Integration of these results with previously published datasets allowed us to identify a core set of Brn2 target genes common to each differentiation model. Amongst these is transcription factor Zic1. We show that Zic1 and Brn2 cooperate to specify the neural fate of RA-treated ES cells in vitro.

La tyrosine hydroxylase (TH) est l'enzyme clé de la biosynthèse des catécholamines, classe fondamentale de neurotransmetteurs regroupant la dopamine, la noradrénaline et l'adrénaline. Une expression atypique des catécholamines pourrait conduire à de nombreuses complications neuropsychiatriques. L'étude des facteurs qui régulent le gène de la TH est donc déterminante.<br /><br />Ce travail a pour objectif l'isolement de facteurs de transcription potentiellement impliqués dans l'expression cellulaire restreinte du gène TH de rat. Dans ce but, nous avons développé une stratégie de simple-hybride dans la levure en utilisant la boîte E et les sites octamérique/heptamérique du promoteur TH comme cibles. Deux banques d'ADN complémentaire différentes ont été criblées, issues respectivement de cerveau de rat adulte et de mésencéphale embryonnaire. Ces criblages ont conduit à l'identification de 3 facteurs de transcription candidats : rITF2, un facteur bHLH ubiquitaire déjà décrit pour son aptitude à interagir avec la boîte E du promoteur TH, Lhx9, une protéine LIM à homéodomaine, et ZENON, une nouvelle protéine à doigts de zinc spécifiquement exprimée dans les neurones. La caractérisation de ces 3 facteurs a révélé des propriétés tout à fait intéressantes. Ils sont capables d'interagir spécifiquement avec le promoteur TH, et modulent la transcription du gène TH dans des lignées cellulaires. Leurs patrons d'expression sont complexes et s'inscrivent dans une dynamique développementale très particulière, mais ne sont pas spécifiques du système catécholaminergique. Pour comprendre le rôle de ces facteurs dans l'expression cellulaire restreinte de la TH, nous avons mené une étude de transgenèse des sites cibles utilisés en simple-hybride. La boîte E joue un rôle subtil dans le système catécholaminergique périphérique, illustrant la complexité des mécanismes conduisant à l'expression cellulaire restreinte de la TH. <br /><br />Ce travail souligne les difficultés rencontrées pour isoler des facteurs de transcription impliqués dans des processus d'expression cellulaire restreinte et définit une nouvelle famille de protéines à doigts de zinc, dont ZENON, le premier membre, semble lié au phénotype neuronal. L'identification et l'étude d'autres protéines appartenant à cette famille pourraient donc s'avérer capitales pour la compréhension des mécanismes impliqués dans la mise en place et le maintien des caractères neuronaux au cours du développement.

La maladie d’Alzheimer est une maladie très complexe, aujourd’hui encore mal comprise et cette démence est devenue un réel problème de santé publique. La protéine précurseur de l’amyloïde (APP) et la protéine Tau sont deux acteurs majeurs impliqués dans la maladie. De nombreuses recherches se sont investies dans la compréhension du métabolisme, de l’action et de l’implication de ces deux protéines dans les mécanismes pathologiques de la maladie et d’autres maladies neurodégénératives. Elles sont notamment l’objet de la plupart des approches thérapeutiques passées et actuelles, et étudiées pour le diagnostic biologique de la maladie. Dans ce projet de thèse, notre objectif fut d’explorer le métabolisme des protéines APP et Tau au cours de la différenciation neuronale à l’aide d’outils biochimiques et de systèmes innovants d’immunodétection multiplex très sensibles (MSD®) dans plusieurs modèles de culture cellulaire de la maladie. L’objectif était d’obtenir une vision globale des processus physiopathologiques au travers d’analyses d’échantillons générés au cours de la différenciation neuronale de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) de patients Alzheimer comparées aux cellules souches embryonnaires humaines (hESC). Nous avons ainsi généré et caractérisé plusieurs lignées cellulaires d’IPSC d’une personne saine contrôle et de patients atteints des formes sporadiques et familiales de la maladie. Ce projet offre l’opportunité unique de combiner des approches innovantes pour tenter de comprendre comment les fragments et les peptides Ab sont générés, ainsi que les modifications de Tau en conditions normales et pathologiques. / Amyloid precursor protein (APP) and Tau protein are two main molecular actors of the Alzheimer’s disease (AD), which is of prime importance in Human Health. Intensive research is ongoing to understand these proteins’ metabolism, action and implication in the pathological mechanism of these affections. They are the target of most therapeutic approaches and are used for biological diagnosis. In the present PhD project, our objective was to investigate neuronal APP and Tau protein processing and metabolism using biochemical tools and innovative multiplex immunodetection system (MSD®) in diverse cell culture models of AD. The goal was to get a comprehensive view oh physiopathological processes based on the analysis of samples generated in neuronal differentiated human embryonic stem cell and induced pluripotent stem cells derived from AD-patients. We generated several cell lines from an healthy control individual, and AD patients showing sporadic and familial forms of the disease. This project offer the unique opportunity to combine state-to-the-art approaches to understand how the APP fragments and peptides are generated as well as the modifications of the Tau protein in normal and pathological situation.

Les ondes millimétriques (OMM), et en particulier la bande autour de 60 GHz, sont de plus en plus utilisées pour les télécommunications sans fil. Une précédentes études in vitro menée au laboratoire avait montré, par analyse de micro-puces, une diminution d’expression de l'ARN TRPV2 dans des cultures primaires de cellules de peau humaines exposés pendant 1, 6 ou 24 heures à 60,4 GHz avec une densité de puissance incidente moyenne de 1,8 mW / cm². Afin de déterminer si l'exposition aux OMM peut aussi affecter l'expression de TRPV2 au niveau protéique, nous avons effectué des immunocytochimies sur une lignée cellulaire pseudo-neuronale en cours de différenciation (PC12), exposée à 60,4 GHz pendant 24h avec une densité de puissance incidente moyenne de 10 mW/cm². De plus, l’impact des OMM sur l’expression de plusieurs autres marqueurs impliqués dans la nociception, la différenciation neuronale et le stress protéotoxique a aussi été étudié. En utilisant un système d'imagerie semi-haut débit, permettant l'étude de multiples paramètres, nous n’avons pas trouvé de différence dans l'expression protéique des récepteurs membranaires impliqués dans la nociception TRPV1, TRPV2 et P2X3, la protéine de choc thermique Hsp70, et le marqueur neuronal β3-tubuline. Cependant, une augmentation de la poussée neuritique, bien que non significative, a été observée dans les cellules exposées. Les contrôles ont montré que cette augmentation était liée à un effet thermique des OMM. En outre, l'analyse cellule par cellule a montré qu'il n'y avait aucune sous-population distincte de cellules présentant une sensibilité particulière. Enfin, des expositions à 5 mW / cm², suivies par une analyse par HPLC, ont également été effectuées afin d’étudier l'impact des OMM sur le métabolisme dopaminergique. Aucun effet de l'exposition n’a été observé sur la recapture de la dopamine. Seul un effet thermique non significatif a été trouvé sur l'accumulation du DOPAC extracellulaire. Globalement, ces résultats négatifs sont en accord avec les précédentes études in vitro qui ont évalué l'impact des ondes millimétriques sur l'expression génétique, et sont rassurantes sur le fait que l'exposition aiguë aux OMM ne peut pas perturber significativement la physiologie cellulaire. / Millimeter waves (MWW), in particular the 60-GHz band, are increasingly used for wireless communications. A previous in vitro study conducted by our group showed, using microarray analysis, a decrease in TRPV2 RNA expression in primary human skin cells exposed for 1, 6, or 24 h at 60.4 GHz with an average incident power density of 1.8 mW/cm². To investigate if MMW exposure can also affect TRPV2 expression at the protein level, we performed immunocytochemistry on a neuron-like differentiating cell line (PC12), exposed at 60.4 GHz during 24h with an average incident power density of 10 mW/cm². Moreover, the impact of MMW on several markers involved in nociception, neuronal differentiation and proteotoxic stress was also investigated. Using a semi-high throughput imaging system, allowing the study of multiple parameters, we did not find any difference in the protein expression of pain-related membrane receptors TRPV1, TRPV2, and P2X3, heat shock protein Hsp70, and neuronal marker β3-tubulin. However, an upward trend in neurite outgrowth, although not significant, was found in exposed cells. Controls showed that this increase was related to a thermal effect of MMW. Besides, cell-by-cell analysis showed that there is no distinct subpopulation of cells with particular sensitivity. Moreover, exposures at 5 mW/cm², followed by HPLC analysis, were also done to investigate the impact of MMW on dopaminergic metabolism. No impact of exposure on dopaminergic turnover was observed. Only an insignificant thermal effect was found on extracellular DOPAC accumulation. Altogether, those negative results are in line with previous in vitro studies which assessed the impact of MMW on genetic expression, and are reassuring in the fact that acute MMW exposure cannot dramatically disrupt cell physiology.