Résumé<p><p>Ce travail de thèse contribue à déterminer chez l’humain, le rôle de différentes structures fasciales (expansions aponévrotiques, tissu conjonctif aréolaire, fascia profond et paratendon) disposées en parallèle ou en série avec leur tendon respectif. <p><p>La première partie de ce travail est consacrée à l’étude de l’expansion aponévrotique du biceps brachial. Deux protocoles ont été développés sur spécimens cadavériques frais. Un premier, anatomique, a permis de mettre en évidence des caractéristiques individuelles telles que la longueur et la largeur sans lien avec le sexe et la latéralité. D’autre part, une partie profonde de l’expansion aponévrotique du biceps brachial a été observée de façon constante. <p>Le second, biomécanique, nous a permis d’étudier les mouvements de flexion du coude et de supination de l’avant-bras ainsi que les bras de leviers instantanés du muscle biceps brachial avec et sans la présence de son expansion aponévrotique. Les résultats nous indiquent que cette structure limite la flexion du coude ainsi que la supination de l’avant-bras, tout en maintenant une rythmicité entre la flexion et la supination. D’autre part, elle permet d’augmenter le bras de levier musculaire du muscle biceps brachial en flexion et en supination.<p><p>Dans la seconde partie de ce travail, notre étude in-vitro s’est intéressée à la contribution relative des structures tendineuses et fasciales sur l'avantage mécanique musculaire lors d’une plastie du ligament croisé antérieur aux tendons des muscles droit interne et demi-tendineux. Les résultats suggèrent que la voie myofasciale des muscles droit interne et du demi-tendineux semble cruciale pour la transmission de force permettant le déplacement du segment jambier. <p><p>Malgré les limitations inhérentes aux études sur préparations anatomiques, ce travail contribue à une meilleure connaissance de certaines structures fasciales, dont les implications cliniques devraient être prises en considération.<p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’isoforme B de l’inositol 1,4,5-trisphosphate 3-kinase (Itpkb) génère de l’inositol 1,3,4,5-tetrakisphosphate (IP4) à partir d’inositol 1,4,5-trisphosphate. Une étude microarray de 2006 a montré que le taux d’ARNm d’Itpkb était augmenté dans le cerveau de patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA). La MA est la forme la plus courante de démence et est caractérisée par deux types de lésions histopathologiques :les dégénérescences neurofibrillaires intracellulaires, composées d’agrégats de protéines tau hyperphosphorylées, et les plaques séniles, composées d’agrégats de peptides Aβ extracellulaires et entourées de neurites dystrophiques. Durant ce travail, nous avons étudié l’expression et la fonction d’Itpkb dans le cerveau normal et le cerveau de patients atteints de la MA. Premièrement, nous avons montré qu’Itpkb était exprimée de manière physiologique dans les neurones et dans les astrocytes. Nous avons confirmé la surexpression d’Itpkb au niveau protéique dans le cerveau de patients atteints de la MA. L’immunoréactivité anti-Itpkb était surtout localisée au niveau des neurites dystrophiques entourant les plaques amyloïdes. Des résultats identiques furent obtenus sur un modèle murin de la forme familiale de la MA, le modèle 5xFAD, reproduisant la pathologie amyloïde. La surexpression d’Itpkb dans des cellules Neuro-2a (cellules murines de neuroblastome) mène à une induction d’apoptose, à une activité β-sécrétase augmentée et à une surproduction de peptides Aβ. L’inhibition in vitro des Mitogen-activated kinase kinases 1/2 abolit complètement la surproduction de peptides Aβ. Des analyses complémentaires ont permis de montrer que le site catalytique ainsi que la partie N-terminale (responsable du targeting membranaire) de la protéine Itpkb étaient nécessaire à l’augmentation de production des peptides Aβ. Chez des animaux transgéniques pour Itpkb, la surexpression neuronale de la protéine Itpkb n’est pas suffisante pour induire la formation de plaques amyloïdes ou pour induire une hyperphosphorylation de tau. Cependant, ces souris transgéniques développent une astrogiose marquée et présentent des neurites dégénératifs au niveau de l’hippocampe. Chez des souris transgéniques 5xFAD surexprimant Itpkb dans les neurones, l’activation des Extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK 1/2) et l’activité β-sécrétase sont drastiquement augmentés, ce qui exacerbe la pathologie Alzheimer, confirmée par une astrogliose plus importante chez ces animaux, une surproduction de peptides Aβ 40 et une hyperphosphorylation de tau. Aucun impact sur la pathologie Alzheimer ne fut observé lorsqu’un mutant catalytique inactif d’Itpkb fut surexprimé. En conclusion, nos résultats soutiennent que la voie de signalisation Itpkb / IP4 / ERK 1/2 est une voie régulatrice de l’apoptose neuronale, du processing du précurseur de la protéine amyloïde et de la phosphorylation de tau au cours de la maladie d’Alzheimer. Nos résultats ouvrent également des perspectives thérapeutiques pour les patients Alzheimer arborant une surexpression corticale d’Itpkb, chez qui Itpkb pourrait être une cible permettant de diminuer la pathologie amyloide. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

It has been known for a long time that the cytosine base can be modified to produce a new nucleotide, identified as 5-methylcytosine (mC). In normal cells, mC is correctly distributed into the genome, but in many diseases including life-threatening cancers, its pattern is profoundly perturbed. In 2009, Anjana Rao, published that certain proteins, known as the TET enzymes, are capable of removing mC by further oxidizing it to 5-hydroxymethylcytosine (hmC). This original article, cited more than 1200 times, has led to a great expansion in our understanding of DNA methylation. Such recent publications expanded this knowledge by showing that the TETs successively oxidize hmC to 5-formylcytosine (fC) and 5-carboxylcytosine (caC). <p>These oxidized methylcytosines have been implicated in several mechanisms of DNA demethylation, including “active” demethylation through base excision repair, and “passive” demethylation via successive rounds of DNA replication. In addition, DNA hydroxymethylation is thought to be involved in a wide range of diseases, and a marked decrease of hmC seems to be a “hallmark” of many cancers. <p>However, little is known about the regulation of their modes of action. It is tempting to speculate that these proteins interact with a plethora of factors to elicit coordinated biological functions. Likewise, they might be regulated by environment, which in certain situations, could alter the hydroxymethylome landscape, and lead to cellular malfunction and diseases.<p>In the first study, we pursued a large, unbiased screen of the TET interactome, and discovered that TET2 and TET3 interact with the O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) transferase (OGT). OGT is a glycosyltransferase that adds N-acetylglucose moieties on various proteins, including histone H2B, expanding therefore the “histone code”. We further discovered that the TET-OGT association seems to enhance OGT activity and to potentiate glycosylation and stabilization of SET1/COMPASS, a complex that is responsible for the global deposition of the H3K4me3 histone mark that “decorates” active promoters. Finally, we could confirm a decreased genome-wide H3K4me3 deposition in a model of acute myeloid leukemia mutated for TET2, suggesting that the TET-OGT link is implicated in Health and Disease.<p>In the second study, we looked at the impact of the environment on TET activity and on cellular hydroxymethylomes. We focused on oxidative stress assaults that are known to be involved in inflammation, a mediator of cancer and neurodegenerative diseases. We observed a significant decrease of hmC in cell lines treated with various oxidant stressors, likely due to a direct inactivation of the TETs catalytic domain. Moreover, gene ontology analysis of differentially hydroxymethylated regions (dhMRs), profiled by deep-sequencing on treated vs non-treated cells, highlighted pathways involved in oxidative stress response. The implication of TETs in oxidative stress response was further emphasized by a decreased proliferation of TET1-depleted cells when they are treated with oxidant stressors. Importantly, those results were confirmed in mice knockout for the major antioxidant enzymes GPx1 and GPx2. <p>In conclusion, the work of this thesis contributed to better understand the modes of action of the TET proteins, through (1) direct interaction with OGT, and (2) via direct regulation by oxidative-stress-associated molecules, and we hope that these results will bring new insights to better understand these fascinating enzymes. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La maladie d’Alzheimer est la maladie neurodégénérative la plus fréquente dans le monde industrialisé. Sur le plan neuropathologique, cette maladie est caractérisée par deux types de lésions :les plaques séniles et les dégénérescences neurofibrillaires. <p>Des observations morphologiques précédentes ont permis de mettre en évidence des anomalies du transport axoplasmique dans les neurones chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer. Les mécanismes menant à cette perturbation du transport axoplasmique ne sont pas encore bien établis. La glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β) et la cyclin-dependent kinase 5 (Cdk5) associée à son activateur pathologique p25, sont deux kinases clés dont la dérégulation intervient dans la pathogenèse de la maladie d’Alzheimer (MA). Nous avons émis l'hypothèse que ces kinases pourraient jouer un rôle dans la perturbation du transport axoplasmique dans cette maladie.<p><p>Dans la première partie de notre travail, nous nous sommes intéressés à l’effet de la GSK-3β et de Cdk5/p25 sur la croissance des neurites (un processus dépendant du transport axoplasmique) dans un modèle cellulaire, les PC12 différenciées prétraitées au NGF. <p>La surexpression de GSK-3β et de p25 provoque une importante réduction de la croissance neuritique dans ces cellules. Par western blot, nous avons montré que cette réduction est associée à des modifications post-traductionnelles des protéines impliquées dans la régulation du cytosquelette. Ces modifications sont la phosphorylation de la protéine tau et des neurofilaments et l’acétylation de la tubuline α.<p>Cette étude indique donc que la GSK-3β et la protéine p25 contrôlent négativement la croissance neuritique.<p><p>Dans la deuxième partie de notre travail, afin d’étudier la relation entre ces kinases et le transport axoplasmique, nous avons analysé dans des neurones en culture l’effet d’une augmentation d’activité de la GSK-3β et de Cdk5/p25 sur le transport des mitochondries.<p>Pour étudier le déplacement des mitochondries, les neurones en cultures ont été doublement transfectées avec deux plasmides :un marqueur mitochondrial combiné avec la GSK-3β ou p25. Après transfection, le mouvement des mitochondries a été enregistré grâce à la technique du time-lapse.<p>L’étude de la fréquence de trois comportements (mouvement antérograde, mouvement rétrograde et état stationnaire) nous a indiqué que les mitochondries sont normalement en position immobile pendant 70 % de leur temps. La surexpression de GSK-3β ou de p25 augmente la fréquence de cet état stationnaire et diminue de manière plus importante les mouvements antérogrades que rétrogrades sans affecter la vitesse des mitochondries. L’observation au microscope électronique a permis de démontrer la persistance du réseau de microtubules dans les cellules surexprimant GSK-3β ou p25.<p>Le transport des mitochondries est un processus actif faisant intervenir les moteurs moléculaires (kinésine et dynéine) dont le rôle est le transport d’organelles qui repose sur un réseau intact de microtubules.<p>Cette étude suggère donc que la GSK-3β et p25 contrôlent négativement le transport des mitochondries en agissant au niveau des moteurs moléculaires (kinésine et dynéine) plutôt qu’en détruisant le réseau de microtubules.<p><p>Dans la troisième partie de notre travail, nous nous sommes intéressés à l’expression et à la localisation dans le cortex frontal humain et dans le cortex cérébelleux de deux protéines appartenant aux moteurs moléculaires responsables des transports axoplasmiques antérograde et rétrograde :la chaîne légère de la kinésine (KLC1) et la chaîne intermédiaire de la dynéine (DIC). <p>Nous avons observé une diminution du niveau d’expression de la KLC1 et de la DIC dans le cortex frontal (une zone atteinte dans la MA) mais pas dans le cortex cérébelleux chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer par rapport à des sujets contrôles. Une diminution du niveau d’expression de la tubuline-β3 et de la synaptophysine -deux marqueurs neuronaux- a aussi été observée dans le cortex frontal mais pas dans le cortex cérébelleux. Nous avons aussi démontré une hausse de l’état de phosphorylation de la KLC1 dans un modèle cellulaire surexprimant la GSK-3β. Dans le cortex frontal dans la MA, nous avons observé une augmentation de la forme active de la GSK-3β, et une hausse de la phosphorylation de la KLC1. Cette phosphorylation accrue de la KLC1 diminue son activité de transport des organelles.<p>Ces anomalies de l’expression et de la phosphorylation des moteurs moléculaires pourraient jouer un rôle dans les perturbations des transports axoplasmiques dans la MA.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’étude des inositols hautement phosphorylés est un domaine en pleine expansion. Leurs essors ne datent que d’une dizaine d’années, mais de nombreuses fonctions y sont déjà associées bien qu’ils en restent sans doute encore à découvrir. Les inositols phosphates (incluant les inositols hautement phosphorylés) s’inscrivent dans un cycle dont le représentant le plus connu est inositol 1,4,5-trisphosphate (Ins(1,4,5)P3). De ce fait, chaque inositol phosphate influence directement ou indirectement les autres membres de ce cycle.<p>Au cours de la thèse, nous avons pu éclaircir une controverse de la littérature sur la voie de synthèse des inositols hautement phosphorylés. Grâce à un modèle de cellules MEF (mouse embryonic fibroblast) n’exprimant aucune des trois isoformes de l’inositol 1,4,5-trisphosphate 3-kinase (ITPK) et à l’aide des cellules souches déficientes pour l’inositol polyphosphate multikinase (IPMK), nous avons pu révéler le rôle majeur de cette dernière dans la génération de l’InsP5 et l’InsP6.<p>Dans un second temps, nous avons comparé la neurogenèse de ces cellules souches IPMK+/+ et IPMK-/- mises dans un milieu de différenciation par défaut (DDM). Les cellules dépourvues de l’IPMK entrent en apoptose et se différencient très difficilement en progéniteurs neuronaux et en neurones. Afin de comprendre le mécanisme sous-jacent pouvant expliquer ce phénomène, nous avons réalisé des PCRs quantitatives qui ont montré une sous expression des gènes du neuroectoderme ainsi qu’une augmentation de l’expression de gènes du mésoderme dans les cellules IPMK-/- par rapport aux cellules IPMK+/+. De plus, nous avons découvert que le phénomène d’apoptose observé au cours de la différenciation en DDM était spécifique à ce milieu. En effet, nous n’avons pas pu mettre en évidence un tel phénomène au cours de la différenciation en corps embryoïdes.<p>Durant la thèse, nous avons également développé des anticorps dirigés contre l’isoforme B de l’inositol 1,4,5-trisphosphate 3-kinase et contre la forme native de l’IPMK. Ceci nous a permis de mener à bien nos expériences et d’ouvrir de futures perspectives de recherche.<p>En conclusion, nous avons démontré le rôle majeur de l’IPMK dans la voie de synthèse des inositols hautement phosphorylés. Nous avons également découvert que l’IPMK est très importante pour la survie de ces cellules souches en cours de différenciation et nous avons également introduit une nouvelle fonction pour l’IPMK dans la neurogenèse.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les récepteurs aux hormones glycoprotéiques (rGpHs) rTSH, rFSH et rLH/CG appartiennent<p>à la classe A des GPCRs. Les récepteurs da la classe A des GPCRs sont caractérisés par la<p>similitude de séquence de leur domaine transmembranaire avec la rhodopsine. Outre ce<p>domaine dit « serpentin », qu’ils partagent avec tous les GPCRs, les rGpHs offrent la<p>particularité de présenter un grand domaine extracellulaire (ECD) responsable de la liaison et<p>de l’affinité de leurs ligands respectifs.<p>Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) sont les cibles de 50% des médicaments<p>actuellement sur le marché pharmaceutique. La compréhension de leur mode de<p>fonctionnement est donc essentielle au développement de nouvelles molécules capables de<p>cibler spécifiquement ces récepteurs. Ces dernières années, il est apparu clairement que les<p>GPCRs étaient présent à la surface cellulaire sous forme d’oligomères. Le but de ce travail<p>était d’explorer de manière approfondie, le mécanisme d’activation et de dimérisation du<p>rTSH en identifiant les résidus du domaine transmembranaire des récepteurs aux hormones<p>glycoprotéiques impliqués dans le processus d’activation et de dimérisation.<p>Au cours de ce travail de thèse, nous avons dans premier temps généré une banque de mutants<p>aléatoires du rTSH. Ces mutants ont ensuite été criblés par une approche HTRF pour mettre<p>en évidence des mutants dont l’activité constitutive est augmentée ou ayant perdu la capacité<p>de dimériser.<p>Nous avons ainsi déterminé de nouveaux résidus importants pour le mécanisme d’activation<p>du rTSH. Les résultats que nous avons obtenus permettent d’apporter des éléments de réponse<p>et une base de travail sur le mécanisme d’activation. Cependant une description détaillée de<p>l’activation reste toutefois indéterminée. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Abnormal thyroid cell proliferation causes human diseases, such as goiter, thyroid adenoma or carcinoma and primary hypothyroidism resulting from hypoplasia. Thyrotropin (TSH), mainly acting through cAMP and cAMP-dependent protein kinases (PKA), is considered the main regulator of thyrocyte proliferation and differentiation. The general aim of this thesis was to get new mechanistic insights in the regulatory action of the cAMP pathway on various functions of thyrocytes, including proliferation.<p><p>During the first part of this thesis work, we have collaborated to a study of the effects of the TSH/cAMP pathway on small G proteins of the Rho family and their impact on the actin cytoskeleton and thyroid cell function. This study, performed in canine thyrocytes, showed for the first time, that the TSH/cAMP/PKA pathway inactivates the three small G proteins RhoA, Rac1 and Cdc42 and the RhoA/ROCK/LIMK/cofilin pathway. Inactivation of the latter appeared both necessary and sufficient to mediate the action of TSH and PKA on the reorganization of actin microfilaments and its morphological impact. Moreover, this inactivation by PKA of Rho-mediated actin polymerization also played an important role in the cAMP-dependent expression of thyroid differentiation genes. On the other hand, a residual RhoA activity appeared to be required for mitogenesis. This dependence of DNA synthesis on RhoA activity was not mediated by ROCK-dependent events nor by the integrity of the actin cytoskeleton. Indeed, DNA synthesis induction was unexpectedly resistant to actin depolymerisation in canine thyrocytes, which explains how it could be compatible with the cAMP-dependent microfilament disruption. <p><p>This first study did not provide new insights on how the cAMP/PKA-dependent mitogenic stimulus can trigger cell cycle progression, which, in thyrocytes, depends on the phosphorylation of pRb by the cyclin D3-CDK4 complex. In the various in vitro thyroid models, the only convergent early signaling event found in response to TSH/cAMP, insulin and growth factors was the phosphorylation and activation of p70 S6K1 which largely depends on mTOR (mammalian Target Of Rapamycin). The main part of the work in this thesis has been devoted to investigation of the action of TSH/cAMP on the mTOR pathway. mTOR is a therapeutic target for a wide variety proliferative disorders and rapamycin derivates are now considered in anti-cancer treatments.<p><p>We have shown for the first time in PC Cl3 rat thyroid cells that TSH, through cAMP, activates mTORC1, leading to phosphorylation of S6K1 and 4E-BP1. mTORC1-dependent S6K1 phosphorylation in response to both insulin and cAMP required amino acids, whereas inhibition of AMPK and GSK3 enhanced insulin but not cAMP effects. Unlike insulin, TSH/cAMP did not activate PKB, nor induce TSC2 phosphorylation at Thr1462 and Tyr1571. However, like insulin, TSH/cAMP produced a stable increase in mTORC1 kinase activity associated with augmented 4E-BP1 binding to raptor. This could be caused in part by Thr246-phosphorylation of PRAS40, which was found as an in vitro substrate of PKA, but other regulatory events likely remain to be uncovered. Both in PC Cl3 cells and primary dog thyrocytes, rapamycin inhibited DNA synthesis and pRb phosphorylation induced by TSH and insulin. Rapamycin reduced cyclin D3 accumulation but not the abundance of cyclin D3-CDK4 complexes. However, rapamycin inhibited the activity of these complexes and the activating Thr172-phosphorylation of CDK4 stimulated by both TSH and insulin. We propose that mTORC1 activation by TSH, at least in part through PKA-dependent phosphorylation of PRAS40, crucially contributes to mediate cAMP-dependent mitogenesis by regulating CDK4 Thr172-phosphorylation. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de thèse investigue la cinématique des doigts longs par deux approches différentes et complémentaires ainsi que la faisabilité de la fusion entre celles-ci. La première approche comporte le développement complet d’un protocole d’évaluation fonctionnelle tridimensionnelle des doigts. Des mouvements continus sont étudiés de manière in vivo et la cinématique des cinq doigts est visualisée simultanément. La seconde approche consiste en l’application d’une méthodologie in vitro de modélisation des doigts afin de créer un modèle anatomiquement fidèle permettant d’apprécier la cinématique tridimensionnelle ainsi que différents paramètres biomécaniques des muscles mobilisant les doigts longs. Les deux approches sont finalement comparées et la faisabilité de leur couplage étudiée en vue d’une fusion des données issues de ces deux méthodologies. Les méthodes développées dans ce travail sont également considérées dans le cadre d’une utilisation clinique. La première partie de ce travail présente la méthodologie complète d’un protocole novateur d’évaluation de la cinématique des doigts in vivo. Plusieurs mouvements analytiques et fonctionnels des doigts ont été analysés sur un échantillon de vingt sujets sains. Les mouvements analytiques ont tout d’abord permis d’étudier le comportement physiologique des doigts mais également de constater des spécificités fonctionnelles de chacun. Les mouvements fonctionnels ont ensuite permis d’analyser la biomécanique des doigts lors de mouvements plus complexes. Les synergies intra- et inter-doigts ont été étudiées et les spécificités des muscles mobilisant les doigts sont discutées. Enfin, une base de données de sujets sains a été créée pour permettre de futures études incluant des sujets souffrant de pathologies de l’appareil neuro-musculo-squelettique de la main. Les limites mises en évidence ainsi que le rôle des muscles décrit dans cette première partie justifient l’emploi de la modélisation dans la suite de ce travail.La deuxième partie de ce travail apporte une contribution à la modélisation musculo-squelettique des doigts longs. Une nouvelle méthodologie de création de référentiels pour les segments des doigts longs est présentée et confrontée à une méthodologie faisant standard (recommandations de l’International Society of Biomechanics). Par ailleurs, le modèle développé sur base de données tomodensitométriques a permis d’étudier plusieurs paramètres de la cinématique par positions discrètes des doigts longs. Le modèle est apparu satisfaisant concernant la cinématique articulaire. Une méthodologie originale de modélisation des muscles extrinsèques des doigts est également présentée. Les résultats de l’étude des excursions tendineuses et des bras de levier musculaires ont permis de conclure que le modèle est pertinent pour l’étude de la cinématique articulaire des doigts longs et des paramètres musculaires présentés dans certaines limites. Le modèle musculo-squelettique décrit constitue une base pour de multiples améliorations futures dont certaines sont abordées dans ce travail. Afin de rendre le modèle le plus proche de la réalité, les données des deux premières parties du travail sont envisagées dans le cadre d’une fusion de données. La dernière partie de ce travail s’intéresse à la faisabilité de la fusion entre la méthodologie d’évaluation fonctionnelle de la cinématique des doigts in vivo et la modélisation musculo-squelettique des doigts longs. De nombreux paramètres cinématiques ont été comparés et les limitations identifiées ont été investiguées, dont notamment les artéfacts liés aux déplacements des tissus mous sur les segments osseux. Par ailleurs, les perspectives d’utilisation de ces deux méthodologies dans un environnement clinique sont également abordées. Dans sa globalité, ce travail apporte une contribution à la connaissance de la cinématique des doigts longs par deux approches différentes ainsi que par l’étude de la faisabilité de la fusion entre celles-ci. Les méthodologies présentées offrent de multiples possibilités. Les limitations inhérentes aux méthodologies employées dans ce travail sont étudiées et discutées. De multiples pistes de réflexion et d’études futures sont également présentées sur base des travaux décrits. La fusion des données abordée pourra dans les travaux futurs permettre de développer des outils pour l’analyse fonctionnelle des doigts dans des applications en recherche fondamentale ou en routine clinique. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Shigella est l'agent causal de la shigellose, une maladie à transmission oro-fécale, et responsable d'une grande partie des cas diarrhéiques dans les pays en voie de développement. L'infection par Shigella résulte en la colonisation et l'inflammation de la muqueuse colique. Sa virulence est liée à son Système de Sécrétion de Type 3 (SST3) qui agit comme une "seringue" moléculaire pour l'injection des protéines directement dans le cytoplasme de la cellule hôte, via un pore de translocation, provoquant la subversion de sa physiologie et l'internalisation de la bactérie. Le SST3 est composé d'un bulbe cytoplasmique, d'un corps basal et d'une aiguille extracellulaire assemblée suite à la polymérisation hélicoïdale des sous-unités MxiH, formant ainsi un canal qui permet le transit des substrats du SST3. L'extrémité de l'aiguille comprend les translocateurs IpaBCD qui constituent le complexe d’extrémité. IpaD module l'insertion membranaire des protéines hydrophobes IpaB et IpaC, qui forment le pore de translocation, et prévient, avec IpaB, la sécrétion prématurée des effecteurs avant le contact cellulaire. La sécrétion est également contrôlée à la base du SST3 par la protéine cytoplasmique MxiC qui perçoit le contact cellulaire par un signal transmis à travers l'aiguille. Ces deux dispositifs de contrôle participent à l'établissement d'une hiérarchie de sécrétion entre translocateurs, effecteurs précoces et tardifs. <p>Lors de cette étude, nous avons essayé de mieux comprendre le fonctionnement du SST3 en ciblant la protéine IpaD. Des variants obtenus par délétions de 10 acides aminés (Schiavolin, 2013) et par mutations ponctuelles (Meghraoui, 2014) d’IpaD ont été générés pour caractériser leurs effets sur l'exposition à la surface des translocateurs, le contrôle de sécrétion, la formation du pore de translocation, et enfin l'invasion cellulaire. Nos résultats ont permis d’identifier trois phénotypes correspondant à i) une sécrétion contrôlée, similaire à la souche sauvage, ii) une sécrétion constitutive de tous les substrats, et iii) un phénotype de sécrétion intermédiaire. Les variants par délétions nous ont permis de comprendre l'importance de la localisation d'IpaD et IpaB à la surface pour le fonctionnement du SST3. Les variants par mutations ont révélé l'indépendance entre le contrôle de sécrétion et l’invasion cellulaire, ainsi qu’une corrélation entre la sécrétion prématurée des translocateurs/effecteurs précoces et l'augmentation de la virulence in vitro. Nous avons aussi étudié les partenaires d'interaction d'IpaD (Meghraoui, in prep) et MxiC (Cherradi, 2013) respectivement à l'extrémité de l'aiguille et à la base du SST3. L'interaction d'IpaD avec elle-même et avec MxiH a pu être montrée uniquement après délétion du domaine auto-chaperon d’IpaD. Ce domaine semble essentiel au maintien d'IpaB à l'extrémité de l'aiguille, au contrôle de sécrétion, à l'insertion du translocon, mais pas à l'invasion cellulaire. D'autre part, nous avons démontré que l'interaction entre MxiC et le composant de la tige interne MxiI participe au contrôle interne de la sécrétion. En conclusion, nos travaux contribuent à une meilleure compréhension du lien entre différents composants et fonctions du SST3 et de l'implication d'IpaD dans la régulation allostérique de la sécrétion. Ces résultats dépassent le cadre de Shigella puisque les composants étudiés dans le cadre de cette thèse sont conservés chez d’autres bactéries utilisant le SST3 comme dispositif principal de virulence./<p><p>Shigella is the causative agent of shigellosis, an oro-fecally transmitted disease, among major causes of diarrhoea in developing countries. Infection by Shigella results in the colonisation and inflammation of colonic mucosa. The virulence of this bacterium is related to a Type 3 Secretion System (T3SS) that acts as a molecular syringe to inject proteins directly into host cell cytoplasm, through a translocation pore, leading to subversion of cell physiology and bacterial internalisation. The T3S apparatus (T3SA) is composed of a cytoplasmic bulb, a basal body and an extracellular needle. The needle is assembled through the helical polymerisation of MxiH subunits that form a channel allowing the passage of T3S substrates and topped by the translocators IpaBCD (needle tip complex). IpaD is a hydrophilic protein that modulates the membrane insertion of the hydrophobic IpaB and IpaC (translocation pore) and prevents, along with IpaB, the leakage of proteins before cell contact. Secretion is also controlled at the base of the T3SA by cytoplasmic MxiC that senses cell contact through the transmission of a signal along the needle. These two control devices are involved in the establishment of a secretion hierarchy between translocators, early and late effectors.<p>In this study, we aimed to better understand the function of the T3SS by targeting the tip protein IpaD. Ten amino-acid deletion (Schiavolin, 2013) and point mutation (Meghraoui, 2014) variants of IpaD were generated to characterise their effects on translocators exposure, secretion control, pore formation and cell invasion. Three secretion phenotypes were identified and correspond to wild-type like secretion control, constitutive secretion and an intermediate secretion phenotype. Deletion variants allowed us to understand the requirement of IpaB and IpaD surface exposure for the T3SS functions. Mutation variants highlighted the uncoupling between secretion control and cell entry and the correlation between the premature secretion of translocators/early effectors and the enhanced in vitro virulence. We also studied interaction partners of IpaD (Meghraoui, in prep) and MxiC (Cherradi, 2013) at the needle tip and T3SA base, respectively. The bindings of IpaD to itself and to the needle subunit MxiH were only possible after deletion of the self-chaperoning domain. This domain was essential for the correct maintenance of IpaB at the needle tip, the secretion control, the insertion of the translocon, but not for cell entry. Besides, we showed that the interaction of MxiC with inner rod component MxiI participates in the internal control of secretion. In conclusion, these observations facilitated our understanding of the links between the different components and functions of the T3SS and the involvement of IpaD in the allosteric regulation of secretion. Our work is relevant beyond the Shigella field as genes studied here are conserved among several pathogenic bacteria using T3SS as a virulence weapon. <p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les bactéries du genre Shigella sont responsables de la dysenterie bacillaire, ou shigellose, chez l'être humain, causant plus de 125 millions d'épisodes et 14 000 morts par an. Cette infection est caractérisée par l'inflammation et la destruction de la muqueuse intestinale. La bactérie utilise un système de sécrétion de type III (SST3) pour manipuler la physiologie des cellules épithéliales intestinales et du système immunitaire favorisant l'invasion de la muqueuse et enrayant la mise en place d'une réponse adaptative efficace. Le SST3 peut être comparé à une seringue moléculaire traversant la paroi bactérienne sous la forme d'anneaux membranaires, contenant une tige interne (MxiI), et d’une aiguille extracellulaire (MxiH). L'assemblage de cette dernière se termine par la mise en place d'un complexe d'extrémité formé par plusieurs copies des protéines IpaD et IpaB. Le SST3 prend en charge différentes classes de substrats à sa base via un complexe protéique comprenant l'ATPase Spa47. Les translocateurs (IpaB et IpaC) sont les premiers substrats à être sécrétés. Ceux-ci sont stockés dans le cytoplasme en complexe avec leur chaperon IpgC et sont recrutés à l'extrémité de l'aiguille lors du contact avec la membrane de la cellule hôte pour y former un pore à l'aide de la protéine IpaD. Ce pore permet l'injection des autres substrats du SST3 (effecteurs) qui vont interférer avec les voies de signalisation cellulaire. Il existe deux classes d'effecteurs, les effecteurs précoces (dont OspD1) stockés au préalable dans le cytoplasme et sécrétés suite au contact cellulaire. Ce contact active l’expression des effecteurs tardifs via un couplage assuré par deux complexes, OspD1-MxiE et translocateurs-IpgC. La sécrétion d’OspD1 et des translocateurs libère leurs partenaires qui agissent comme activateurs transcriptionnels. La régulation de la sécrétion dépend de plusieurs acteurs situés dans les différentes parties du SST3. Le complexe d'extrémité et la protéine MxiC contrôlent la sécrétion aux niveaux extra- et intracellulaires alors que l'aiguille transmettrait le signal de sécrétion entre ces deux complexes. Ce paradigme reste cependant encore peu compris et le mode de fonctionnement du complexe d’extrémité et de la protéine MxiC reste à éclaircir.<p>Nos travaux menés sur la protéine IpaD nous ont permis de mettre en évidence un phénotype de sécrétion intermédiaire. Celui-ci est caractérisé par la sécrétion des translocateurs et des effecteurs précoces, sans toutefois observer de sécrétion d’OspD1 et des effecteurs tardifs, suggérant un mécanisme de discrimination entre OspD1 et les effecteurs précoces. Ce phénotype de sécrétion est similaire à celui induit par l’interaction IpaD-désoxycholate. En effet, les variants d’ipaD restant fonctionnels pour la mise en place du pore provoquent également une augmentation de l’insertion des translocateurs et du pouvoir invasif. Nous avons également identifié la région d’IpaD nécessaire au maintien d’IpaB au niveau du complexe d’extrémité ainsi qu’un rôle de son domaine central dans l’insertion du pore. Nous avons enfin étudié l’effet d’anticorps monoclonaux anti-IpaD. Ces résultats nous ont permis de proposer un modèle de fonctionnement du complexe d’extrémité lors de l’insertion du pore, d’identifier les épitopes conférant une protection in vitro et in vivo ainsi que l’existence d’un polymorphisme qui empêche la liaison de ces anticorps à IpaD provenant d’autres sérotypes.<p>Notre étude sur MxiC a mis en évidence de nouveaux partenaires d’interaction (MxiI et IpgC). Ces résultats montrent que l’interaction MxiC-MxiI est nécessaire pour la régulation de la sécrétion des effecteurs précoces par MxiC. De même, la mutation mxiIQ67A provoque un phénotype similaire à la mutation mxiHK69A, ce qui suggère que le mécanisme de régulation impliquant l’aiguille est similaire pour la tige interne. Enfin, l’interaction renforcée MxiC-Spa47, via IpgC probablement couplée à un translocateur, apporte des pistes quant au rôle de MxiC dans la sécrétion des translocateurs.<p>Les rôles identifiés pour les différents régulateurs de la sécrétion ouvrent de nouvelles pistes pour la compréhension du fonctionnement du SST3. Leurs modes de fonctionnement restent cependant encore flous et nécessitent des études complémentaires.<p><p><p>Shigella are responsible for bacillary dysentery, or shigellosis, in human beings causing over 125 million episodes and 14 000 deaths per year. This infection is characterized by inflammation and destruction of the intestinal mucosa. The bacteria use a type III secretion system (T3SS) to manipulate the physiology of intestinal epithelial cells and the immune system favoring the invasion of the mucosa and halting the development of an efficient adaptive response. The T3SS can be compared to a molecular syringe that extends from the bacterial cell wall which contains an internal rod (MxiI), and an extracellular needle (MxiH). The assembly of the latter ends with assembly of a tip complex formed by multiple copies of IpaB and IpaD proteins. The T3SS recruits different classes of substrates at its base via a complex comprising the Spa47 ATPase. The translocators (IpaB and IpaC) are the first substrates to be secreted. They are stored in the cytoplasm in complex with their chaperone (IpgC) and are recruited at the needle tip upon contact with host cell membrane to form a pore via IpaD. This pore allows the injection of other substrates of the T3SS (effectors), which will interfere with the cellular signaling pathways. There are two classes of effectors, early effector (including OspD1) stored in the cytoplasm and secreted upon cell contact. This contact activates the expression of late effectors genes through a complex formed by MxiE (blocked by OspD1) and IpgC. Both proteins are released through OspD1 and translocators secretion. Secretion regulation depends on several actors located at different parts of the T3SS. The tip complex and the gatekeeper MxiC regulate secretion at the T3SS tip and base, the needle subunits transmitting a secretion signal between these two complexes. This paradigm, however, is still poorly understood and the operating mode of the tip complex and MxiC remains unclear.<p><p>Our work on IpaD protein allowed us to identify an intermediate secretion phenotype which is characterized by the secretion of translocators and early effector, but no secretion of OspD1 and late effectors, suggesting a discriminating mechanism between early effectors and OspD1. This secretion phenotype is similar to that induced by deoxycholate-IpaD interaction. Indeed, IpaD point mutants responsible for this phenotype cause an increase in the pore insertion and cell invasion. We also identified the region of IpaD necessary to maintain IpaB at the needle tip as well as a role of IpaD central domain in the pore insertion. We finally studied the effect of anti-IpaD monoclonal antibodies. These results allowed us to propose a working model of the tip complex end upon pore insertion, identify epitopes conferring protection in vitro and in vivo as well as the existence of a polymorphism that prevents the binding of these antibodies to IpaD from other serotypes.<p><p>Our MxiC study showed new interaction partners (MxiI and IpgC). These results showed that the MxiC-MxiI interaction is necessary for the regulation of early effectors secretion of by MxiC. Moreover, a mxiIQ67A mutation causes a phenotype similar to the mutation mxiHK69A, suggesting that the regulatory mechanism involving the needle is shared by the inner rod. Finally, the enhanced interaction MxiC-Spa47 through IpgC, probably in complex with a translocator, provides clues for the role of MxiC in translocators secretion.<p><p>The roles identified for the various regulators of secretion open up new avenues for understanding how the T3SS functions. Their ways of working are however still unclear and require further study.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished