Ce travail de thèse consiste en l’étude de deux membres de la famille des NADPH oxydases :Duox1 et Duox2, et leurs partenaires DuoxA1 et DuoxA2. Exprimées dans la thyroïde, ces deux enzymes sont essentielles à la synthèse des hormones thyroïdiennes, puisqu’elles produisent du peroxyde d’hydrogène (H2O2), indispensable à l’organification de l’iodure par la thyroperoxydase. Duox1 et Duox2 sont également exprimées dans de nombreux autres tissus, comme les voies respiratoires et le tractus digestif, au sein desquels elles jouent un rôle primordial dans la défense de l’organisme contre les pathogènes. Afin d’être exprimées à la surface des cellules où elles sont actives, les protéines Duox nécessitent la présence de facteurs de maturation, appelés DuoxA1 et DuoxA2. Initialement identifiées comme des protéines résidentes du réticulum endoplasmique lors de leur découverte en 2006, les protéines DuoxA ont été détectées à la surface des cellules et pourraient dès lors former un complexe membranaire avec les protéines Duox. Les mécanismes d’activation des Duox par leurs facteurs de maturation DuoxA ne sont pas encore complètement connus à ce jour et la preuve formelle d’une interaction entre les deux partenaires à la surface des cellules était encore manquante lorsque ce travail de thèse a débuté. Nous avons généré des clones de cellules HEK293 Tet-On3G exprimant de manière constitutive les protéines Duox1 ou Duox2, ainsi que les protéines DuoxA1 ou DuoxA2 sous le contrôle d’un promoteur inductible à la doxycycline, et ce pour les 4 combinaisons suivantes :D1DA1, D2DA2, D1DA2 et D2DA1. Ces cellules ont permis d’étudier l’expression, la stabilité et l’activité des enzymes Duox en fonction de l’expression modulée de DuoxA. De plus, la présence d’étiquettes HA et V5 au niveau de l’extrémité NH2-terminale des protéines Duox et DuoxA, respectivement, a permis de comparer de manière fiable l’expression des protéines dans les différents types de clones et de mettre en évidence une interaction entre les deux partenaires. Nous avons confirmé l’efficacité de ce système cellulaire pour reconstituer l’expression des protéines DuoxA1 et DuoxA2, ainsi que la maturation et l’activité concomitantes des protéines Duox1 et Duox2. Lorsqu’elles sont exprimées seules, ni les protéines Duox ni les protéines DuoxA ne sont exprimées à la surface des cellules. Dans les cellules exprimant les partenaires non pairés (Duox1/DuoxA2 et Duox2/DuoxA1), l’expression des protéines à la surface des cellules est plus faible, tout comme la production d’H2O2 ionomycine-dépendante qui y est associée. En normalisant cette production d’H2O2 à l’expression des protéines Duox et DuoxA à la surface des cellules, nous avons montré que l'association Duox2/DuoxA2 était plus active que le partenariat Duox1/DuoxA1, ce qui justifie que Duox2/DuoxA2 constitue le système générateur majeur de peroxyde d’hydrogène dans la thyroïde. Par ailleurs, nous avons montré que l’H2O2 produit par les cellules exprimant le couple Duox2/DuoxA2 induisait des cassures double brins à l’ADN, après stimulation de l’activité de Duox2 par l’ionomycine et le PMA. Enfin, nous avons montré que les protéines Duox et DuoxA stabilisent leur partenaire respectif. Lorsqu’elles sont associées à leur partenaire pairé (D1DA1 et D2DA2), les protéines Duox et DuoxA sont plus stables et leur temps de demi-vie est augmenté, par rapport aux couples non pairés (D1DA2 et D2DA1). Nous avons montré une interaction spécifique entre les protéines Duox et DuoxA à la surface des 4 types de clones HEK293 Tet-On3G, à l’aide de la technique de Duolink®. Les complexes formés par les couples pairés se sont avérés encore une fois plus stables au cours du temps que les complexes non pairés. Finalement, nous avons démontré l’importance de la glycosylation des facteurs de maturation dans leur expression à la surface, ainsi que dans la maturation et l’activité des enzymes Duox. Ce travail de thèse a permis de démontrer que le système générateur d’H2O2 tel qu’il est retrouvé au pôle apical des thyrocytes est un complexe enzymatique membranaire constitué de la NADPH oxydase DUOX1/2 qui interagit avec les DUOXA1/2 respectivement. Le complexe DUOX2/DUOXA2 est le plus actif et des mutations dans l’un des partenaires sont fréquemment responsables d’hypothyroïdies congénitales. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les espèces réactives de l’oxygène ont initialement été identifiées comme des produits délétères dérivés du métabolisme aérobie. Il est maintenant accepté que ces espèces sont produites de manière régulée par des enzymes et interviennent dans des fonctions cellulaires telles que la défense immunitaire, la signalisation intracellulaire, la biosynthèse des hormones et la modification de matrice extracellulaire. Les NADPH (Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate) oxydases (NOX) forment une famille d’enzymes transmembranaires capables de former de l’anion superoxyde (O2.-) par transfert d’électrons du NADPH à l’oxygène moléculaire (O2). DUOX1 et DUOX2 sont deux des sept membres composant cette famille qui génèrent directement de l’H2O2 comme produit de réduction de l’O2.<p>Initialement clonés à partir de la thyroïde dans notre laboratoire, les ADNc codant pour les protéines DUOX ont été identifiées dans d’autres tissus, comme par exemple la prostate ou l’épithélium respiratoire où DUOX1 est majoritaire. DUOX2 se retrouve également dans les glandes salivaires, dans la muqueuse rectale et tout le long du tractus digestif. D’autre part, un orthologue de DUOX, appelé Udx1, a été identifié en 2004 au niveau de la membrane ovocytaire chez l’oursin. Dans chacun de ces tissus, l’H2O2 produit par les protéines joue un rôle clef. <p>Le mécanisme d’activation de DUOX dans tous ces tissus n’a été identifié que récemment. En effet, pour être exprimé sous forme active à la surface cellulaire, les protéines DUOX nécessitent un facteur de maturation spécifique. Ces facteurs, appelés DUOXA1 et 2 pour « DUOX activator », suivent l’expression tissulaire de leur DUOX respectif. Nous avons montré que la région COOH-terminale de DUOXA1 est responsable de l’activité génératrice d’H2O2 de DUOX1. DUOX2 peut produire de l’H2O2 ou de l’O2.-. L’extrémité NH2-terminale de DUOXA2 est critique dans cette activité et détermine le type de dérivé oxygéné produit. Dans notre système, DUOXA2 n’est pas détecté à la surface cellulaire, sauf en cas de modification de son extrémité amino-terminale par l’addition d’un épitope. DUOXA1 peut être exprimé à la membrane plasmique mais sa présence n’est pas nécessaire au sein du complexe formé avec DUOX pour que ce dernier soit actif. Les facteurs de maturation jouent donc un rôle de protéine chaperonne, induisant la maturation et la translocation d’une protéine DUOX active à la surface cellulaire. <p>Dans la thyroïde, l’H2O2 produit par les protéines DUOX constitue le cofacteur de la thyroperoxydase catalysant l’oxydation de l’iode et le couplage de sa forme oxydée sur des résidus tyrosines de la thyroglobuline menant in fine à la synthèse des hormones thyroïdiennes T3 et T4 et leur relarguage dans la circulation sanguine. Plusieurs mutations dans le gène DUOX2 ont déjà été décrites chez des patients atteints de dyshormonogenèse transitoire ou permanente. Nous avons mis en évidence qu’une inactivation totale de la protéine DUOX2 était compatible avec un état hypothyroïdien peu sévère et transitoire, indiquant l’intervention probable de DUOX1 dans la synthèse des hormones thyroïdiennes. Le défaut génétique identifié est composé d’une délétion génomique partielle d’un allèle associée à une mutation faux-sens (G1518S) sur l’autre allèle du patient hypothyroïdien. Cette mutation, située dans le site catalytique de l’enzyme, mène à une abolition de l’activité de l’enzyme qui est néanmoins exprimée partiellement à la surface cellulaire. <p>Les messagers des DUOX ont été identifiés récemment dans les tractus digestif et respiratoire. Le rôle joué par l’H2O2 dans ces tissus semble avant tout être un rôle de défense contre les micro-organismes en mettant en jeu la lactoperoxydase oxydant le thiocyanate en composé bactéricide actif. Nous avons montré que l’H2O2 produit par DUOX exerce un effet répulsif sur les bactéries. En effet, l’invasion de cellules CHO exprimant de manière stable DUOX2 et DUOXA2 par Salmonella Typhimurium est diminuée lorsque la production d’H2O2 de ces cellules est stimulée. Cet effet répulsif constituerait un rôle primordial pour DUOX au niveau des muqueuses respiratoire et digestive.<p>Lors de la fertilisation, une explosion respiratoire a lieu et de l’H2O2 est produit. Cet H2O2 fourni à l’ovoperoxydase permettrait la formation d’une enveloppe rigide autour de l’ovocyte, bloquant ainsi l’entrée de spermatozoïdes surnuméraires. Ce phénomène a été largement étudié dans l’ovocyte d’oursin, dans lequel la NADPH oxydase responsable de la production d’H2O2 a été caractérisée: il s’agit de Udx1, l’orthologue de DUOX. Chez les mammifères, le phénomène existe mais le mécanisme est en grande partie inconnu. Nous avons montré que les ARNm des DUOX sont exprimés dans l’ovocyte humain ;ceci nous permet d’émettre l’hypothèse que l’inhibition de la polyspermie chez l’homme pourrait être similaire à celle de l’oursin. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished