Le Syndrome de Down, aneuploïdie la plus courante, a pour cause première la présence d'un chromosome 21 surnuméraire. L'établissement de cartes de corrélation génotypes/phénotypes chez les patients atteints du Syndrome de Down a permis de mettre en évidence la kinase DYRK1A, codée par le gène DYRK1A localisé dans la région DCR-1 du chromosome 21, comme candidat pouvant être impliqué dans l'apparition d'un retard mental. Comprendre le rôle et la régulation de DYRK1A est donc essentiel et pour cela, utiliser un test fiable de mesure d'activité de l'enzyme est indispensable. Nous avons développé une nouvelle méthode de dosage de l'activité kinase de DYRK1A utilisant la chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC). Cette méthode s'est révélée très sensible et peu coûteuse. En utilisant cette nouvelle méthode, nous avons confirmé les principales données obtenues in vitro sur l'activité de DYRK1A. Nous avons également caractérisé le comportement d'inhibiteurs connus de DYRK1A (harmine) et confirmé les résultats rapportés dans la littérature. En collaboration avec l'équipe du Dr. Dodd nous avons criblé des dérivés hétérocycliques azotés de faible poids moléculaire, inhibiteurs potentiels de DYRK1A. Enfin, le test d'activité a été utilisé ex vivo sur des extraits de cerveau de souris. Nos résultats indiquent que cette nouvelle méthode de dosage d'activité kinase est spécifique, reproductible et rapide. Elle peut potentiellement s'appliquer à d'autres kinases, phosphatases et plus largement à d'autres enzymes catalysant une réaction de modification de protéines. La GnRH joue un rôle essentiel en régulant la sécrétion et la synthèse de LH et de FSH via des récepteurs spécifiques (GnRHR) exprimés à la surface des cellules gonadotropes hypophysaires. L'expression tissulaire spécifique du Gnrhr est contrôlée par une combinatoire bien définie de facteurs de transcription comportant trois acteurs majeurs, SF1, LHX3 et ISL1. Au contraire du Gnrhr, nous montrons que les séquences régulatrices d'Isl1 en amont du site d'initiation de transcription (TSS) sont insuffisantes pour diriger l'expression hypophysaire spécifique, suggérant l'existence de mécanismes additionnels. De fait, les régions régulatrices (ou promoteurs) ainsi que les "corps" des gènes sont altérés par des modifications épigénétiques. Les résultats, obtenus par immunoprécipitation de la chromatine, montrent que dans les lignées cellulaires exprimant Isl1, notamment les cellules gonadotropes, Isl1 est complexé avec des histones H3 triméthylées sur la Lys4 (H3K4Me3) au niveau du TSS, une marque d'histones corrélée avec les gènes actifs. En revanche, dans les lignées cellulaires où Isl1 est silencieux, il est complexé avec des histones H3 triméthylées sur la Lys27, marque liée à la répression des gènes. On observe cette même corrélation au niveau du TSS du Gnrhr. De plus, notre étude suggère que la méthylation de l'ADN, en amont de l'îlot CpG est inversement corrélée à l'activité de ce gène. Ces données suggèrent que les modifications épigénétiques sont essentiellement responsables de l'expression hypophysaire spécifique d'Isl1contrairement à l'expression du Gnrhr qui semble principalement dépendante de la présence de facteurs de transcription tissulaires spécifiques majeurs. Mots clefs : ISL1, récepteur du GnRH, antéhypophyse, régulation épigénétiques, modifications des histones, méthylation de l'ADN, protéine LIM à homéodomaine, cellules gonadotropes.

Resumé<p><p>Le cancer reste une maladie grave car il représente une des causes principales de décès dans les pays développés. Plus d'un tiers de cancers solides réagi très faiblement à la chimiothérapie conventionnelle et/ou développe rapidement une résistance au traitement. Des thérapies ciblées, utilisées en association avec les traitements conventionnels, pourraient augmenter la survie des patients. C’est dans le cadre des thérapies ciblées que ce travail de thèse s’inscrit.<p><p>Nous nous sommes intéressés à synthétiser de nouvelles molécules qui pourraient être efficaces contre les cancers résistants à l'apoptose et donc aux traitements conventionnels. La principale cible de notre projet était la kinase DYRK1A, qui a été décrite comme étant impliquée dans la prolifération cellulaire et la résistance à l'apoptose. Dans ce but, une série de nouvelles molécules, principalement des dérivés de la tétrahydro-β-carboline, a été synthétisée et leurs propriétés antitumorales ont été caractérisées in vitro. En effet, ces structures ressemblent à celle de l’harmicine, un alcaloïde apparenté à l’harmine, l’inhibiteur de DYRK1A le plus sélectif et le plus puissant connu à ce jour. <p><p> Une méthodologie "one-pot" très efficace, développée au Laboratoire de Chimie Organique (ULB), a été utilisée pour obtenir les squelettes de type tétrahydro-β-carboline. Le deuxième chapitre de cette thèse détaille cette méthodologie et décrit la librairie de 47 dérivés qui ont été synthétisés. <p><p>Un second objectif de ce travail était de développer une version énantiosélective de cette méthodologie afin de la rendre encore plus intéressante. Cette partie, décrite dans le troisième chapitre, a été réalisée avec succès en collaboration avec l’Unité de Recherche en Chimie Organique et Macromoléculaire de l'Université du Havre (Le Havre, France). Les expériences que nous avons réalisées ont permis, non seulement d'obtenir le composé le plus actif avec un bon excès énantiomérique, mais également de mieux comprendre les aspects mécanistiques qui constituent la base de l'énantiosélectivité. <p><p>L'évaluation des propriétés anticancereuses des composés synthétisés est ensuite détaillée dans le quatrième chapitre. Les analyses toxicologiques et pharmacologiques ont montré que trois molécules présentent une bonne activité antitumorale in vitro avec une sélectivité prometteuse entre les cellules cancéreuses et les cellules normales. D’une manière inattendue, les tests biologiques plus poussés, que nous avons réalisés, ont suggéré que ces molécules n'agissent pas comme des inhibiteurs de kinases. Elles interfèrent en fait sur la prolifération cellulaire, en ciblant des facteurs de transcription spécifiques, par des mécanismes qui doivent encore être élucidés. Ces expériences biologiques ont été réalisées en collaboration avec le Laboratoire de Toxicologie et Cancérologie Expérimentale (ULB).<p><p>/<p><p>Summary<p><p>Cancer is a devastating disease which remains one of the major causes of death in developed countries. More than one third of adult solid cancers respond very poorly to chemotherapy and/or rapidly develop resistance to treatment. Targeted therapies, used in combination with conventional treatments could be used to increase the survival of cancer patients.<p><p>In this work we were interested in developing new molecules related to the targeted therapy concept that could be effective against cancer types that are resistant to apoptosis and thereby to conventional treatments. The leading target of our project was the DYRK1A kinase, which was described as being involved in cell proliferation and resistance to apoptosis. For this purpose, a series of new molecules, mainly tetrahydro β carboline derivatives, has been synthesized and their antitumoral properties were characterized in vitro. Indeed these structures resemble harmicine, an alkaloid similar to harmine, the most selective and potent DYRK1A inhibitor known to date.<p><p> An efficient “one-pot” methodology, developed in the Laboratoire de Chimie Organique (ULB) was used to obtain the tetrahydro β carboline scaffolds. Chapter II of this work describes the use of this methodology for the synthesis of a library of 47 derivatives.<p><p>A second goal of this work was to further improve this methodology by developing an enantioselective version. This part, described in chapter III, was carried out successfully in collaboration with the Research Unit in Macromolecular and Organic Chemistry of Université du Havre (Le Havre, France). The experiments we have performed enabled us not only to obtain the most active compound with a good enantiomeric excess, but also to gain insight of the mechanism responsible for the enantioselectivity.<p><p>The fourth chapter details the evaluation of the anti cancer properties of the synthesised compounds. The pharmacological and toxicological analyses showed that 3 molecules display actual anti-tumor activity in vitro with a promising selectivity between cancerous and normal cells. Surprisingly, further biological assays we have performed suggested that these molecules do not act as kinase inhibitors but influence cell proliferation through the targeting of specific transcription factors by mechanisms that remain to be deciphered. The biological experiments were performed in collaboration with the Cancerology and Experimental Toxicology Laboratory (ULB).<p><p><p><p><p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Down syndrome (DS) and Fetal Alcohol Syndrome (FAS) are two leading causes of birth defects with phenotypes ranging from cognitive impairment to craniofacial abnormalities. While DS originates from the trisomy of human chromosome 21 and FAS from prenatal alcohol consumption, many of the defining characteristics for these two disorders are stunningly similar. A survey of the literature revealed over 20 similar craniofacial and structural deficits in both human and mouse models of DS and FAS. We hypothesized that the similar phenotypes observed are caused by disruptions in common molecular or cellular pathways during development. To test our hypothesis, we examined morphometric, genetic, and cellular phenotypes during development of our DS and FAS mouse models at embryonic days 9.5-10.5. Our preliminary evidence indicates that during early development, dysregulation of Dyrk1a and Rcan1, cardinal genes affecting craniofacial and neurological precursors of DS, are also dysregulated in embryonic FAS models. Furthermore, Caspase 3 was also found to have similar expression in DS and FAS craniofacial neural crest derived tissues such as the first branchial arch (BA1) and regions of the brain. This may explain a developmental deficit by means of apoptosis. We have also investigated the expression of pAkt, a protein shown to be affected in FAS models, in cells located within the craniofacial precursor of Ts65Dn. Recent research shows that Ttc3, a gene that is triplicated and shown to be overexpressed in the BA1 and neural tube of Ts65Dn, targets pAkt in the nucleus affecting important transcription factors regulating cell cycle and cell survival. While Akt has been shown to play a role in neuronal development, we hypothesize that it also affects similar cellular properties in craniofacial precursors during development. By comparing common genotypes and phenotypes of DS and FAS we may provide common mechanisms to target for potential treatments of both disorders. One of the least understood phenotypes of DS is their deficient immune system. Many individuals with DS have varying serious illnesses ranging from coeliac disease to respiratory infections that are a direct result of this immunodeficiency. Proteasomes are an integral part of a competent and efficient immune system. It has been observed that mice lacking immunoproteasomes present deficiencies in providing MHC class I peptides, proteins essential in identifying infections. A gene, Psmg1 (Dscr2), triplicated in both humans and in Ts65Dn mice, is known to act as a proteasome assembly chaperone for the 20S proteasome. We hypothesized that a dysregulation in this gene promotes a proteasome assembly aberration, impacting the efficiency of the DS immune system. To test this hypothesis we performed western blot analysis on specific precursor and processed β-subunits of the 20S proteasome in thymic tissue of adult Ts65Dn. While the β-subunits tested displayed no significant differences between trisomic and euploid mice we have provided further insight to the origins of immunodeficiency in DS.

<p> Down syndrome (DS) is a complex genetic disorder caused by the triplication of human chromosome 21 (Hsa21). The presence of an extra copy of an entire chromosome greatly disrupts the copy number and expression of over 350 protein coding genes. This gene dosage imbalance has far-reaching effects on normal development and aging, leading to cognitive and skeletal defects that emerge earlier in life than the general population.</p> <p> The present study begins by characterizing skeletal development in young male Ts65Dn mice to test the hypothesis that skeletal defects in male Ts65Dn mice are developmental in nature.Femurs from young mice ranging from postnatal day 12- to 42-days of age (P12-42) were measured and analyzed by microcomputed tomography (μCT). Cortical defects were present generally throughout development, but trabecular defects emerged at P30 and persisted until P42. </p> <p> The gene <i>Dual-specificity tyrosine-regulated kinase 1a </i>(<i>Dyrk1a</i>) is triplicated in both DS and in Ts65Dn mice and has been implicated as a putative cause of both cognitive and skeletal defects. To test the hypothesis that trisomic <i>Dyrk1a</i> is related to the emergence of trabecular defects at P30, expression of <i>Dyrk1a</i> in the femurs of male Ts65Dn mice was quantified by qPCR. Expression was shown to fluctuate throughout development and overexpression generally aligned with the emergence of trabecular defects at P30.</p> <p> The growth rate in trabecular measures between male Ts65Dn and euploid littermates was similar between P30 and P42, suggesting a closer look into cellular mechanisms at P42. Assessment of proliferation of BMSCs, differentiation and activity of osteoblasts showed no significant differences between Ts65Dn and euploid cellular activity, suggesting that the cellular microenvironment has a greater influence on cellular activity than genetic background.</p> These data led to the hypothesis that reduction of <i>Dyrk1a</i> gene expression and pharmacological inhibition of DYRK1A could be executed during a critical period to prevent the emergence of trabecular defects at P30. To tests this hypothesis, doxycycline-induced cre-lox recombination to reduce <i>Dyrk1a</i> gene copy number or the DYRK1A inhibitor CX-4945 began at P21. The results of both genetic and pharmacological interventions suggest that trisomic <i>Dyrk1a</i> does not influence the emergence of trabecular defects up to P30. Instead, data suggest that the critical window for the rescue of trabecular defects lies between P30 and P42.