Parmi les récepteurs Frizzled, Frizzled 4 est le seul à avoir un phénotype vasculaire fort. Parcriblage, nous avons identifié l’ubiquitine ligase PDZRN3 en tant que nouveau partenaire de la protéineadaptatrice Dvl3 qui agit en aval de Fzd4. En utilisant des modèles murins inductibles, nous montronsque la délétion de PDZRN3 induit une létalité embryonnaire suite à des défauts de vascularisation dusac amniotique ; et que PDZRN3 est requis pour une vascularisation normale de la rétine. De par sonactivité d’ubiquitine ligase, PDZRN3 induit la prise en charge du complexe Fzd4/ Dvl3 par les vésiculesd’endocytose ce qui permet la transduction du signal après fixation du ligand Wnt5a sur le récepteurFzd4. PDZRN3 régule également le maintien des jonctions des cellules endothéliales et l’intégrité de labarrière hémato-encéphalique. La délétion de PDZRN3 stabilise les microvaisseaux après ischémiecérébrale. PDZRN3 induit la disruption des jonctions serrées et la rupture de la barrièrehématoencéphalique en ubiquitinant la protéine d’échafaudage MUPP1. / Fzd4 is the only Frizzled receptor that is essential for angiogenesis. By using a yeast twohybrid screening, we have identified the ubiquitin ligase PDZRN3 as a potential partner of the adaptorprotein Dvl3 that acts downstream of Fzd4. By using inducible mouse models, we have shown that lossof PDZRN3 leads to early embryo lethality due to vascular defects in the yolk sac when deleted inutero, and is then required during post natal retinal vascularization. PDZRN3 would target the Fzd4/Dvl3 complex to endosome, leading to signal transduction upon binding of Wnt5a to Fzd4. PDZRN3also regulates integrity of the blood brain barrier by acting on tight junctions stability. Loss of PDZRN3stabilizes microvessels after cerebral ischemia. PDZRN3 would induce tight junction disruption andblood brain barrier leakage by ubiquitinylating the scaffolding protein MUPP1.

Morphogens are secreted signalling molecules that are expressed in restricted groups of cells within the developing tissue. From there, they are secreted and travel throughout the target field and form concentration gradients. These concentration profiles endow receiving cells with positional information. A number of experiments in Drosophila demonstrated that the morphogen Decapentaplegic (Dpp) forms activity gradients by inducing the expression of several target genes above distinct concentration thresholds at different distances from the source. This way, Dpp contributes to developmental fates in the target field such as the Drosophila wing disc. Although the tissue distribution as well as the actual shape and size of the Dpp morphogen concentration gradient has been visualized, the cell biological mechanisms through which the morphogen forms and maintains a gradient are still a subject of debate. Two hypotheses as to the dominant mechanism of movement have been proposed that can account for Dpp spreading throughout the Drosophila wing imaginal target tissue: extracellular diffusion and planar transcytosis, i. e. endocytosis and resecretion of the ligand that is thereby transported through the cells. Here, I present data indicating that implications of a theoreticalanalysis of Dpp spreading, where Dpp transport through the target tissue is solely based on extracellular diffusion taking into account receptor binding and subsequent internalization, are inconsistent with experimental results. By performing Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) experiments, I demonstrate a key role of Dynamin-mediated endocytosis for Dpp gradient formation. In addition, I show that most of GFP-Dpp traffics through endocytic compartments at the receiving epithelial cells, probably recycled through apical recycling endosomes (ARE). Finally, a Dpp recycling assay based on subcellular photouncage of ligand is presented to address specifically the Dpp recycling event at the receiving cells.

Untersuchungen zur Rolle des oberen Gastrointestinaltraktes in der Verwertung von Milcholigosacchariden: Verdauung und Transport. In Bezug auf den Gehalt (5-8 g/l) und des komplexen Musters an auf Lactose basierenden Oligosacchariden ist die humane Milch einzigartig unter den Säugetieren. Bisher ist nur sehr wenig über die Funktion von Frauenmilcholigosacchariden (FMO) bekannt. In dieser Arbeit wurde die Verdaubarkeit von FMO durch Glycosidasen des oberen Gastrointestinaltraktes und eines magenähnlichen pH-Wertes sowie deren Transport untersucht. Während einer 2 h Inkubation von FMO mit humaner Speichelamylase sowie Pankreasamylase des Schweins wurden die Oligosaccharide nicht angegriffen. Auch konnten keine Auswirkungen eines pH von 2,5 auf die Struktur neutraler FMO nachgewiesen werden. Im Gegensatz hierzu führte dieser bei sauren, d.h. sialylierten Komponenten, zu einer minimalen Abspaltung von Sialinsäure. Da isolierte Disaccharidasen aus dem humanen Dünndarm nicht verfügbar waren, wurden Bürstensaummembran-Vesikel (BBMV) aus dem des Schweines verwendet. Während einer 24 h Inkubation von FMO mit BBMV wurden minimale Mengen an nicht fucosylierten und/oder sialylierten Oligosacchariden angegriffen. Hierbei wurden Glucose, Lacto-N-Triose und Lactose freigesetzt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden Transportstudien an Caco-2-Zellen durchgeführt. Dabei zeigte sich, daß nur für neutrale FMO ein gerichteter Flux über das Monolayer vorlag, nicht aber für saure Komponenten. Dieser gerichtete Flux ging bei 15 °C verloren, was auf einen endocytotischen Transport der neutralen Oligosaccharide hindeutet. Der Flux über das Monolayer betrug ca. 2% der apikal angebotenen FMO. Mittels HPLC-MS, unter Verwendung einer Hypercarbsäule, analysierte intrazelluläre Fraktionen zeigten eine gerichtete Aufnahme von neutralen FMO, wohingegen keine sialylierten Oligosaccharide nachweisbar waren. Nach Gabe von Brefeldin A, einem Inhibitor des endocytotischen Transportes, kam es zu einer Anreicherung des intrazellulären Gehaltes an neutralen FMO sowie einer Abnahme des transepithelialen Fluxes, so daß für diese Komponenten ein endocytotischer Transport postuliert werden kann. Die Aufnahme in die Zelle unterlag für Lacto-N-Tetraose einer Sättigung mit einem Km von 1,4 mmol/l und Vmax von 18,5 nm

SUMMARY:<p>The bacterial lipopolysaccharide (LPS)-sensing machinery with the innate immune system receptor Toll-like receptor 4 (TLR4) at its centre has been the subject of extensive research but while TLR4 and myeloid differentiation factor 2 (MD2) were both shown to be essential, the role of other, so-called "accessory", molecules is much less clear. The co-receptor cluster of differentiation 14 (CD14) has been widely perceived as being a mere facilitator for the capture and transfer of LPS to TLR4, until recent studies suggested it might have a determining influence on which TLR4-dependent signaling cascades are triggered in response to LPS. The TLR4 receptor complex was shown to be specifically activated by diC14 amidine, a cationic lipid originally synthesized for its carrier properties. The lipid's immunostimulatory activity extends to both TLR4-dependent signaling cascades, the MyD88 and TRIF pathways.<p>The aim of this work was to gain more insight into how diC14 amidine is able to trigger these cascades and to contribute to the general understanding of the TLR4 machinery and its activation by non-LPS ligands. More precisely we were interested in the role of CD14 in the activation of both MyD88 and TRIF pathways by diC14-amidine and in potential consequences of possible divergent requirements of diC14 amidine and LPS for this co receptor.<p>Our study of the role of the membrane-associated and the soluble form of CD14 in the activation of the TLR4-dependent pathways by diC14 amidine revealed that – unlike LPS – the cationic lipid does not require CD14 to exercise its immunostimulatory activity, although the presence of the co receptor modulates the TLR4 activation and infrared spectroscopy experiments suggest a direct interaction.<p>In the case of sensing LPS, CD14 is required for the endocytosis of TLR4 and the subsequent activation of the TRIF pathway. By blocking the endocytosis mechanism at different stages we found that diC14-amidine generally enters the cell via endocytosis and that it activates – unlike LPS – both signaling cascades from inside endosomal vesicles, albeit at different stages of the endocytosis process.<p>Although the eventual immunological responses caused by diC14 amidine and LPS resemble each other or are even identical, our research revealed differences in the actual mechanism of activating TLR4, the receptor responsible for the corresponding innate immune response. These findings illustrate the uniqueness of diC14 amidine and the potential of further exploring its intriguing properties and mechanisms as a tool to decipher the TLR4 signaling machinery and with the perspective of designing new immunomodulators for vaccination and therapy.<p><p><p>RÉSUMÉ:<p>Le mécanisme de reconnaissance des lipopolysaccharides bactériens (LPS) par le récepteur de l'immunité innée Toll-like receptor 4 (TLR4) a fait l'objet d'une recherche intensive ces dernières années. Alors que TLR4 et son co-récepteur myeloid differentiation factor 2 (MD2) ont été démontrés comme étant essentiels pour la détection du LPS, le rôle des molécules dites "accessoires" est beaucoup moins évident. Le co-récepteur cluster of differentiation 14 (CD14) a largement été considéré comme un simple facilitateur pour la capture et le transfert des LPS à TLR4, mais des études récentes suggèrent qu'il pourrait avoir une influence déterminante sur les cascades de signalisation dépendantes de TLR4 induites en réponse au LPS. La diC14-amidine, un lipide cationique synthétisé initialement pour ses qualités en tant que vecteur de transfection, a révélé récemment une activité immunostimulatrice dépendante du récepteur TLR4, impliquant les deux cascades de signalisation dépendantes de TLR4, les voies MyD88 et TRIF.<p>Le but de ce travail était de mieux comprendre le mécanisme par lequel la diC14¬ amidine induit ces cascades et de contribuer à la compréhension générale du fonctionnement du complexe récepteur TLR4 et son activation par des ligands non-LPS. Plus précisément nous nous sommes intéressés au rôle de CD14 dans l'activation des voies MyD88 et TRIF par la diC14-amidine et des conséquences potentielles d’éventuelles divergences en termes d’exigence pour ce co-récepteur entre la diC14-amidine et le LPS. <p>Notre étude sur le rôle de la forme membranaire ou soluble de CD14 dans l'activation des voies dépendantes de TLR4 par la diC14-amidine a révélé que - contrairement au LPS - le lipide cationique ne nécessite pas de CD14 pour exercer son activité immunostimulatrice. Cependant, la présence du co-récepteur module l'activation de TLR4 et des expériences de spectroscopie infrarouge suggèrent une interaction directe entre le lipide et le CD14. <p>Dans le cas de la détection de LPS, le CD14 est nécessaire pour l'endocytose de TLR4 et l'activation subséquente de la voie TRIF. En bloquant le mécanisme d'endocytose à différents stades, nous avons montré que la diC14-amidine active - contrairement au LPS - les deux cascades de signalisation depuis l'intérieur des vésicules endosomiales, mais à des stades différents du processus d'endocytose.<p>En conclusion, bien que les réponses immunologiques causées par la diC14-amidine et le LPS se ressemblent, notre recherche a mis en évidence des différences substantielles dans leurs modes d'action. Ces différences illustrent le caractère unique de la diC14-amidine et son potentiel comme outil pour explorer la complexité du système de signalisation du TLR4 et en tirer des enseignements qui permettront de contribuer à la conception de nouveaux immunomodulateurs pour la vaccination et la thérapie. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail examine les mécanismes de l’immunité innée impliqués dans l’hépatite aiguë virale du modèle murin d’infection par le virus de l’hépatite virale murine de type 3 (MHV-3). Afin de déterminer le rôle du TLR2 dans l’aggravation de l’hépatite, des infections avec le virus MHV-3 ont été réalisées in vivo chez des souris C57BL/6 et des souris déficientes pour le gène tlr2 et in vitro dans des macrophages et des hépatocytes infectés avec le virus MHV-3 et le virus moins virulent MHV-A59. Les niveaux de transcription et de traduction des senseurs microbiens, des interférons (IFN) de type I, des cytokines et/ou des chimiokines ont été évalués par qRT-PCR et ELISA. Les cellules ont été traitées avec des petits ARNs interférants (siRNAs) pour le TLR2 et le CEACAM1a ou mises en présence d’inhibiteurs des voies d’endocytose. Les résultats révèlent le rôle stimulateur du TLR2 pour la réplication virale, la production de cytokines pro-inflammatoires IL-6 et TNF-α et des chimiokines CXCL1, CXCL10 et CCL2. Un nouveau mécanisme d’échappement aux senseurs viraux dépendant du TLR2 a également été mis en évidence dans les macrophages et les hépatocytes lors de l’infection de ces cellules avec le virus MHV-3, et non pas avec le virus moins virulent MHV-A59. Ces différents travaux révèlent un nouveau rôle du TLR2 lors d’infections virales dans l'aggravation de la réponse inflammatoire tout en protégeant le virus des autres senseurs de la réponse immune innée. / This work investigates the innate immunity mechanisms involved in the Murine Hepatitis Virus type 3 (MHV-3) acute hepatitis disease model. In the goal of determining the role of the TLR2 receptor in aggravating the hepatitis disease, in vivo infections with the MHV-3 virus were performed on C57BL/6 mice or tlr2-/- gene knockout mice as well as in vitro infections of murine macrophages and hepatocytes with the MHV-3 and less virulent MHV-A59 serotypes. The levels of transcription and translation of different microbial sensors, type I interferons (IFN), cytokines and/or chemokines were measured by qRT-PCR and ELISA tests. Cells were treated with small interfering ARN (siRNA) for the TLR2 and/or CEACAM1a genes or treated with the different endocytosis inhibitors before infection. Our results reveal the stimulatory role of the TLR2 receptor on viral replication, production levels of the IL-6 and TNF-α cytokines and chemokines CXCL1, CXCL10 and CCL2. This study also reveals a new immune evasion mechanism via TLR2 in macrophages infected with MHV-3, but not with the lesser virulent MHV-A59 serotype. These different experiments have revealed a new role for the TLR2 receptor in viral infections wherein inflammatory responses are aggravated whilst shielding viral detection by other pathogens sensors of the innate immunity.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de mortalité dans les pays industrialisés. L'hypercholestérolémie constitue un facteur de risque majeur pour les MCV. Elle est caractérisée par des niveaux élevés de lipoprotéines de faible densité (LDL, aussi appelé “mauvais cholestérol”). La présence prolongée de haut niveaux de LDL dans la circulation augmente le risque de formation de plaques athérosclérotiques, ce qui peut conduire à l'obstruction des artères et l'infarctus du myocarde. Le LDL est normalement extrait du sang par sa liaison au récepteur du LDL (LDLR) qui est responsable de son endocytose dans les hépatocytes. Des études génétiques humaines ont identifié PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) comme le troisième locus responsable de l'hypercholestérolémie autosomique dominante après le LDLR et son ligand l’apolipoprotéine B-100. PCSK9 interagit avec le LDLR et induit sa dégradation, augmentant ainsi les niveaux plasmatiques de LDL. Les mutations gain de fonction (GF) de PCSK9 sont associées à des niveaux plasmatiques élevés de LDL et à l'apparition précoce des MCV, alors que les mutations perte de fonction (PF) de PCSK9 diminuent le risque de MCV jusqu’à ~ 88% grâce à une réduction du LDL circulant. De ce fait, PCSK9 constitue une cible pharmacologique importante pour réduire le risque de MCV. PCSK9 lie le LDLR à la surface cellulaire et/ou dans l'appareil de Golgi des hépatocytes et provoque sa dégradation dans les lysosomes par un mécanisme encore mal compris. Le but de cette étude est de déterminer pourquoi certaines mutations humaines de PCSK9 sont incapables de dégrader le LDLR tandis que d'autres augmentent sa dégradation dans les lysosomes. Plusieurs mutations GF et PF de PCSK9 ont été fusionnées à la protéine fluorecente mCherry dans le but d'étudier leur mobilité moléculaire dans les cellules hépatiques vivantes. Nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) ont montré que les mutations GF (S127R et D129G) avaient une mobilité protéique plus élevée (> 35% par rapport au WT) dans le réseau trans- Golgien. En outre, nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence inverse après photoblanchiment (iFRAP) ont montré que les mutations PF de PCSK9 (R46L) avaient une mobilité protéique plus lente (<22% par rapport au WT) et une fraction mobile beaucoup plus petite (<40% par rapport au WT). Par ailleurs, nos analyses de microscopie confocale et électronique démontrent pour la toute première fois que PCSK9 est localisée et concentrée dans le TGN des hépatocytes humains via son domaine Cterminal (CHRD) qui est essentiel à la dégradation du LDLR. De plus, nos analyses sur des cellules vivantes démontrent pour la première fois que le CHRD n'est pas nécessaire à l'internalisation de PCSK9. Ces résultats apportent de nouveaux éléments importants sur le mécanisme d'action de PCSK9 et pourront contribuer ultimement au développement d'inhibiteurs de la dégradation du LDLR induite par PCSK9. / Coronary heart diseases (CHD) are a leading cause of death in Western societies. Hypercholesterolemia is a major risk factor for CHD. It is characterized by high levels of circulating low-density lipoprotein cholesterol (LDL, also called "bad cholesterol"). The prolonged presence of elevated levels of LDL in the circulation increases the risk of formation of atherosclerotic plaques, which can lead to obstruction of arteries and myocardial infarction. LDL is normally cleared from the blood through the binding of its sole protein constituent apolipoprotein B100 to hepatic LDL receptor (LDLR), which mediates its endocytosis in the liver. Human genetic studies have identified PCSK9 as the third gene responsible of autosomal dominant hypercholesterolemia after LDLR and its ligand apolipoprotein B100. PCSK9 interacts with the LDLR and induces its degradation thereby causing plasma LDL levels to rise. PCSK9 gain-of-function (GOF) mutations are associated with elevated plasma LDL levels and premature CHD while PCSK9 loss-offunction (LOF) mutations reduce the risk of CHD up to ~88% owing to reduction of circulating LDL. Accordingly, PCSK9 is recognized as a major pharmacological target to lower the risk of CHD. PCSK9 binds the LDLR at the cell surface and/or in the Golgi apparatus of hepatocytes and causes its degradation in lysosomes by a mechanism not yet clearly understood. The goal of this study was to determine why some human PCSK9 mutations fail to induce LDLR degradation while others increase it in lysosomes. Several PCSK9 LOF and GOF mutations were fused to the fluorescent protein mCherry to study their molecular mobility in living human liver cells. Our quantitative analysis of fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) showed that PCSK9 GOF mutations S127R and D129G have a higher protein mobility (>35% compared to WT) at the trans- Golgi network (TGN). Our quantitative analysis of inverse fluorescence recovery after photobleaching (iFRAP) showed that PCSK9 LOF mutation R46L presented a much slower protein mobility (<22% compared to WT) and a much slower mobile fraction (<40% compared to WT). In addition, our confocal and electron microscopy analyses demonstrate for the first time that PCSK9 is localized and concentrated at the TGN of human hepatocytes. Furthermore, our results demonstrate that PCSK9 localization in the TGN is mediated through its C-terminal cysteine and histidine-rich domain (CHRD), which is essential for LDLR degradation. Also, our live-cell analyses demonstrate for the first time that the CHRD is not required for internalization of PCSK9. These results provide important new information on the mechanism of action of PCSK9 and may ultimately help in the development of inhibitors of the PCSK9-induced LDLR degradation.

Le virus de l'hépatite C (HCV) infecte environ 180 millions de personnes à travers le monde. De nouveaux antiviraux ont récemment été mis sur le marché mais ils présentent des effets indésirables. La recherche de nouvelles cibles thérapeutiques reste donc d'actualité. Mes principaux travaux ont consisté à développer des approches de biochimie et d'imagerie sur cellules vivantes pour étudier les mécanismes moléculaires d'action des antiviraux silibinine (SbN) et arbidol (ARB) sur HCV. Nous avons montré que SbN et ARB inhibent des vésicules entourées de clathrine et ne sont pas délivrés aux endosomes précoces. SbN et ARB inhibent également l'infection d'autres virus entrant par endocytose clathrine-dépendante, ce qui expliquerait leur activité à large spectre. J'ai également contribué à un projet initié depuis quelques mois au sein de l'équipe. L'hypothèse était qu'un élément présent dans le microenvironnement hépatique (MEH) jouerait un rôle essentiel dans l'infection par HCV. Nous nous sommes intéressés au syndécan-1 (SDC1) car il est fortement exprimé à la surface des hépatocytes. Nos travaux montrent que la déplétion de SDC1 diminue fortement l'infection. SDC1 colocalise à la surface des hépatocytes non infectés avec CD81, un récepteur connu de HCV. Dans les jours suivant l'infection, cette colocalisation est perturbée. Ces données suggèrent que SDC1 serait un co-facteur d'entrée de HCV, agissant en combinaison avec CD81, et que l'infection réorganiserait les molécules du MEH, ce qui pourrait à long terme contribuer à la persistance de l'infection / Hepatitis C virus (HCV) is a global health concern infecting 170 million people worldwide. New antivirals recently received the approval for the treatment against HCV infection but they display many side effects. Research for new therapeutic targets therefore remains an important topic. My main work was to develop approaches in biochemistry and live cell imaging to study the molecular mechanisms of action of antivirals silibinin (SbN) and arbidol (ARB) on HCV infection. We show that SbN and ARB alter clathrin-mediated endocytosis. Viral particles are trapped in clathrin-positive structures and cannot be delivered to the early endosomal compartment, thereby preventing infection. SbN and ARB also prevent cell infection by viruses that enter through clathrin-mediated endocytosis, which could explain their broad spectrum activity. I also contribute to a project initiated for a few months in the lab. We hypothsized that a molecule present in the immediate surrouding of the hepatocyte microenvironment could play a role in HCV infection. We focused on the syndecan-1 (SDC1) because it is essentially anchored on the surface of hepatocytes. We show that SDC1 depletion leads to a drastic decrease of the viral infectivity. SDC1 colocalizes on the unfected hepatocyte surface with the already identified HCV recptor CD81. This colocalization vanished within days in infected cells. These data suggest that SDC1 could act as a cellular co-factor for HCV entry, in combination with CD81; thus infection could reorganized molecules of the hepatocyte microenvironment and contribute to HCV hepatotropism and the peristence of infection

Parmi les différents minéraux argileux, la sépiolite, qui est un silicate fibreux naturel, est un potentiel nano-transporteur prometteur pour le transfert non-viral de biomolécules. Il a en effet été montré que la sépiolite interagissait avec des molécules biologiques telles que les lipides, les polysaccharides et les protéines. Dans ce travail, nous démontrons que la sépiolite interagit également efficacement avec différents types de molécules d'ADN (génomique, plasmidique, oligonucléotides simple et double brin), et nous présentons la première étude détaillée sur les mécanismes d'interaction entre la sépiolite et l'ADN, ainsi qu’une caractérisation physico-chimique de bionanocomposites ADN-sepiolite. Une analyse spectroscopique a montré tout d’abord que l’interaction de l'ADN avec la sépiolite était plus forte en présence de polycations, la valence de ces derniers accroissant le rendement d’absorption, et deuxièmement, que l'ADN ainsi adsorbé pouvait être récupéré avec un rendement modulé par la présence d’EDTA, la structure de l'ADN et son activité biologique étant conservées. Par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) nous avons identifié les groupes silanol externes comme les principaux sites d'interaction avec l'ADN. Nous avons ensuite prouvé qu'il est possible d'utiliser la sépiolite pour extraire l'ADN de bactéries, pour la purification de l'ADN et pour la purification de toute contamination bactérienne. En combinant la microscopie à fluorescence, la microscopie électronique à transmission (MET), la vidéo-microscopie et l’analyse par cytométrie en flux (FACS), nous avons montré que la sépiolite peut être spontanément internalisée dans des cellules de mammifère par le biais de deux voies, l’endocytose et la macropinocytose. En tant que preuve de concept, nous montrons que la sépiolite est capable de transférer de manière stable l'ADN de plasmide dans des bactéries et des cellules de mammifères. Il a également été prouvé qu’en incubant des bactéries avec des bionanocomposites ADN-sepiolite, initialement préparés en présence d'une faible concentration en cations divalents et avec de la sépiolite traitée aux ultrasons (sSep), il était possible d'augmenter l'efficacité de la transformation bactérienne 20 à 30 fois par rapport aux méthodes basées sur l'«effet Yoshida». En outre, nous montrons que l'efficacité du transfert de gènes par la sépiolite peut être optimisée : l'utilisation de sSep et l'exposition à la chloroquine augmentent d’un facteur 100 et 2, respectivement, l’efficacité de transfection. Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation de bionanocomposites à base de sépiolite comme de nouveaux potentiels nano-transporteurs hybrides potentiels, à la fois pour la thérapie génique et le développement de nouveaux modèles biologiques en sciences fondamentales et appliquées. / Among the various clay minerals, sepiolite, which is a natural fibrous silicate, isa potential promising nanocarrier for the non-viral transfer of bio-molecules. Indeed,sepiolite has been shown to interact with biological molecules such as lipids,polysaccharides and proteins. Here, we show that sepiolite efficiently binds differenttypes of DNA molecules (genomic, plasmid, single strand and double strandoligonucleotides), introducing the first detailed study on the interaction mechanismsbetween sepiolite and DNA, as well as the physicochemical characterization of theresulting DNA-sepiolite bionanocomposites. The interaction mechanisms aresuggested to be electrostatic interactions, van der Waals forces, cation bridges, andhydrogen bonding. Spectroscopy analysis showed that the binding of DNA to sepiolitewas increased by polycations with valence dependent efficiency, and the DNApreviously adsorbed could be recovered with an efficiency that could be modulatedusing a chelating agent (EDTA), preserving the DNA structure and biological activity.Fourier-transform infrared spectroscopy identified the external silanol groups as themain sites of interaction with the DNA. It was proved that it is possible to use sepiolitefor extracting DNA from bacteria, for DNA purification and for purification from bacterialcontamination. By combining fluorescence microscopy, transmission electronmicroscopy (TEM), time-lapse video microscopy and flow cytometry analysis (FACS),we show that sepiolite can be spontaneously internalized into mammalian cells throughboth endocytic and non-endocytic pathways. As a proof of concept, we show thatsepiolite is able to stably transfer plasmid DNA into bacteria and mammalian cells. Itwas also proved that with the incubation of bacteria with the Sep/DNAbionanocomposite initially prepared in the presence of a low concentration of divalentcation, and using sonicated sepiolite (sSep), it is possible to increase the bacterialtransformation efficiency from 20 to 30-fold compared to previously reported methodswhich are based in the “Yoshida effect”. Additionally, we show that the efficiency ofsepiolite-mediated gene transfer can be optimized: the use of sSep and the exposureto the endosome disrupter chloroquine 100-fold and 2-fold stimulated DNA transfectionefficiency, respectively. These results open the way to the use of sepiolite-basedbionanocomposites as a novel class of hybrid nanocarriers for both potential genetherapy and the development of novel biological models of interest for academic andapplied sciences.

Les voies d’endocytose qui régissent l’internalisation d’éléments extracellulaires peuvent être classées selon que la protéine de manteau, la clathrine, est impliquée ou non dans le processus. Les voies indépendantes de la clathrine sont utilisées par de nombreuses toxines, des virus et des protéines endogènes. Les mécanismes permettant d’induire le recrutement des protéines cargoes et la déformation de la membrane plasmique dans le contexte de l'endocytose clathrine-indépendant restent encore mal compris. Cette étude montre que la galectine 3, une protéine humaine qui se lie aux glucides, induit la formation d’invaginations de la membrane plasmique de manière indépendante de la clathrine. Les glycosphingolipides (molécules jouant un rôle majeur dans la physiologie de la cellule) sont essentielles pour permettre à la galectine 3 d’induire ces invaginations et d’être internalisée dans la cellule. Les structures tubulaires induites par la galectine 3 présentent une morphologie étonnamment similaire à celle de compartiments intermédiaires de transport décrits dans la littérature pour l’endocytose indépendante de la clathrine. Des cargos utilisant la voie indépendante de la clathrine, tels que CD44 et les intégrines α5 et β1, sont retrouvés dans les tubules induits par la galectine 3. De plus, cette dernière est nécessaire à l’internalisation de CD44. Cela indique donc que la galectine 3 pourrait relier des protéines cargos glycosylés à des glycosphyngolipides de la membrane plasmique et ainsi induire une déformation de la membrane et leur internalisation dans les cellules. Ce mécanisme diffère de celui utilisé par la toxine pentamérique de Shiga et par la toxine cholérique, qui sont leur protéines cargos propores et interagissant directement avec le glycosphyngolipide leur servant de récepteur. Les tubules induits par la galectine 3 sont distincts de ceux induit par les autres lectines. Celles-ci présentent des spécificités différentes de liaison aux glucides, montrant ainsi la l'importance des interactions entre les lectines et les sucres dans ce processus. De plus, nous avons constaté que la galectine 3 module l’équilibre à l’état basal de l’intégrine β1 à la surface de la cellule. Cette protéine étant capitale pour les phénomènes d’adhésion et de migration cellulaires, nous avons donc exploré le rôle conjoint de la galectine 3 et des glycosphingolipides dans la migration cellulaire. La galectine 3 inhibe la migration des cellules humaines de carcinomes mammaires alors qu’elle stimule au contraire celle de cellules de tumeurs mammaires murines. Or, nous avons montré que la régulation par la galactine 3 de la migration de différentes lignées cellulaires est dépendante des glycosphingolipides. Il ressort donc de cette étude que la galectine 3 et les glycosphingolipides contribuent de manière synergique au processus d’induction de déformation de la membrane, à l’endocytose de protéines cargos et à la migration cellulaire. / Endocytic processes which govern the uptake of extracellular material into the cell can be classified based on their dependence on the coat protein, clathrin. Clathrin-independent mechanisms are used by many toxins, viruses and endogenous proteins. How cargo is recruited and membranes are bent is not well understood in these cases. Here, we discovered that galectin 3, a human carbohydrate binding protein induced the clathrin-independent formation of endocytic plasma membrane invaginations. Glycosphingolipids, which have established functions in key physiological processes, were found to be essential for the formation of galectin 3-induced invaginations and for the efficient uptake of the protein into the cell. Galectin 3-induced tubular structures were found to have a strikingly similar morphology to that of the clathrin-independent carriers described in literature. Clathrin-independent endocytic cargoes such as CD44, α5 and β1 integrin were present in galectin 3-induced tubules, and galectin activity and glycosphingolipids were required for the uptake of CD44. This indicated that galectin 3 could link glycosylated cargoes with glycosphingolipids for cargo recruitment and membrane bending. In contrast, the pentameric Shiga and cholera toxins are their own cargoes and drive membrane deformations by directly binding to their respective glycosphingolipid receptors. Galectin 3-induced tubules were distinct from those induced by lectins with different carbohydrate binding specificities, which revealed the importance of lectin-glycan interaction in this process. Further, we observed that galectin 3 modulated the steady state surface dynamics of β1 integrin, a protein which like CD44 is critical for cell adhesion and migration. Subsequently, we explored the interplay of galectins and glycosphingolipids in cell migration. Galectin 3 inhibited cell migration in human breast carcinoma cells, and stimulated migration in a mouse mammary tumor cell line. However, the regulation of migration by galectin 3 was in both cases found to be dependent on glycosphingolipids. In conclusion, galectin 3 and glycosphingolipids synergistically contribute to the clathrin-independent curvature generation process, cargo endocytosis and cell migration.

Endocytosis, a process of plasma membrane invaginations, is a fundamental cellular mechanism, ensuring uptake of nutrients, enhanced communication between cells, protective functions against invasive pathogens and remodelling of the plasma membrane composition. In turn, endocytic mechanisms are exploited by pathogens to enter their host cells. Endocytosis comprises multiple forms of which our molecular understanding has mostly advanced with respect to clathrin-mediated endocytosis and phagocytosis. Studies on the small GTPase Rab5 have provided important insights into the molecular mechanism of endocytosis and transport in the early stages of the endocytic pathways. Rab5 is a key regulator of clathrin-mediated endocytosis, but in addition, localises to several distinct endocytic carriers including phagosomes and pinocytic vesicles. On early endosomes, Rab5 coordinates within a spatially restricted domain enriched in phosphatidylinositol-3 phosphate PI(3)P a complex network of effectors, including PI3-Kinase (PI3-K), the FYVE-finger proteins EEA1 and Rabenosyn-5 that functionally cooperate in membrane transport. Moreover, Rab5 regulates endocytosis from the apical and basolateral plasma membrane in polarised epithelial cells. During my PhD thesis, I investigated the molecular mechanisms of endocytosis both in polarised and non-polarised cells. I obtained new insights into the molecular mechanisms of endocytosis and their coordination through the functional characterization of a novel Rab5 effector, termed Rabankyrin-5. I could demonstrated that Rabankyrin-5 is a novel PI(3)P-binding Rab5 effector that localises to early endosomes and stimulates their fusion activity in vitro. The latter activity depends on the oligomerisation of Rabankyrin-5 on the endosomal membrane via the N-terminal BTB/POZ domain. In addition to early endosomes, however, Rabankyrin-5 localises to large vacuolar structures that correspond to macropinosomes in epithelial cells and fibroblasts. Overexpression of Rabankyrin-5 increases the number of macropinosomes and stimulates fluid phase uptake whereas its downregulation through RNA interference inhibits these processes. In polarised epithelial cells, the function of Rabankyrin-5 is primarily restricted to the apical membrane. It localises to large pinocytic structures underneath the apical surface of kidney proximal tubule cells and its overexpression in polarised MDCK cells specifically stimulates apical but not basolateral, non-clathrin mediated pinocytosis. In demonstrating a regulatory role in endosome fusion and (macro)-pinocytosis, my studies suggest that Rab5 regulates and coordinates different endocytic mechanisms through its effector Rabankyrin-5. Furthermore, the active role in apical pinocytosis in epithelial cells suggests an important function of Rabankyrin-5 in the physiology of polarised cells. The results obtained in this thesis are central not only for our understanding of the basic principles underlying the regulation of multiple endocytic mechanisms. They are also relevant for the biomedical field, since actin-dependent (macro)-pinocytosis is an important mechanism for the physiology of cells and organisms and is upregulated under certain pathological conditions (e.g. cancer).