Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les protéoglycanes sont des macromolécules composées de glycosaminoglycanes (GAGs), liés de manière covalente à une protéine porteuse. Les GAGs sont impliqués dans de nombreux processus biologiques, comme la croissance et la prolifération des cellules, et également dans de nombreuses pathologies, incluant l’arthrose, la maladie d’Alzheimer et des cancers. Leur biosynthèse fait intervenir des O-glycosyltransférases et commence par la formation de la zone de liaison tétrasaccharidique. Celle-ci initie la formation de deux types de chaînes de GAGs, les héparines / sulfates d’héparine avec l’action de l’EXTL3 et les sulfates de chondroïtines ou de dermatanes avec l’action de la CSGalNAcT-1. Dans cette biosynthèse, la zone de liaison peut être sulfatée mais le rôle de ces sulfatations est encore peu connu.L’objectif de ce travail était de synthétiser des disaccharides de la zone de liaison ainsi que les trisaccharides de transfert, avec le premier sucre aminé des chaînes de GAGs, diversement monosulfatés ou non, dans le but de comprendre le rôle de ces sulfatations sur les enzymes de bifurcation.Différentes méthodes d’activation, micro-ondes et chimie en flux continu, ont également été testées pour sulfater des mono-, di- et trisaccharides. / Proteoglycans are macromolecules composed of glycosaminoglycans chains (GAGs) covalently linked to a core protein. GAGs are implicated in many biological processes, such as cells growth and proliferation, and they are also involved in several diseases including osteoarthritis, Alzheimer’s disease and cancers. Their biosynthesis involves the action of O-glycosyltransferases and starts with the formation of a tetrasaccharidic linkage region. This GAGs linkage region initiates the formation of two types of GAGs chains, heparin/heparan sulfates with the action of EXTL3 and chondroitin sulfates/dermatan sulfates with the action of CSGalNAcT-1. In this biosynthesis, the linkage region may be sulfated, but the role of these sulfations is still poorly understood.The objective of this work was to synthetize disaccharides of the linkage region and transfer trisaccharides, with the first aminosugar of the GAGs chains, variously monosulfated or not, in order to study the role of sulfations on the bifurcation enzymes.Different activation methods, microwaves and flow chemistry, were also tested to sulfate mono-, di- and trisaccharides.

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire dont l’incidence augmente avec le vieillissement de la population. Elle se caractérise par une détérioration progressive du cartilage articulaire accompagnée du remodelage de l’os sous-chondral et du changement des tissus mous de l’articulation. La douleur et le dysfonctionnement de l’articulation affectée sont généralement attribués à l’inflammation et l’épanchement de la synovie. Plusieurs évidences indiquent que l’inflammation de la membrane synoviale contribue grandement à la pathogenèse de l’OA. En effet, la synthèse et l’expression des enzymes protéolytiques qui dégradent la matrice cartilagineuse sont régulées par de nombreuses cytokines retrouvées au sein de ce foyer inflammatoire. Deux d’entre elles, l’interleukine-1 beta (IL-1β) et le «tumor necrosis factor » alpha (TNF-α), jouent un rôle majeur dans le déclenchement de l’inflammation associée à l’OA. Ces cytokines pro-inflammatoires agissent notamment sur les synoviocytes et les chondrocytes en activant NF-κB qui, à son tour, active les gènes de cytokines. Cette boucle de régulation positive amplifie et perpétue la réponse inflammatoire. Récemment, il a été rapporté que l’activation de NF-κB par TNF-α peut être potentialisée par EXTL3, un récepteur transmembranaire ; mais le mécanisme sous-jacent de cet effet demeure inconnu. Toutefois, les niveaux important d’EXTL3 et de son ligand Reg1B chez les patients arthrosiques, laissent croire que ces protéines jouent un rôle dans le développement de l’OA. Notre objectif était d’étudier le mécanisme par lequel EXTL3 amplifie l’activation de NF-κB par TNF-α et d’examiner si ce phénomène se produit aussi avec l’IL-1β. Nous avons utilisé les cellules C28/I2, une lignée cellulaire de chondrocytes, comme modèle d’étude. Les transfections transitoires avec un vecteur d’expression, les techniques d’immunofluorescence (IF), d’immunoprécipitation (IP) et d’immunobuvardage de type Western (IB); ont été utilisées dans le cadre de diverses approches expérimentales. Les résultats obtenus par transfection ont révélé que la protéine EXTL3 potentialisait l’activation de NF-κB aussi bien par IL-1β que par TNF-α. Ce résultat signifie que la potentialisation de l’activité NF-κB par EXTL3 n’est pas spécifique à TNF-α. D’autre part, l’IP avec TNFRI et TRAF2 a révélé la présence d’EXTL3 dans le complexe TNF-α/TNFRI/TRAF2 qui se forme au niveau de la membrane plasmique. De plus, ceci a été confirmé in vivo par microscopie confocale montrant la co-localisation de TNFRI-TRAF2-EXTL3 dans la membrane nucléaire, suggérant ainsi la formation d’un complexe identique au niveau des membranes plasmique et nucléaires. Toutefois, la présence du ligand Reg1B et/ou de la glucosamine inhibait la formation de ce complexe au niveau de la membrane plasmique, tout comme ils abolissaient la potentialisation de l’activité NF-κB par EXTL3. Ces résultats suggèrent non seulement que le recrutement d’EXTL3 libre dans le complexe TNF-α/TNFR1 est requis pour amplifier l’activation de NF-κB par TNF-α, mais aussi la capacité du ligand Reg1B et de la glucosamine à moduler cette activation à travers la baisse ou l’inhibition de l’interaction EXTL3-TNFR1. Les données de cette étude constituent une avancée majeure dans la compréhension des événements moléculaires qui contrôlent l’activation de NF-κB par les cytokines pro-inflammatoires. Ces résultats pourraient conduire au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement de l’inflammation associée à l’OA et impliquant une activation incessante de NF-κB. / Osteoarthritis (OA) is an articular disease with a particularly high incidence in the elderly. This disease is characterized by the progressive degeneration of the cartilage followed by subchondral bone remodelling and a change in the soft tissues of the joint. Local chronic pain and joint malfunction are generally attributed to the inflammation of the synovial membrane, which in itself has been shown to significantly contribute to the pathogenesis of OA. In fact, the synthesis and expression of many proteolytic enzymes which degrade cartilage matrix are regulated by numerous cytokines originating from these inflammation sites. Two pro-inflammatory cytokines, the tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and the interleukine-1β (Il-1β), play a major role in triggering inflammation associated with OA. These cytokines act on synoviocytes and chondrocytes by activating the transcription factor NF-κB, which in turn activates the cytokines’ genes. This positive regulating loop amplifies and maintains inflammatory responses. Recently, studies have shown that the over-expression of the REG receptor/EXTL3, a transmembranous receptor, enhances the activity of cytokine TNF-α in the activation of NF-κB. Unfortunately the mechanism involved in this process is still unknown. In addition, levels of EXTL3 and its ligand REG1B observed in OA patients suggest their possible involvement in the development of OA. Our goal was to study and elucidated the mechanisms used by EXTL3 to amplify NF-κB activation by TNF-α, as well as to examine whether the same phenomenon is occurring with IL-β. A human chondrocytes cell line called C28/I2 as experimental model. The techniques used for the current study were transfection assays, immunoflorescence (IF), immunoprecipitation (IP), and Western blotting (WB). Our transfection data have shown that EXTL3 was able to enhance NF-κB activity induced by TNF-α as well as by IL-1β. This result suggests that the enhanced NF-κB activity by EXTL3 is not specific to TNF-α. The IP experiments with TNFR1 and TRAF2 revealed the presence of EXTL3 in TNF-α/TNFR1 complex which is formed in the plasma membrane. Also, IF assay in combination with confocal microscopy allowed us to detect TNFR1/TRAF2/EXTL3 co-localisation on the nuclear membrane, suggesting the formation of TNF-α/TNFR1 complex on both the nuclear and plasma membranes. Somehow, REG1B, an EXTL3 ligand, and glucosamine were able to inhibit the formation of this complex at the plasma membrane. They were also able to abolish NF-κB activity enhanced by EXTL3. These results suggest that not only EXTL3 recruitment in the TNF-α/TNFR1 complex is required to amplify NF-κB activation by TNF-α, but also that REG1B ligand and glucosamine have the ability to modulate this activation by reducing or inhibiting EXTL3 and TNFR1 interactions. This study’s data represents a major advance in the understanding of molecular events controlling NF-κB activation by pro-inflammatory cytokines. These results could lead to the development of new therapeutics targets, in the treatment of disorders associated to OA and involving recurrent activation of NF-κB.

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire dont l’incidence augmente avec le vieillissement de la population. Elle se caractérise par une détérioration progressive du cartilage articulaire accompagnée du remodelage de l’os sous-chondral et du changement des tissus mous de l’articulation. La douleur et le dysfonctionnement de l’articulation affectée sont généralement attribués à l’inflammation et l’épanchement de la synovie. Plusieurs évidences indiquent que l’inflammation de la membrane synoviale contribue grandement à la pathogenèse de l’OA. En effet, la synthèse et l’expression des enzymes protéolytiques qui dégradent la matrice cartilagineuse sont régulées par de nombreuses cytokines retrouvées au sein de ce foyer inflammatoire. Deux d’entre elles, l’interleukine-1 beta (IL-1β) et le «tumor necrosis factor » alpha (TNF-α), jouent un rôle majeur dans le déclenchement de l’inflammation associée à l’OA. Ces cytokines pro-inflammatoires agissent notamment sur les synoviocytes et les chondrocytes en activant NF-κB qui, à son tour, active les gènes de cytokines. Cette boucle de régulation positive amplifie et perpétue la réponse inflammatoire. Récemment, il a été rapporté que l’activation de NF-κB par TNF-α peut être potentialisée par EXTL3, un récepteur transmembranaire ; mais le mécanisme sous-jacent de cet effet demeure inconnu. Toutefois, les niveaux important d’EXTL3 et de son ligand Reg1B chez les patients arthrosiques, laissent croire que ces protéines jouent un rôle dans le développement de l’OA. Notre objectif était d’étudier le mécanisme par lequel EXTL3 amplifie l’activation de NF-κB par TNF-α et d’examiner si ce phénomène se produit aussi avec l’IL-1β. Nous avons utilisé les cellules C28/I2, une lignée cellulaire de chondrocytes, comme modèle d’étude. Les transfections transitoires avec un vecteur d’expression, les techniques d’immunofluorescence (IF), d’immunoprécipitation (IP) et d’immunobuvardage de type Western (IB); ont été utilisées dans le cadre de diverses approches expérimentales. Les résultats obtenus par transfection ont révélé que la protéine EXTL3 potentialisait l’activation de NF-κB aussi bien par IL-1β que par TNF-α. Ce résultat signifie que la potentialisation de l’activité NF-κB par EXTL3 n’est pas spécifique à TNF-α. D’autre part, l’IP avec TNFRI et TRAF2 a révélé la présence d’EXTL3 dans le complexe TNF-α/TNFRI/TRAF2 qui se forme au niveau de la membrane plasmique. De plus, ceci a été confirmé in vivo par microscopie confocale montrant la co-localisation de TNFRI-TRAF2-EXTL3 dans la membrane nucléaire, suggérant ainsi la formation d’un complexe identique au niveau des membranes plasmique et nucléaires. Toutefois, la présence du ligand Reg1B et/ou de la glucosamine inhibait la formation de ce complexe au niveau de la membrane plasmique, tout comme ils abolissaient la potentialisation de l’activité NF-κB par EXTL3. Ces résultats suggèrent non seulement que le recrutement d’EXTL3 libre dans le complexe TNF-α/TNFR1 est requis pour amplifier l’activation de NF-κB par TNF-α, mais aussi la capacité du ligand Reg1B et de la glucosamine à moduler cette activation à travers la baisse ou l’inhibition de l’interaction EXTL3-TNFR1. Les données de cette étude constituent une avancée majeure dans la compréhension des événements moléculaires qui contrôlent l’activation de NF-κB par les cytokines pro-inflammatoires. Ces résultats pourraient conduire au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement de l’inflammation associée à l’OA et impliquant une activation incessante de NF-κB. / Osteoarthritis (OA) is an articular disease with a particularly high incidence in the elderly. This disease is characterized by the progressive degeneration of the cartilage followed by subchondral bone remodelling and a change in the soft tissues of the joint. Local chronic pain and joint malfunction are generally attributed to the inflammation of the synovial membrane, which in itself has been shown to significantly contribute to the pathogenesis of OA. In fact, the synthesis and expression of many proteolytic enzymes which degrade cartilage matrix are regulated by numerous cytokines originating from these inflammation sites. Two pro-inflammatory cytokines, the tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and the interleukine-1β (Il-1β), play a major role in triggering inflammation associated with OA. These cytokines act on synoviocytes and chondrocytes by activating the transcription factor NF-κB, which in turn activates the cytokines’ genes. This positive regulating loop amplifies and maintains inflammatory responses. Recently, studies have shown that the over-expression of the REG receptor/EXTL3, a transmembranous receptor, enhances the activity of cytokine TNF-α in the activation of NF-κB. Unfortunately the mechanism involved in this process is still unknown. In addition, levels of EXTL3 and its ligand REG1B observed in OA patients suggest their possible involvement in the development of OA. Our goal was to study and elucidated the mechanisms used by EXTL3 to amplify NF-κB activation by TNF-α, as well as to examine whether the same phenomenon is occurring with IL-β. A human chondrocytes cell line called C28/I2 as experimental model. The techniques used for the current study were transfection assays, immunoflorescence (IF), immunoprecipitation (IP), and Western blotting (WB). Our transfection data have shown that EXTL3 was able to enhance NF-κB activity induced by TNF-α as well as by IL-1β. This result suggests that the enhanced NF-κB activity by EXTL3 is not specific to TNF-α. The IP experiments with TNFR1 and TRAF2 revealed the presence of EXTL3 in TNF-α/TNFR1 complex which is formed in the plasma membrane. Also, IF assay in combination with confocal microscopy allowed us to detect TNFR1/TRAF2/EXTL3 co-localisation on the nuclear membrane, suggesting the formation of TNF-α/TNFR1 complex on both the nuclear and plasma membranes. Somehow, REG1B, an EXTL3 ligand, and glucosamine were able to inhibit the formation of this complex at the plasma membrane. They were also able to abolish NF-κB activity enhanced by EXTL3. These results suggest that not only EXTL3 recruitment in the TNF-α/TNFR1 complex is required to amplify NF-κB activation by TNF-α, but also that REG1B ligand and glucosamine have the ability to modulate this activation by reducing or inhibiting EXTL3 and TNFR1 interactions. This study’s data represents a major advance in the understanding of molecular events controlling NF-κB activation by pro-inflammatory cytokines. These results could lead to the development of new therapeutics targets, in the treatment of disorders associated to OA and involving recurrent activation of NF-κB.