Le récepteur scavenger de classe B type 1 (SR-BI) est essentiel au transport inverse du cholestérol puisqu'il en effectue la dernière étape: la captation sélective (CS) des esters de cholestérol (EC) à partir des lipoprotéines, c'est-à-dire l'internalisation de leurs EC sans dégradation de leur portion protéique. Au niveau hépatique, ce mécanisme d'importance demeure cependant mal défini. Nous avions déjà montré qu'un mécanisme de rétroendocytose était responsable de la CS dans des cellules HepG2 et que la CS dépendait de la localisation membranaire du SR-BI. Ici, nous vérifions si des voies d'endocytose, qui sont indépendantes de la clathrine et dépendent de microdomaines membranaires comme les radeaux lipidiques, ne pourraient pas expliquer l'activité du SR-BI à l'égard des LDL et HDL). Le traitement des cellules avec des inhibiteurs «classiques» de l'endocytose (NH4 CI: choc hyperosmotique, privation d'ATP, chlorpromazine (CPZ), puis le traitement avec des inhibiteurs différentiant ces voies selon qu'elle dépendent ou non de la dynamine-2 (dynasore) ou de GTPases de la famille de Rho (sous unité B de la toxine de C. difficile (CDTxB)) révèlent que le SR-BI ne se conduit pas de façon identique à l'égard des deux ligands. Les résultats indiquent que la CS des EC-HDL), de par sa sensibilité aux NH4CI et CPZ et par son augmentation en présence de dynasore ou de CDTxB, serait effectuée par endocytose suivant une voie dépendant de la clathrine et qu'elle pourrait être régulée négativement par une voie dépendant de RhoA. La CS des EC-LDL, sensible à la CPZ et augmentée par la CDTxB, pourrait dépendre, elle, d'une voie d'endocytose régulée par Cdc42 ou la flotilline. En somme, les résultats permettent une caractérisation plus approfondie de la CS et les différences de régulation de la CS envers les deux principales classes de lipoprotéines chez l'humain s'ajoutent à celles déjà mises en évidence par nous. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : lipoprotéines, cholestérol, endocytose indépendante de la clathrine, radeaux lipidiques, cellules hépatiques

L'activité constitutive est une propriété pharmacologique que possèdent de nombreuxrécepteurs couplés aux protéines G. Cependant, son rôle biologique reste largement inconnu.Nous avons étudié les relations entre la pharmacologie et le trafic intracellulaire du récepteurcannabinoïque CB1, un récepteur abondamment exprimé dans le cerveau qui possède uneactivité constitutive avérée. Exprimé dans les cellules HEK-293, l'activité constitutive durécepteur CB1 provoque un cycle continu d'endocytose et de recyclage du récepteur entre lamembrane plasmique et les endosomes intracellulaires : à l'équilibre, le récepteur CB1 estmajoritairement présent dans les endosomes. Le cycle fait intervenir une endocytose par puitsrecouverts de clathrine et un trafic intracellulaire dépendant de Rab5 et de Rab4, mais pas deRab11. Dans les neurones d'hippocampe en culture, ce cycle d'endocytose/recyclage durécepteur CB1 est limité au compartiment somatodendritique, et le récepteur est stable à lasurface de l'axone. Ce cycle dépend de l'activité constitutive du récepteur CB1 etl'endocytose sélective du récepteur dirige l'établissement de l'expression axonale durécepteur CB1 à la surface du neurone.

Le cycle cellulaire des entérovirus est connu grâce aux nombreux travaux publiés portant sur les<br />poliovirus. Il reste néanmoins de nombreuses interrogations concernant les premières étapes de<br />l'infection correspondant à l'attachement et à l'entrée du virus dans la cellule. Elles constituent pourtant des cibles potentielles pour de futurs antiviraux. Nous nous sommes donc intéressés aux étapes précoces de l'infection par echovirus 6, un des nombreux sérotypes du genre Enterovirus. A partir d'une souche isolée chez un patient, deux populations virales se distinguant par leur capacité à hémagglutiner (HAE6 et NHAE6) ont été sélectionnées par passages successifs sur cellules PLC et HeLa. L'utilisation de composés chimiques et de formes mutées de protéines impliquées dans l'endocytose ont permis de caractériser leurs voies d'entrée. HAE6 semble pénétrer dans la cellule par un sous-type de radeaux lipidiques, les caveolae, alors que NHAE6 a recours aux puits tapissés de clathrine. La comparaison des séquences codant pour les 4 protéines de capside a ensuite révélé 4 substitutions d'acides aminés localisées dans des régions très exposées de la capside virale impliquées dans la liaison du virus à son récepteur cellulaire, suggérant l'utilisation de récepteurs différents. Ainsi, une affinité 4 fois supérieure pour DAF, une protéine présente dans les radeaux lipidiques, orienterait l'endocytose de HAE6 vers les caveolae. Parmi les autres candidats potentiels évalués, ni les acides sialiques, ni l'intégrine VLA-2, ni CAR, le récepteur des coxsackie et adénovirus, interviennent dans l'infection par echovirus 6 tandis que les sulfates d'héparanes joueraient simplement le rôle de récepteurs d'attachement. Finalement, seule la co-expression de DAF et de CAR a permis l'infection productive par HAE6 et NHAE6 de cellules CHO démontrant pour la première fois le rôle de CAR comme récepteur pour un echovirus. Ces données montrent qu'une souche virale isolée d'un patient est en fait constituée d'un mélange de quasi-espèces susceptibles d'entrer dans la cellule par différentes voies d'endocytose conférant au virus une capacité d'adaptation majeure aux multiples environnements rencontrés au cours de l'infection.

Techn. University, Diss., 2004--Darmstadt.

Les étapes précoces de l’infection virale sont des évènements critiques dans le déroulement du cycle viral. Notamment, l’entrée virale est la première étape d’interaction entre un virus et une cellule permettant d’initier, de maintenir et de propager l’infection. De ce fait, cette étape constitue une cible majeure de la réponse immunitaire adaptative de l’hôte. C’est ainsi que cette étude bipartite s’est intéressée aux étapes précoces de l’infection du virus de l’hépatite C (HCV). Dans un premier temps, l’obtention de clones de cellules Huh-7.5 n’exprimant plus le récepteur néonatal des immunoglobulines, le FcRn, a permis d’analyser l’implication de ce récepteur dans la neutralisation du HCV par des anticorps neutralisants. Les résultats obtenus nous informent que le récepteur FcRn n’intervient vraisemblablement pas dans la modulation de la neutralisation du HCV. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude préliminaire afin d’approfondir les mécanismes régissant l’endocytose du HCV : à savoir, quelles sont les protéines adaptatrices responsables du déclenchement de l’endocytose dépendante de la clathrine et s’il existe une potentielle voie d’entrée alternative pour ce virus. A ces fins, nous avons opté pour une stratégie basée sur la transfection de siRNA, couplée à l’utilisation des pseudoparticules HCVpp qui constituent une approche encore pertinente appliquée à l’étude de l’entrée du HCV. / The early steps during a viral infection are critical events in the course of the viral cycle. Particularly, the viral entry is the first step allowing the interaction between a virus and a cell to initiate, maintain and propagate an infection. Therefore, this very step is a major target for the host adaptive immunity. This bipartite study is focused on the early steps of the infection by the hepatitis C virus (HCV). First of all, generation of Huh-7.5 clones whose expression of the neonatal Fc receptor, FcRn, has been deleted gave us the opportunity to analyze the involvement of this receptor during the neutralization of HCV by neutralizing antibodies. Regarding the results, it appears unlikely that the FcRn modulates the neutralization of HCV. Then we conducted a preliminary study to further explore the mechanisms underlying the endocytosis of HCV: that is, which are the adaptor proteins that trigger the clathrine-mediated endocytosis and if there is another putative entry pathway for the virus. To these ends we opted for a RNAi based strategy coupled to the use of HCV-derived pseudo-particles (HCVpp) that are still useful and relevant tools dedicated to HCV-entry studies.

Les carcinomes hépatocellulaires (CHC) sont la deuxième cause de décès par cancer dans le monde. La signalisation du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) joue un rôle au cours du développement des CHC. Il a été montré que le trafic intracellulaire régulait la signalisation des récepteurs de la famille ErbB dans les CHC. De façon intéressante, l'expression de la clathrine, un acteur majeur de l'endocytose, est anormalement élevée dans les CHC. Ainsi, les objectifs de nos travaux étaient de définir si l'endocytose module la signalisation de la famille des récepteurs ErbB en réponse à divers ligands. Les expériences ont été effectuées dans trois lignées cellulaires issues de CHC, qui expriment des niveaux variables des différents récepteurs ErbB. Nos résultats montrent que l'inhibition de l'expression de la clathrine par ARN interférence était associée à une diminution significative de la phosphorylation des récepteurs EGFR, ErbB2 et ErbB3. La phosphorylation de STAT3 était significativement augmentée dans toutes les lignées. Les conséquences de l'inhibition pharmacologique de la dynamine et de la régulation négative de SMAP1 par ARN interférence ont été étudiées dans la lignée Hep3B. L'inhibition de la dynamine entraînait une augmentation significative des niveaux de phosphorylation d'EGFR, d'ErbB3 et d'AKT, alors que SMAP1 ne jouait aucun rôle dans la signalisation. Au total, nos observations soulignent que la signalisation des récepteurs ErbB dans les CHC est un processus complexe qui dépend de l'expression des différents membres de la famille ErbB et de la disponibilité de leurs ligands dans l'environnement tumoral. / Hepatocellular carcinoma (HCC) is the second leading cause of death by cancer in the world. The epidermal growth factor receptor (EGFR) signalling axis plays a key role in HCC. Intracellular trafficking has been shown to regulate receptor signalling, and to be altered in HCC. Our aim was to investigate whether endocytosis may modulate signalling of the ErbB receptor family in response to various ligands. The experiments have been performed in three HCC cell lines, which express variable levels of ErbB receptors. We investigated the role of clathrin, dynamin, and SMAP1 (Small ArfGAP1). Our results show that the effects of down-regulating clathrin by siRNA varied among HCC cell lines, depending on the ligand. Upon clathrin down-regulation by RNA interference, EGFR phosphorylation decreased in Hep3B and in PLC/PRF/5 cells stimulated with AR, EGF or HB-EGF, as well as in HRG-stimulated PLC/PRF/5 cells. Clathrin inhibition decreased ErbB2 phosphorylation in HepG2 cells stimulated with EGF, HB-EGF or HRG, and in HRG-stimulated PLC/PRF/5 cells. Phosphorylation of ErbB3 significantly decreased in all cell lines upon stimulation with EGF, HB-EGF or HRG. STAT3 phosphorylation significantly increased in all cell lines. Dynamin inhibition by dynasore led to a significant increase in the phosphorylation levels of EGFR, ErbB3 and AKT, in the Hep3B cell line. SMAP1 played no role in the early signalling of ErbB receptors upon stimulation with whatever ligand. Altogether, our observations underline that ErbB signalling in HCC is a complex process that may depend on the expression of the various ErbB family members and on the availability of their ligands in the tumour environment.

Résumé : LRP-1 est un récepteur d’endocytose qui fut d’abord associé à des propriétés anti-tumorales via l’internalisation et le catabolisme de protéases matricielles. Cependant, malgré ses capacités à limiter le remodelage de la matrice extracellulaire, LRP-1 peut également coordonner la balance adhérence/dé-adhérence des cellules tumorales afin de favoriser l’invasion. LRP-1 fonctionne ainsi en régulant l’organisation du cytosquelette et le renouvellement des structures d’adhérence grâce à l’activation de la voie MEK/ERK et l’inhibition concomitante de la voie MKK7/JNK. Au cours de ce travail, nous avons cherché à déterminer comment LRP-1 peut réguler le protéome membranaire des cellules tumorales. Nos données révèlent que le taux d’intégrine β1 à la surface de carcinome thyroïdien FTC-133 est augmenté en présence de RAP, un antagoniste de LRP-1. Des immunoprécipitations et des analyses par imagerie confocale montrent que LRP-1 et l’intégrine β1 coexistent au sein des mêmes complexes biomoléculaires. Des tests d’endocytose démontrent que LRP-1 constitue un récepteur d’endocytose de l’intégrine β1 dans les FTC 133 car le nombre d’endosomes contenant l’intégrine β1 est diminué de 30% quand l’endocytose dépendante de LRP-1 est inhibée. Par ailleurs, nos données indiquent que LRP-1 est principalement impliqué dans le recyclage de l’intégrine β1 mais pas dans son ciblage au lysosome. Nous avons ainsi identifié une relation moléculaire privilégiée et originale entre LRP-1 et l’intégrine β1 dans le contexte tumoral. Ces travaux nous ont également incités à initier le développement d’un traceur bimodal original (fluorescence/Raman) permettant de suivre l’endocytose dépendante de LRP 1. / LRP-1 is a large multifunctional endocytic receptor first associated to anti-tumor properties by carrying the uptake and catabolism of extracellular matrix-associated proteinases. However, despite its ability to limit extracellular matrix remodeling, LRP-1 may also coordinate the adhesion/deadhesion balance in malignant cells to support invasion. LRP-1 acts so by regulating the cytoskeleton organization and adhesion structure turnover through the activation of MEK/ERK and concomitant inhibition of MKK7/JNK pathway.During this study, we investigated how LRP-1 is able to regulate the cell-surface proteome in malignant cells. Our data revealed that β1-integrin level is significantly increased at the cell surface of FTC-133 thyroid carcinoma upon treatment with RAP, used as LRP-1 antagonist. Immunoprecipitation experiments and confocal analysis highlight that LRP-1 and β1 integrin coexist at the same biomolecular complexes. Biochemical endocytosis assays demonstrate LRP-1 as a mediator of β1-integrin endocytosis in FTC-133 because the number of endosomes-containing β1-integrin decreases by 30% when LRP-1-mediated endocytosis is inhibited. Moreover, our data indicate that LRP-1 is mainly involved in β1-integrin recycling, but not in lysosome targeting.Overall, we identified an original molecular way between LRP-1 and β1-integrin in the tumor context. These works also allowed to initiate the development of an original bimodal molecular tracker (using both fluorescence and Raman) to study LRP-1-mediated endocytosis.

Les aquaporines sont des canaux hydriques qui contrôlent la perméabilité à l'eau des membranes cellulaires, au cours du développement ou en réponse à des stress. La dynamique de l'expression des aquaporines de plantes et leur rôle physiologique ont été examinés dans deux organes modèles, le pollen et la racine d'Arabidopsis. Le pollen mature contient une cellule végétative et deux cellules de sperme. Des analyses transcriptomiques ont récemment identifié AtTIP1;3 et AtTIP5;1 comme deux aquaporines spécifiques du pollen. Dans ce travail, des protéines reportrices fluorescentes ont permis d'établir que AtTIP1;3 et AtTIP5;1 s'expriment spécifiquement dans la membrane vacuolaire de, respectivement, la cellule végétative et les cellules de sperme. Ces études révèlent aussi la grande plasticité dynamique des vacuoles, de la maturation du pollen jusqu'à la fécondation. Des approches de génétique inverse suggèrent un rôle des deux aquaporines dans la reproduction de la plante. La seconde partie de ce travail concerne les effets concomitants des stress oxydants, inhibant la conductivité hydraulique des racines et provoquant une accumulation intracellulaire des aquaporines initialement sur les membranes plasmiques. Le dernier processus a été disséqué par des approches de biochimie, pharmacologie et microscopie. La co-expression avec des marqueurs des endomembranes a révélé que l'isoforme AtPIP2;1 subit une accumulation dans les endosomes tardifs en réponse à l'H2O2. Ce processus peut être bloqué par l'auxine synthétique 1-NAA, mais non par l'inhibiteur d'endocytose tyrphostine A23. La grande stabilité des aquaporines internalisées suggère que l'H2O2 déclenche un mécanisme de séquestration réversible de celles-ci. Au-delà de données originales sur la régulation cellulaire des aquaporines, ce travail apporte un éclairage nouveau sur la dynamique des membranes intracellulaires des plantes, au cours du développement ou en réponse à des stress / Aquaporins are membrane water channel proteins that mediate the fine-tuning of cell membrane water permeability during development or in response to environmental stresses. The dynamic expression of aquaporins in planta, as well as their role in plant water relations, were investigated in two representative model organs, the pollen and roots of Arabidopsis. Mature pollen consists of a vegetative cell and two sperm cells. Transcriptomics recently identified AtTIP1;3 and AtTIP5;1 as two pollen exclusive aquaporins. Here, we investigated their in vivo temporal and spatial expression pattern. Fluorescently-tagged chimeras revealed that AtTIP1;3 and AtTIP5;1 have a distinct and specific localisation in the vacuolar membrane of the vegetative and sperm cells, respectively. The two aquaporins also revealed the dynamic plasticity of vacuoles from pollen maturation to embryo fecundation. Loss of function approaches suggest an implication of both proteins in plant reproduction. The second part of this work focused on the oxidative stress-induced internalisation of root plasma membrane aquaporins and its concomitant drop in root hydraulic conductivity. The former process was described in great detail by combined biochemical, pharmacological and microscopic approaches. Co-expression analyses of the AtPIP2;1 isoform with endomembrane markers revealed that H2O2 triggers AtPIP2;1 accumulation in late endosomal compartments. This process could be antagonized by the auxin analog 1-NAA, but not by the endocytosis blocker tyrphostin A23. Life-time analyses established the high stability of the internalised protein suggesting that H2O2 triggers a mechanism for intracellular and reversible sequestration of plasma membrane aquaporins. Besides information on cell regulation of aquaporins, the overall work gives novel and complementary insights into the dynamic remodelling of plant internal membranes during development and stress responses.

Les métastases osseuses sont une complication majeure des cancers du sein. Les bisphosphonates (BPs) bloquent la progression des lyses osseuses. Des effets anti-tumoraux ont été mis en évidence mais à des doses importantes incompatibles avec un usage clinique. La forte affinité des BPs pour le minéral osseux limite leur biodisponibilité et amoindrit donc leur potentiel antitumoral in vivo. Mon travail de thèse s'est inscrit dans le cadre de la potentialisation des effets anti-tumoraux des BPs. Les BPs ont été combinés avec des ultrasons de faible intensité (LIUS) dont le rôle est d'induire une stimulation mécanique et une augmentation modérée de la température du milieu insonifié sans effet de cavitation. Les LIUS favorisent la pénétration des BPs dans des cellules tumorales en augmentant le phénomène d'endocytose. In vivo, un traitement répété aux LIUS associé à une dose clinique de BPs entraine une diminution des lyses osseuses ainsi que de la masse tumorale. L'accumulation d'un marqueur, retrouvé dans les moelles des souris traitées aux LIUS, suggère que la pénétration des BPs a été favorisée sous l'effet des LIUS. L'effet de l'association BPs avec les LIUS a ensuite été évalué sur un modèle de tumeur sous-cutanée mammaire. Un ralentissement de la croissance tumorale lors des premiers jours de traitements a été mis en évidence. Une étude menée avec de la doxorubicine et des BPs a permis d'élargir le champ d'application des LIUS pour le traitement du cancer du sein. En conclusion, ces travaux montrent que les LIUS apparaissent comme une solution d'intérêt pour augmenter la pénétration de drogues dans des tumeurs osseuses et mammaires et augmenter leur potentiel antitumoral / Bone metastases are common complications of advanced breast cancer. They increase morbidity of patients and alter their quality of life. Bisphosphonates (BPs) stop the progression of osteolysis. However, BPs do not affect the tumor burden located inside the bone marrow cavity. Antitumoral effects have been shown but with high doses incompatibles with a clinical use. BPs bind also avidly to bone mineral which limits their bioavailability and reduce their antitumoral potential in vivo. This work is incorporated within the framework of the enhancement of antitumoral effects of BPs. BPs were combined with low intensity ultrasound (LIUS), which are known to induce a mechanical stimulation and a slight increase of temperature without involving cavitationnal effect. Initially, LIUS were found to increase the penetration of BPs inside several mammary tumor cell lines without affecting their viability by increasing endocytosis. In vivo, a daily repeated treatment of LIUS associated with a single and clinical dose of BPs lead to a decrease in osteolysis as well as tumor burden. The accumulation of unprenylated Rap1A form was found in bone marrow of mice suggesting that LIUS promote BPs penetration inside cells of the bone cavity. The effect of BPs and LIUS was evaluated in a subcutaneous mammary tumor xenograft. Tumor growth was slowed during the first days of LIUS treatment. A study was performed using doxorubicin and BPs leading to a better penetration of both compounds when LIUS were used. This last result allows increasing the field of application of LIUS for breast cancer treatment. In conclusion, this work showed that LIUS are an interesting method to enhance the penetration of drugs inside bone and mammary tumors leading to an increase of their antitumoral activity

De nos jours, la manipulation d’objets à l’aide du champ magnétique se trouve au cœur de nombreuses innovations en nanotechnologies. D’autre part, et du fait de sa capacité d’actionner à très petite échelle, l’utilisation du champ magnétique en biologie et en médecine est en plein essor. En outre, les grandes avancées en matière de fabrication de micro-sources magnétiques ont permis la synthèse d’aimants de tailles micrométriques intégrables dans des microsystèmes microfluidiques comme les laboratoires sur puce, très à la mode à l’heure actuelle. Bien que la séparation de cellules marquées magnétiquement, à l’aide d’un macro-aimant permanent ou d’électroaimant est une tâche aujourd’hui bien maitrisée, le gradient de champ généré par ces sources magnétiques reste insuffisant pour l’isolement de cellules marquées avec une très faible quantité de nanoparticules magnétiques. La réduction de la taille des aimants, évoquée dans cette thèse, constitue une alternative prometteuse, permettant la génération d’énormes gradients de champ magnétique à l’échelle micrométrique. L’objectif de ce travail est donc d’étudier l’attraction de cellules faiblement marquées magnétiquement, sur des réseaux de micro-aimants permanents micro-structurés, dans le but de concevoir un dispositif microfluidique original intégrant des micro-sources magnétiques permanentes, autonomes et passives. / Nowadays, the magnetic field applications at the microscopic scale have been described by an increasing attention as magnetic sources. Moreover, they can be integrated directly in the microchip. Nevertheless, the process of manipulating magnetic micro objects remains a challenge since the generation of magnetic fields and field gradients is strong enough. Previous research has reported the use of microelectromagnets to create magnetic field gradients in order to manipulate biological objects. However, the use of permanent magnetic microstructures permits to avoid Joule heating issues inherent to the electromagnets. In addition, no energy source is required. The aim of this thesis is to study the influence of physico-chemical characteristics of iron oxide nanoparticles on the rate of endocytosis, using an array of micro-magnets. Most probably, the applications of this reserach can be directly related to the gene therapy and can occur in most basic genetic studies. Another part of this work consists of combining microfluidic and magnetic forces in order to develop a cell sorting micro-systems that can be integrated in lab-on-chip or MEMS.