Le stress chronique apparait comme une cause importante de troubles de la fertilité chez la femelle. L’hypercorticisme (sécrétion excessive de glucocorticoïdes (GC) surrénaliens) induit par le stress agit sur l’axe de reproduction pour perturber le cycle œstrien et l’ovulation. Chez la femelle, l’axe de reproduction comprend 3 grandes structures : l’hypothalamus, l’hypophyse et l’ovaire. Pour bloquer l’activité de cet axe, les GC agissent via un récepteur spécifique (GR) pour induire une signalisation rapide non génomique et/ou une signalisation génomique tardive. Malgré de nombreuses recherches, les connaissances sur le mode d’action des GC sur cet axe restent fragmentaires. Au cours de ce travail de thèse, l’utilisation de différents modèles cellulaires et animaux nous a permis de mettre en évidence des mécanismes d’action des GC originaux sur l’axe hypothalamo-hypophysaire. Au niveau hypothalamique, nous avons décrit un nouveau dialogue entre les œstrogènes et les GC, qui favorise l’expression d’un neuropeptide hypothalamique inhibiteur, la dynorphine A. Ce neuropeptide pourrait ainsi participer au blocage des sécrétions pulsatiles de la GnRH (Gonadotropin-releasing Hormone) hypothalamique et des gonadotropines hypophysaires indispensables à l’ovulation. Au niveau hypophysaire, nous avons mis en évidence une action paradoxale des GC sur les cellules gonadotropes. En absence de GnRH, les GC stimulent une nouvelle voie de signalisation non génomique, initiée à la membrane plasmique par un GR palmitoylé. Cette signalisation rapide implique la calcium/calmoduline kinase II (CaMKII) ainsi qu’une de ses cibles, la synapsine-Ia. Néanmoins, en présence de GnRH, les GC bloquent la signalisation induite par la GnRH, en empêchant l’activation de la CaMKII, pouvant être à l’origine de l’inhibition de la sécrétion de la gonadotropine LH (Luteinizing Hormone).De nouvelles recherches sont à poursuivre pour approfondir nos connaissances sur les différents modes d’action des GC pouvant être spécifiquement mis en jeu au sein de chacune des cellules, et à l’origine des effets variés des GC au sein de l’organisme. Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l’altération de la fertilité, en particulier durant un stress chronique, est essentielle pour envisager l’émergence de nouvelles cibles thérapeutiques innovantes. / The chronic stress is an important cause of fertility disorders in female. Stress-induced hypercorticism (excessive secretion of glucocorticoids (GC)) acts on the reproductive axis to disrupt the estrous cycle and ovulation. In female, the reproductive axis comprises 3 structures: the hypothalamus, the pituitary and the ovary. To block the activity of this axis, GC act through a specific receptor (GR) to promote rapid non genomic and/or late genomic signaling. Despite extensive researches, knowledge on the mechanism of action of GC on this axis remains elusive. During my PhD, the use of different cellular and animal models allowed to highlight new mechanisms of GC actions on the hypothalamic-pituitary axis. At the hypothalamic level, we described a new genomic cross-talk between estrogen and GC to promote the expression of an inhibitory hypothalamic neuropeptide, dynorphin A. This neuropeptide could then participate in disrupting the pulsatile secretion of GnRH (Gonadotropin-releasing hormone) and pituitary gonadotropins which are essential for ovulation. At the pituitary level, we demonstrated a paradoxical action of GC on gonadotrope cells. In the absence of GnRH, GC stimulate a new non genomic pathway initiated at the plasma membrane through a palmitoylated GR. This rapid signaling involves calcium/calmodulin kinase II (CaMKII) as well as one of its targets, synapsin-Ia. Nevertheless, in the presence of GnRH, GC interfere with GnRH-induced signaling by preventing CaMKII activation, which may be responsible for the inhibition of LH (Luteinizing Hormone) release.Further researches are required to improve our knowledge on cell-specific mechanisms of action of GC that could explain the diversity of their activities. A better understanding of the molecular mechanisms responsible for fertility dysfunction, especially during chronic stress, is essential for the development of new and innovative therapeutic targets.

La sénescence cellulaire est un mécanisme suppresseur de tumeur. En effet, elle se caractérise par l’inhibition irréversible de la prolifération cellulaire, en réponse par exemple à l’expression de certains oncogènes activés. In vivo, les névi, dont 80% expriment l’oncogène B-RAF-V600E, sont des exemples visibles d’un tissu composé de cellules exprimant un oncogène et sénescentes, protégeant ainsi de la transformation vers le mélanome. On retrouve cependant B-RAF-V600E dans 50% des mélanomes malin, ce qui implique la possibilité d’un échappement à la sénescence. Lors de ma thèse, j’ai étudié les mécanismes d’induction de sénescence par B-RAF-V600E, et un possible mécanisme d’échappement induit par les glucocorticoïdes (GC). Les GC sont fréquemment utilisés en traitement topique pour leurs propritétés anti-inflammatoire mais aussi comme immunosuppresseurs. Nous avons constaté qu’ils interfèrent avec l’induction de la sénescence in vitro. En étudiant leurs effets sur les modifications du programme transcriptionnel induites par l’expression de B-RAF-V600E, j’ai mis en évidence le rôle d’une de leurs cibles, le facteur de transcription EGR1, dans l’induction de la senescence. Les GC réduisent l’expression de EGR1 et EGR1 contrôle positivement l’expression des inhibiteurs de kinases dépendantes de cycline CDKN2B et CDKN1A. EGR1 se comporte comme un senseur du niveau d’activation de la voie MAPK/ERK pour induire un arrêt rapide de la prolifération. J’ai aussi constaté que les GC, mais pas la perte de EGR1, permettent un échappement total à la sénescence induite par B-RAF-V600E, impliquant l’existence d’autres cibles. Mes résultats montrent le rôle de EGR1 dans l’induction de la sénescence et incitent à évaluer l’effet des glucocorticoïdes sur la tumorigénèse liée à l’expression de B-RAF-V600E et dans l’augmentation de la prévalence des cancers de la peau chez les patients greffés. / Cellular senescence is a tumor suppressor mechanism. Indeed, it corresponds to an irreversible cell cycle arrest, in response for instance to the expression of an activated oncogene. In vivo, nevi, 80% of which express the B-RAF-V600E oncogene, are composed of cells that expressed an oncogene and became senescent, protecting against progression to melanoma. Nevertheless, B-RAF-V600E is found in 50% of malignant melanoma, which implies mechanisms of senescence escape. During my PhD, I studied the mechanisms of senescence induction by B-RAF-V600E, and a possible escape mechanism by glucocorticoids (GC). GC are often used in topical treatment of skin diseases for their anti-inflammatory properties, and are also used as immunosuppressant. We observed that they interfere with senescence induction in vitro. While studying the effects of GC, I identifiedone of their targets, transcription factor EGR1, and showed that GC repress EGR1 which positively controls the expression of cell cycle inhibitors CDKN2B and CDKN1A. EGR1 acts as a sensor of the level of MAPK/ERK pathway activation to induce a rapid cell-cycle arrest. I also showed that GC, but not the loss of EGR1, allow full escape to senescence induced by BRAF-V600E, implying the existence of other targets. My results demonstrate the role of EGR1 in senescence induction, and highlight the need to evaluate GC action on tumorigenesis linked to B-RAF-V600E, as well as in the higher prevalence of skin cancers in transplanted patients.

II a été proposé qu'une partie des effets bénéfiques des agonistes des récepteurs nucléaires activés par les proliférateurs des peroxisomes gamma (PPARy) sur le remodelage du tissu adipeux et la sensibilité à l'insuline serait attribuable à une réduction des niveaux de glucocorticoïdes (GC), via une diminution de l'expression de la 11 P-hydroxystéroïde déshydrogénase type 1 (IIB-HSDl) dans le tissu adipeux. Cette enzyme permet l'activation des GC principalement au niveau du foie et du tissu adipeux et serait possiblement impliquée dans la pathogenèse de l'obésité. Une première série d'études a permis d'évaluer la contribution des GC (circulants/tissulaires) dans les mécanismes d'action de l'agoniste de PPARy rosiglitazone au niveau du remodelage du tissu adipeux et du profil métabolique chez des rats nourris avec une diète standard. Le maintien des effets bénéfiques de la rosiglitazone sur la morphologie et le profil lipidique du tissu adipeux intra-abdominal (rétropéritonéal) a résulté: (1) en un effet additif de l'agonisme PPARy et de la surrénalectomie sur la triglycéridémie et la sensibilité à l'insuline; (2) en la prévention des effets délétères de l'hypercorticostéronémie, tels la stéatose hépatique, l'hyperlipidémie et l’hyperinsulinémie. L'absence d'effet additif d'un traitement combiné (rosiglitazone/inhibiteur de la llB-HSDl) a montré que la contribution des GC dans les mécanismes d'action de la rosiglitazone au niveau des paramètres étudiés est minime et que les effets de l'agoniste englobent largement les effets bénéfiques associés à une diminution de l'action des GC dans le tissu adipeux. Une deuxième série d'études a visé à établir l'implication de la llB -HSDl dans le métabolisme lipidique chez des rats nourris avec une diète obésogène. L'inhibition pharmacologique de la llB -HSDl a induit: (1) une augmentation des processus oxydatifs et une diminution de la stéatose et de la sécrétion hépatique de VLDL; (2) un effet tissu-spécifique sur le métabolisme lipidique des dépôts adipeux intra-abdominaux, en améliorant tout particulièrement le profil délétère du tissu adipeux mésentérique; (3) une redistribution de la captation des lipides circulants vers les tissus oxydatifs et un accroissement de leur capacité oxydative. Ainsi, la llB -HSDl représente une cible thérapeutique attrayante pour le traitement des désordres reliés à l'obésité. / It has been suggested that part of the beneficial effects of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARy) agonists on adipose tissue remodelling and insulin sensitivity would be attributable to a reduction in glucocorticoid (GC) levels, through a decrease in IIB-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (IIB-HSDl) in adipose tissue. This enzyme is implicated in GC activation principally in liver and adipose tissue, and may be involved in the pathogenesis of obesity. A first set of studies allowed the evaluation of the contribution of GC (plasma and tissue) in the mechanisms of action of the PPARy agonist rosiglitazone at the level of adipose tissue remodelling and the metabolic profile in rats fed a standard diet. The results suggest that maintenance of the beneficial effects of rosiglitazone on intraabdominal (retroperitoneal) adipose tissue morphology and the lipid profile resulted in: (1) an additive effect of PPARy agonism and adrenalectomy on triglyceridemia and insulin sensitivity, and (2) the prevention of the deleterious effects induced by hypercorticosteronemia, such as hepatic steatosis, hyperlipidemia and hyperinsulinemia. The lack of additive effect of the combined treatment (rosiglitazone/ IIB-HSDl inhibitor) allowed us to conclude that the contribution of GC in the mechanisms of action of rosiglitazone at the level of the parameters studied is minimal, and that the beneficial effects of PPARy agonism largely include those associated with a decrease in GC action in adipose tissue. A second set of studies aimed at establishing the role of IIB-HSDl in lipid metabolism in rats fed an obesity-promoting diet. Pharmacologic inhibition of IIB-HSDl induced: (1) an increase in oxidative processes and a decrease in hepatic steatosis and VLDL secretion; (2) a tissue-specific effect on intra-abdominal adipose depot lipid metabolism, including a robust improvement in the metabolic handling of lipids in mesenteric adipose tissue; (3) lipid partitioning towards oxidative tissues and an increase in their oxidative capacity. IIB-HSDl therefore constitutes an attractive therapeutic target for the treatment of obesity-related disorders.

Le récepteur minéralocorticoïde (MR), activé par l’aldostérone, exerce de nombreuses fonctions pléïotropes, notamment au niveau rénal où il régule l’homéostasie hydrosodée. Des dysfonctionnements de la signalisation minéralocorticoïde sont impliqués dans des pathologies majeures chez l’Homme. Dans ce travail, nous avons identifié par ChIP sequencing le premier cistrome du MR dans une lignée cellulaire rénale humaine. La caractérisation des cibles génomiques a permis de décrire l’élément de réponse spécifique du MR, et de démontrer l’existence de deux modes d’action pour le MR : par liaison directe à l’ADN, ou indirecte via la liaison à d’autres facteurs de transcription. Le MR est physiologiquement confronté à une dualité face au récepteur glucocorticoïde (GR) avec lequel il partage un ligand, le cortisol, et des cibles génomiques, dont le gène PER1. Sur ce dernier, les deux récepteurs se distinguent par des recrutements dynamiques et cycliques différents, variants selon l’hormone, et contemporains de celui de partenaires transcriptionnels, régulant ainsi des effets à court ou à long-terme. Enfin, par ChIP en série et en tandem, nous avons montré que le MR et le GR agissent sous forme d’homodimères ou d’hétérodimères.L’identification du cistrome du MR, et la caractérisation de ses mécanismes d’action moléculaires, améliore notre compréhension de la physiopathologie de la signalisation minéralocorticoïde, et pourrait aboutir, notamment par le développement d’antagonistes sélectifs du MR comme la Finérénone, à de nouvelles stratégies thérapeutiques. / The mineralocorticoid receptor (MR), activated by aldosterone, exhibits numerous pleiotropic functions, most notably at the renal level where it regulates electrolytic homeostasis. Dysfunctions in the mineralocorticoid signaling pathway are involved in major diseases in Human. During this work, we have identified by ChIP sequencing the first MR cistrome in a human renal cell lineage. The characterization of the identified genomic targets allowed us to define a specific MR responsive element, and to demonstrate the existence of two transactivation processes for MR: through direct binding to DNA or through indirect interaction via binding to other transcription factors. MR is physiologically confronted with a duality with the glucocorticoid receptor (GR), since they share a common ligand, cortisol, and some of their genomic targets, whose PER1 gene. On the latter, MR and GR are distinguished by different dynamic and cyclical recruitment, varying according to hormone, and coordinated with the one of transcriptional partners, translating into the regulation of short-term and long-term effects. Finally, by serial and tandem ChIP experiment, we have demonstrated that MR and GR act as homodimer and as heterodimer.Identification of new MR genomic targets and characterization of its molecular mechanisms of action, improve our understanding of the pathophysiology of the mineralocorticoid signaling pathway. This could ultimately, notably through the development of selective MR antagonists like Finerenone, lead to new therapeutic strategies.

Lors de la liaison d’un glucocorticoïde (GC) naturel ou synthétique (par exemple, la Dexaméthasone) au récepteur des glucocorticoïdes (GR), les GCs régulent l’expression de gènes cibles soit par (i) transactivation par liaison ‘’directe’’ à un élément de liaison à l’ADN de type ‘’(+)GRE’’, (ii) transrépression ‘’directe’’ par liaison à un élément de type ‘’nGRE’’ ou (iii) transrépression ‘’indirecte’’ par interaction physique directe avec des facteurs de transcription pro-inflammatoires tels que AP-1 et NF-κB. Les effets anti-inflammatoires bénéfiques des GCs sont généralement attribués à la transrépression indirecte, alors que nombre de leurs effets secondaires pathologiques indésirables paraissent liés à la transactivation et/ou à la transrépression directe. Notre laboratoire a récemment découvert qu’un composé non-stéroïdien dénommé CpdX ainsi que ses dérivés deutérés, ne présentent ni la fonction de transactivation, ni celle de transrépression directe du GR, tout en stimulant son activité bénéfique de transrépression indirecte. Notre projet a consisté à caractériser un composé non-stéroïdien dit CpdX, ainsi que ses dérivés, quant à leurs activités thérapeutiques et à démontrer qu’elles sont semblables à celles des glucocorticoïdes anti-inflammatoires, couramment utilisés, tout en étant débarrassés de leurs effets pathologiques secondaires, tels que l’ostéoporose, l’atrophie cutanée et le syndrome métabolique. Pour atteindre nos objectifs, nous avons utilisés des modèles de souris présentant soit les affections cutanées (dermatites de contact ou atopique, psoriasis), l'asthme, l’arthrite rhumatismale, la colite ulcérative ou la conjonctivite allergique, associés à des études d’immunologie et de biologie moléculaire et cellulaire. Mon travail de thèse a démontré que CpdX, et certains de ses dérivés deutérés, présentent une activité anti-inflammatoire dans le traitement de ces modèles ‘’souris’’ (Partie I). Nous avons aussi montré que le traitement par CpdX et ses dérivés n’induit pas les effets secondaires pathologiques des glucocorticoïdes (Partie II), ouvrait ainsi la vue à une nouvelle ère dans le traitement à long-terme de maladies inflammatoires, sans provoquer les effets pathologiques indésirables des traitements actuels aux glucocorticoïdes. / Upon binding of natural or synthetic glucocorticoids (GCs) (e.g. Dexamethasone) to their glucocorticoid receptor (GR), GCs regulate the expression of target genes either by (i) direct transactivation through direct binding to “(+)GRE” DNA binding sites (DBS), (ii) direct transrepression through binding to “IR nGRE” DBSs or (iii) tethered indirect transrepression mediated through interaction with transactivators, such as NFkB, AP1, or STAT3 bound to their cognate DBSs. The beneficial anti-inflammatory effects of GCs have been generally ascribed to tethered transrepression, whereas many of their long-term undesirable side-effects could be due to transactivation and/or direct transrepression. Our laboratory recently reported that a non-steroidal compound, named CpdX, selectively lacks both direct transactivation and direct transrepression functions, while still exerting an indirect transrepression activity. The goal of our project was to characterize CpdX and some of its derivatives as effective anti-inflammatory drugs similar to glucocorticoids, but lacking their main deleterious side-effects, e.g. osteoporosis, skin atrophy and metabolic disorders. To this end, we have used experimental mouse model for skin disorders (atopic dermatitis, contact dermatitis, and psoriasis), asthma, rheumatoid arthritis, ulcerative colitis and allergic conjunctivitis, combined with immunology, molecular and cellular biology. My thesis studies have demonstrated that in mouse models, CpdX and its derivatives exhibit anti-inflammatory activities, which are similar to those of glucocorticoids (Part I). Importantly, we further show that CpdX and its derivatives do not exhibit the long-term debilitating side-effects of glucocorticoids (Part II). Thereby paving the way to a new era in the long-term therapy of major inflammatory diseases.

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

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

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L’action physiologique des glucocorticoïdes (GC) est de mobiliser certaines ressources de l’organisme pour s’adapter à des changements d’origine endogène ou exogène susceptibles de perturber l’homéostasie de l’organisme. Des facteurs métaboliques/nutritionnels modifient l’intensité d’action des GC. Ils agissent au niveau i) de l’activation de l’axe corticotrope, ii) de leur biodisponibilité des GC (régulation « pré-récepteur »), iii) de l’activation transcriptionnelle des récepteurs des GC (régulation « post-récepteur »). L’objectif général de ce travail repose sur l’exploration du rôle de certains facteurs métaboliques/nutritionnels dans la modulation pré- et post-récepteur de l’action des GC sur l’organisme. Dans une approche clinique, notre attention s’est tout d’abord focalisée sur le rôle de l’équilibre diabétique et/ou l’état inflammatoire des patients atteints de diabète de type I et le métabolisme pré-récepteur du cortisol. Par l’étude en spectrométrie de masse des métabolites du cortisol, nous montrons une augmentation significative de l’activité de la hydroxystéroïde-déshydrogenase 1, principale enzyme de régénération intracellulaire du cortisol. Cette augmentation est corrélée à des marqueurs de l’inflammation chez les enfants diabétiques. Ces résultats suggèrent un lien entre le diabète et l’existence d’une inflammation à bas bruit et l’augmentation de l’exposition cellulaire aux GC. Dans une approche expérimentale, nous nous sommes ensuite intéressés à l’action de l’acide rétinoïque all trans (atAR), métabolite actif de la vitamine A, sur l’activité transcriptionnelle des GC. Nous avons choisi un modèle in vitro de cellules hippocampiques en raison d’effets contrastés de l’atAR et des GC sur les fonctions mnésiques in vivo. Nous observons une interaction entre les voies de signalisation transcriptionnelle de l’atAR et des GC sur leurs propres récepteurs et sur des protéines de la plasticité synaptique. Par ailleurs, l’atAR est responsable de modifications de la phosphorylation du récepteur aux GC altérant ainsi ses fonctions transcriptionnelles. Enfin atAR et GC modifient différemment l’organisation du cytosquelette d’actine sans modification transcriptionnelle ou traductionnelle. La compréhension du rôle de certains facteurs environnementaux dans la signalisation des GC pourrait permettre de réduire certains des effets délétères du stress. L’utilisation de certains nutriments, vitamine A par exemple, pourrait atténuer certaines conséquences d’un tonus glucocorticoïde excessivement prolongé. / Rôles to mobilize body resources and to adapt to endogenous or exogenous changes that might disrupt the homeostasis of the body. Nutritional & metabolic factors may modify the intensity of GC action in: i) the activation of the corticotrope axis and their secretion by the adrenals, ii) their bioavailability ("pre-receptor" regulation), iii) the transcriptional activation of their receptors ("post-receptor" regulation). The main target of this work is to explore the role of some metabolic/nutritional endogenous or exogenous factors in modulating pre- and post-receptor action of GC. Our attention first focused on the role of diabetes and the related inflammation in patients with type I diabetes, and pre-receptor metabolism of cortisol. We showed that a significant increase in the activity of hydroxysteroid dehydrogenase 1, the main enzyme of intracellular cortisol regeneration, is correlated with markers of inflammation in diabetic children. This suggests a link between diabetes and the low-level chronic inflammation and increased cellular exposure to GC . Then, we focused on the action of all-trans retinoic acid (atRA), the active metabolite of vitamin A on the transcriptional activity of GC. We used an in vitro model of hippocampal cells as GC and atRA have contrasted effects on mnesic processes in vivo. We observed a transcriptional interaction between the GC and retinoic pathways targeting their receptors and genes involved in neuronal plasticity. atRA also affects the phosphorylation of the GC receptor and modifies its transcriptional activity. Lastly, both atRA and GC affect cellular organisation of actin cytoskeleton. The knowledge acquired by studying the action of nutritional molecules on GC action could be used to easily reduce the deleterious effects of GC in chronic stress. Clinical studies have started in this direction.

Le choc septique est la principale cause de mortalité dans les services de réanimation. Les glucocorticoïdes (GC) et la protéine C activée (APC) sont deux traitements adjuvants recommandés au cours du choc septique. Ce travail a pour objectif d'évaluer l'impact de la combinaison d'APC et des GC sur les paramètres hémodynamiques et la survie. Le sepsis expérimental se caractérise par une hypotension artérielle avec acidose lactique et une hyporéactivité vasculaire. L'administration de Dexa et/ou d'APC permet de diminuer les taux de lactates, d'interleukines et de nitrate/nitrite. Chez les groupes traités, la contraction est améliorée ainsi que la relaxation vasculaire des aortes et des artères mésentériques. L'administration d'APC et de Dexa, seul ou en association, entraine une diminution de l'expression induite d'iNOS et la restauration de la voie Akt. La combinaison APC et Dexa améliore le temps de survie de façon synergique. Nos résultats suggèrent que l'APC et les GC devraient être réévalués en association dans le traitement du choc septique / Sepsis remains the major cause of death in intensive care units. International guidelines for management of severe sepsis and septic shock recommend both stress-dose steroid therapy and recombinant activated protein C (APC). The aims of the present study were to compare the effects of APC and dexamethasone (Dexa) alone as well as in combination in resuscitated septic shock on survival, hemodynamics, and vascular reactivity. Sepsis was associated with a decrease in mean arterial pressure, elevation in plasma lactate and nitrite/nitrate concentration. Administration of APC, Dexa, and their combination improve arterial pressure and decrease lactate and nitrite/nitrate concentration. Both APC and Dexa improved arterial contractility and endothelial dysfunction resulting from septic shock in rats. The expression of iNOS was significantly reduced by the administration of Dexa, APC, and combination therapy. All treatments restore the Akt pathway. Moreover, their combination increased the length of survival. These findings suggest that APC and glucocorticoids should be further re-evaluated in combination in septic shock