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La 3-alpha hydroxystéroïde déshydrogénase de type 3 humaine (3α-HSD3) a un rôle essentiel dans l’inactivation de la 5α-dihydrotestostérone (5α-DHT). Par une combinaison de la mutagenèse, de la cinétique et de la cristallographie par rayon-X, nous démontrons que la mutation de la Valine54 à la Leucine54 dans la 3α-HSD3 réduit sa capacité d’inactivation de la 5α-DHT et améliore une activité 20-alpha hydroxystéroïde déshydrogénase. Par ailleurs, la structure cristalline de la 3α-HSD3 en complexe avec la 5α-androstane-3,17-dione/épi-androstérone (A-dione/epi-ADT) a été obtenue par la co-cristallisation, avec la 5α-DHT, ce qui implique que la 5α-DHT a des modes de liaison alternative avec la 3α-HSD3. La suppression de l’expression de la 3α-HSD3 par des ARNsi ne fait pas seulement qu’augmenter la concentration de la 5α-DHT dans les cellules MCF7, mais elle diminue aussi la prolifération cellulaire des cellules MCF7 en présence de 5α-DHT. Le récepteur des estrogènes de type alpha (ERα) contrôle le développement sexuel et les fonctions reproduction. Nous avons mis en place une méthode de purification du fragment de l’ERα incluant son domaine de liaison à l’ADN et de son domaine de liaison au ligand (DBD-LBD). La cristallogenèse préliminaire de l’ERα DBD-LBD en complexe avec les éléments de réponse à l’estrogène a été effectuée. Par ailleurs, nous avons rapporté une méthode de purification simple et efficace pour le domaine de liaison au ligand de l’ERα. / Human 3-alpha hydroxysteroid dehydrogenase type 3 (3α-HSD3) has an essential role in the inactivation of androgen 5α-dihydrotestosterone (5α-DHT). By a combination of mutagenesis, kinetics and X-ray crystallography, we demonstrate that the mutation of Valine54 to Leucine54 in 3α-HSD3 reduces its 5α-DHT inactivation ability and enhances a 20-alpha hydroxysteroid dehydrogenase activity. Furthermore, the crystal structure of 3α-HSD3 in complex with 5α-androstane-3,17-dione/epi-androsterone (A-dione/epi-ADT) is obtained by co-crystallization with 5α-DHT, which implies that 5α-DHT has the alternative binding mode within 3α-HSD3. Suppression of 3α-HSD3 expression by specific siRNA not only increases 5α-DHT concentration in MCF7 cells, but also decreases MCF7 cell proliferation in the presence of 5α-DHT. Estrogen receptor alpha (ERα) controls sexual development and reproductive functions. We establish a purification protocol of ERα fragment including its DNA binding domain and ligand binding domain (DBD-LBD). Preliminary crystallogenesis of ERα DBD-LBD in complex with estrogen response elements is carried out. Additionally, we report a simple and efficient purification method for ERα LBD.

Le cancer de l’ovaire est l’une des cinq causes les plus fréquentes de décès par cancer chez les femmes dans le monde développé. Environ 90% des cancers de l’ovaire proviennent de l’épithélium que l’on nomme cancer de l’ovaire épithélial (EOC). Le EOC est un cancer hormono-dépendant et les stéroïdes sexuels jouent un rôle crucial en favoriant la prolifération et de la survie des cellules. Les 17β-hydroxystéroïdes déshydrogénases (17β-HSDs) jouent un rôle important pour le contrôle de la concentration intracellulaire de tous les stéroïdes sexuels actifs. Le mécanisme qui reculent le fonctionnent et l’expression des 17β-HSDs dans le EOC sont très peu compris. L’inhibition de certains 17β-HSDs pourrait être un traitement de l’EOC et ette approche thérapeutique doit être étudiée. Les résultats de notre étude ont démontré que les 17β- HSD types 1, 5 et 7 sont tous exprimés dans les cellules OOC-3, mais que la type 1 est la plus abondante. L’expression des 17β-HSD types 1 et 7 dans les tumeurs ovariennes épithéliales que dans les ovaires normaux (type 1, 2.2 fois; type 7, 1.9 fois). Mais l’expression de la 17β-HSD 5 est significativement plus faible dans les tumeurs, suite au développement de l’EOC (-5.217 fois). De plus, la prolifération cellulaire a diminué à la suite du knockdown la 17β-HSD type 1 ou type 7 par des siRNAs spécifiques dans les cellules OVCAR-3, mais, le knockdown de la type 5 a un effet contraire. Nous suggérons que la 17β-HSD 5 peut être impliquée dans une signalisation d’hormones stéroïdiennes pour le développement du cancer de l’ovaire épithélial. Les 17β-HSD 1 et 7 pourraient être des biomarqueurs importants pour l’EOC diagnostiqué tôt et ils peuvent également être de nouvelles cibles pour le traitement de l’EOC. / Ovarian cancer is one of the top five commonest causes of female cancer death in the developed world. About 90% of ovarian cancer have epithelial origins. Epithelial ovarian cancer (EOC) is a hormone-dependent cancer, in which the sex steroids play a crucial role in maintaining the cell proliferation and survival. The 17β-hydroxysteroid dehydrogenases (17β-HSDs) are important in the control of intracellular concentration of all active sex steroids. The function and expression of 17β-HSDs in EOC is not fully understood. Whether or not 17β-HSDs could be a therapeutic approach for the EOC treatment needs to be studied. Our results showed that 17β-HSD types 1, 5 and 7 are all expressed in EOC cells OVCAR-3 and type 1 is the highest one. The expression of 17β-HSD types 1 and 7 is higher in epithelial ovarian tumor tissues than in normal ovaries (type1, 2.2-fold; type7, 1.9-fold), but the expression of 17β-HSD type 5 is significantly lower in the tumor, following the EOC development (-5.2-fold). We found that cell proliferation was decreased after 17β-HSD type 1 or 7 knockdown by specific siRNAs in OVCAR-3 cells. While knocking down type 5 has the opposite effect. We suggest that 17β- HSD type 5 may be involved in steroid hormone signaling in EOC development. Moreover, 17β-HSD types 1 and 7 could be important biomarkers for early diagnosed EOC and novel targets for EOC treatment.

Chez l'humain, la formation des hormones stéroïdiennes dans les tissus périphériques via le précurseur déhydroépiandrostérone (DHEA) circulant joue un rôle majeur dans le maintien du fonctionnement adéquat des tissus androgéno- et estrogéno-sensibles. Comme les primates ont le pouvoir de sécréter une grande quantité de DHEA via les glandes surrénales, le singe représente ainsi un meilleur modèle animal pour étudier la stéroïdogénèse que le rat ou la souris. Chez ces derniers, l'enzyme 17α-hydroxylase, 17,20-lyase (CYP17) est absente dans les glandes surrénales, lesquelles sont donc incapables de produire et de sécréter la DHEA et la 4-androstène-3,17-dione (4-dione) dans la circulation, comme le font humain et les primates. Dans le présent projet, nous étudions deux enzymes chez le singe cynomolgus (Macaca fascicularis) qui possèdent le potentiel de métaboliser les androgènes, mais les preuves de leur implication réelle sont encore manquantes. La première est la rétinol déshydrogénase de type 12 (RDH12) qui transforme le rétinal en rétinol, les résultats préliminaires obtenus dans notre laboratoire suggèrent qu'elle possède la capacité de convertir la dihydrotestostérone (DHT) en 5α-androstane-3p, 17β-diol (3β-diol). La deuxième enzyme est la 17β-hydroxysteroide dehydrogenase (17β-HSD) type 11, qui possède la capacité de catalyser la transformation du 5α-androstane-3α, 17β-diol (3α-diol) en androstérone (ADT). Pour déterminer les activités catalysées par la RDH12, nous avons préparé des transfectants stables qui expriment l'enzyme en utilisant les cellules transformées de rein embryonnaire d'humain (HEK-293). Nous avons trouvé que Macaca fascicularis RDH12 (mfRDH12) catalyse efficacement et sélectivement la transformation de 5α-androstane-3,17-dione (5α-dione) en epiandrostérone (Epi-ADT) et DHT en 3β-diol, respectivement. L'enzyme est exprimée spécifiquement dans la peau, la glande mammaire et le cerveau. Le niveau d'expression le plus élevé est dans la peau où elle est exprimée spécifiquement dans la glande sébacée. En utilisant l'androgène synthétique R1881 pour déterminer s'il est capable de stimuler l'expression de la RDH12 comme celle de la rétinol déshydrogénase de type 11 (RDH11), une enzyme paralogue de la RDH12, nous avons trouvé que ce produit ne stimule pas l'expression de la RDH12, par contre, il est un inhibiteur puissant de l'activité 3β-hydroxystéroïde déshydrogénase. Pour déterminer le rôle potentiel de la 17β-HSD type 11 dans le métabolisme des androgènes, nous avons quantifié le niveau d'expression de l'enzyme, déterminé la localisation de l'enzyme dans plusieurs tissus en utilisant le PCR en temps réel et l'hybridation in situ, et examiné s'il y a association avec les tissus androgéno-sensibles.

La famille des 17β-hydroxystéroïdes déshydrogénases (17β-HSDs) est responsable de l'inter-conversion entre les stéroïdes estrogéniques ou androgéniques peu actifs (cétone) et très actifs (alcool). Plus précisément, les iso formes 1, 7 et 12 catalysent principalement la réduction de l'estrone (El) en estradiol (E2) soit l'hormone la plus estrogénique. Les estrogènes et les androgènes actifs sont impliqués dans le développement de plusieurs maladies hormono-dépendantes, tel que le cancer du sein et le cancer de la prostate, respectivement. Puisque les 17β-HSDs contrôlent la synthèse des estrogènes et des androgènes actifs en catalysant la dernière étape de leur biosynthèse, l'inhibition de ces enzymes constitue une approche intéressante d'un point de vue thérapeutique, puisqu'elle permettrait de réduire la concentration des hormones actives dans la circulation et par conséquent, pourrait empêcher la prolifération des cellules cancéreuses sensibles aux estrogènes et androgènes. Dans le but d'améliorer l'activité des inhibiteurs de la 17β-HSD1, trois nouvelles familles (époxydes, lactones et furanes) de dérivés de l'estradiol en positions 16 et 17 Ont été préparées. Des expériences d'amarrage moléculaire (docking) ont été réalisées en utilisant comme point de départ la structure tridimensionnelle de l'inhibiteur EM-1745, un hybride estradiol/adenosine complexé avec la 17β-HSD1. Parmi les nombreux composés synthétisés, les composés furaniques se sont révélés les meilleurs inhibiteurs. Les réactions de méthathèse de Grubbs et d'hydrogénation catalytique sont des étapes clefs dans la synthèse de ces composés. Dans le but d'obtenir des inhibiteurs de la 17β-HSD12, deux séries de 17a-amidodésoxyestradiol ayant deux niveaux de diversité moléculaire ont été préparées à l'aide de la chimie en solution. La première série a été obtenue à l'aide de la chimie en parallèle alors que les composés de la deuxième série ont été obtenus par réaction de carbonylation directe en utilisant les micro-ondes. La chimie en parallèle en solution ou sur support solide a été choisie comme une méthode rapide pour préparer plusieurs produits, accélérant ainsi la découverte de nouveaux agents thérapeutiques. Finalement, le "linker triazene" a été adapté à la chimie des stéroïdes afin d'obtenir des librairies de dérivés stéroïdiens déshydroxylés (sans OH) en position 3, ces produits étant connus pour avoir une bonne affinité avec la 17β-HSD12.

La famille des enzymes 17β-hydroxystéroïde déshydrogénases (17β-HSDs) humaines est responsable de la biosynthèse des hormones stéroïdiennes. Les enzymes réductrices de cette famille, c'est-à-dire la 17β-HSDl, la 17β-HSD5 et la 17β-HSD7, sont impliquées dans la dernière étape de la synthèse des estrogènes actifs, jouant ainsi des rôles importants dans plusieurs cancers reliés au système endocrinien. Les autres facteurs qui permettent la progression ou la deletion de gènes sont les molécules de stéroïdes en action avec les récepteurs stéroïdiens nucléaires. Dans cette thèse, je présente la structure cristalline de la 17β-HSD1 avec plusieurs stéroïdes, incluant A-diol, 3β-diol, DHT et E₁, les deux premiers étant reconnus pour avoir une plus faible affinité pour l'enzyme. De plus, des études de cristallographie, de modélisation par ordinateur aussi bien que des études de biologie cellulaire ont démontré la propriété inhérente de translation des stéroïdes sexuels. Cette étude est d'un intérêt particulier puisqu'elle ouvre de nouvelles portes pour l'exploration d'une thérapie hormonale adjuvante. Je présente, de plus, des études d'inhibition aussi bien que le design et la prédiction de nouveaux inhibiteurs en utilisant la cristallographie, les essais enzymatiques et la modélisation de la 17β-HSD1 et de la 17β-HSD5. Finalement, je présente une étude préliminaire structure-fonction de la 17β-HSD7. Une revue sur plusieurs sujets touchant la cristallogenèse et l'activité de la 17β-HSD est aussi rapportée dans l'annexe.

L' étiologie du cancer de l'endomètre est méconnue. Pourtant, la LH et les prostaglandines activent via- leurs récepteurs spécifiques exprimés dans le cancer de l'endomètre, un second messager commun, soit l'AMPc impliquée dans la prolifération et l'invasion du cancer de l'endomètre. Les gènes STAR, HSD3β32 et COX-2 sont surexprimés dans le cancer de l'endomètre et leur expression est connue pour répondre à la voie de l'AMPc via une stimulation par la LH et les prostaglandines. Les facteurs de transcription NUR 77 et C/EBPβ sont impliqués dans différents cancers et sont activés par la voie AMPc/PK.A, d'où notre hypothèse qu' ils pourraient activer la transcription des gènes STAR, HSD3β32 et COX-2 dans le cancer de l'endomètre. L'objectif de l 'étude est de déterminer si les facteurs NUR77 et C/EBPβ sont présents dans des lignées cellulaires du cancer de l'endomètre et s' ils pourraient être impliqués dans l'expression des gènes STAR, HSD3β32 et COX-2 dans ces cellules. J' ai pu démontrer la présence des deux facteurs dans différentes lignées cellulaires du cancer de l'endomètre. Cependant, mes résultats de transfections transitoires démontrent que NUR 77 et C/EBPβ activent faiblement les trois promoteurs à l'étude d'où l'intérêt de chercher d'autres collaborateurs impliqués dans l'expression des gènes STAR, HSD3β32 et COX-2 ou encore d' autres gènes régulés cibles par NUR77 et C/EBPβ dans le cancer de l'endomètre.

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.

Les enzymes stéroïdiennes 17P-hydroxystéroïdes déshydrogénases types 1 (17P-HSD1) et 5 (17P-HSD5) catalysent la formation de l'estradiol et l'inactivation du dihydrotestostérone (DHT). L'estradiol stimule la croissance des cellules cancéreuses du sein (CCS) tandis que le DHT, à des concentrations physiologiques, exerce un effet antiprolifératif sur elles. Dans cette thèse, je présente les travaux réalisés dans le double but d'évaluer l'effet des deux enzymes sur les niveaux des hormones et la prolifération des CCS et d'évaluer l'impact de l'expression de la 17P-HSD1 sur celle des gènes et protéines exprimés dans ces CCS. Les principaux résultats que j'ai obtenus suite à ces travaux sont les suivants : (1) l'utilisation de petits ARN interférents (siRNA) et d'un inhibiteur stéroïdien a permit de démontrer que l'expression et l'activité de la 17P-HSD1 sont inversement corrélées à la concentration de DHT des CCS mais positivement corrélées à leur niveau d'estradiol et à leur prolifération. Ainsi, la 17P-HSD1 stimule la croissance des CCS au moyen d'une double action sur les niveaux de ces deux hormones. (2) La 17P-HSD5 tend à augmenter le niveau d'estradiol dans la lignée de CCS humain MCF7 et contribue significativement à l'augmentation de sa croissance cellulaire. (3) Des analyses quantitatives de RT-PCR en temps réel ont démontré que la 17P-HSD1 module l'expression endogène des gènes estrogéno-régulés (dont pS2 et c-Myc) ainsi que leur réactivité à l'estradiol dans la lignée de CCS humain T47D. (4) L'analyse de puces à ADN a révélé que, dans les cellules T47D cultivées en l'absence de stéroïde, la 17P-HSD1 est capable de moduler la transcription de plus d'une quarantaine de gènes endogènes comprenant plusieurs protéines kinases impliquées dans la régulation de la croissance cellulaire. (5) Des analyses protéomiques complètes ont montré qu'en présence d'estradiol, la surexpression de la 17P-HSD1 entraine une modification du profil protéomique des cellules MCF7. (6) L'étude protéomique a également révélé que les lignées cellulaires MCF7 et T47D présentent une certaine divergence protéomique. La première exprime plus fortement les protéines impliquées dans la répression de la croissance cellulaire tandis que celles qui contribuent à la stimulation de la prolifération cellulaire sont plus fortement exprimées dans la dernière. / Human 17p-hydroxysteroid dehydrogenases types 1 (17P-HSD1) and 5 (17P-HSD5) catalyze the formation of the active estrogen estradiol (E2) and the inactivation of the androgen dihydrotestosterone (DHT). E2 stimulates breast cancer cell (BCC) growth whereas DHT has shown an antiproliferative effect. In this thesis, I present the study of the roles of 17P-HSD1 and 17P-HSD5 in the modulation of hormone levels and in the proliferation of BCC, and of the impact of the expression of 17P-HSD1 on that of endogenous genes and proteins in BCC. The main results obtained in this study are as follow: (1) using RNA interference and an inhibitor of 17P-HSD1, enzyme immunoassays and cell proliferation assays demonstrate that 17p-HSDl expression is negatively correlated to DHT levels in BCC, but positively correlated to E2 levels and BCC proliferation. 17P-HSD1 up-regulates BCC growth by a dual action on E2 synthesis and DHT inactivation. (2) 17P-HSD5 tends to increase the level of E2 in the human BCC line MCF7 and significantly contributes to the increase of the cell growth. (3) Quantitative real-time RT-PCR analyses showed that 17P-HSD1 modulates the expression of endogenous estrogen-responsive genes (including pS2 and c-Myc) and their responsiveness to E2 in the human BCC line T47D. (4) DNA-microarray analysis revealed that, in T47D cells cultured in steroid-deprived medium, 17P-HSD1 modulates the transcription of more than forty endogenous genes which include several protein kinases involved in cell growth regulation. (5) Complete functional proteomics analyses showed that in the presence of E2, the overexpression of 17pHSD1 modifies the proteomic profile of MCF7 cells. (6) The proteomic data also reveals that the proteomes of T47D and MCF7 cell lines differ significantly and suggest that MCF7 cells express a higher level of proteins implicated in cell proliferation repression than T47D cells, whereas the latter expresses more proteins strongly involved in cell growth progression.

L'influence de l'estradiol, de la dihydrotestostérone et de la corticostérone sur l'expression génétique de l'enzyme Il β-hydroxystéroïde déshydrogénase de types 1 et 2 a été évaluée par l'analyse semi-quantitative de résultats d'hybridation in situ des ARN messagers correspondants. Le rein, le foie, les glandes surrénales, les glandes préputiales, les glandes clitoridiennes, la prostate, les glandes mammaires, l'utérus et le vagin ont été les tissus à l' étude. Des souris mâles et femelles ayant d'abord subi une gonadectomie ou une adrénalectomie (l'ablation des organes principalement producteurs des hormones stéroïdiennes en question) ont ensuite reçu le remplacement hormonal correspondant à la chirurgie de chaque sujet. Les résultats ont démontré une régulation de la Il phydroxystéroïde déshydrogénases de types 1 et 2 par ces stéroïdes hormonaux, mais de façon différente, selon le tissu et selon le sexe. La localisation des enzymes a aussi été identifiée au niveau cellulaire. Aussi, la distribution de la Il β-hydroxystéroïde déshydrogénase de type 1 présente un dimorphisme sexuel au niveau du rein.