Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

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

Le daratumumab (Darzalex®) est un anticorps monoclonal thérapeutique dirigé contre l'antigène CD38 et indiqué pour le traitement du myélome multiple. À cause de son efficacité et de son profil d'innocuité, le daramutumab est de plus en plus utilisé et on le retrouve maintenant dans un nombre croissant d'échantillons sanguins. Toutefois, cette présence est problématique, car il se lie aussi au CD38 des globules rouges servant à l'identification des alloanticorps causant des faux. Ce mémoire décrit le développement d'une nouvelle méthode pour contrer l'interférence du daratumumab dans les tests de compatibilité sanguins. La stratégie consistait à mimer la région du récepteur CD38 reconnue par l'anticorps à l'aide de peptides cycliques et de les attacher sur un support solide afin d'hameçonner sélectivement le daratumumab et le retirer du plasma. Différentes méthodes d'ancrage et de cyclisation ont tout d'abord été évaluées afin d'identifier l'approche la plus simple pour sa production et son utilisation. Des études de relation structure-activité par balayages et des troncations ont ensuite été effectuées sur une séquence peptique d'une région du CD38 reconnue par le daramutumab pour identifier les motifs avec la meilleure affinité et la plus grande sélectivité. L'approche sélectionnée offre une grande flexibilité d'ancrage sur différents supports solides et permet la caractérisation et la purification des peptides. Elle a aussi permis de cribler rapidement différentes tailles de peptides cycliques et d'évaluer leur capacité à retirer le daramutumab d'échantillons sanguins. Mes travaux ont permis des avancées importantes sur les méthodes de synthèse et les approches d'ancrage sur support solide et permettront potentiellement le développement de ligands sélectifs pour des anticorps thérapeutiques problématiques dans l'avenir. / Daratumumab (Darzalex[exposant TM]) is a therapeutic monoclonal antibody directed against CD38 antigen and indicated for the treatment of multiple myeloma. Because of its efficacy and good safety profile, daratumumab is increasingly being used and is now found in an increasing number of blood samples. This presence has even become a problem as daratumumab binds to CD38 on red blood cells, it causes false positives thus complicating the identification of the alloantibodies. This thesis describes the development of a new method to overcome the daratumumab interference in blood compatibility tests by using cyclic peptides supported on polymer beads. The strategy was to mimic the antibody-recognized CD38 receptor region with cyclic peptides and attach them to a solid support to selectively remove daratumumab from the plasma. To achieve this, different anchoring and cyclization methods were evaluated in order to identify the simplest and most applicable approach for the production and use. Then, structure-activity relationship studies by scanning and truncation were performed on a peptide sequence of the CD38 region recognized by daratumumab to identify patterns with the best affinity and selectivity. The selected approach offers high anchorage flexibility on different solid supports and allows characterization and purification of the peptide product. It also allowed the rapid screening of different sizes of cyclic peptides and their ability to remove daratumumab from blood samples. My work has provided significant advances in synthesis methods and solid support anchoring approaches and will potentially allow the development of selective ligands for problematic therapeutic antibodies in the future.

Les facteurs de transcription induits par l’hypoxie (HIF) sont responsables de la transcription de nombreux gènes impliqués dans la réponse à l’hypoxie. En plus de réguler de nombreux processus cellulaires et physiologiques, ces facteurs sont impliqués dans plusieurs pathologies. Hétérodimères constitués d’une sous-unité β constitutive et d’une sous-unité α sensible à l’oxygène, ces facteurs sont majoritairement régulés par l’hydroxylation et la dégradation de la sous-unité α. En situation d’hypoxie, ce mécanisme de dégradation est inhibé, ce qui favorise la formation de complexes HIF. Les travaux présentés dans cette thèse visent à élucider les mécanismes régulant l’activation de HIF en situation d’hypoxie ou de normoxie. Dans la section Résultats, vous retrouverez une section consacrée à l’activation de HIF par l’angiotensine II (AngII) chez les cellules musculaires lisses vasculaires. Plus précisément, le rôle de la transactivation de récepteurs à activité tyrosine kinase suivi de l’implication de HIF dans la biologie de ces cellules seront abordés. Dans un deuxième temps, un inhibiteur des métalloprotéases, le BiPS, vous sera présenté comme étant un puissant inducteur des protéines HIF-α. En effet, le BiPS est un puissant inhibiteur des enzymes responsables de la dégradation des protéines HIF-α. En outre, le BiPS permet l’activation des complexes HIF ainsi formés. Ces résultats inattendus pourraient avoir des répercussions importantes dans l’utilisation de cet agent à des fins angiostatiques dans le traitement du cancer en plus de présenter un nouvel agent ayant un potentiel thérapeutique important dans le traitement de pathologies ischémiques. Finalement, vous retrouverez une section consacrée à l’étude d’un nouveau répresseur de HIF, l’histone acétyltransférase HBO1. De façon étonnante, HBO1 réprime l’activité des complexes HIF par un mécanisme indépendant de la stabilisation des sous-unités α mais dépendant du remodelage de la chromatine. En conclusion, ces résultats mettent en lumière de nouveaux mécanismes de régulation de l’activité des facteurs de transcription HIF. Considérant les rôles physiologiques importants de ces complexes ainsi que leurs implications dans diverses maladies, ces résultats permettront d’accroître les connaissances disponibles quant aux fonctions de ces complexes et mèneront vers le développement d’outils thérapeutiques efficaces. / Hypoxia-inducible transcription factors (HIF) are decisive elements in the transcriptional regulation of numerous genes expressed in conditions of hypoxic stress. In addition to their roles in many physiological and cellular processes, HIF are also involved in diverse pathological situations. Obligate heterodimers composed of a constitutive β subunit and of an oxygen tension-regulated α subunit, these transcription factors are mainly regulated by the hydroxylation and subsequent degradation of the α subunit. In hypoxia, this degradation mechanism is inhibited, resulting in HIF complex formation and binding to specific DNA sequences. The work presented in this thesis aims to elucidate regulatory mechanisms involved in HIF activation during hypoxia or in normal oxygen conditions. In the Results section, you will find a study devoted to HIF activation by angiotensin II (Ang II) in vascular smooth muscle cells. Specifically, the role of receptor tyrosine kinase transactivation on HIF activation was evaluated along with a description of HIF-1’s role in smooth muscle cells biology. Next, an inhibitor of matrix metalloproteases, BiPS, will be presented as a novel and potent HIF activator. This unexpected effect may have important implications for the use of this compound for its angiostatic potential in cancer treatment. In addition, BiPS and derivative molecules could also have strong therapeutic potential in ischemic diseases. Finally, you will find a section devoted to the study of a new transcriptional repressor of HIF complexes, the histone acetyltransferase bound to ORC-1, HBO1. Surprisingly, HBO1 represses the activity of HIF complexes by a mechanism independent of the availability of the α subunits, but dependent on a chromatin remodelling event. In conclusion, this thesis highlights new regulatory mechanisms responsible for HIF activation. Considering the important physiological roles of HIF complexes and their implications in the pathogenesis of different diseases, these studies increase the available knowledge concerning the biological functions of these complexes and could contribute to the development of more effective and safe therapeutic tools.

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.

Les cicatrices hypertrophiques sont la résultante de désordres fibrotiques caractérisés par un dépôt excessif de Matrice ExtraCellulaire (MEC) et une persistance anormale des myofibroblastes (cellules différenciées qui participent à la cicatrisation). Elles apparaissent régulièrement suite à un retard dans les délais de cicatrisation comme c'est le cas lors de la guérison des plaies de grandes surfaces caractéristiques des grands brûlés. Afin de comprendre les mécanismes mis en jeux dans cette pathologie notre équipe a utilisé le modèle de peau reconstruite par auto-assemblage avec des cellules épidermiques et dermiques issues de cicatrices hypertrophiques ou de peaux normales. Les études précédentes ont permis de montrer que l'épaisseur des dermes obtenus lors de culture de différents types cellulaires mésenchymateux est augmentée en présence de kératinocytes issus de cicatrices hypertrophiques (KH) par rapport à celle obtenue' lorsque des kératinocytes issus de cicatrices normales (KN) sont utilisés. Elles ont également pu attribuer cette variation d'épaisseur dermique à un effet paracrinien de l'épiderme. Nous avons poursuivi cette étude et identifié une protéine inhibitrice des métalloprotéinases : TIMP-1, sécrétée plus fortement par les KH par rapport aux KN. Cette dernière une fois ajoutée aux milieux de culture d'équivalents de peau reconstruite avec des KN in vitro induit une fibrose comparable a celle obtenue dans les équivalents de peau reconstruite avec des KH. Cette observation apporte une nouvelle donnée dans la connaissance des mécanismes moléculaires et cellulaires conduisant à la cicatrisation hypertrophique.

Thèse en cotutelle, Doctorat en biologie cellulaire et moléculaire, Université Laval, Québec, Canada et Université de Nantes, Nantes, France / Les cellules humaines sont soumises à des stress induisant des cassures double-brin de l’ADN (CDB). Ces CDB sont réparées notamment par la recombinaison homologue, impliquant les protéines RAD51 et RAD52. Une stratégie thérapeutique émergente est de développer des molécules inhibant RAD51 ou RAD52 afin d’accentuer l’instabilité génétique et la mort de la cellule cancéreuse. En effet, dans certains cancers, l’activité de RAD51 est dérégulée promouvant la prolifération tumorale. Il existe plusieurs molécules inhibitrices de RAD51 et nous nous sommes intéressés au DIDS dont le mode d’action n’a pas encore été déterminé. Concernant RAD52, une létalité synthétique a été montrée lorsque celle-ci est inactivée dans des cellules déficientes en BRCA1, BRCA2 ou PALB2, trois gènes mutés dans de nombreux cancers. Récemment, trois types de molécules inhibitrices de RAD52 ont été mis en évidence. Nous avons tout d’abord étudié l’impact du DIDS ainsi que des molécules dérivées afin de comprendre le mécanisme mis en jeu. Nous avons montré que le DIDS, ainsi que ses dérivés inhibent la liaison de RAD51 à l’ADN. Ces molécules empêchent la formation du nucléofilament entrainant une diminution du nombre de foyers RAD51. Nous avons développé une méthode de criblage par fluorescence pour évaluer l’effet d’une banque de 696 molécules sur la capacité de RAD52 à hybrider deux ADNsb. Deux molécules capables d’inhiber la fonction d’hybridation de RAD52 ont été mises au jour. In vivo, elles entrainent une diminution de la survie de cellules déficientes en PALB2. La recherche et le développement de nouveaux inhibiteurs de RAD51 et RAD52 constituent des stratégies thérapeutiques d’avenir. / Human cells are subjected to stress inducing DNA double-strand breaks (DSB). DSB are repaired in particular by homologous recombination, involving RAD51 and RAD52 proteins. An emerging therapeutic strategy is to develop RAD51 or RAD52 inhibitors that promote genetic instability and induce cancer cell death. In some cancers, the activity of RAD51 is deregulated promoting tumor proliferation. There are several RAD51 inhibitors and we focused on DIDS, whose mechanism of action has not been yet determined. Concerning RAD52, a synthetic lethality has been shown when its gene is inactivated in BRCA1, BRCA2 or PALB2 deficient cells, those genes being mutated in various cancers. Recently, three types of molecules inhibiting RAD52 were highlighted. We studied the impact of DIDS and its derivatives to understand the mechanism involved in the inhibition. We showed that DIDS and its derivatives inhibit RAD51 DNA binding function. These molecules prevent the formation of nucleofilament leading to a decrease in RAD51 foci formation. We have developed a fluorescent method of screening to evaluate the effect of a library of 696 molecules on the RAD52 ability to hybridize two ssDNA. Two molecules were able to inhibit the RAD52 hybridization function. In vivo, they induce a decrease in PALB2 deficient cell survival. Research and development of new RAD51 and RAD52 inhibitors represent promising therapeutic strategies.

L'obésité et ses pathologies associées telles que la résistance à l'insuline, le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique deviennent des enjeux de santé publique. Le foie est un organe majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose corporel. À l'heure actuelle, les modèles de lignées cellulaires d'hépatome sont les principaux modèles d'étude in vitro disponibles pour approfondir la physiologie hépatique. Malheureusement, l'expression et les fonctions des protéines dans ces cellules diffèrent de la réalité in vivo. Les hépatocytes primaires représentent une plateforme attractive dans l'étude des maladies métaboliques car ils conservent la plupart des fonctions hépatiques in vivo. Une limitation fondamentale de la culture des hépatocytes primaires de souris correspond au déclin métabolique après leur isolement. En quelques jours, les cellules primaires se dédifférencient en une lignée cellulaire inférieure entraînant une perte des fonctions spécifiques et une modification de l'expression des gènes. Avec ce projet, nous avons étudié les hépatocytes primaires de souris en culture en présence de petites molécules modulant des voies spécifiques liées à la transition épithéliale à mésenchymateuse, un processus conduisant à la dédifférenciation dans les hépatocytes primaires isolés de souris. Nous avons constaté que des petits inhibiteurs chimiques du remodelage du cytosquelette préservaient partiellement l'expression de certains marqueurs hépatiques et épithéliaux tels que l'albumine, la Zonula-1 et l'occludine. De plus, nos résultats ont révélé que les hépatocytes primaires de souris en culture perdaient la réponse à l'insuline mais maintenaient la réponse au glucagon sur la gluconéogenèse bien que les valeurs soient beaucoup plus faibles après 7 jours de culture par rapport au jour 1. L'ensemble de nos résultats suggèrent que la réduction mécanique de la tension via l'inhibition du remodelage du cytosquelette pourrait être une voie à suivre pour générer un modèle in vitro fonctionnel d'hépatocytes primaires de souris à long-terme dans l'étude des maladies métaboliques. / Obesity and its related pathologies insulin resistance, type 2 Diabetes and non-alcoholic fatty liver disease are becoming one of the major health hazards of modern world. The liver is a major organ in the control of body glucose homeostasis. Nowadays, hepatoma cell lines are in vitro study models available to further study liver physiology. Unfortunately, protein expression and functions in these cells differ from the in vivo reality. Primary hepatocytes are an attractive platform in the study of metabolic diseases because they retain most in vivo hepatic functions. A fundamental limitation of the culture of primary mouse hepatocytes is the metabolic decline taking place after isolation in these cells. Within few days isolated primary cells dedifferentiate into an inferior cell lineage losing specific functions and changing gene expression. Here, we studied primary mouse hepatocytes in culture in the presence of small molecules that modulate specific pathways related to epithelial to mesenchymal transition, a process leading to dedifferentiation in isolated primary mouse hepatocytes. We found that small chemical inhibitors of cytoskeletal changes partially preserved the expression of some hepatic and epithelial markers such as albumin, Zonula-1 and occludin. Furthermore, our results revealed that primary mouse hepatocytes in culture lost the response to insulin but maintained the response to glucagon on gluconeogenesis although the values decreased after 7 days in culture compared to day 1. Taken together, our results suggest that reducing mechanical tension by inhibiting cytoskeletal remodeling could be a way to follow to generate a functional in vitro model of long-term primary mouse hepatocytes to study metabolic diseases.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les stéroïdes et leurs dérivés constituent une classe biologique unique intervenant dans un grand nombre de processus physiologiques. Ces composés suscitent un fort intérêt thérapeutique, notamment parce qu'ils jouent un rôle crucial dans le développement des cancers hormono-dépendants tels que les cancers du sein et de la prostate. L'approche thérapeutique la plus utilisée consiste ainsi à développer des dérivés stéroïdiens qui vont agir en tant qu'inhibiteurs de certaines enzymes de la stéroïdogénèse, et ce, afin de bloquer la production des androgènes ou des estrogènes selon l'effet souhaité. Néanmoins, l'activité des dérivés stéroïdiens est versatile et ces composés peuvent aussi présenter d'autres intérêts thérapeutiques en agissant sur des cibles biologiques très distinctes. La première partie de ce mémoire est consacrée au développement d’une chimiothèque d’aminostéroïdes similaires au RM-581 (noyau C18-stéroïdien), un analogue du RM-133 (noyau C19-stéroïdien) qui a montré une activité cytotoxique sur une large variété de lignées cellulaires issues de différents cancers. La synthèse sur support solide a été utilisée pour le développement de ces analogues du RM-581. Quarante aminostéroïdes avec différentes chaînes latérales amino-substituées en position C2 du noyau estrane ont ainsi été obtenus. Une activité cytotoxique significative a été observée pour les mêmes composés indépendamment des lignées cancéreuses testées. Un composé a par ailleurs montré une activité anticancéreuse deux fois supérieure à celle du RM-581 et pourrait être un candidat prometteur pour le traitement de plusieurs cancers, dont le cancer du pancréas. La deuxième partie de ce mémoire porte sur le développement d'inhibiteurs de la CYP1B1, une enzyme ayant un rôle mutagène important dans le cadre de certains cancers. À partir d’inhibiteurs connus de cette enzyme, d’études de "docking" et basé sur un criblage de l'inhibition de la CYP1B1 par un large éventail de dérivés stéroïdiens; trois séries d'inhibiteurs C18-stéroïdiens ont été conceptualisées et synthétisés. Les résultats obtenus avec ces composés ont montré que l'introduction d'un groupe aromatique en position C2 d'un noyau 17β-estradiol favoriserait des interactions π-stacking avec la CYP1B1. L'activité inhibitrice de ces composés a été comparée avec l'α-naphthoflavone (ANF), un inhibiteur non stéroïdien connu de la CYP1B1. Certains de ces dérivés stéroïdiens ont montré une activité inhibitrice supérieure à celle de l'ANF et font actuellement l'objet de tests biologiques afin d'appuyer leur utilisation thérapeutique pour le traitement de certains cancers. / Steroids and their derivatives form a single biological class involved in a large number of physiological processes. These compounds have a great therapeutic interest, particularly because they play a crucial role in the development of hormone-dependent cancers such as prostate and breast cancers. The most widely used therapeutic approach consists to develop steroid derivatives that will act as inhibitors of certain steroidogenic enzymes to avoid the production of androgens and estrogens according to the desired effect. However, the activity of steroid derivatives is versatile and these compounds can have other therapeutic interests by acting on very distinct biological targets. The first part of this thesis is focused on the development of a library of aminosteroid similar to RM-581 (C18-steroidal nucleus), and analogue to RM-133 (C19-steroidal nucleus) that showed significant cytotoxic activities on a wide variety of cell lines from different cancers. Solid-phase synthesis was used for the development of these RM-581 analogues. Forty aminosteroids with different amino-substituted side chains at position C2 of an estrane nucleus (mestranol) were thus obtained. Significant cytotoxic activities were observed for the same compounds regardless of the cancer cell lines tested. Moreover, one of these aminosteroid derivatives was found to be twice more active than RM-581 and could be a promising candidate for the treatment of several cancers, including pancreatic cancer. The second part of this thesis is devoted to the development of steroidal inhibitors of CYP1B1, an enzyme playing an important mutagenic role in certain cancers. Based on known CYP1B1 inhibitors, docking studies and on a screening of the CYP1B1 inhibition by a broad range of steroid derivatives, three series of C18-steroidal inhibitors were designed and synthesized. The results obtained with these novel steroidal inhibitors showed that the introduction of an aromatic core at position C2 of the 17β-estradiol nucleus appears to be the best strategy for promoting pi-stacking interactions with CYP1B1. The inhibitory activity of these compounds was compared with α-naphthoflavone (ANF), a known nonsteroidal potent CYP1B1 inhibitor. Some of these steroidal inhibitors have shown a greater CYP1B1 inhibitory activity than ANF and are currently undergoing biological tests to support their therapeutic use for the treatment of certain cancers.