La cardiomyopathie dilatée (CMD) est caractérisée par une fraction d’éjection (FE) réduite, une fonction systolique altérée, une désorganisation de la matrice extracellulaire et des défauts métaboliques. Dans différents modèles de CMD, le niveau d’expression de la nicotinamide riboside kinase 2 (Nmrk2) impliquée dans la synthèse du NAD, un coenzyme majeur du métabolisme énergétique et une molécule de signalisation, est augmenté. NMRK2 est identique à « Muscle Integrin Binding Protein » se liant à l’hétérodimère intégrine β1/α7. Le rôle de Nmrk2 dans le cœur n’est pas connu. Les souris Nmrk2-KO jeunes développent une réponse hypertrophique concentrique normale en réponse à l’angiotensine II et à la constriction aortique. Les échocardiographies jusque 8 semaines post-TAC et au cours du vieillissement à l’état basal, montrent une diminution plus sévère de la FE et un développement de CMD. Les RT-QPCR montrent une augmentation du niveau d’expression de l’isoforme lente β de myosine. NMRK2 n’est pas requise pour maintenir le taux de NAD dans le cœur en réponse aux traitements pro-hypertrophiques et à un âge jeune. Par contre, au cours du vieillissement, les niveaux d’expression de Nmrk1 et Nampt sont diminués et à 24 mois, le NAD myocardique est réduit de 50% chez les souris Nmrk2-KO. A ce même âge, le complexe α7β1 est réduit. Les analyses histologiques montrent un défaut du dépôt de la laminine, la présence d’une fibrose et un élargissement de l’espace intercellulaire chez le mutant Nmrk2-KO. NMRK2 est requise pour préserver la fonction et la structure cardiaque et l’homéostasie du NAD à un âge avancé. Des composants moléculaires modulant sa voie pourraient être une option thérapeutique. / Dilated cardiomyopathy (DCM) is a severe heart disease characterized by reduced ejection fraction, altered systolic function, extracellular matrix disorganization and metabolic defects. In different mice models of DCM, the expression of the nicotinamide riboside kinase 2 (Nmrk2) implicated in the synthesis of NAD, a major coenzyme in energy metabolism and a signaling molecule, is increased. NMRK2 is similar to the muscle integrin binding protein (MIBP) that binds to the integrin α7β1 heterodimer. The role of Nmrk2 in the heart is unknown. Young Nmrk2-KO mice develop a normal cardiac hypertrophic response to angiotensin-II exposure and transverse aorta constriction (TAC) but follow-up echocardiography until 8 weeks post-TAC and during aging from 5 to 24 months revealed a more severe decrease in the EF and the development of a DCM phenotype. RT-qPCR analysis of cardiac mRNAs showed an increase in the slow, cardiac, β myosin heavy chain isoform starting at 12 months. NMRK2 was not essential to maintain myocardial NAD levels in response to pro-hypertrophic treatments and in young adults. However Nmrk1 and Nampt expression level declined strongly with aging and Nmrk2-KO mice displayed a 50% reduction in myocardial NAD levels at 24 months. The α7β1 integrin complex was repressed at this age. Immunofluorescent analyses and electron microscopy revealed a defect in laminin deposition and enlarged intercellular space in the Nmrk2-KO heart. The Nmrk2 gene is required to preserve cardiac function and structure during aging and becomes indispensable for maintaining NAD at late age. Molecular characterization of compounds modulating this pathway could give future therapeutic prospect.

Les Virus de l'Immunodéficience Humaine (VIH) sont le résultat de plusieurs transmissions inter-espèces de SIV (Virus de l'Immunodéficience Simienne) de Primates Non Humains (PNH) à l'Homme. Les SIV les plus proches du VIH-1 sont le SIVcpz et le SIVgor qui infectent naturellement les chimpanzés et les gorilles. Les SIVsmm retrouvés chez les mangabés enfumés d'Afrique de l'Ouest sont les plus proches du VIH-2. Actuellement, au moins 13 transmissions du singe à l'Homme ont été documentées, 4 à l'origine des 4 groupes du VIH-1 (groupe M, N, O et P) et 9 pour le 9 VIH-2 (A-I). La question du réservoir à l'origine du VIH-1 chez l'Homme est partiellement résolue. Les chimpanzés, Pan troglodytes troglodytes, du sud-est et centre sud du Cameroun sont respectivement les réservoirs du VIH-1 M pandémique chez l'Homme ainsi que du VIH-1 groupe N. En ce qui concerne les groupes O et P, il n'y a actuellement pas de réponse définitive. Les SIVgor sont bien les virus les plus proches phylogénétiquement des VIH-1 O et P. Cependant, de plus amples recherches sont nécessaires pour identifier les ancêtres directs des variants O et P. Ces recherches supplémentaires aideront aussi à élucider l'origine du SIVgor chez les gorilles, et à savoir si ce sont les gorilles qui ont transmis les virus O et/ou P à l'Homme, ou s'il existe toujours un réservoir des ancêtres O et P chez les chimpanzés. Des études supplémentaires sont aussi nécessaires afin de mieux comprendre les mécanismes d'adaptation à un nouvel hôte et l'impact des infections SIV chez les grands singes. Dans ce but, l'étude du récepteur accessoire pour le VIH, l'intégrine α4β7, pourrait aussi jouer un rôle pour l'infection du SIV/VIH. Cette intégrine facilite également la migration du virus vers l'intestin. Une étude récente a montré des substitutions d'acides aminés chez les Primates du Nouveau Monde (PNM) qui empêche l'adhérence du liant. Ainsi, les polymorphismes de cette intégrine et son rôle dans l'infection SIV chez les Primates de l'Ancien Monde (PdAM) sont encore inconnus. L'objectif majeur de cette thèse était de mieux documenter et mieux comprendre l'infection SIV chez les gorilles sauvages en Afrique Centrale. Sur plus de 6.000 échantillons testés, nous avons constaté que seuls les gorilles (Gorilla gorilla gorilla) du sud Cameroun sont infectés par le SIVgor. Parmi eux, nous avons identifié les ancêtres du VIH-1 P chez des populations du sud-ouest Cameroun. Nous avons aussi mis en évidence que les gorilles sont à l'origine du VIH-1 groupe O. Les analyses fonctionnelles du facteur de restriction APOBEC3G ont montré que celui-ci protège les gorilles des infections SIVcpz, expliquant en partie la faible prévalence de SIVgor. Nous avons évalué une nouvelle technologie sérologique, le Luminex®, en utilisant des antigènes spécifiques de la lignée SIVgor. Ces résultats ont été comparés avec ceux que nous pouvons obtenir avec l'INNO-LIATM qui est une technique de référence basée sur des réactions croisées entre anticorps SIV et antigènes VIH-1. Nous avons aussi évalué la faisabilité de la technologie de séquençage de deuxième génération Illumina® pour étudier les viromes de deux gorilles. Nous n'avons pas pu obtenir la séquence du SIVgor dans l'échantillon de l'individu infecté. Cependant, en comparant les résultats obtenus entre les deux gorilles étudiés, nous avons pu constater un probable déséquilibre de la réplication des virus entériques seulement pour le gorille infecté par le SIVgor. Enfin, nous avons décrit la diversité de la sous-unité α4 de l'intégrine α4β7 chez les PdAM. En conclusion, ces travaux de thèse ont apporté de nouvelles connaissances majeures sur l'infection SIV chez les gorilles et ont contribués à élucider l'origine des quatre groupes VIH-1. / Human Immunodeficiency Viruses (HIV) are the result of numerous interspecies transmissions of different SIV (Simian Immunodeficiency Virus) from Non-Human Primates (NHP) to humans. SIVcpz and SIVgor from chimpanzees and gorillas are most closely related to HIV-1, and SIVsmm from sooty mangabeys in West Africa to HIV-2. At least 13 cross-species transmissions from NHP to humans have been reported, 4 leading to the 4 HIV-1 group (M, N, O and P) and 9 for the 9 HIV-2 groups (A-I). Today the origin of HIV-1 group M and N is elucidated and their simian ancestors, have been identified in chimpanzee (Pan troglodytes troglodytes) populations in southeast and south-central Cameroon, respectively. HIV-1 group O and P are most closely related to SIVgor from gorillas but their direct ancestors have not been identified yet. More studies are thus needed to clarify the origin of HIV-1 group O and P in humans as well as on the origin of SIVgor in gorillas. These studies will also elucidate whether HIV-1 group O and P have been transmitted by chimpanzees or gorillas and whether simian ancestors of these HIV groups and the ancestor of SIVgor still circulates in today's chimpanzee populations. More studies are also needed to understand viral and host factors related adaptation in the new host and the impact of SIV infection in general in apes. As such, α4β7 integrin has been recently described as a new HIV-1 receptor that facilitates virus migration to the Gut-Associated Lymphoid Tissue (GALT). In a recent study, amino acid substitutions were observed in the α4 binding site in New World Primates (NWP), that can reduce the activity of this receptor. The impact of the genetic diversity of this integrin in Old World Primates (OWP) and its role in SIV infection is still unknown. Therefore, characterizing the polymorphisms profiles in OWP could bring new insights into progression of the pathogenic and non pathogenic SIV infections. The main objective of this thesis was to better characterize and understand SIV infection in wild gorillas in Central Africa. On more than 6,000 fecal samples from gorillas collected across Central Africa, we showed that only gorillas from southern Cameroon are infected with SIVgor and we identified the ancestors of HIV1 group P in gorilla populations from southwest Cameroon. We also provided evidence that gorillas are at the origin of HIV-1 group O in humans. Functional analysis of the restriction factor APOBEC3G showed that its protects gorillas from SIVcpz infections and can explain the low prevalence in gorillas. We evaluated a new antibody detection approach in faecal samples, based on Luminex® technology that use SIVgor specific antigens, comparing with the actual serological test INNO-LIATM HIV confirmatory assay, based on cross-reactive SIV antibodies with HIV antigens. We also evaluated the feasibility of virus sequencing in faecal samples with the Illumina® technology to study viromes of gorillas. We studied two samples, one of a SIVgor infected individual and one from an uninfected gorilla. Although the SIVgor sequence was not retrieved from the infected individual, we observed a tendency to enteric virus replication disorder in the infected animal that has not been seen in the uninfected one. Finally, we also documented here the genetic diversity of the α4 subunit from OWP. In this thesis we documented more in detail different aspects of SIV infection in gorillas and contributed to elucidate the origin of all HIV-1 groups.

L’étude de l’intégrine alphaE(CD103)beta7, exprimée à la surface des lymphocytes T cytotoxiques (CTL) et ayant pour ligand la E cadhérine, marqueur des cellules épithéliales, a permis de démontrer son rôle dans le recrutement des CTL dans la tumeur, la formation de la synapse immunologique et l'induction de la mort des cellules tumorales épithéliales par les CTL spécifiques. Dans ce contexte, nous avons étudié la signalisation de CD103, et ainsi démontré que la paxilline, une protéine des points d'adhésion focaux, interagit avec CD103. De plus, son inhibition diminue les capacités d'adhésion et d'étalement des CTL sur un tapis d'E cadhérine recombinante humaine. Nous avons ensuite identifié le domaine cytoplasmique de CD103 nécessaire à son activation. Une protéine de fusion CD103-GFP a été construite, ainsi que plusieurs mutants du domaine cytoplasmique de CD103. Nous avons identifié le motif ESIRKAQL, nécessaire à l'activation des lymphocytes T. La sérine en position 1163, présente dans ce motif, semble indispensable à la relocalisation de CD103, des lysosomes et de la paxilline, à la zone de contact avec la E-cadhérine. / The alphaE(CD103)beta7 integrin plays a crucial role in the formation of a functional immune synapse (IS) between T cells and epithelial target cells. Indeed, the interaction of CD103 on tumor-infiltrating T lymphocyte (TIL) with its ligand, the epithelial cell marker E cadherin on tumor cells, promotes tumor cell killing. We studied CD103 signaling, and we showed that paxillin, a protein found in focal adhesion, interacts with CD103, and its inhibition leads to a decrease in T cell adhesion and spreading of T cell upon activation with immobilized recombinant E-cadherin-Fc. Secondly, we investigated CD103 cytoplasmic domains involved in its activation. Therefore, we used wild-type (WT)-CD103-GFP or various mutant CD103-GFP fusion proteins. Our results showed that ESIRKAQL intracellular motif is necessary for T cell activation, and in particular the serine in position 1163 that is essential for CD103 clustering and paxillin recruitment.

La thrombasthénie de Glanzmann (TG) est une maladie autosomique récessive liée à undéficit quantitatif et/ou qualitatif de l’intégrine αIIbβ3, principale glycoprotéine présente à la surfacedes plaquettes. Ce complexe sert de récepteur au fibrinogène plasmatique, permettant ainsi auxplaquettes de s’agréger entre-elles. Notre étude visait à caractériser les anomalies génétiquesresponsables de TG chez 76 familles d’origine différente. Les signes hémorragiques présentés parles patients étaient principalement des épistaxis, des pétéchies, des saignements gastro-intestinauxou des ménorragies. Les mutations présentes dans les gènes ITGA2B ou ITGB3 ont été identifiéespar séquençage direct. Tous les exons, ainsi que les régions introniques flanquantes, ont étéétudiées, permettant ainsi d’identifier 78 variations génétiques, dont 57 n’avaient jamais étérapportées. Des mutations tronquantes ou de l’épissage étaient présentes dans près de la moitié descas. Les mutations faux-sens représentaient également une forte proportion des anomaliesmoléculaires retrouvées (50% environ). Le caractère délétère de ces mutations a été confirmé parl’utilisation de méthodes in silico et/ou in vitro, permettant de caractériser les domaines essentiels àla structure et à la fonction des sous-unités αIIb et β3. En termes de corrélation génotype-phénotype,notre étude n’a pas permis de mettre en évidence d’association claire entre certaines mutations et lesyndrome hémorragique présenté par les patients. Cependant, ce travail permet de mieuxcomprendre les mécanismes impliqués dans la structure et le fonctionnement de la principaleintégrine plaquettaire. / Glanzmann thrombasthenia (GT) is a rare autosomal recessive disorder characterized byquantitative and/or qualitative defect of the platelet αIIbβ3 integrin. Naturally occurring mutations inITGA2B or ITGB3 genes are responsible for the disease. Sanger sequencing analysis was applied tomutation screening of 83 diagnosed GT patients. 78 different sequence variations were identified ofwhich 57 had never been previously described. Among the novel identified mutations, truncative,missense and splice site mutations were observed. Therefore, we have identified a spectrum ofunreported mutations that may be of value to decipher the role of specific regions within αIIbβ3.

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

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

L'adhérence à la matrice extracellulaire dépendante des intégrines est un processus dynamique et hautement régulé assurant la motilité cellulaire. La protéine ICAP-1alpha interagit avec le domaine cytoplasmique de l'intégrine beta1 et désorganise les adhérences focales in vitro. Comme ICAP-1alpha est absent des adhérences, cette protéine pourrait avoir une action transitoire et finement régulée au niveau de beta1. Dans un premier temps, j'ai pu montrer que ICAP-1alpha ralentit la phase d'assemblage des adhérences en maintenant l'intégrine beta1 en état de faible affinité pour son ligand. De façon surprenante, la régulation négative de l'affinité de l'intégrine beta1 par ICAP-1alpha assure la perception des faibles densités de matrice extracellulaire et l'adaptation de la réponse cellulaire adhésive à cet environnement. ICAP-1alpha agit comme un capteur mécanique qui limite l'assemblage des sites d'adhérence et ralentit la migration et l'étalement des cellules sur des matrices peu denses. Dans un second temps, la voie de signalisation contrôlant l'activité de ICAP-1alpha sur la fonction de l'intégrine beta1 a été caractérisée. ICAP-1alpha possède des sites consensus de phosphorylation dont un reconnu par la protéine kinase dépendante du calcium et de la calmoduline de type II, la CaMKII. Plusieurs évidences révèlent que la CaMKII régule la fonction d'ICAP-1alpha. La phosphorylation d'ICAP-1alpha sur le site reconnu par la CaMKII stimule la liaison de cette protéine sur beta maintient cette intégrine en état de faible affinité pour son ligand et réduit la formation des adhérences focales.

L'objectif de cette thèse est de caractériser l'influence de facteurs protéiques sur la dynamique du cytosquelette cellulaire au moyen d'outils de micromanipulation contrôlés. Nous avons déterminé la réponse microrhéologique du réseau d'actine pour des cellules uniques. Nous avons appliqué grâce à un système de pinces optiques des forces statiques et oscillantes à des microbilles de verres attachées de manière spécifique au réseau d'actine de divers types cellulaires. Dans le cas statique nous avons mesuré des modules élastiques dans la gamme 29

L'objectif de cette thèse est de développer l'imagerie de transfert de saturation des agents de contraste lipoCEST pour la détection de l'angiogenèse dans un modèle souris de tumeur cérébrale U87. Un lipoCEST offrant un seuil de sensibilité in vitro de 100 pM est optimisé afin de répondre aux contraintes de l'imagerie CEST in vivo. Grâce à la mise en place d'un dispositif expérimental dédié à l'imagerie CEST, nous évaluons les performances des lipoCEST pour détecter de façon spécifique l'angiogenèse tumorale. Nous montrons pour la première fois qu'il est possible de détecter un lipoCEST in vivo dans un cerveau de souris suite à une injection intraveineuse. De plus, l'utilisation d'un lipoCEST fonctionnalisé avec un peptide RGD permet de cibler spécifiquement l'intégrine ανβ3 surexprimée lors de l'angiogenèse tumorale. L'association spécifique du RGD-lipoCEST est confirmée grâce à des données d'immunohistochimie et de microscopie de fluorescence. Enfin, dans le but de tendre vers un protocole d'imagerie moléculaire par IRM-CEST, nous mettons en place un outil de quantification des lipoCEST. Cet outil repose sur la modélisation des processus d'échange de protons in vivo. Grâce à la prise en compte des inhomogénéités de champs B0 et B1 qui peuvent se révélées être délétères pour le contraste CEST, nous démontrons que la précision de notre outil de quantification est de 300 pM in vitro. La quantification des données CEST acquises chez la souris U87 permet d'estimer à 1,8 nM la concentration maximale en RGD-lipoCEST liés à leur cible moléculaire.

Les mécanismes de formation des plaquettes sanguines à partir des mégacaryocytes ne sont pas totalement compris, mais l’environnement médullaire semble y avoir une influence cruciale. Dans ce travail nous montrons que i) les intégrines β3, récepteurs de protéines de matrice extracellulaire, semblent impliquées dans la mégacaryopoïèse et la formation des plaquettes, ii) la différenciation des cellules hématopoïétiques dans un environnement 3D de rigidité comparable à la moelle osseuse améliore la maturation des mégacaryocytes différenciés in vitro et iii) la myosine IIA est impliquée dans la distribution des organelles dans les mégacaryocytes. Parallèlement, Nous avons caractérisé la spécificité d’expression du transgène Pf4-cre pour valider son utilisation dans nos approches expérimentales. Ce travail apporte un éclairage nouveau sur le rôle de la myosine IIA et des intégrines dans les mégacaryocytes et souligne l’influence de la rigidité de l’environnement dans la mégacaryopoïèse. / Megakaryocytes differentiation (megakaryopoiesis) and platelet formation mechanisms are not entirely understood, but the bone marrow environment seems to be crucial in these processes. In this thesis, we show i) that integrin β3, the extracellular matrix protein receptors, are involved in megakaryopoiesis and platelet formation, ii) that recreating a 3D environment of stiffness in the range of that of bone marrow improves the maturation of in vitro differentiated megakaryocytes and iii) a new role for myosin IIA in the cytoplasmic distribution of organelles within the megakaryocyte. As a side-project, we characterized the specificity of expression of the Pf4-cre transgene to validate its use in our experimental approaches. This work enlightens new roles for myosin IIA and integrins in megakaryocytes and indicates that stiffness of the environment influences megakaryopoiesis.