La perte de l'homéostasie suite à une infection ou une blessure est toujours accompagnée par une réponse inflammatoire dont la fonction est de rétablir l'intégrité du tissu et des processus physiologiques. Le système immunitaire inné est un élément critique de la réponse inflammatoire et ses activités incluent le confinement et l'élimination de l'agent infectieux et/ou blessant et la promotion de la réparation du tissu. Ces rôles différents de l'immunité innée surviennent à travers des phases différentes, chacune caractérisée par son propre amalgame d'effectifs moléculaires, cellulaires et de systèmes physiologiques. L'efficacité de la réponse inflammatoire est dépendante de son habilité à coordonner ces différents effecteurs. La cytokine pro-inflammatoire interleukine 1 beta (IL-ß) est un des plus importants coodonnateurs de la réponse inflamatoire. Son activité pléiotropique affecte essentiellement tous les types cellulaires. Les travaux menant à cette thèse de doctorat ont étudié le rôle de la signalisation intracellulaire activée par l'IL-ß dans la coordination de la réponse inflammatoire dans deux contextes de pathologie différents. Une première étude a investigué le rôle de cette signalisation dans la modulation de l'activité neuronale en réponse à une lésion excitotoxique. Cette étude a démontré que l'activation d'une voie de signalisation en aval de la protéine accessoire IL-1 RAcPb promeut la transcription du gène neuroprotecteur codant pour la calpastatine. Cela confère aux neurones une protection tardive, augmentant ainsi leur survie à long terme suite à une lésion excitotoxique. Une deuxième étude a ciblé les mécanismes moléculaires et cellulaires activés dans la vasculature cérébrale par l'IL-ß circulant lors d'une activation systémique de l'immunité innée et qui mènent à la synthèse de prostaglandines de type E₂. L'activité de ces dernières est critique pour la stimulation de l'axe corticotrope et le relâchememt systémique de glucocorticoïdes, qui pourront alors inhiber la réponse inflammatoire et ainsi empêcher son emballement. Cette étude a démontré que l'activation de la voie de signalisation MyD88 par l'IL-ß dans les cellules endothéliales, mais pas dans les macrophages périvasculaires, est nécessaire et suffisante pour assurer une production normale de PGE₂ et l'activation de l'axe corticotrope. Ensemble, ces études supportent l'hypothèse que l'IL-ß est un coordonnateur clé de la réponse inflammatoire et contribuent à notre compréhension des mécanismes que cette cytokine régule pour promouvoir le retour à l'homéostasie.

Les lésions de la moelle épinière (LME) sont provoquées lorsque la moelle épinière est endommagée à la suite d'un impact ou d'une compression mécanique prolongée sur la colonne vertébrale, pouvant causer une paraplégie voire même une tétraplégie. Chaque année, entre 250 000 et 500 000 personnes dans le monde souffrent de LME selon l'organisation mondiale de la santé, dont 86 000 cas recensés au Canada. Les dommages causés aux neurones et aux cellules gliales à la suite d'une LME engendrent des dommages tissulaires irréversibles ainsi que l'activation de mécanismes inflammatoires principalement médiés par des cytokines. Initialement, la LME entraine la nécrose des microglies et la libération de leur contenu cellulaire qui inclut l'interleukine-1 alpha (IL-1α). Ce signal de danger hautement actif (alarmine) déclenche la neuroinflammation se traduisant à court terme par le recrutement des neutrophiles et des monocytes inflammatoires au site lésionnel et, à moyen terme, par la mort des oligodendrocytes (Ols) par apoptose. Des travaux de recherche récemment publiés par notre équipe ont montré que l'infiltration des cellules immunitaires du sang est significativement diminuée lorsque le gène Il1a ou Il1b est invalidé chez les souris. Cependant, seules les souris Il1a[exposant-/-] ont montré des améliorations rapides et permanentes de la locomotion ainsi qu'un volume lésionnel réduit dès le premier jour suivant la lésion. L'objectif de cette thèse était d'investiguer le mécanisme d'action l'IL-1α au niveau du système nerveux central (SNC) afin de mieux comprendre comment cette cytokine médies es effets néfastes et ainsi permettre de les inhiber dans un contexte de LME. Nous avons ainsi mis en évidence que l'IL-1α entraîne principalement l'infiltration massive de neutrophiles ainsi que la diminution rapide des Ols. L'utilisation de différentes lignées murines transgéniques nous a permis d'induire une délétion ou une restauration spécifique du récepteur de l'IL-1, IL-1R1, dans les différents types cellulaires du SNC, afin de mieux comprendre le mécanisme d'action de l'IL-1α. Nous avons ainsi pu observer que l'infiltration des cellules immunitaires requiert la présence de l'IL-1R1 endothélial. Nous avons également montré que l'effet délétère de l'IL-1α sur les Ols est principalement médié par les astrocytes. De plus, nous avons montré que les astrocytes sont capables d'induire la mort des Ols via la production de dérivés oxygénés réactifs (Reactive Oxygen Species, ROS) dont l'effet peut être inhibé grâce à l'administration de l'antioxydant N-acétylcystéine. Ainsi, la meilleure compréhension du mécanisme d'action de l'IL-1α et de ses effets subséquents permet d'ouvrir la possibilité à de nouvelles cibles thérapeutiques dont les effets pourraient aider à réduire les dommages suite aux LME et, ainsi, favoriser la récupération des patients. / Over 4 million people suffer from SCI worldwide, and about 250 000 to 500 000 new injuries occur annually. At the site of trauma, SCI causes direct damage to cell bodies of neurons and glial cells. This is followed by a second wave of tissue degeneration characterized by damage to myelin and the death of oligodendrocytes (Ols) and neurons that survive the initial trauma, thus resulting in an amplification of the motor and sensory deficits. We recently demonstrated that dead and dying microglia at sites of SCI rapidly release the danger signal interleukin (IL)-1α, which in return triggers neuroinflammation. Accordingly, mice lacking the Il1a gene have an impaired inflammatory response and recover faster and to a greater extent than control mice after SCI. The main goal of this thesis was to investigate the mechanism of action and effects of IL-1α in the central nervous system (CNS) in order to prevent its detrimental consequences in the context of SCI. We uncovered that intra-cisterna magna (i.c.m.) delivery of recombinant IL-1α in mice leads to massive infiltration of neutrophils, the rapid death (within 24 hours) of mature Ols along the rostro-caudal spinal cord axis, damage to myelin sheaths, and strong activation of neurons. Using novel transgenic mouse lines in which we induced cell-specific deletion of the gene coding for the interleukin-1 receptor type I (IL-1R1), we found that Ol cell death was indirect and involved other types of CNS-resident cells such as astrocytes and endothelial cells (ECs), as well as blood-derived myeloid cells. Altogether, our data suggest that IL-1α released by damaged/dead microglia after SCI regulates Ol cell death and myelin damage through a mechanism that involves astrocytes, ECs and myeloid cells. Understanding the mechanism underlying Ol cell death and disruption of myelin integrity after SCI could allow the development of novel therapeutic strategies to protect and/or rescue this cell population and improve recovery after CNS injury and demyelinating diseases.

L’infection par le VIH-1 (Virus de l’Immunodéficience Humaine de type I) est caractérisée par une réplication virale persistante, une activation chronique du système immunitaire, une déplétion des cellules T CD4+ et de plusieurs dysfonctionnements immunitaires qui sont observés même chez les cellules qui ne sont pas ciblées par le virus telles que les cellules B. Plusieurs cytokines et facteurs de croissance, qui sont augmentées dans le sérum des individus infectés par le VIH-1, ont été suggérés de déclencher directement et/ou indirectement l'activation des cellules B, et l'un d'eux est BAFF (B cell activating factor). BAFF est un composant essentiel de l'homéostasie des lymphocytes B mais sa surproduction résulte en une hyperplasie des cellules B, lymphoprolifération, une hypergammaglobulinémie et des symptômes d’autoimmunité. Les différentes études présentées dans cette thèse convergent vers l'objectif général de mieux caractériser les mécanismes qui mènent à la surproduction de BAFF par les monocytes primaires humains et les macrophages dérivés des monocytes dans le contexte de l’infection par le VIH-1. Nous démontrons que le VIH-1 cause la sécrétion de BAFF dans les monocytes par un processus dépendant de l’interféron (IFN) de type-I. De plus, nous avons identifié les cellules dendritiques plasmacytoïdes (CDP) comme la source de l’IFN de type-I dans nos cultures de monocytes, ce qui démontre que l’interaction entre ces cellules est nécessaire pour la production de BAFF générée par le VIH-1. En plus, nous avons aussi démontré que le VIH-1 régule la production de BAFF dans les macrophages et ce processus nécessite une infection productive par le virus et est influencé par le statut du phénotype cellulaire mais est indépendant de la transduction de signal par les récepteurs de type Toll, l’IFN de type-I ainsi que l'action de la protéine virale Nef. En résumé, cette thèse offre de nouvelles connaissances dans les mécanismes d'augmentation de BAFF dans le contexte de l’infection par le VIH-1. Celles-ci pourraient être pertinentes dans le développement de thérapies qui pourraient aider à restaurer la fonctionnalité normale du compartiment des cellules B chez les sujets infectés par le VIH-1. / HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus I) infection is characterized by persistent viral replication, chronic immune activation, CD4+ T cell depletion and several immune dysfunctions that are observed even in cells that are not targeted by the virus such as B lymphocytes. Some B-cell abnormalities observed in HIV-1-infected individuals include hypergammaglobulinemia, nonspecific B-cell activation, class switching, increased cell turnover, breakage of tolerance as well as a loss of the capacity to generate and maintain memory, among others. Several cytokines and growth factors that are increased in the serum of HIV-1-infected individuals have been suggested to directly and/or indirectly trigger B-cell activation, and one of these is the B-cell-activating factor (BAFF). BAFF is an essential component of B-cell homeostasis but excess production results in B-cell hyperplasia, lymphoproliferation, hypergammaglobulinemia, and symptoms of autoimmunity. The mechanisms of BAFF upregulation in the context of HIV-1 infection are not fully understood and no previous studies have addressed the ability of fully competent HIV-1 to induce BAFF production by myeloid cells. The different studies presented in this thesis converge to the general objective of better characterizing the mechanisms underlying BAFF upregulation by primary human monocytes and monocyte-derived macrophages in the context of HIV-1 infection. We show here that HIV-1 drives BAFF secretion in monocytes by a type-I interferon (IFN)-dependent process. Moreover, we identified plasmacytoid dendritic cells (pDCs) as the cellular source of this type-I IFN-directed modulatory effect in our monocyte cultures, demonstrating that a pDC/monocyte interplay is required for the HIV-1-induced BAFF production. In addition, we provide evidence that HIV-1 upregulates BAFF production in monocyte-derived macrophages and this process relies on productive virus infection, which is itself influenced by the cell phenotype status, and is independent of Toll-like receptors and type-I IFN signal transduction as well as the action of Nef. Altogether, this doctoral project provides new insights for the increased BAFF levels observed during HIV-1 infection. These findings might be relevant for the design of therapies that could help restore the functionality of the B-cell compartment in HIV-1-infected individuals.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / L'interleukine-1 (IL-1) est impliquée au niveau de plusieurs phénomènes. Dans l'implantation, au niveau de l'endomètre, l'IL-l agit en augmentant l'expression de certaines cytokines, de molécules d'adhésion et de facteurs de remodelage tissulaire permettant ainsi l'adhésion du blastocyte à l'endomètre et favorisant l'angiogénèse. L'IL-l joue également un rôle important dans l'endométriose. Deux objectifs étaient prévus pour ces études. Le premier était de déterminer l'effet de l'hormone gonadotrophine chorionique (hCG) sur le récepteur type II de l'IL-l (IL-1R2) chez les femmes normales. Le deuxième était de déterminer l'effet de l'IL-l sur le facteur inhibiteur de la migration des macrophages (MIF) dans l'endométriose. Nos résultats montrent que la hCG diminue la synthèse et la sécrétion de l'IL-lR2, un inhibiteur spécifique de l'IL-l, dans les cellules épithéliales de femmes normales sans modifier l'expression du récepteur type I de l'IL-l (IL-1R1), le récepteur qui médit l'activation cellulaire induite par l'IL-l. La hCG semble donc favoriser le processus de l'implantation en favorisant potentiellement les effets de l'IL-l. Nos résultats montrent également que l'IL-l augmente la synthèse et la sécrétion de MIF au niveau des cellules endométriosiques. L'IL-l semble donc favoriser le développement de la maladie en favorisant l'action de MIF, un facteur proinflammatoire et angiogénique, ce qui permettrait le développement d'une nouvelle vascularisation essentielle à la survie des lésions d'endométriose.

L’approche Module X a été créée dans le but de concevoir de petits peptides modulateurs ayant des propriétés allostériques. Module X reproduit de petites parties des portions extracellulaires flexibles des récepteurs. Ces petits peptides vont interagir en s’interposant entre deux sous unités ou entre deux régions de la même sous-unité qui interagissent par des liens hydrogènes, des ponts salins ou des liens disulfure. Ces régions sont spécialement choisies à l’extérieur du domaine de liaison du ligand orthostérique et sont situées dans les régions inter domaines, la portion juxta membranaire ou dans les boucles. Étant donné que les boucles sont exposées durant les changements de conformation, une séquence peptidique reproduisant certaines régions de ces boucles pourrait s’insérer à un endroit approprié dans la structure où se lier à son partenaire de signalisation dans le complexe protéique, ce qui aurait comme effet de déplacer l’équilibre de l’ensemble vers un état particulier et modulerait ainsi la signalisation. De cette façon, certaines voies de signalisation pourraient être partiellement inhibées tandis que d’autres voies ne seraient pas touchées puisque le ligand orthostérique pourrait toujours se lier au récepteur. Dans une première étude, nous avons conçu des peptides inhibiteurs du récepteur de l’interleukine 1 (IL-1R/IL-1RAcP) plus précisément en reproduisant des régions flexibles de la protéine accessoire, sous-unité signalisatrice du récepteur. IL-1 est un médiateur majeur de l’inflammation, mais le seul antagoniste disponible est l’analogue naturel de IL-1, IL-1Ra qui compétitionne avec IL-1 pour le site de liaison sur le récepteur. Nous avons conçu plusieurs peptides à partir des boucles de la protéine accessoire. Un de ces peptides, rytvela (101.10) a démontré des propriétés de non-compétitivité et de sélectivité fonctionnelle caractéristiques des modulateurs allostériques. 101.10 bloque la prolifération des thymocytes et la synthèse de PGE2 avec un IC50 de 1 nM mais une efficacité de 100 % et 45 % respectivement et ne déplace pas IL-1 radioactif dans des essais de radioliaisons. De plus, 101.10 n’a qu’un effet minime sur l’affinité de IL-1 pour son récepteur. 101.10 démontre, de plus, une activité inhibitrice in vivo dans des modèles d’inflammation de l’intestin chez le rat (efficacité supérieure aux corticostéroïdes et à IL-1Ra) et de dermatite chez la souris de même que dans un modèle d’hyperthermie induite par IL-1. La deuxième étude démontre que Module X peut être utilisé pour concevoir des inhibiteurs pour une autre grande famille de récepteurs : les récepteurs couplés aux protéines G. La vasopressine joue un rôle important dans l’équilibre hydro-osmotique et un moindre rôle dans la vasomotricité. Six peptides ont été conçus à partir de régions juxta membranaires du récepteur de la vasopressine V2R. Le peptide le plus actif, VRQ397 (IC50 = 0,69 nM dans un modèle de vasorelaxation du crémastère), a démontré de la sélectivité fonctionnelle en inhibant la synthèse de prostacycline mais sans inhiber l’activation de la protéine Gs et la génération d’ AMP cyclique. Le peptide VRQ397 ne pouvait déplacer le ligand naturel AVP marqué radioactivement; de même VRQ397 radioactif ne se liait que sur V2R et non pas sur d’autres récepteurs de la même famille tel que V1R (récepteur de la vasopressine de type I). Ces études décrivent la caractérisation de petits peptides modulateurs de la signalisation de IL-1R et V2R et présentant des propriétés de modulateurs allostériques. / The Module X approach was conceived to generate small allosteric peptides that do not (by definition) compete with the natural ligand to inhibit or modulate signalling. Orthosteric inhibition blocks the entire signalling pathways while allosteric modulators will bind to another site on the target and show functional selectivity. By reproducing parts of the flexible regions (loops) of two receptors, the IL-1 and vasopressin receptors, we generated small peptides that showed allosteric properties. To prove our concept we started with a pro-inflammatory target: IL-1 receptor. Interleukin (IL)-1 is a major pro-inflammatory cytokine which interacts with the IL-1 receptor I (IL-1RI) complex, composed of IL-1RI and IL-1R accessory protein (IL-1RacP) subunits. Presently, there are no small antagonists of the IL-1RI complex. Given this void, we derived 15 peptides from loops of IL-1RacP, which are putative interactive sites with the IL-1RI subunit. Here we substantiate the merits of one of these peptides, rytvela (we termed, 101.10), as an inhibitor of IL-1R and describe its properties consistent with those of an allosteric negative modulator. 101.10 (IC50  1 nM) blocked human thymocyte proliferation in vitro, and demonstrated robust in vivo effects in models of hyperthermia and inflammatory bowel disease as well as topically in contact dermatitis, superior to corticosteroids and IL-1ra; 101.10 did not bind to IL-1RI deficient cells and was ineffective in vivo in IL-1RI knockout mice. Importantly, characterization of 101.10, revealed non-competitive antagonist actions and functional selectivity by blocking certain IL-1R pathways while not affecting others. The second study involved a representative of the biggest family of membrane proteins: G-protein coupled receptors. Vasopressin type 2 receptor (V2R) exhibits mostly important properties for hydro-osmotic equilibrium and to a lesser extent on vasomotricity. Drugs currently acting on this receptor are analogs of the natural neuropeptide, vasopressin (AVP), and hence are competitive ligands. Six peptides reproducing juxtamembranous regions of V2R were designed and screened; the most effective peptide, CRAVKY (labelled VRQ397), was characterized. VRQ397 was potent (IC50 = 0.69 ± 0.25 nM) and fully effective in inhibiting V2R-dependent physiological function (specifically DDAVP-induced cremasteric vasorelaxation; this physiological functional assay was utilized to avoid overlooking interference of specific signaling events). Dose-response profile revealed non-competitive property of VRQ397; correspondingly, VRQ397 bound specifically to V2R-expressing cells, could not displace its natural ligand, AVP, but modulated AVP binding kinetics (dissociation rate). VRQ397 exhibited pharmacological permissiveness on V2R-induced signals as it inhibited DDAVP-induced PGI2 generation, but not that of cAMP or recruitment of — arrestin2. Consistent with in vitro and ex vivo effects as a V2R antagonist, VRQ397 displayed anticipated in vivo aquaretic efficacy. Findings describe the discovery of potent and specific small (peptide) antagonists of IL-1RI and V2R with properties in line with an allosteric negative modulator.

L’asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies aériennes. Chez les individus sensibles, l’inhalation d’allergènes entraine une inflammation pulmonaire se traduisant par des épisodes récurrents de toux, de difficultés respiratoires et une sécrétion de mucus. Des études réalisées chez l’animal ont mis en évidence un rôle crucial des lymphocytes Th2 et des cytokines associées (IL-4, IL-5 et IL-13). Plus récemment, il a été montré que les lymphocytes Th17 participaient à la physiopathologie de l’asthme. La présente étude s’intéresse à une cytokine majoritairement produite par les Th17 : l’IL-22. Différents travaux indiquent que cette cytokine serait impliquée dans l’immunitémucosale où elle exercerait des effets protecteurs ou pro-inflammatoires en fonction du modèle expérimental étudié. En utilisant un modèle murin d’inflammation pulmonaire allergique induite par l’ovalbumine, nous avons montré que l’IL-22 jouait un rôle pro-inflammatoire au cours de l’induction de l’asthme allergique puisque les souris déficientes en IL-22 développent une forme atténuée de la maladie. A l’inverse, nous avons constaté que l’IL-22 avait un effet protecteur dans la phase effectrice, et que cet effet était dépendant de l’IL-17A. Nos travaux mettent donc en lumière une double fonction de l’IL-22 dans l’asthme allergique chez la souris. En parallèle de ce travail, nous nous sommes intéressés au rôle de l’IL-1 et de l’inflammasome NLRP3 dans ce même modèle d’inflammation pulmonaire. Enfin, une troisième étude a permis de mettre en lumière un rôle encore inconnu de l’interleukine-33 dans l’activation des cellules dendritiques au cours de la mise en place de la réponse asthmatique. / Asthma is a heterogenous inflammatory disorder of the airways characterized by chronic airway inflammation, airway hyper-reactivity and by symptoms of recurrent wheezing, coughing and shortness breath. Understanding of the role of allergy and Th2 cells in asthma has benefited from mouse model of allergic asthma. Recently, several studies highlighted Th17 involvement in asthma pathogenesis. In the present study, we investigate the role of IL-22, a Th17-related cytokine, in a mouse model of allergic lung inflammation induced by ovalbumin. First, using IL-22 deficient mice, we demonstrated a pro-inflammatory role of IL-22 during the sensitization phase. In contrast, we observed a protective function of IL-22 during the effective phase. This protective effect of IL-22 seems to be dependent of IL-17. In conclusion, we demonstrate here a dual role of IL-22 in asthma pathogenesis. Since interleukin-1_ is critical for Th17 polarization in human, we also investigated the role of IL-1 signalling and NLRP3 inflammasome in our model of allergic airway inflammation. We showed that NLRP3 inflammasome and IL-1R/IL-1 pathway are critical to induce allergic lung inflammation, even in the absence of adjuvant. Finally, we studied the effect of interleukin-33 on dendritic cells activation and Th2 priming during antigen sensitization and in established asthma.

L’approche Module X a été créée dans le but de concevoir de petits peptides modulateurs ayant des propriétés allostériques. Module X reproduit de petites parties des portions extracellulaires flexibles des récepteurs. Ces petits peptides vont interagir en s’interposant entre deux sous unités ou entre deux régions de la même sous-unité qui interagissent par des liens hydrogènes, des ponts salins ou des liens disulfure. Ces régions sont spécialement choisies à l’extérieur du domaine de liaison du ligand orthostérique et sont situées dans les régions inter domaines, la portion juxta membranaire ou dans les boucles. Étant donné que les boucles sont exposées durant les changements de conformation, une séquence peptidique reproduisant certaines régions de ces boucles pourrait s’insérer à un endroit approprié dans la structure où se lier à son partenaire de signalisation dans le complexe protéique, ce qui aurait comme effet de déplacer l’équilibre de l’ensemble vers un état particulier et modulerait ainsi la signalisation. De cette façon, certaines voies de signalisation pourraient être partiellement inhibées tandis que d’autres voies ne seraient pas touchées puisque le ligand orthostérique pourrait toujours se lier au récepteur. Dans une première étude, nous avons conçu des peptides inhibiteurs du récepteur de l’interleukine 1 (IL-1R/IL-1RAcP) plus précisément en reproduisant des régions flexibles de la protéine accessoire, sous-unité signalisatrice du récepteur. IL-1 est un médiateur majeur de l’inflammation, mais le seul antagoniste disponible est l’analogue naturel de IL-1, IL-1Ra qui compétitionne avec IL-1 pour le site de liaison sur le récepteur. Nous avons conçu plusieurs peptides à partir des boucles de la protéine accessoire. Un de ces peptides, rytvela (101.10) a démontré des propriétés de non-compétitivité et de sélectivité fonctionnelle caractéristiques des modulateurs allostériques. 101.10 bloque la prolifération des thymocytes et la synthèse de PGE2 avec un IC50 de 1 nM mais une efficacité de 100 % et 45 % respectivement et ne déplace pas IL-1 radioactif dans des essais de radioliaisons. De plus, 101.10 n’a qu’un effet minime sur l’affinité de IL-1 pour son récepteur. 101.10 démontre, de plus, une activité inhibitrice in vivo dans des modèles d’inflammation de l’intestin chez le rat (efficacité supérieure aux corticostéroïdes et à IL-1Ra) et de dermatite chez la souris de même que dans un modèle d’hyperthermie induite par IL-1. La deuxième étude démontre que Module X peut être utilisé pour concevoir des inhibiteurs pour une autre grande famille de récepteurs : les récepteurs couplés aux protéines G. La vasopressine joue un rôle important dans l’équilibre hydro-osmotique et un moindre rôle dans la vasomotricité. Six peptides ont été conçus à partir de régions juxta membranaires du récepteur de la vasopressine V2R. Le peptide le plus actif, VRQ397 (IC50 = 0,69 nM dans un modèle de vasorelaxation du crémastère), a démontré de la sélectivité fonctionnelle en inhibant la synthèse de prostacycline mais sans inhiber l’activation de la protéine Gs et la génération d’ AMP cyclique. Le peptide VRQ397 ne pouvait déplacer le ligand naturel AVP marqué radioactivement; de même VRQ397 radioactif ne se liait que sur V2R et non pas sur d’autres récepteurs de la même famille tel que V1R (récepteur de la vasopressine de type I). Ces études décrivent la caractérisation de petits peptides modulateurs de la signalisation de IL-1R et V2R et présentant des propriétés de modulateurs allostériques. / The Module X approach was conceived to generate small allosteric peptides that do not (by definition) compete with the natural ligand to inhibit or modulate signalling. Orthosteric inhibition blocks the entire signalling pathways while allosteric modulators will bind to another site on the target and show functional selectivity. By reproducing parts of the flexible regions (loops) of two receptors, the IL-1 and vasopressin receptors, we generated small peptides that showed allosteric properties. To prove our concept we started with a pro-inflammatory target: IL-1 receptor. Interleukin (IL)-1 is a major pro-inflammatory cytokine which interacts with the IL-1 receptor I (IL-1RI) complex, composed of IL-1RI and IL-1R accessory protein (IL-1RacP) subunits. Presently, there are no small antagonists of the IL-1RI complex. Given this void, we derived 15 peptides from loops of IL-1RacP, which are putative interactive sites with the IL-1RI subunit. Here we substantiate the merits of one of these peptides, rytvela (we termed, 101.10), as an inhibitor of IL-1R and describe its properties consistent with those of an allosteric negative modulator. 101.10 (IC50  1 nM) blocked human thymocyte proliferation in vitro, and demonstrated robust in vivo effects in models of hyperthermia and inflammatory bowel disease as well as topically in contact dermatitis, superior to corticosteroids and IL-1ra; 101.10 did not bind to IL-1RI deficient cells and was ineffective in vivo in IL-1RI knockout mice. Importantly, characterization of 101.10, revealed non-competitive antagonist actions and functional selectivity by blocking certain IL-1R pathways while not affecting others. The second study involved a representative of the biggest family of membrane proteins: G-protein coupled receptors. Vasopressin type 2 receptor (V2R) exhibits mostly important properties for hydro-osmotic equilibrium and to a lesser extent on vasomotricity. Drugs currently acting on this receptor are analogs of the natural neuropeptide, vasopressin (AVP), and hence are competitive ligands. Six peptides reproducing juxtamembranous regions of V2R were designed and screened; the most effective peptide, CRAVKY (labelled VRQ397), was characterized. VRQ397 was potent (IC50 = 0.69 ± 0.25 nM) and fully effective in inhibiting V2R-dependent physiological function (specifically DDAVP-induced cremasteric vasorelaxation; this physiological functional assay was utilized to avoid overlooking interference of specific signaling events). Dose-response profile revealed non-competitive property of VRQ397; correspondingly, VRQ397 bound specifically to V2R-expressing cells, could not displace its natural ligand, AVP, but modulated AVP binding kinetics (dissociation rate). VRQ397 exhibited pharmacological permissiveness on V2R-induced signals as it inhibited DDAVP-induced PGI2 generation, but not that of cAMP or recruitment of — arrestin2. Consistent with in vitro and ex vivo effects as a V2R antagonist, VRQ397 displayed anticipated in vivo aquaretic efficacy. Findings describe the discovery of potent and specific small (peptide) antagonists of IL-1RI and V2R with properties in line with an allosteric negative modulator.

Les inflammasomes sont des complexes protéiques intracellulaires qui ont un rôle majeur dans l'immunité innée. Leur activation conduit à la mort de la cellule dans un contexte hyperinflammatoire. Compte-tenu des effets potentiellement délétères, tissulaires et systémiques, les inflammasomes sont strictement régulés. A l'heure actuelle, la compréhension des mécanismes conduisant à leur activation et leur régulation reste partielle. Dans une première partie de cette thèse, nous avons utilisé une technique de biotinylation proximale (BioID) pour identifier les protéines interagissant avec l'inflammasome. Nous avons identifié 111 protéines dont la relation étroite avec l'inflammasome était vraisemblable. Parmi ces 111 protéines, 25% avaient d'ailleurs déjà été décrites comme des protéines interagissant avec le complexe. L'identification d'un adaptateur majeur de l'autophagie, p62/sequestosome-1 (p62), nous a conduit à focaliser notre attention sur son rôle dans la régulation de l'inflammasome. Nous avons d'abord démontré que l'interaction entre p62 et l'inflammasome existait, sur le plan biochimique. Par la suite, nous avons prouvé que p62 était un substrat du complexe et que l'activation de ce dernier entrainait le clivage de p62 au niveau d'un résidu aspartique en position 329. Enfin, nous avons caractérisé les conséquences fonctionnelles de ce clivage, en montrant que les fragments protéiques générés entrainaient une régulation positive ou négative du complexe. Nous avons alors émis l'hypothèse que p62 pourrait réguler l'inflammasome de manière différente selon le signal activateur. Dans une seconde partie, translationnelle, nous nous sommes intéressés aux conséquences des mutations dans la séquence de gènes codant les constituants de l'inflammasome ou des protéines régulatrices du complexe. Celles-ci sont à l'origine des maladies auto-inflammatoires monogéniques. Ces maladies sont caractérisées par des épisodes récurrents de fièvre associés variablement à d'autres symptômes systémiques. La plus fréquente est la fièvre méditerranéenne familiale (FMF), avec une prévalence estimée entre 1 et 5 pour 10 000 habitants en France. Les mutations du gène MEFV, codant la pyrine, sont à l'origine de la FMF. La pyrine peut induire la formation d'un inflammasome spécifique. Récemment, le mécanisme d'activation de l'inflammasome pyrine a été mieux caractérisé : certaines toxines (comme la toxine B du Clostridium difficile, TcdB) induisent l'activation de l'inflammasome pyrine. Nous avons utilisé ces nouvelles connaissances afin d'explorer les conséquences de l'activation de l'inflammasome pyrine par la TcdB dans les monocytes des patients atteints de FMF, comparés aux monocytes de donneurs sains. Nos résultats indiquent que ces mutations induisent un abaissement du seuil d'activation de l'inflammasome pyrine. Par ailleurs, les corrélations génotype/phénotype indiquent qu'il existe un effet de dosage génétique, en lien avec le nombre d'allèles mutés. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour les patients atteints de FMF, tant dans la compréhension de la physiopathologie que dans la possibilité de mise au point de tests fonctionnels pour le diagnostic de la maladie / Inflammasomes are intracellular multiprotein complexes that have a major role in innate immunity. Their activation leads to hyperinflammatory cell death. In view of potentially deleterious effects, the inflammasomes are strictly regulated. At present, the understanding of the mechanisms leading to their activation and regulation remains partial. In a first part of this thesis, we used a technique of proximity-dependent biotinylation (BioID) to identify the proteins interacting with the inflammasome. We identified 111 proteins with a close relationship to the inflammasome. Among these 111 proteins, 25% had already been described as proteins interacting with the complex. The identification of a major adaptor of autophagy, p62/sequestosome-1 (p62), led us to focus our attention on its role in the regulation of inflammasome. We first demonstrated that the interaction between p62 and inflammasome was real, at the biochemical level. Subsequently, we proved that p62 was a substrate of the complex and that the activation of the latter led to the cleavage of p62 at the aspartate 329. Finally, we characterized the functional consequences of this cleavage and showed that the protein fragments generated led to a positive or negative regulation of the complex. We thus hypothesized that p62 could regulate the inflammasome differently according to the activator signal. In a second translational part, we looked at the consequences of mutations in the sequence of genes coding components of the inflammasome or proteins regulating it. These are the cause of monogenic auto-inflammatory diseases. These diseases are characterized by recurrent episodes of fever associated with other systemic symptoms. The most frequent is Familial Mediterranean Fever (FMF), with prevalence estimated at between 1 and 5 per 10 000 inhabitants, in France. Mutations of the MEFV gene, encoding pyrin, cause FMF. Pyrine may trigger the formation of a specific inflammasome. Recently, the mechanism of activation of the pyrin inflammasome has been better characterized: toxins (such as toxin B of Clostridium difficile, TcdB) induce the activation of the pyrin inflammasome. We used this new knowledge to investigate the consequences of TcdB on pyrin inflammasome activation in monocytes from FMF patients compared to monocytes from healthy donors. Our results indicate that these mutations induce a decreased threshold of activation of the pyrin inflammasome. In addition, genotype / phenotype correlations indicate a gene-dosage effect, related to the number of mutated alleles. These results open new perspectives for patients with FMF, in understanding the pathophysiology of the diseass and in developing functional diagnostic tests

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La fonction et la différenciation des cellules de Leydig sont connues pour être régulées par différents stimuli incluant 1' hormone lutéinisante (LB) et autres facteurs paracrines et autocrines comme les cytokines dont 1 ' IL-1. NUR 77 est un facteur de transcription présent au niveau des cellules de Leydig et impliqué dans la régulation de la stéroïdogenèse. Malgré que Nur77 soit connu pour être régulé par les cytokines dans différents types cellulaires, cette régulation n 'est pas encore bien caractérisée au niveau des cellules de Leydig. Afin de mieux comprendre la régulation de Nur77 par les cytokines, j ' ai décidé d'étudier l' effet de deux facteurs de transcription, C/EBP~ et NF -KB, connus pour être impliqués dans les voies de signalisation des cytokines, sur le promoteur Nur77. J'ai trouvé que les facteurs de transcription C/EBP~ et NF -KB coopèrent ensemble dans l'activation du promoteur Nur77. Cette coopération nécessite la présènce d'au moins un des deux éléments nouvellement identifiés dans cette étude : C/EBP~ (à -110 pb en fonction du site d'initiation de la transcription) ou p50 (KB à -18 pb). L'activation du promoteur Nur77 par ces facteurs de transcription appuie mon hypothèse selon laquelle NUR 77 peut être un effecteur dans la voie de signalisation des cytokines comme 1 'IL-l.