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

De part leurs propriétés physiques et chimiques, les nanoparticules de silice mésoporeuses (MSNs) sont de bonnes candidates pour la délivrance de principes actifs. Cependant, leurs toxicités et leurs devenirs intracellulaires sont largement méconnus. Au cours de ces travaux, nous avons étudié la cytotoxicité et l’endocytose de MSNs. Nous avons montré que les MSNs peuvent être endocytées par une variété de lignées cellulaires et par des astrocytes de rat en culture sans signe apparent de cytotoxicité importante. Ces nanoparticules ne présentent pas une toxicité observable in vivo chez des souris. Après avoir montré que l’endocytose des MSNs s’effectue par la voie des puits de clathrines, nous avons procédé à la délivrance intracellulaire d’une protéine. Nous avons montré un échappement des lysosomes de cette protéine grâce aux MSNs. En couplant l’acide folique aux MSNs, les cellules tumorales ont été ciblées. Lors de ces études, nous avons également montré que l’un des tests les plus utilisés en toxicologie surestime la cytotoxicité des MSNs. Cette surestimation est due à une modification du trafic intracellulaire. Nos travaux ont montré que les MSNs sont endocytés sans nuire à la viabilité cellulaire, ce qui nous a permis de réaliser les premiers essais de délivrances de principes actifs avec nos nanoparticules. / Due to their physical and chemical properties, the mesoporous silica nanoparticles (MSNs) are good candidates for drug delivery applications. However, their toxicity and their intracellular trafficking remain unclear. During these works, we studied the cytotoxicity and the endocytosis of MSNs. We showed that the MSNs can be internalised by a variety of cell lines and rat astrocytes in culture without visible sign of important cytotoxicity. These nanoparticles did not present an observable in vivo toxicity in mice. Then we showed that the endocytosis of the MSNs was made by the clathrines coated pits and we proceeded to the intracellular delivery of a protein. We showed an escape of the lysosomes of this protein due to MSNs. Such an internalised protein escaped from lysosomes under the effect of MSNs. After linking folic acid to MSNs, we are able to target tumoral cells with these nanoparticles. During the preceding studies we observed that one of the most used tests in toxicology overestimated the cytotoxicity of MSNs because the latter nanoparticles modified intracellular traffic. Our works showed that the MSNs are internalized without damaging the cellular viability and we made the first experiments of drug delivery using our nanoparticles.

Les protéines RGS (Regulator of G-protein Signaling) sont des inhibiteurs des voies de signalisation des protéines G. RGS4 atténue l’activité de protéines G dans plusieurs tissus tel que la diminution de son activité peut accroître la sévérité de la bradycardie, cardiomyopathies liées au diabète, l’invasion de cellule cancéreuse du sein, résistance à l’insuline et intolérance au glucose. RGS4 a été localisé à la membrane plasmique ainsi que dans des compartiments intracellulaires, cependant, son mode de trafique intracellulaire reste méconnu. En utilisant des outils de microscopie confocale sur cellules vivantes et méthode de détection d’activité des voies de signalisation conditionnée par les protéines G, nous avons caractérisé l’importance de deux sites de palmitoylation, ces deux sites : Cys2 et Cys12 montrent des intérêts complémentaires dans le trafic de RGS4 vers la membrane cellulaire. Dans un axe linéaire, nous avons identifié DHHC3 et 7, deux enzymes de palmitoylation participant au trafique intracellulaire de RGS4 et donc à la maximalisation de son activité inhibitrice des voies de signalisation contrôlées par Galphaq. Enfin des marqueurs de membranes endosomales, les protéines rab ont permis de caractériser les voies de trafic intracellulaire empruntée par RGS4, par exemple RGS4 est internalisé de la membrane plasmique par Rab5 et recyclé à la membrane cellulaire par Rab11. L’activation ou inhibition de Rab5 et 11 ont permis d’observer des changements d’activité de RGS4. Ces travaux confèrent une base de données pour des études ultérieures visant à développer des stratégies thérapeutiques à accroître les fonctionnalités de RGS4. / RGS proteins (Regulator of G-protein Signaling) are potent inhibitors of heterotrimeric G-protein signaling. RGS4 attenuates G-protein activity in several tissues such that loss of its function may lead to bradycardia, diabetic cardiomyopathy, breast cancer cell invasion, insulin resistance and glucose intolerance. RGS4 has been localized to both plasma membrane and intracellular pools, however, the nature of its intracellular trafficking remains to be elucidated. G-protein inhibition requires the presence of RGS4 at the plasma membrane. In this work, we characterized the complementary roles of two putative palmitoylation sites on RGS4 to target intracellular compartments and plasma membrane. We identified palmitoylation on Cys2 and 12 respectively important for RGS4 endosomal targeting and plasma membrane localization, when mutations were introduced to the palmitoylation sites, RGS4 capability of inhibiting Gq-mediated signaling was impaired. As a continuum we identified two palmitoylating enzymes, DHHC3 and 7 as modulator of RGS4 localization and function. Knock downs of DHHC3 and 7 impaired RGS4 endosomal and plasma membrane targeting and capability of inhibiting M1-muscarinic receptor signaling. Finally we used live cell confocal microscopy to define RGS4 intracellular trafficking routes. Specifically Rab5 mediated RGS4 trafficking from the plasma membrane to intracellular compartments while Rab11 mediated RGS4 trafficking to the plasma membrane. Activation and inhibition of Rab5 and 11 routes impaired RGS4 capability of inhibiting M1-muscarinic receptor signaling pathway. These novel findings provide a strong rationale for future studies aimed at developing new strategies to increase the function of RGS4.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Pharmacie. Immunologie : Reims : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliographie f.102-146.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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Nous avons étudié la régulation et les fonctions de Cell division cycle 25A (CDC25A), phosphatase impliquée dans l'activation des cyclin-dependent kinases durant le cycle cellulaire, dans les leucémies aiguës myéloïdes portant la mutation de la tyrosine kinase Fms-Like Tyrosine kinase 3 (FLT3) FLT3-ITD, de mauvais pronostic. Nous montrons que CDC25A est une cible précoce en aval de FLT3-ITD, contrairement aux autres protéines du cycle cellulaire, par un mécanisme impliquant STAT5. L'inhibition de CDC25A était à l'origine d'une inhibition de la prolifération et d'une réinduction de la différenciation des cellules primaires ou de lignées FLT3-ITD, in vitro et in vivo, en faisant une cible prometteuse dans les LAM avec la mutation FLT3-ITD. Enfin, nous avons évalué la valeur pronostique de l'expression de CDC25A au niveau ARN messager et protéique sur une série de patients traités au CHU de Toulouse par chimiothérapie intensive. / We studied the regulation and functions of Cell division cycle 25A (CDC25A), a phosphatase involved in the activation of the cyclin-dependent kinases during the cell cycle, in acute myeloid leukemia baring the mutation of the tyrosine kinase Fms-Like Tyrosine kinase 3 (FLT3) FLT3-ITD, which confers adverse prognosis. We show that CDC25A is an early target downstream of FLT3-ITD, contrarily to other cell cycle proteins, by a mechanism involving STAT5. CDC25A inhibition gives rise to inhibition of proliferation and reinduction of differentiation in FLT3-ITD primary cells and FLT3-ITD cell lines, in vitro and in vivo. CDC25A appears as a promising target in FLT3-ITD acute myeloid leukemia. We finally evaluated the prognostic value of CDC25A expression, at the mRNA and proteic level in a series of patients treated by intensive chemotherapy at Toulouse University Hospital.

Chlamydia trachomatis est une bactérie intracellulaire obligatoire. Ce pathogène de l’Homme est la première cause infectieuse de cécité ainsi que de maladies sexuellement transmissible d’origine bacterienne.Utilisant une souche de C. trachomatis L2 exprimant une protéine fluorescente, nous avons développé des méthodes de microscopie et de cytométrie en flux permettant de suivre les différentes étapes du développement de la bactérie. Ces méthodes faciliteront les futures études de l’infection par Chlamydia.Chlamydia interagit avec différents processus cellulaires, et plus particulièrement via la sécrétion d’effecteurs par le système de sécrétion de type 3 (ST3). Nous avons identifié une famille de protéines possédant un signal de ST3 qui partagent un domaine, le DUF582, présent uniquement chez les Chlamydia pathogènes.Nous avons montré que les 5 protéines DUF582 de C. trachomatis sont exprimées à partir du milieu du cycle infectieux. Nous avons démontré que la protéine Hrs interagit avec le DUF582 et que la protéine DUF582 CT619 interagit avec Tsg101. Hrs et Tsg101 sont d’importants composants de la machinerie ESCRT impliquée dans de nombreux processus de fission membranaire.Utilisant l’interférence ARN, nous avons montré que Hrs et Tsg101 ne sont requis ni pour l’entrée, ni pour le développement de la bactérie. Ceci suggère que les protéines DUF582 bloquent des processus dépendant de Hrs/Tsg101. A l’inverse, la bactérie pourrait utiliser la machinerie ESCRT mais l’existence de mécanismes redondants expliquerait l’absence de phénotype dans les expériences d’interférence. Nous discutons trois hypothèses concernant le rôle des protéines DUF582 dans l’infection. / Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular human pathogen. It is the first infectious cause of blindness and the most common cause of sexually transmitted diseases of bacterial origin. Using a strain of C. trachomatis serovar L2 expressing a fluorescent protein we developed microscopy and flow cytometry based methods to quantify several steps of its developmental cycle. These methods will facilitate future studies aimed at testing anti-bacterial compounds or various culture conditions. Chlamydiae interfere with many cellular processes, in particular via the secretion of bacterial proteins through a type 3 secretion (T3S) system. We identified a family of proteins that possess T3S signals. They share a domain designated as DUF582, which is only found in pathogenic chlamydiae. We showed that the five DUF582 proteins of C. trachomatis are expressed from the mid phase of infection. We demonstrated that the protein Hrs is a common interactor for the DUF582. In addition the N-terminal part of the DUF582 protein CT619 interacts with Tsg101. Hrs and Tsg101 are both important components of the ESCRT machinery, which is an ancient machinery required for several processes involving membrane fission.Using RNA interference we showed that Hrs and Tsg101 are dispensable for bacterial entry and growth. This last result suggest that DUF582 proteins actually prevent Hrs and/or Tsg101 driven processes. Alternatively, the bacteria might highjack the ESCRT machinery but redundant mechanisms would explain the absence of phenotype on bacterial development observed in the silencing experiments. We discuss three hypotheses as to the possible role of the DUF582 proteins in infection.

Staphylococcus aureus est capable d’être internalisé par les cellules eucaryotes, notamment au cours des infections osseuses, puis d’induire la mort de la cellule. Deux principaux mécanismes ont été décrits comme associés à la cytotoxicité de S. aureus : l’échappement phagosomal et le détournement de l’autophagie. Nous avons exploré ces deux mécanismes et le rôle de plusieurs toxines staphylococciques majeures (alpha-toxine (Hla), phenol-soluble modulins (PSM), bêta-toxine (Hlb)) dans la mort cellulaire, grâce à un modèle in vitro d’infection intracellulaire et des mutants isogéniques. L’échappement phagosomal nécessitant l’expression d’Hlb, inactivée par l’insertion d’un phage chez la majorité des souches cliniques, nous avons testé l’hypothèse d’une excision de ce phage induite par le stress intracellulaire. Nous avons montré que la restauration de l’expression d’Hlb par excision du phage existe de manière spontanée mais n’est pas induite par le passage intracellulaire et n’est pas associée à une hausse de la cytotoxicité. Dans un second temps, nous avons exploré la cytotoxicité d’une souche de S. aureus hypervirulente et avons montré qu’elle est associée à un détournement de l’autophagie via l’inhibition de la fusion autophagosome-lysosome, ceci étant associé à l’expressions des PSMa. Au contraire, Hla, les PSMß et la d-toxine ne semblent jouer aucun rôle intracellulaire chez les S. aureus hypervirulents. Enfin, nous avons mis en évidence que, dans un autre fond génétique de S. aureus, associé au pied diabétique, la cytotoxicité est principalement liée à la capacité de multiplication intracellulaire de la souche, modulée par la présence d’un phage / Staphylococcus aureus is able to invade eukaryotic cells, in particular during bone infections, and induce cell death. Two mechanisms have been described as associated with S. aureus cytotoxicity: phagosomal escape and autophagy subversion. We investigated these two mechanisms and the respective roles of several staphylococcal toxins, alpha-toxin (Hla), phenol-soluble modulins (PSMs) and beta-toxin (Hlb), in cell death, using an in vitro intracellular infection model and isogenic mutants of S. aureus. Because Hlb is required for phagosomal escape but this toxin is inactivated by a prophage inserted into the hlb gene in most of clinical isolates of S. aureus, we tested the hypothesis of an excision of this phage induced by intracellular stress. We showed that restoration of Hlb expression due to the excision of hlb-converting phage exists spontaneously but is not induced by intracellular environment and does not increase the cytotoxicity of the strain. In a second part, we explored the cytotoxicity of an hypervirulent strain of S. aureus and demonstrated that it is associated with a subversion of host cell autophagy via an inhibition of autophagosome-lysosome fusion, in a PSMa-dependent manner. Conversely, Hla, PSMß and d-toxin appear to have no intracellular role in the cytotoxicity of hypervirulent S. aureus strains. Finally, we showed that, in another genetic background of S. aureus associated with diabetic foot ulcer, cytotoxicity was linked to the ability of intracellular replication of the strain, which was modulated by the presence of a phage