Abstract Although the genetic sex of an embryo is determined at conception by the presence or absence of the Y chromosome, both females and males have bipotential, undifferentiated gonads early in their development. Genes and testicular hormones direct differentiation into either testes or ovaries. The first relevant gene to be identified was the Y-linked master regulatory gene, SRY, since when several other genes have been found to be of importance for sex determination. The primary aim here was to identify the role of Wnt-4 in the development of the gonad and adrenal gland. Wnt-4 was found to be expressed in the developing gonad, the Müllerian duct and the adrenal gland, in addition to the kidney, pituitary gland and mammary gland as observed earlier. Expression in the gonad was found to be regulated in a sex-specific manner. After sex determination Wnt-4 was downregulated in the testis, but the expression persisted until birth in the ovary. Wnt-4-deficient female mice demonstrated a partial female-to-male sex reversal and a reduction in the number of oocytes, while the Müllerian duct was absent from both sexes. Lack of Wnt-4 in the adrenal gland led to reduced aldosterone production, indicating abnormal development of the zona glomerulosa. Flutamide administration to pregnant Wnt-4 heterozygote females was shown to partially restore the sex reversal. The results suggest that female development is not a default pathway but needs active signalling, in which Wnt-4 plays an essential role.

The enzyme dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1 (DDAH1) plays a pivotal role in the regulation of nitric oxide levels by degrading the main endogenous nitric oxide synthase inhibitor asymmetric dimethylarginine (ADMA). Growing evidence highlight the potential implication of DDAH/ADMA axis in the etiopathogenesis of several neuropsychiatric and neurological disorders, yet the underlying molecular mechanisms remain elusive. In this study, we sought to investigate the role of DDAH1 in behavioral endophenotypes with neuropsychiatric relevance. To achieve this, a global DDAH1 knockout (DDAH1-ko) mouse strain was employed. Behavioral testing and brain region-specific neurotransmitter profiling have been conducted to assess the effect of both genotype and sex. DDAH1-ko mice exhibited increased exploratory behavior toward novel objects, altered amphetamine response kinetics and decreased dopamine metabolite 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) level in the piriform cortex and striatum. Females of both genotypes showed the most robust amphetamine response. These results support the potential implication of the DDAH/ADMA pathway in central nervous system processes shaping the behavioral outcome. Yet, further experiments are required to complement the picture and define the specific brain-regions and mechanisms involved.

Le lupus érythémateux disseminé (LED) est une maladie chronique auto-immune caractérisée par la production d'autoanticorps dirigés contre les antigènes nucléaires. Des nombreuses études indiquent un rôle des récepteurs Toll-like (TLR). Des études antérieures de notre laboratoire ont révélé que le TLR8 murin contrôle la fonction de TLR7 dans les cellules dendritiques et est aussi impliqué dans le lupus. TLR9 contrôle également le lupus dépendant de TLR7. Mon projet de thèse avait deux objectifs dont le premier était de comprendre comment le TLR8 et TLR9 contribuent au lupus dépendant de TLR7. En outre, nous avons révélé que TLR8 contrôle l'expression de TLR7 dans les cellules dendritiques, tandis que le TLR9 contrôle la fonction de TLR7 dans les cellules B. Le deuxième objectif était d'étudier l'implication du répresseur transcriptionnel Gfi-1 dans la signalisation des TLR et le développement de lupus en utilisant des souris Genista qui portent une mutation ponctuelle dans le gène Gfi-1. Nous avons constaté que les souris Genista développent un lupus dépendant de TLR7 et que Gfi-1 agit comme un répresseur de la transcription en aval de TLR7 et contrôle l'expression d'Interféron de type I dépendante des TLR. Ainsi, le déséquilibre des interactions entre TLR ainsi que les facteurs transcriptionnels en aval de ces TLR peuvent conduire à des mécanismes d'inflammation et d'auto-immunité qu'il est important de prendre en compte dans le développement d'approches thérapeutiques nouvelles ciblant les TLRs. / Systemic lupus erythematosus is a chronic autoimmune disease characterized by production of autoantibodies against nuclear antigens. Many studies indicate a role for Toll-like receptors (TLRs) in the initiation and establishment of systemic lupus erythematosus (SLE). Previous studies in the lab revealed that murine TLR8 controls TLR7 function in dendritic cells (DCs) and is implicated in SLE. TLR9 also controls TLR7-mediated lupus. My thesis had two aims: the first was to understand how the cooperation of TLR8 and TLR9 contributes to TLR7-mediated lupus. By studying double TLR8/9-deficient mice we found that TLR8 and TLR9 have an additive effect on controlling TLR7-mediated lupus, where TLR8 controls TLR7 function on DCs, while TLR9 restrains TLR7 responses in B cells. The second aim of my thesis was to investigate the implication of Gfi-1 in lupus and TLR signaling by studying Genista mice that carry a hypomorphic mutation of Gfi-1. We found that Genista mice develop TLR7-dependent lupus and that Gfi-1 acts as a transcriptional repressor downstream of TLR7 and controls type-I IFN expression. Thus, unbalancing TLR-interactions and transcription factors downstream of TLRs can lead to inflammation and autoimmunity and these mechanisms have to be taken into account when novel therapeutic approaches are developed that target TLRs.

Lasthme est une pathologie inflammatoire caractérisée par une inflammation, une hyperréactivité et un remodelage bronchique. Des études menées sur des souris déficientes en MMP-8 et en MMP-19 nous ont permis de démontrer que ces deux protéases jouaient un rôle protecteur vis-à-vis du développement de l'inflammation dans la pathologie asthmatique. En effet, suite à la sensibilisation et à l'exposition par inhalation à lallergène (Ovalbumine),les souris déficientes en MMP-8 en MMP-19 développent respectivement une inflammation neutrophilique et éosinophilique significativement plus importante comparativement aux souris wild-type. Dans une seconde partie de ce travail, nous avons évalué les effets de deux inhibiteurs synthétiques des MMPs administrés en inhalation sous une formulation adéquate dans notre modèle murin dasthme. Suite à ladministration de ces deux inhibiteurs, nous avons observé une diminution de linflammation au sein du lavage bronchoalvéolaire. De plus, nous observons une diminution de linfiltration du tissu pulmonaire par les cellules inflammatoires. Lhyperréactivité bronchique observée suite à linhalation de doses croissantes de méthacholine est également significativement diminuée. Ces résultats sont comparables à ceux obtenus après linhalation de Fluticasone, stéroïde inhalé utilisé très largement en clinique humaine et utilisé dans nos expériences comme médicament de référence. Afin dobserver les modifications morphologiques bronchiques, nous avons mis au point un modèle murin dasthme permettant une exposition de longue durée (90 jours) aux allergènes. En plus de développer une inflammation pulmonaire, les souris traitées vont voir la structure de leurs bronches se modifier. L'inhalation de doxycycline diminue significativement l'inflammation, la réactivité bronchique et diverses caractéristiques du remodelage bronchique telles que l'hyperplasie des cellules à mucus, le dépôt de collagène péribronchique, l'épaisseur de la membrane basale sous-épithéliale et l'épaisseur de la couche de cellules musculaires lisses. Au cours de ces travaux, nous avons caractérisé des modèles murins dasthme. Nous avons démontré que linhibition de certaines MMPs est délétère, nous incitant à les considérer comme des « anti targets ». Nous avons, dans une seconde partie, pu apporter la démonstration que linhibition de certaines MMPs précises (MMP-2, -9 et -14) par des inhibiteurs relativement spécifiques administrés en inhalation améliore le phénotype asthmatique. Par ces travaux, nous avons contribué à la compréhension globale des mécanismes impliquant les MMPs dans la pathologie asthmatique et nous suggérons que de nouvelles voies thérapeutiques, basées sur linhibition de certaines MMPs, pourraient faire lobjet de développements futurs.

Abstract Collagen molecules consist of three polypeptide chains that are coiled around each other to form a triple-helical structure. The formation of stable collagen triple helices requires the hydroxylation of proline residues catalyzed by collagen prolyl 4-hydroxylases (C-P4H). Vertebrate C-P4H is an ER-resident enzyme that consists of two catalytically active α subunits and two β subunits. Production of recombinant human collagen and gelatin could have numerous medical and industrial applications, but most recombinant systems lack the C-P4H activity. The yeast Pichia pastoris has been successfully engineered to produce stable human collagens and gelatins by co-expression of the collagen polypeptide chains with the two C-P4H subunits. This study examined the effect of deletion of the C-propeptide, or its replacement by a trimerizing foldon domain, on the assembly of type I and III collagen triple helices in P. pastoris. It was observed that the absence of the C-propeptide leads to inefficient collagen chain assembly whereas the replacement of C-propeptide with a foldon domain increased the assembly up to 3-fold. Moreover, the co-expression of α1(I) and α2(I) chains fused with foldon yielded heterotrimeric type I collagen molecules with a typical chain ratio of 2:1. As the foldon domain contains no information for collagen chain recognition, the present data indicate that the chain assembly is defined not only by the C-propeptides but also by other determinants present in the α chains. Another aspect studied here was the expression and secretion of gelatin fragments of varying size and conformation in P. pastoris. It was discovered that gelatin fragment size affects its secretion as the 90 kDa fragment was less efficiently secreted than the 45 kDa fragment. Secretion was also dependent on the fragment conformation as induction of the triple helix formation by either C-propeptide or foldon led to the accumulation of the fragments inside the yeast cells despite the presence of an efficient secretory signal. C-P4H was long assumed to exist as one type only but the cloning of several C-P4H α subunits raised questions concerning the specific roles of the C-P4H isoenzymes. The generation of mice lacking the type I C-P4H, which is regarded as the major C-P4H isoenzyme, indicated that this isoenzyme is essential for the embryonic development of the mouse. The embryos lacking type I C-P4H died at an early stage of their development due to the disruption of basement membranes. It was found that the basement membranes of the homozygous null embryos lacked type IV collagen whereas the fibrillar collagens were synthesized, although with altered morphology. The data reported here also demonstrate that the other C-P4H isoenzymes cannot compensate for the lack of type I isoenzyme.

Abstract Fatty acids are one of the most essential categories of biological lipids and their synthesis and degradation are vital for all organisms. Severely compromised phenotypes of yeast mutants and human patients, which have defective components in their degradative or synthetic processes for fatty acid metabolism, have highlighted the importance of these processes for overall metabolism. Most fatty acids are degraded by β-oxidation, which occurs in mitochondria and peroxisomes in mammals, whereas synthesis is catalyzed by cytosolic multifunctional peptides, although a synthesis system involving individual enzymes in mitochondria has been also proposed. In this study a novel mitochondrial 2-enoyl thioester reductase Etr1p from the yeast Candida tropicalis, its homolog Mrf1p from Saccharomyces cerevisiae, and their mammalian ortholog were identified and characterized. Observations indicating that mitochondrial localization as well as enzymatic activity is needed to complement the respiratory-deficient phenotype of the mrf1Δ strain from S. cerevisiae suggests that Etr1p and Mrf1p might act as a part of the mitochondrial fatty acid synthesis machinery, the proper function of which is essential for respiration and the maintenance of mitochondrial morphology in yeast. The mammalian enzyme, denoted Nrbf-1p, showed similar localization, enzymatic activity, and ability to rescue the growth of the mrf1Δ strain suggesting that mammals are also likely to possess the ability and required machinery for mitochondrial fatty acid synthesis. This study further included the characterization of another mitochondrial thioester reductase, 2,4-dienoyl-CoA reductase, which acts as an auxiliary enzyme in the β-oxidation of unsaturated fatty acids. The function of this gene was analyzed by creating a knock-out mouse model. While unstressed mice deficient in 2,4-dienoyl-CoA reductase were asymptomatic, metabolically challenged mice showed symptoms including hypoglycemia, hepatic steatosis, accumulation of acylcarnitines, and severe intolerance to acute cold exposure. Although the oxidation of saturated fatty acids proceeds normally, the phenotype was in many ways similar to mouse models of the disrupted classical β-oxidation pathway, except that an altered ketogenic response was not observed. This mouse model shows that a proper oxidative metabolism for unsaturated fatty acids is important for balanced fatty acid and energy metabolism.

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La dégradation des fonctions de reproduction masculine dans les dernières décennies, et par suite, la baisse du taux de fertilité chez l'homme a renforcé les démarches de recherche des causes d'infertilité masculine, qu'elles soient génétiques, ou environnementales, mettant en œuvre les perturbateurs endocriniens ou d'autres produits reprotoxiques. Par ailleurs, les traitements palliatifs tels que l'aide médicale à la procréation ne permettent qu'à 1 couple sur deux d'obtenir une grossesse. La recherche vise donc également à définir de nouvelles pistes d'amélioration de ces techniques. Les phospholipases A2 (PLA2) sont des enzymes abondamment exprimées dans les organes reproducteurs mâles, le sperme éjaculé et dans le tractus génital femelle. Elles jouent des rôles importants dans la capacitation, la réaction acrosomique (RA) et la fécondation. Nous avons montré au laboratoire que la PLA2 murine secrétée de groupe X (mGX) est présente dans l'acrosome des spermatozoïdes de souris. Elle est libérée au cours de la RA et s'avère un inducteur puissant de la RA. Les mécanismes permettant ces effets sont encore mal connus. Par l'utilisation d'inducteurs et d'inhibiteurs des PLA2, sur des modèles murins wild type ou KO pour certaines PLA2, ce travail montre que durant la capacitation, l'activation des iPLA2 β permet de déclencher une RA spontanée dans une sous-population spécifique de spermatozoïdes. Au cours de la RA induite par la progestérone (P4), On a pu aussi valoriser le rôle des iPLA2 β qui initie la cascade de la RA et permet que les sPLA2 soient activées pour amplifier le déroulement de la réaction acrosomique. Par ailleurs, ce travail montre que l'effet de mGX sur le taux de fécondation et de développement embryonnaire ne dépend pas du taux de la RA. Cet effet obtenu grâce à mGX n'est pas observé avec d'autres sPLA2 (murine ou humaine), ni avec la P4 ce qui lui confère une propriété espèce dépendante. / For the last ten years, the impairment of the male reproductive functions has highly increased, while the use of assisted reproductive techniques has also increased. Despite this evolution, the pregnancy rates obtained in in vitro fertilization (IVF) remain low, as only one in two couples will obtain a pregnancy after 4 attempts. Research has to discover new ways to gain in reproductive impact. Hence, many studies have recently been developed to test molecules that could improve the IVF results. Phospholipases A2 (PLA2s) are part of these molecules. They play an important role, because of their abundant expression in: male reproductive organs, in ejaculated sperm and in the female tract. Several studies have suggested a role for members of the secreted phospholipase A2 family in capacitation, acrosome reaction (AR), and fertilization. We demonstrated previously that sperm from mGX knock-out mice had a severely impaired fertilization potential in vitro, but the molecular nature of these enzymes and their specific functions have remained elusive. Our aims were to study the mechanism of the acrosome reaction by focusing on different kinds of PLA2 using inhibitors and knockout mice for each type of PLA2. We demonstrate the importance of iPLA2β in spontaneous AR occurring during capacitation. We also show that iPLA2β and sPLA2 of group X are both involved in progesterone (P4)-induced AR in mouse sperm. In addition we show that in the mouse neither P4 nor any of the other sPLA2s tested are able to mimic the IVF improvement obtained with mGX-treatment. We also demonstrate that this improvement obtained with phospholipase A2 murine group X is not dependent on the rate of AR. These results demonstrate that sPLA2s are not commutable in the context of mouse sperm fertility, indicating that group X sPLA2 is unique to improve fertility outcome.

Les récepteurs mu aux opioïdes (MORs) jouent un rôle central dans l’addiction et ce majoritairement via le contrôle qu’ils exercent sur les phénomènes de récompense. Les effets des MORs sur le système de récompense sont généralement attribués à leur expression dans le circuit mésocorticolimbique. Les MORs sont toutefois exprimés dans d’autres régions du cerveau, notamment dans une petite structure cérébrale épithalamique qui exprime la plus forte densité de MORs : l’habénula médiane (MHb). Le rôle de cette population spécifique de récepteurs n’a jamais été exploré, malgré l’implication fortement suggérée dans la littérature de l’habénula dans l’addiction et les processus de récompense/aversion sous-jacents. Nous avons donc généré un modèle de souris knockout conditionnel chez lesquelles nous supprimons les MORs uniquement dans l’habénula et nous les avons soumis à des tests comportementaux dans le but d’évaluer les fonctions de ces récepteurs et leur impact sur le comportement avec un focus sur les processus aversifs, cognitifs et récompensant. Nos résultats révèlent que les récepteurs mu que nous supprimons dans l’habénula limitent l’aversion somatique et affective mais ne modulent ni les réponses locomotrices, analgésiques et de récompense à la morphine, ni les fonctions cognitives que nous avons testées. Nous identifions donc pour la première fois une population de MORs dans l’habénula qui freinent l’aversion et nous suggérons par là-même que les récepteurs mu de l’habénula pourraient être cruciaux dans le stage «sevrage aversif» des cycles d’addiction. / Mu opioid receptors (MORs) have been extensively studied for their addictive properties that are thought to operate through the control of reward processes. While the importance of MORs in reward is generally attributed to their presence in the mesocorticolimbic circuitry, their role in the medial habenula (MHb), the structure in which MORs are most densely expressed, remains unexplored to date. This is quite surprising given the increasing literature on the habenula’s role in addiction as well as reward/aversion processes. Here we generated a conditional knockout mouse model that lacks MORs solely in the MH band we investigated the contribution of habenular MORs in brain functions and behavioural out comes with emphasis on reward, aversion and cognition. While the performance of our mutant model did not differ in locomotor, analgesic and reward responses to morphine norincognitive tasks compared to control mice, we uncovered a novel role for MORs in aversive states.This is the first report demonstrating that MORs control both somatic and affective aversion specifically at the level of the MHb. Habenular MORs could thus be crucial to the aversive with drawal stage of addiction cycles that is thought to increase craving and prevent success in quitting.

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