Les recherches pour élaborer de nouveaux traitements anticancéreux s'orientent vers des thérapies dites « ciblées » qui utilisent les caractéristiques spécifiques des cellules cancéreuses. Deux exemples de gènes mutés et présents dans de nombreuses cellules cancéreuses pouvant être « ciblés » sont BRCA1 et BRCA2. Leurs mutations causent des déficiences en recombinaison homologue (HR), l'un des principaux mécanismes de réparation des cassures double-brin de l'ADN. Une seule cassure double-brin pouvant engendrer la mort cellulaire, les cellules possèdent un mécanisme alternatif à la HR nommé l'annelage d'extrémité simple-brin (SSA). Notre hypothèse est que l'inhibition de la SSA chez des cellules déficientes en HR permettrait d'engendrer de la létalité synthétique. Dans ce contexte, les équipes des docteurs Fortin et Masson ont récemment identifié l'acide 4,4'-diisothiocyano-2,2'-stilbènedisulfonique (DIDS) comme inhibiteur potentiel de RAD52, une protéine clé et essentielle à la SSA. Par contre, cet inhibiteur comporte déjà des interactions connues avec d'autres protéines pouvant limiter son utilisation clinique. L'objectif de mon projet de recherche était donc d'étudier et de moduler la structure moléculaire du DIDS afin de préparer de nouveaux inhibiteurs de RAD52 ayant un corps moléculaire de type stilbène asymétrique dont l'un des cycles aromatiques porterait un groupement aminoalkylethiourée et dont l'autre cycle aromatique serait substitué par un ou des groupements méthyles, méthoxyles ou chlorés. Cinquante-six nouveaux analogues et dérivés du DIDS ont été conçus, préparés et caractérisés chimiquement. L'évaluation de l'activité antiproliférative des nouveaux composés sur des lignées cellulaires déficientes et non-déficientes en BRCA1 ou en BRCA2 a montré des concentrations inhibitrices médianes (IC₅₀) variant entre le bas nanomolaire et le micromolaire. Plusieurs analogues du DIDS ont des ratios de sélectivités intéressants (> 100) sur les cellules déficientes en BRCA1 comparativement aux cellules non-déficientes. Les nouveaux analogues du DIDS sont des composés prometteurs pour l'élaboration de nouveaux médicaments ciblant les cellules cancéreuses déficientes en HR. / Trend in research for new treatments against cancer are in the field of "targeted" therapy. Those therapies use specific characteristics of cancer cells to kill them directly or indirectly. One indirect target for targeted therapy can be cells deficient in BRCA1 and BRCA2 functions. Mutations in BRCA1 and BRCA2 can be found in many cancers and resulted in homologous recombination (HR) defective, which is DNA double strand-break repair mechanism. Since one double strand-break can cause cell death, there is a back-up mechanism for HR named single-strand annealing (SSA). Our hypothesis was that inhibiting SSA can lead to synthetic lethality in cells with HR deficiency. For this purpose, Drs. Fortin and Masson teams have recently identified 4,4'-diisothiocyano-2,2'stilbenedisulfonic acid (DIDS) as a new RAD52 inhibitor which is a key protein in SSA. However, DIDS has already known to interact with other proteins that may limit its clinical use. The main goal of my research project was to study and modulate DIDS molecular structure to prepare new RAD52 inhibitors. The molecular structure of those inhibitors should have an asymmetric stilbene moiety in which one aromatic ring will be substituted by an aminoalkylthiourea group and the other aromatic ring will be substituted by a methyl, methoxyl or chloro group. Fifty-six new DIDS analogues and derivatives were designed, prepared and chemically characterized. Antiproliferative activity was evaluated on cell lines with and without BRCA1 and BRCA2 deficiency and showed half maximal inhibitory concentrations (IC₅₀) ranging between low nanomolar and micromolar. Moreover, many DIDS analogues and derivatives exhibited interesting selectivity ratio (> 100) on BRCA1 deficient cells comparatively to non-deficient cells. Therefore, DIDS analogues and derivatives are new promising compounds for the treatment of HR-deficient cancer cells.

La barrière hémato-encéphalique protège le cerveau de par son imperméabilité. Cela empêche toutefois le passage de potentielles molécules thérapeutiques contre les maladies du système nerveux central. En effet, à cause de leurs poids moléculaire et de leurs propriétés physicochimiques, nombreuses sont les molécules thérapeutiques développées par l’industrie pharmaceutique qui ne parviennent pas à atteindre leur cible au cerveau car elles sont bloquées par cette barrière. Les objectifs de mes travaux sont donc de valider puis de modifier des formulations d’immunoliposomes PEGylés pour améliorer leur devenir intracellulaire dans les cellules endothéliales des capillaires cérébraux qui forment la barrière hématoencéphalique. Après injection chez la souris, les liposomes atteignent les capillaires mais nous ne sommes pas parvenus à démontrer qu’ils y livrent leur contenu. Pour se faire, différentes formulations ont été testées in vitro et in vivo chez des modèles murins. Cela a permis de confirmer que les anticorps et les lipides formant les immunoliposomes atteignent bien les cellules endothéliales des capillaires du cerveau. Toutefois, le devenir du contenu des immunoliposomes reste incertain. Par la suite, l’idée était d’utiliser des fragments Fab’ à la surface des liposomes plutôt que des anticorps complets. Toutefois, la digestion des anticorps n’est pas complète et l’obtention de fragments Fab’ pures très complexe. Cela reste donc à améliorer avant de conjuguer les fragments aux liposomes.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles / La complexité et le coût de production à grande échelle des rAAV présentent un sérieux obstacle à la commercialisation des thérapies géniques. Des améliorations dans la fabrication des vecteurs rAAV sont réalisables à l'aide de lignées cellulaires d'empaquetage ou productrices, qui, dans le cas des rAAV, sont difficiles à générer en raison de la toxicité des protéines AAV Rep et des gènes auxiliaires d'adénovirus nécessaires à la production. Le gène AAV REP code pour quatre protéines Rep (Rep -78, -68, -52, -40) qui ont de multiples fonctions et rôles qui se chevauchent dans la production d'AAV. Les gènes auxiliaires adénoviraux utilisés dans la production de rAAV sont E2A, E4 et VA et jouent des rôles uniques dans le cycle de vie de l'AAV. Pour générer une lignée cellulaire d'empaquetage de AAV, tous ces composants doivent être intégrés de manière stable dans le génome des cellules. L'expression doit être étroitement régulée en raison de la cytotoxicité et lorsque l'expression est induite, les niveaux doivent être adéquats pour soutenir la production de rAAV. Une telle lignée cellulaire d'empaquetage serait un point de départ pour créer une lignée cellulaire productrice pour la production d'un sérotype spécifique d'AAV et d'un gène thérapeutique spécifique en intégrant un gène CAP d'intérêt et une séquence thérapeutique flanquée d'ITR. Le travail présenté dans cette thèse décrit le processus de génération et de caractérisation des lignées cellulaires d'empaquetage 293SF-CymR/λR-GyrB AAV exprimant les protéines Rep et les conceptions et tentatives de création d'une lignée cellulaire d'empaquetage Rep/Helper. Nous avons identifié et intégré avec succès une combinaison de deux protéines Rep (Rep68 et Rep40) exprimées à partir de deux promoteurs inductibles par le cumate et la coumermycine. Les lignées cellulaires créées ont démontré leur capacité à produire des titres à des niveaux comparables aux productions par transfection transitoire avec les lignées cellulaires parentales et se sont avérées stables en culture sans sélection. Nous décrivons également notre conception et nos travaux de recherche sur la faisabilité pour générer des lignées cellulaires d'emballage Rep/Helper où les séquences codant pour les protéines E4orf6 et E2A DBP sont également exprimées à partir de promoteurs inductibles par le cumate et la coumermycine. / The complexity and cost of large-scale rAAV production present a serious obstacle in commercialization of rAAV gene therapies. Improvements in rAAV vector manufacturing are achievable using packaging or producer cell lines, which in case of rAAVs are difficult to generate due to the toxicity of AAV Rep proteins and adenovirus helper genes required for production. The AAV REP gene encodes four Rep proteins (Rep -78, -68, -52, -40) which have multiple overlapping functions and roles in AAV production. The adenoviral helper genes used in rAAV production are E2A, E4 and VA and serve unique roles in the AAV lifecycle. To generate an AAV packaging cell line all these components must be stably integrated into the genome of the cells. Expression must be tightly regulated due to cytotoxicity and when expression is induced, the levels must be adequate to support rAAV production. Such a packaging cell line would be a starting point to create a producer cell line for production of a specific serotype of AAV and specific therapeutic gene by integrating a CAP gene of interest and ITR flanked therapeutic sequence. The work presented in this thesis describes the process of generating and characterizing 293SF-CymR/λR-GyrB AAV packaging cell lines expressing the Rep proteins and the designs and attempts of creating a Rep/Helper packaging cell line. We successfully identified and integrated a combination of two Rep proteins (Rep68 and Rep40) expressed from two cumate and coumermycin inducible promoters. The created cell lines demonstrated ability to produce titers at levels comparable to transient transfection productions with the parental cell lines and were shown to be stable in culture without selection. We also describe our design and investigation into the feasibility of Rep/Helper packaging cell line generation where the E4orf6 and E2A DBP protein coding sequences are also expressed from cumate and coumermycin inducible promoters.

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une barrière quasiment imperméable assurant la protection du cerveau. Elle limite très fortement le passage de diverses molécules au cerveau, dont les molécules thérapeutiques. Les cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), principal constituant de la BHE, présentent abondamment à leur surface plusieurs transporteurs dont le récepteur de la transferrine (RTf). Le RTf est un récepteur qui pourrait potentiellement permettre l’apport de molécules thérapeutiques au cerveau via le mécanisme de transcytose médiée par récepteur (TMR). L’objectif général de ce projet est de développer, caractériser et valider une approche pharmaceutique non virale et non invasive de ciblage thérapeutique à l’aide de fragment Fab d’anticorps monoclonaux visant la libération de molécules thérapeutiques dans le parenchyme cérébral. Tout d’abord, des essais in vitro et in vivo ont été entrepris afin d’évaluer le transport des fragments Fab au cerveau. Les fragments Fab, obtenus par digestion enzymatique à la papaïne, n’ont malheureusement été détectés ni in vitro ni in vivo. Puis, nous avons étudié l’internalisation in vitro et in vivo de micelles polyioniques (MP) conjugués à des fragments Fab’ et renfermant un analogue d’un pARNi fluorescent. A ce jour, les résultats obtenus in vivo avec les MP ne permettent pas d’envisager l’utilisation de ce vecteur comme usage thérapeutique dans le cas de thérapie ciblant le parenchyme cérébral, mais les MP s’avèrent être très prometteurs dans le cas de thérapie génique ciblant les CECC impliquées dans plusieurs maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer, la sclérose en plaques, les accidents vasculaires cérébraux etc. / The blood-brain barrier (BBB) is an almost impermeable barrier protecting the brain. It greatly limits the passage of blood-borne molecules to the brain, including therapeutic molecules. Brain capillary endothelial cells (BCEC), forming the BBB, express transporters including the transferrin receptor (TfR) on their surface. The TfR is a receptor that could potentially allow the delivery of therapeutic molecules to the brain via receptor-mediated transcytosis (RMT). The main objective of this project is to develop, characterize and validate a non-viral noninvasive therapeutic targeting pharmaceutical approach with Fab fragments of monoclonal antibodies for the delivery of therapeutic molecules in the brain parenchyma. First, in vitro and in vivo experiments were done to assess the transport of Fab fragments into BCEC. Fab fragments, obtained by enzymatic digestion with papain, were detected neither in vitro nor in vivo. Then, we studied the internalization of polyion micelles (MP) conjugated to Fab' fragments and encapsulating an analog of a fluorescent siRNA in vitro and in vivo. The results obtained in vivo with MP conjugated with Fab’ fragments do not suggest penetration into the brain parenchyma, but are promising for gene therapy targeting BCEC to treat Alzheimer disease, multiple sclerosis or stroke.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le marché des agents de livraison d’acides nucléiques est en pleine expansion et atteindra plus de cinq milliards de dollars en 2030. Ces agents, utilisés pour livrer de l’information génétique dans des cellules de mammifères, ont de nombreuses applications tant dans le domaine de la recherche fondamentale que thérapeutique. Parmi les différentes catégories d’agents de livraison, celle utilisant des vésicules extracellulaires (VE) pseudotypées par la glycoprotéine du virus de la stomatite vésiculaire (VSVG) s’est révélée prometteuse dans les dernières années. En effet, en combinaison avec un polymère cationique, ces particules (VE-VSVG) se sont montrées capables de livrer des acides nucléiques de type ADN et ARN dans différents types cellulaires. Malheureusement, les procédés de production actuels des VE-VSVG, impliquant l’utilisation de cellules HEK293, sont difficiles à adapter à l’échelle industrielle notamment à cause de l'utilisation de cellules productrices adhérentes, de la présence de sérum dans le milieu de culture et de procédés de purification incomplets. Par conséquent, l’objectif de ces travaux de recherche a été de développer un procédé de fabrication des VE-VSVG, pouvant être plus facilement transposé à l’échelle industrielle. Cette thèse se divise en quatre chapitres. Le chapitre 1 constitue une revue de la littérature et fait un état des lieux des différentes méthodes de livraison d'acides nucléiques, ainsi que des procédés de production et de purification de particules biologiques pseudotypées par la protéine VSVG, incluant les VE-VSVG. Les trois chapitres suivants présentent les résultats obtenus au cours de ce doctorat. Le chapitre 2 regroupe les résultats d’une première publication dédiée à la mise en place d’un procédé de production de VE-VSVG par transfection transitoire de cellules HEK 293,cultivées en suspension sans sérum, ainsi que d’une méthode de purification, composée d’une phase de concentration par ultracentrifugation et d’une étape de séparation par chromatographie d’affinité. Le chapitre 3présente les résultats d’une future publication, consacrée à l’analyse de l'effet de la production de VE-VSVG sur l'expression génique des cellules HEK 293, ainsi qu’à l’amélioration des rendements de production de ces particules, grâce à l’identification de différents gènes prometteurs au cours de cette étude transcriptomique. Finalement, le chapitre 4 regroupe des résultats consacrés à l’évaluation d’autres plateformes de fabrication(production et purification) des VE-VSVG. En conclusion, les nouvelles données et les procédés développés dans le cadre de cette thèse permettent d’améliorer significativement la production et la purification de cet agent de livraison d’acides nucléiques prometteur, dans un contexte industriel. / The market of nucleic acid delivery agents is growing rapidly and will reach more than$5billion by 2030. These agents, used to deliver genetic information into mammalian cells, have numerous applications in both basic and therapeutic research. Among the different classes of delivery agents, the one using extracellular vesicles (EV) pseudotyped with the vesicular stomatitis virus glycoprotein (VSVG) has shown promises in recent years. In combination with a cationic polymer, these particles (EV-VSVG) have been shown to be able to deliver DNA and RNA in different cell types. Unfortunately, current EV-VSVG production processes, involving the use of HEK 293cells, are difficult to adapt to industrial scale, notably due to the use of adherent producer cells, the presence of serum in the culture medium and incomplete purification procedures. Therefore, the goal of this thesis was to develop a manufacturing process for EV-VSVG that could facilitate the transposition to industrial scale. This thesis is divided into four chapters. Chapter 1 is a review of the literature and presents an overview of the nucleic acid delivery methods, as well as processes for the production and purification of VSVG-pseudotyped biological particles, including EV-VSVG. The following three chapters present the results obtained during this Ph.D.Chapter 2 covers the results of a first publication dedicated to the development of a production process of EVVSVG by transient transfection of HEK 293 suspension cells grown in serum-free media, as well as a purification method, composed of a concentration step by centrifugation and a separation step by affinity chromatography.Chapter 3 presents the results of a future publication, dedicated to the analysis of the effect of VSVG protein production on HEK 293 cell gene expressions, as well as to the improvement of those particles production yields,through the identification of various promising genes during this transcriptomic study. Finally, Chapter 4 brings together results devoted to the evaluation of alternative manufacturing platforms (production and purification) forEV-VSVG. In conclusion, the new data and processes developed in this thesis significantly improve theproduction and purification of this promising nucleic acid delivery agent, in an industrial context.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / La dopamine, la sérotonine et la noradrénaline sont des neurotransmetteurs dits monoaminergiques. Connus pour leur rôle dans de nombreuses fonctions cognitives, émotionnels et motrices, les récepteurs, transporteurs et autres médiateurs cellulaires des monoamines sont les cibles principales des agents pharmacologiques utilisés en psychiatrie et appelés psychotropes. Dans notre laboratoire, nous appréhendons de manière multidisciplinaire le rôle de ces neurotransmetteurs sur le comportement et la biochimie du cerveau, ainsi que l’impact des psychotropes sur les cibles cellulaires monoaminergiques susceptibles de réguler les comportements cognitifs et émotionnels chez la souris. Le test comportemental automatisé appelé H-maze, nous a permis de mesurer l’impact cognitif de plusieurs dérèglements monoaminergiques chez des souris génétiquement modifiées. Des souris déficientes en sérotonine (Tph2-KI) ou hyperdopaminergiques (DAT-KO) présentent de profondes altérations des fonctions exécutives. Grâce à la complexité du paradigme présenté dans le H-maze, nous pouvons modéliser des symptômes cognitifs observés chez l’homme (ex : persévération dans l’erreur) et restaurer de manière sélective des facultés d’apprentissage indépendamment d’autres fonctions cérébrales comme la motricité. La stimulation pharmacologique du récepteur à sérotonine 5HT2C chez la souris Tph2-KIet le blocage du transporteur de la noradrénaline NET chez la souris DAT-KO ont permis d’abolir les déficits cognitifs observés. En parallèle, nous avons étudié les fonctions de plusieurs acteurs intracellulaires régulés par les monoamines et découvert un nouveau mode d’action commun aux psychotropes appelés stabilisateurs de l’humeur. Ces derniers, le lithium, le valproate et la lamotrigine, régulent plusieurs comportements émotionnels chez la souris via une voie de signalisation dopaminergique appelée Akt/GSK3 sous la dépendance de la protéine βArrestine 2. De plus, nous montrons pour la première fois que cette voie est orchestrée par la formation d’un complexe protéique entre le récepteur D2 et le canal sodique Nav1.6, et que cette interaction serait un mécanisme cellulaire directement ciblé par le valproate et la lamotrigine. Enfin, nous avons découvert un nouveau substrat de GSK3, la protéine du X-fragile FXR1, qui pourrait participer aux effets antidépresseurs et anxiolytiques des stabilisateurs de l’humeur. Nous espérons que ces découvertes pourront contribuer au développement d’agents pharmacologiques plus efficaces et dénués d’effets secondaires. / Dopamine, serotonin and norepinephrine are monoaminergic neurotransmitters. Receptors, transporters and others monoamines compounds are involved in several brain functions such as cognition, emotions and locomotion, and are targeted by psychotropic drugs. In our research center, we focus on multidisciplinary approaches to better understand the role of monoamines on brain-regulated behavioral and biochemical processes, and on the impact of these agents on the monoamine cellular targets involved in the regulation of cognitive and emotional behaviors in mice. Using the automated behavioral test named olfactory H-maze, we measured the cognitive impact of several monoaminergic metabolic changes in mutant mice. Serotonin deficient (Tph2-KI) or hyperdopaminergic (DAT-KO) mice showed severe cognitive deficits. Thanks to the complexity of the H-maze, we were able to rescue learning and cognitive flexibility in these mice independently from others brain functions like motricity, and by targeting several extracellular monoaminergic substrates, like the serotonin 5HT2C receptor and the norepinephrine transporter. Furthermore, we investigate the cellular functions of several monoamines-regulated intracellular compounds and identified a new common action mode of psychotropic drugs mood stabilizers. We showed that lithium, valproate and lamotrigine may regulate several emotional behaviors by involving the Akt/GSK3 signaling pathway and the multifunctional scaffolding protein βarrestin 2. Thus, we show for the first time that this signaling cascade may be regulated by the formation of a protein complex composed by the D2 receptor and the voltage-gated sodium channel Nav1.6. This interaction would be a mechanism targeted by mood stabilizers valproate and lamotrigine. Finally, we found a new common substrate of GSK3 for these three mood stabilizers, the fragile X-related protein 1 (FXR1), which may participate to the regulation of mood by these agents. We hope that our works will lead to new research avenues and, in the future, to the development of more efficacy psychotropic drugs without aversive side effects.

Introduction : La glucuronidation a pour effet de rediriger l’élimination des acides biliaires (AB) vers l’urine. En état cholestatique, caractérisé par une interruption du flux biliaire, ce métabolisme pourrait représenter une cible pharmacologique car il peut être stimulé par certains agonistes de récepteurs nucléaires. Le rein exprime aussi toutes les protéines œuvrant cette voie biologique, donc, cet organe est suspecté comme étant un joueur prédominant dans l’homéostasie des AB lors de cholestase. Objectif 1 : Évaluer l’effet de la glucuronidation sur la toxicité des AB. Après avoir déterminé la toxicité différentielle des AB dans le modèle cellulaire hépatique HepG2 en utilisant des tests moléculaires classiques (mesure de l’activité de la caspase 3, évaluation de la nécrose et de l’apoptose par FACS et mesure de la prolifération cellulaire par MTS et BCA), nous avons démontré que la glucuronidation des AB diminuait leurs propriétés pro-nécrotique et pro-apoptotique, ainsi que leur toxicité générale. Objectif 2 : Caractériser la glucuronidation hépatique et rénale des AB. L’expression (protéine et ARNm) des UGT a été quantifiée dans le foie et le rein humain. Ensuite, les constantes cinétiques de la glucuronidation rénale et hépatique des AB ont été déterminées, ce qui a mené à l’exposition des propriétés allostériques de ces réactions. Objectif 3 : Caractériser la glucuronidation des AB effectuées par les membres de la famille des UGT2A. Des microsomes surexprimant soit l’UGT2A1, l’UGT2A2 ou l’UGT2A3 ont été utilisés en essais enzymatiques afin d’extrapoler leurs constantes cinétiques de la glucuronidation des AB. Les enzymes UGT2A1 et UGT2A2 ont démontrées une excellente activité de glucuronidation des AB. Conclusion : La glucuronidation des AB diminue leur toxicité et semble être effectuée par un complexe oligomérique. Le mécanisme enzymatique catalysant la glucuronidation des AB dans le foie et le rein présente des différences majeures, mais offre un rendement similaire en état physiologique normal. Cependant, le rein possède une meilleure capacité d’adaptation à une surcharge d’AB. En somme, les résultats présentés indiquent que la glucuronidation rénale et hépatique des AB est une cible thérapeutique pour le traitement de la cholestase, cependant, elle doit être mieux caractérisée afin d’être optimisée et utilisée. / Introduction: Glucuronidation redirect bile acids (BA) elimination toward the urine. During cholestasis, a condition characterized by a bile flow interruption, this metabolism may represent a pharmacological target, because it can be stimulated by numerous nuclear receptor agonists. The kidney also expresses all proteins involved in this biological pathway, therefore, this organ is suspected as a predominant player in BA homeostasis during cholestasis. Objective 1: Evaluate the effect of glucuronidation on BA toxicity. After determining the differential BAs toxicity in the selected liver model cell (HepG2) using molecular tests (caspase 3 activity measurement, necrosis and apoptosis evaluation by FACS and proliferation assessment using MTS reduction and total protein content evaluated by BCA), we have demonstrated that BA glucuronidation decreased their pro-necrotic and pro-apoptotic properties, and, therefore, their general toxicity. Objective 2: Characterizing the hepatic and renal BA glucuronidation. The expression (protein and mRNA) of various UGT was quantified in human liver and kidney. Then, the kinetic constants for BA glucuronidation in human kidney and liver extracts were determined, which led to the exposure of the allosteric properties of these reactions. Objective 3: Characterizing BA glucuronidation carried out by UGT2As. Microsomes over-expressing either UGT2A1, UGT2A2 or UGT2A3 have been used in enzyme assays to extrapolate the kinetic constants for BA glucuronidation by these enzymes. UGT2A1 and UGT2A2 Glucuronidation decreases BAs toxicity and seems to be performed by a oligomeric enzyme complex. Major differences have been observed between the liver and kidney enzymatic mechanism of BA glucuronidation, but they offers similar performance in normal physiological state. However, the kidney has a better ability to adapt to an overload of BA. In sum, the results presented in this thesis indicate that renal and hepatic BA glucuronidation is a therapeutic target for the treatment of cholestasis, however, it must be better characterized and optimized in order to be used.

Titre de l'écran-titre (visionné le 8 novembre 2023) / Problématique : Les acides biliaires (AB), métabolites hépatiques du cholestérol, peuvent subir une glucurono-conjugaison qui limite leurs effets cytotoxiques et pro-inflammatoires et facilite leur élimination. Nous croyons que d'exploiter ce mécanisme permettrait de diminuer le fardeau des AB dans les maladies cholestatiques auto-immunes (MCAI). Cependant, des enzymes β-glucuronidase (GUS) au niveau du microbiote intestinal ont la capacité de renverser la réaction de glucuronidation hépatique. Les objectifs de mon projet étaient donc de : i) valider et caractériser la contribution des GUS à la « re-toxification » des AB-G; ii) identifier les facteurs contrôlant cette activité; et iii) déterminer le potentiel de modulation. Méthode : Des essais enzymatiques in vitro mesurant l'activité GUS ont été réalisés en présence de 11 espèces d'AB-G avec : des contenus intestinaux et des selles murines, différentes GUS bactériennes recombinantes ainsi que des selles provenant de volontaires sains ou de patients avec MCAI. Nous avons mesuré l'activité GUS avant et après la consommation de poudre de bleuets lyophilisée (PBL) ou de framboises surgelées (FS) ainsi qu'en présence d'inhibiteurs GUS pharmacologiques précédemment identifiés. Résultats : Les AB-G sont efficacement déconjugués in vitro chez la souris et chez l'humain (avec ou sans MCAI). On observe une grande variabilité selon l'individu, selon l'espèce et selon le site de glucuronidation sur le squelette des AB. Pour la modulation, la supplémentation en PBL diminue de manière sexe-dépendante l'activité GUS tandis que la réponse à la consommation de FS est plus hétérogène. Les approches pharmacologiques ont confirmé une possible inhibition de l'activité GUS envers les AB-G. Conclusion : En illustrant la capacité des GUS du microbiote intestinale à réactiver les AB et en montrant le potentiel de modulation d'une approche pharmaco-nutritionnelle, nos résultats contribuent à établir l'activité GUS comme une nouvelle cible pour la détoxification des AB dans le traitement des MCAI. / Problematic: Bile acids (BAs), hepatic metabolites of cholesterol, can undergo glucuronide conjugation, which limits their cytotoxic and pro-inflammatory effects and increases their elimination. We believe that harnessing this mechanism could reduce the burden of BAs in autoimmune cholestatic diseases (ACD). However, β-glucuronidase (GUS) enzymes in the gut microbiota can reverse this hepatic glucuronidation. The objectives of my project were to: i) validate and characterize the contribution of GUS to the "re-toxification" of BA-G; ii) identify the factors controlling this activity; and iii) determine the potential for modulation. Method: In vitro enzymatic assays measuring GUS activity were performed in the presence of 11 species of BA-G, using murine intestinal contents and feces, various recombinant bacterial GUS enzymes, as well as stool samples from healthy volunteers or patients with ACD. We measured GUS activity before and after the consumption of freeze-dried blueberry powder (BBP) or frozen raspberries (FR), as well as in the presence of previously identified pharmacological inhibitors. Results: BA-Gs are efficiently deconjugated in vitro in both mice and humans (with or without ACD). There is a high variability, depending on species, the site of glucuronidation on the BA skeleton and between individual. Regarding modulations, BBP supplementation decreases GUS activity in a sex-dependent manner, while the response to FR consumption is more heterogeneous. Pharmacological approaches confirmed a possible inhibition of GUS activity towards BA-Gs. Conclusion: By illustrating the ability of gut microbiota GUS enzymes to reactivate BAs and demonstrating the modulation potential of a pharmaco-nutritional approach, our results contribute to establishing GUS activity as a new target for the detoxification of BAs in ACDs.

Le cancer carcinoïde est une maladie rare caractérisée par des tumeurs neuroendocrines résistantes aux agents chimiothérapeutiques occasionnant un traitement difficile de celles-ci. Notre laboratoire travaille sur l'enzyme poly(ADP-ribose) polymérase-1 (PARP-1) impliquée dans différentes voies de réparation de l'ADN. La grande efficacité de ces voies est une des raisons pouvant expliquer la résistance observée des tumeurs neuroendocrines. Le but de ce projet était de déterminer le rôle de la PARP-1 dans le traitement du cancer carcinoïde par chimiothérapie. Nous avons obtenu un effet de potentialisation de la streptozotocine caractérisé par un ralentissement de la croissance cellulaire et de la réparation des dommages lors de l'inhibition de la PARP-1. D'un autre côté, nous avons constaté que le «knock down» de la PARP-1 résulte en une diminution du volume tumoral in vivo. Nos résultats montrent donc que la PARP-1 peut devenir une cible thérapeutique dans le traitement du cancer carcinoïde.

L’augmentation de l’espérance de vie entraîne l’accroissement d’une population vieillissante et augmente ainsi le nombre de personnes souffrant de maladies neurodégénératives. Le développement de nouveaux médicaments pour le traitement de ces maladies est grandement limité par la présence d’une barrière physiologique, appelée barrière hémato-encéphalique (BHE), qui protège l’homéostasie du cerveau. Cependant, un grand nombre de transporteurs spécifiques sont situé sur les cellules endothéliales formant la BHE et pourrait être l’objet de ciblage thérapeutique afin d’augmenter la disponibilité cérébrale de plusieurs médicaments. Afin d’évaluer le potentiel d’anticorps monoclonaux (AcM) ciblant le récepteur de la transferrine (RTf) dans le cadre d’une approche non invasive de thérapie génique, nous avons tout d’abord étudié la distribution cérébrale de l’AcM Ri7. Nous avons, en premier lieu, observé une rétention au cerveau des AcM ciblant le RTf. Cependant, des analyses de microscopie ont démontré que la distribution était confinée à la cérébrovasculature. Par la suite, en conjuguant le Ri7 à des points quantiques, nous avons caractérisé la distribution subcellulaire du vecteur. Nos analyses de microscopie électronique ont confirmé que les complexes Ri7-points quantiques étaient massivement internalisés dans les cellules endothéliales du cerveau (CECCs) et que ces complexes étaient observés dans les petites vésicules, les structures tubulaires et dans les corps multivésiculaires. Nous avons ainsi identifié les CECCs comme cible potentielle pour le traitement de la pathologie endothéliale de maladies neurodégénératives. Par la suite, nous avons évalué le potentiel de deux formulations de nanoparticules pour acheminer du matériel génétique dans les CECCs. Nos résultats ont démontré que l’utilisation de micelles polyionques et d’immunoliposomes permettait une accumulation importante d’acides nucléiques dans les CECCs. Notre étude ouvre donc la porte à de nouvelles approches thérapeutiques basées sur le ciblage thérapeutique des cellules endothéliales du cerveau. / The increase in life expectancy leads to a direct expansion of the aging population. This expansion further increases the burden of neurodegenerative diseases. The development of new drugs to treat brain pathologies is greatly hindered by the presence of a physiological barrier, the blood-brain barrier (BBB), protecting the brain homoeostasis. However, a high number of specific transporters are located on endothelial cells forming the BBB and could be the target of brain-drug delivery allowing significant cerebral accumulation of many therapeutic compounds. To study the potential of monoclonal antibodies (mAb) targeting the transferrin receptor (TfR) in the context of a non-invasive gene therapy strategy, we foremost studied the cerebral distribution of the mAb Ri7. We first observed retention in the brain of the mAb. However, fluorescence microscopy analysis revealed that the distribution of Ri7 was confined to cerebral vasculature. Thereafter, by conjugating Ri7 to quantum dots (Qdot), we performed experiments to characterize the subcellular distribution of the mAb. Our transmission electron microscopy analyses showed that Ri7-Qdots were massively internalized within brain capillary endothelial cells (BCECs) and that the TfR-targeted Qdots were in small vesicles, tubular structures and multivesicular bodies. We thus identified BCECs as a potential target for the treatment of endothelial pathology of neurodegenerative diseases. Finally, we investigated the potential of two nanoformulations to delivery nucleic acids to BCECs. Our data demonstrated the capacity of polyionic complex micelles and immunliposomes to deliver a large number of nucleic acids to BCECs. Overall, our study opens the door for a novel therapeutic approach based on brain endothelial cells drug delivery.