L’abiratérone (Abi) est un inhibiteur de synthèse des androgènes de type stéroïdien utilisé dans le traitement du cancer de la prostate. Le métabolisme de l’Abi entraîne la formation de métabolites pharmacologiquement actifs agissant soit comme inhibiteur de synthèse, antagoniste ou agoniste du récepteur androgénique. Leur concentration plasmatique est très variable alors que la suppression androgénique suivant le traitement varie considérablement. L’action de la voie métabolique de glucuronidation sur ces composés de type stéroïdien n’est pas connue. Cette voie enzymatique, médiée par les enzymes UGT, représente une étape clé du métabolisme des médicaments et de l’homéostasie de nombreuses molécules endogènes incluant un rôle primordial dans la régulation des voies hormonales ciblées par l’Abi. L’objectif de mes travaux était d’évaluer le métabolisme de l’Abi par la voie de glucuronidation, d’étudier l’effet potentiel de la variabilité génétique de cette voie et enfin, d’explorer une possible interaction avec la glucuronidation des stéroïdes. Les données recueillies révèlent que l’Abi et ses métabolites actifs sont conjugués par l’enzyme hépatique UGT1A4 in vitro et confirment que ces nouveaux métabolites sont présents en circulation chez les patients traités. Plusieurs variations polymorphiques du gène UGT1A4 entraînent une perte de fonction de l’enzyme et une réduction significative de l’inactivation de l’Abi et de ses métabolites in vitro, suggérant que les patients porteurs de ces polymorphismes génétiques pourraient être exposés à des concentrations plus élevées des composés pharmacologiques actifs. L’importance de cette voie métabolique demeure à être établie in vivo. De plus, nos données révèlent que l’Abi et ses métabolites sont des inhibiteurs puissants de l’inactivation des androgènes et de leurs précurseurs surrénaliens par la voie des UGT tant au niveau du foie que des cellules cancéreuses prostatiques. Ces découvertes laissent présager que la relation entre l’exposition à l’Abi et à ses métabolites, la suppression androgénique subséquente en cours de traitement à l’Abi et, ultimement, la réponse clinique des patients est complexe. Une étude plus approfondie des facteurs génétiques et pharmacologiques ainsi qu’un profilage plus complet des hormones stéroïdiennes chez les patients traités est nécessaire afin d’identifier de nouveaux marqueurs prédictifs de la réponse à la thérapie antihormonale. / Abiraterone (Abi) is a selective steroidal inhibitor of androgens biosynthesis used for the treatment of advanced prostate cancer. Abi is known to be metabolised into pharmacologically active metabolites having either androgen synthesis inhibitor activity or antagonistic/agonistic activity toward the androgen receptor. Plasma concentration of these metabolites and androgen suppression are highly variable between treated patients. The activity of UGT enzymes toward these steroidal molecules is currently unknown. This pathway mediated by UGT enzymes is a key step in the metabolism of drugs and endogenous molecules. These enzymes have a primary role in the regulation of hormonal pathway targeted by Abi. We aimed to study the metabolism of Abi by the glucuronidation pathway, the genetic variability of UGT enzymes as well as the impact of this pathway on steroids inactivation. Data obtained point out UGT1A4 as the main enzyme implicated in the glucuronidation of Abi and its metabolites in the liver and they also show significant circulating levels of these new metabolites within treated patients. Moreover, many polymorphisms in this metabolic pathway lead to a loss of function of UGT1A4 and to the abrogation of the inactivation of Abi and its metabolites, suggesting that carriers of these polymorphisms might be exposed to higher concentrations of pharmacologically active metabolites. Finally, additional data revealed potent inhibitor activity of Abi and its metabolites toward androgens and adrenal precursor’s inactivation by UGTs expressed in liver and prostatic tissues. Our study shows that the relationship between the exposition to Abi and its metabolites, the androgenic suppression and the clinical response observed in treated patients is complex and suggest that genetic, pharmacologic and metabolomic analysis could allow the identification of new predictive biomarquers of the response toward the antihormonal therapy in patients treated with Abi.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / La voie métabolique de glucuronidation, impliquant les enzymes uridine diphospho-glucuronosyltransférases (UGT), joue un rôle crucial dans le métabolisme des médicaments et contrôle l’exposition à divers composés exogènes via leur inactivation par la conjugaison à l’acide glucuronique. Cette voie métabolique a également comme rôle principal de maintenir l’homéostasie cellulaire et le contrôle de la biodisponibilité de nombreuses molécules endogènes. Nombre de ces composés sont impliqués dans des boucles de rétroaction régulant l’expression et l’activité de diverses voies métaboliques cellulaires, notamment via l’implication de récepteurs nucléaires et autres voies de signalisation. Une modification de l’expression et de l’activité de la voie de glucuronidation a donc le potentiel d’influencer le métabolisme cellulaire, au-delà du contrôle des substrats des enzymes UGT. Cette hypothèse est appuyée par des observations préliminaires démontrant la capacité des UGT à interagir avec des protéines d’autres voies métaboliques, affectant ainsi leur activité. De plus, les études récentes du laboratoire font état d’un transcriptome étendu de la grande famille de gènes UGT, permettant la production de protéines alternatives comprenant de nouveaux domaines peptidiques et dont les fonctions et les réseaux d’interaction demeurent inconnus. Dans le cadre de cette thèse, nos premières investigations ont porté sur les changements métaboliques associés à une modification de l’expression cellulaire d’enzymes UGT, ainsi que de leurs protéines alternatives nouvellement identifiées. Une approche métabolomique non-ciblée a révélé des répercussions importantes au niveau métabolique, parfois communes, parfois divergentes, selon l’enzyme et l’isoforme alternative étudiée. À titre d’exemple, les niveaux cellulaires de lipides bioactifs comme l’acide arachidonique sont grandement affectés dans les lysats de cellules exprimant des enzymes UGT, alors qu’ils ne le sont pas dans les lysats de cellules exprimant des protéines alternatives. Dans une seconde série d’investigations, nous avons établi les réseaux d’interactions protéiques des UGT dans le tissu rénal et hépatique humain. À l’aide d’anticorps développés au laboratoire et dirigés contre les enzymes ou les protéines alternatives UGT, nous avons réalisé une purification d’affinité sur bille couplée à la spectrométrie de masse. Ceci a permis d’établir de façon non-biaisée les interactomes endogènes des enzymes UGT et de leurs protéines alternatives dans un environnement protéique physiologique, révélant l’existence de partenaires communs et de partenaires spécifiques. En plus d’identifier des protéines associées au métabolisme des médicaments, nos travaux ont révélé plusieurs partenaires protéiques impliqués dans d’autres voies métaboliques, telles que les voies énergétiques (glycolyse, cycle des acides tricarboxyliques, oxydation des lipides, etc.). À l’aide de modèles cellulaires, nous avons démontré que certaines de ces interactions sont fonctionnelles et entrainent une modification significative de l’activité du partenaire des UGT, induisant des perturbations métaboliques et phénotypiques associées à la progression tumorale. Enfin, nos données ont révélé une induction différentielle de l’expression d’une enzyme UGT et de ses variants alternatifs suite à un traitement pharmacologique, influençant possiblement l’activité cellulaire en réponse à ces stimuli. Nos travaux soutiennent une interconnexion entre le métabolisme de glucuronidation et le métabolisme cellulaire. Ils appuient également un rôle plus vaste et complexe des protéines UGT, impliquant notamment la production d’isoformes alternatives aux structures protéiques distinctes et possédant des fonctions régulatrices possiblement différentes de celles des enzymes. Ces travaux démontrent également des interactions protéiques avec diverses voies métaboliques, permettant sans doute de moduler la réponse cellulaire à divers stimuli tout en optimisant les ressources métaboliques de la cellule. / The glucuronidation pathway, catalyzed by uridine diphospho-glucuronosyltransferases (UGTs), is crucial for drug metabolism and controls the body’s exposure to several exogenous compounds by the conjugation of a glucuronic acid moiety leading to their inactivation. A main role for this pathway is also to controls cellular levels of several endogenous compounds in order to maintain homeostasis. Many of those compounds are involved in feedback loops and control the expression and activity of numerous metabolic pathways through the regulation of nuclear receptors and other signaling events. Altered expression or activity of the glucuronidation pathway thus has the potential to influence cellular metabolism, beyond UGT substrate regulation. This hypothesis is supported by preliminary observations showing that UGTs possess the capacity to interact with enzymes from other metabolic pathways, affecting their activity. Furthermore, recent studies from our laboratory exposed an extended transcriptome for UGT genes, producing new alternative proteins comprising new domains and for which the functions and interaction networks remain unknown. In the context of this work, our first investigations explored the metabolic alterations induced by a modification in the cellular levels of UGT enzymes, as well as selected novel alternative proteins. A non-targeted metabolomics approach uncovered significant metabolic alterations, sometimes common or divergent, depending on the enzyme and the alternative isoform. As an example, bioactive lipids such as arachidonic acid were among the most modulated metabolites in lysates of cells expressing UGT enzymes but remained unchanged in cells expressing alternate proteins. In a second set of investigations, we established the interaction networks of UGT proteins in human liver and kidney tissues. We used in-house antibodies directed against UGT enzymes or their alternative proteins to conduct affinity purification coupled to mass spectrometry. These assays exposed an unbiased endogenous interactome in a physiologically relevant protein environment, revealing common and specific partners to UGT enzymes and alternative isoforms. In addition to proteins involved in drug metabolism, our work uncovered numerous partners implicated in other metabolic routes such as energetic pathways (glycolysis, tricarboxylic acids cycle, lipid oxidation, etc.). Using cellular models, we showed some of these interactions had a functional impact on cellular activity of the protein partners, triggering metabolic alterations associated with tumor progression. Lastly, our data further support a differential expression of UGT enzymes and their alternative isoforms following treatment with pharmacological compounds that could lead to variable metabolic activity in response to stimuli. Our results demonstrate functional crosstalk between UGT proteins and cell metabolism. This works also supports an extended and rather complex role for UGTs, notably through the production of numerous alternative isoforms presenting different peptide structures and likely diverse regulatory functions. Our findings indicate that one of the underlying mechanisms is related to protein-protein interactions between UGTs and proteins of other metabolic routes, likely permitting a fine regulation of cell response to stimuli while optimizing metabolic resources.

La bilirubine est le produit de dégradation de l’hème. Une accumulation modérée des niveaux circulants de bilirubine est associée à une protection vis-à-vis des maladies cardiovasculaires (MCV). La littérature a mis en évidence le potentiel antioxydant de la bilirubine, notamment en tant que molécule séquestrant les dérivés réactifs de l’oxygène (DRO). L’accumulation des DRO est un phénomène central dans la formation de la plaque athérosclérotique qui est à l’origine de nombreuses MCV. Ainsi la modulation locale du métabolisme de la bilirubine dans les tissus vasculaires représente une cible au potentiel thérapeutique important. Nos travaux visaient à identifier de nouvelles molécules et de nouvelles voies de signalisation permettant d’augmenter la formation de bilirubine dans les tissus vasculaires. Parallèlement, la toxicité induite par l’accumulation excessive de la bilirubine justifiait d’évaluer le potentiel de ces voies de signalisation à contrôler les voies d’élimination hépatique de cette molécule afin de maintenir son homéostasie dans l’organisme et de s’affranchir des effets indésirables d’une telle accumulation. Dans un premier temps nous avons évalué in vitro dans des macrophages (Thp-1 différenciés), dans des cellules endothéliales (HUVEC) et dans des cellules musculaires lisses (CASMC), le potentiel du récepteur nucléaire Liver X Receptor (LXR) à moduler dans la paroi vasculaire l’expression du gène Hème oxygénase (HO)-1 codant pour l’enzyme limitante de la synthèse de la bilirubine. Nous avons également étudié le rôle du Peroxisome Proliferator Activated Receptor (PPAR)α dans la modulation du métabolisme de la bilirubine. Ici nous avons mis en évidence la capacité des ligands pharmacologiques de PPARα à moduler l’expression de HO-1 et la production de bilirubine dans les cellules vasculaires (HUVEC et CASMC). De plus, nous avons observé l’effet régulateur de ces ligands sur l’expression des gènes responsables de l’élimination de la bilirubine : UDP-glucuronosyltransférase (UGT)1A1, et Multidrug resistance-associated protein (MRP)2 dans les cellules hépatiques (Hépatocyte Humains et HepG2). Le troisième volet de nos travaux rapporte l’effet inducteur des acides gras polyinsaturés AGPI n-3 (AGPI n-3), EPA (acide eicosapentaénoïque et DHA (acide docosahexaénoïque) sur l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme de la bilirubine : l’exposition des HUVEC et des CASMC à l’EPA et au DHA augmente l’expression de HO-1 et la production de la bilirubine. Parallèlement, dans les cellules hépatiques (HepG2), ces acides gras régulent positivement l’expression de l’UGT1A1 et de MRP2. En conclusion, nos observations décrivent i) l’implication nouvelle de LXR dans le contrôle de l’expression de HO-1 et ii) l’existence d’un mécanisme de régulation concerté du métabolisme de la bilirubine par le contrôle simultané de sa synthèse et de son élimination. De plus ce mécanisme peut être activé par les agonistes pharmacologiques de PPARα mais aussi par les AGPI n-3, EPA et DHA. Globalement, ces données supportent le potentiel de nouvelles approches pharmacologiques et nutritionnelles ciblant le métabolisme de la bilirubine pour la prévention et le traitement des MCV. / Bilirubin is the catabolic product of heme degradation. Moderate elevation of bilirubin levels is associated with a lower risk of cardiovascular diseases (CVD). In vitro analysis showed that the reactive oxygen species (ROS) scavenging properties of bilirubin can provide antioxidant protection. Accumulation of ROS triggers oxidative stress in the vasculature and promotes the development of atherosclerosis, the underlying cause of CVD. Hence the local modulation of bilirubin synthesis represents a potential therapeutic avenue. Our work aimed at identifying new molecules or signaling pathways which modulate the levels of bilirubin in the vasculature. Simultaneously, the consequences of an excessive accumulation of bilirubin in the organism lead us to investigate the effect of these pathways on the hepatic elimination of bilirubin to overcome the deleterious effect of excessive bilirubin accumulation. We firstly investigated in vitro, using macrophages (PMA-differentiated Thp-1), endothelial cells (HUVEC) and smooth muscle cells (CASM), the potential of the nuclear receptor Liver X Receptor (LXR) to modulate the vascular expression of the Heme Oxygenase (HO)-1 gene, which allows the expression of the limiting enzyme responsible for the production of bilirubin. In the same manner, the role of the Peroxisome Proliferator Activated Receptor (PPAR)α in the control of bilirubin metabolism was investigated. We highlighted the capacity of PPARα ligands to enhance HO-1 expression as well as the formation of bilirubin in vascular cells (HUVEC and CASMC). At the same time the ligands act as regulators of the expression of genes involved in bilirubin metabolism, namely UDP-glucuronosyltransferase (UGT)1A1, and Multidrug resistance-associated protein (MRP)2 in hepatic cells (Human Hepatocytes and HepG2). The third part of our work describes the induction of the expression of genes responsible for bilirubin metabolism in response to omega-3 polyunsaturated fatty acids EPA (eicosapentaenoic acid, and DHA (docosahexaenoic acid). In HUVEC and CASMC, exposition to EPA and/or DHA increase HO-1 expression and bilirubin production. In hepatic cells, those omega-3 polyunsaturated fatty acids positively regulate the expression of UGT1A1 and MRP2. In conclusion, our work provides evidences regarding i) the newly identified role of LXR in the regulation of HO-1 expression ii) the existence of a concerted mechanism within bilirubin metabolism, via the simultaneous stimulation of its synthesis and its elimination. This mechanism can be activated by pharmacological agonists of PPARα but also by omega-3 fatty acids EPA and DHA. Overall, our observations highlight the potential of new pharmacological or nutritional approaches that target bilirubin metabolism for treatment and prevention of CVD.

La mechanistic target of rapamycin (mTOR) est une kinase qui s’associe à différentes protéines pour former deux complexes distincts (mTORC1 et mTORC2). Ces complexes jouent un rôle fondamental dans la régulation centrale du bilan d’énergie en assurant à la fois l’intégration hormonale et nutritionnelle, de même que le contrôle des déterminants énergétiques. Dans un contexte d’obésité, l’activation constitutive de mTORC1 engendrée par le surplus de nutriments conduit à la mise en place de boucles de rétroaction négative envers la voie de l’insuline. Cet évènement est en partie responsable de l’initiation de la résistance périphérique et hypothalamique à l’insuline. Des études récentes ont identifié Deptor comme un régulateur négatif de la voie de signalisation mTOR. Les connaissances actuelles démontrent que Deptor perturbe l’activité kinase de mTORC1 envers ses substrats en amont. Conséquemment, Deptor représente une cible de choix afin d’améliorer la sensibilité à l’insuline, particulièrement dans un contexte de balance énergétique positive qui exacerbe l’activité de mTORC1. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont révélé la présence de Deptor dans différentes régions cérébrales impliquées dans la régulation du bilan d’énergie. De fait, nos travaux dévoilent la première caractérisation de la présence et de la modulation de Deptor dans le cerveau du rat et de la souris. L’expression de Deptor s’avère affectée par la restriction alimentaire dans un contexte d’obésité. Afin d’identifier le rôle de Deptor dans la régulation du métabolisme énergétique, nous avons développé des modèles murins permettant la surexpression systémique et hypothalamique de Deptor. Les résultats obtenus à partir de ces modèles démontrent que Deptor joue un rôle majeur dans la régulation centrale du bilan d’énergie en prévenant l’obésité et les complications métaboliques induites par une diète riche en gras. Nous avons observé que la surexpression hypothalamique de Deptor affecte la dépense énergétique et améliore le métabolisme du glucose. Au plan mécanistique, Deptor améliore la sensibilité neuronale à l’insuline en favorisant l’activation de la protéine kinase B (Akt) et en réprimant l’expression du peptide orexigène agouti-related (AgRP). / The mechanistic target of rapamycin (mTOR) is a kinase that nucleates two large protein complexes (mTORC1 and mTORC2). These complexes play fundamental roles in the central regulation of energy balance by ensuring the integration of nutrient and hormonal cues, and modulating the energy determinants. In a context of obesity, the constitutive activation of mTORC1 generated by nutrient overload leads to the generation of several negative feedback loops toward the insulin signaling pathway. This event is, at least in part, responsible for the initiation of hypothalamic and peripheral insulin resistance. Recent studies have identified Deptor as a negative regulator of the mTOR signaling pathway. Current knowledge demonstrates that Deptor affects the kinase activity of mTORC1 toward its upstream substrates. Consequently, Deptor represents a prime target to improve insulin sensitivity, particularly in a context of positive energy balance that exacerbates the activity of mTORC1. This thesis revealed the presence of Deptor in different brain regions involved in the regulation of energy balance. Our work reports the first characterization of the presence and modulation of Deptor in the mouse and rat brain. We revealed that expression of Deptor is affected by dietary restriction in a context of obesity. In order to identify the role of Deptor in regulating energy homeostasis, we have developed mouse models allowing the systemic and hypothalamic overexpression of Deptor. The results obtained from these models indicate that Deptor prevents obesity and metabolic complications induced by a high-fat diet. Therefore, hypothalamic Deptor overexpression affects energy expenditure and improves glucose metabolism. Mechanistically, our work reveals that Deptor improves neuronal insulin sensitivity by promoting the activation of protein kinase B (Akt/PKB) and by suppressing the expression of the orexigenic agouti-related peptide (AgRP).

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Le récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes de type y (PPARy) est un puissant régulateur des gènes impliqués dans le métabolisme du tissu adipeux et l'adipogenèse. Son activation pharmacologique, par des ligands de type thiazolidinedione (TZD), diminue la résistance à l'insuline et est utilisée en clinique dans le traitement du diabète de Type 2. Les agonistes de PPARy exercent leurs effets bénéfiques en favorisant la séquestration des lipides et leur entreposage dans les tissus adipeux périphériques métaboliquement plus sûrs, en stimulant la production adipocytaire d'adipokines telles l'adiponectine et en réduisant l'infiltration de macrophages dans les réserves de graisses. En détournant les lipides des organes tels que le muscle squelettique et le foie, les TZD préviennent la lipotoxicité. Bien que l'élucidation des mécanismes par lesquels PPARy contrôle l'entreposage des lipides dans le tissu adipeux progresse, les connaissances en ce domaine demeurent imcomplètes. Les travaux décrits dans cette thèse montrent que les agonistes de PPARy favorisent l'entreposage des graisses en périphérie en modulant de façon dépôt-spécifique et coordonnée la lipase lipoprotéique et les protéines impliquées dans sa maturation, les transporteurs d'acides gras et les enzymes lipogènes. Les résultats présentés dans cette thèse mettent également en évidence le rôle de la cible de la rapamycine chez les mammifères (mTOR, mammalian target of rapamycin) dans le contrôle de la lipogenèse exercé par PPARy in vivo. Lorsque cette protéine au coeur d'un réseau de signalisation contrôlant le métabolisme cellulaire est inactivée, l'activité transcriptionnelle de PPARy est significativement réduite et les TZD perdent leur capacité à stimuler l'entreposage des lipides circulants. Finalement, les études décrites dans cet ouvrage montrent que l'activation de PPARy peut à son tour influencer le sentier métabolique de mTOR en stimulant le catabolisme des acides aminés à chaîne ramifiée, l'un de ses principaux activateurs, dans les tissus adipeux blanc et brun. L'étude des interactions complexes entre ces deux systèmes a le potentiel de contribuer au développement de nouvelles avenues thérapeutiques pour prévenir et guérir l'obésité et le diabète.

La reprogrammation métabolique est un événement critique dans la fonction et la différenciation des lymphocytes T. Les lymphocytes T quiescents reposent principalement sur la phosphorylation oxydative qui leur permet de produire de grandes quantités d’énergie. Cependant, après activation antigénique, les lymphocytes T subissent une reprogrammation métabolique caractérisée par une augmentation de la glycolyse. Cette situation unique permet aux lymphocytes T activés de diriger rapidement les intermédiaires métaboliques vers la synthèse de macromolécules requises pour leur prolifération et leur fonction effectrice. Néanmoins, l’exposition à un antigène persistant modifie très fortement la fonction lymphocytaire. Les lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement développent un état de non-réponse caractérisé par une perte apparente de leur capacité proliférative et de leurs fonctions effectrices. Le récepteur inhibiteur PD-1 (Programmed cell Death-1) a été identifié comme un régulateur majeur de cet état de non-réponse. L’objectif de notre travail a été de caractériser le métabolisme énergétique des lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement par un antigène. Nous avons, pour cela, développé un modèle murin d’exposition antigénique chronique dans lequel des lymphocytes T CD4+ anti-mâle de souris femelles sont adoptivement transférés dans des receveurs mâles. L’analyse du profil protéomique des lymphocytes T anti-mâle stimulés chroniquement par leur antigène a montré que plusieurs enzymes impliquées dans le métabolisme cellulaire étaient sous-exprimées par ces cellules en comparaison avec des cellules naïves. Nous avons ensuite montré que ces lymphocytes T stimulés chroniquement présentaient un flux glycolytique bas et une capacité respiratoire limitée comparativement à des lymphocytes T effecteurs. De plus, l'expression du transporteur de glucose GLUT1 ainsi que la masse mitochondriale étaient réduites dans ces lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement. Suite à leur activation, ces cellules présentaient une capture de glucose et une synthèse d’ATP limitées. Le blocage de la voie inhibitrice PD-1/PD-L1 a permis de restaurer rapidement la fonction effectrice, et en particulier la sécrétion d’interféron gamma, des lymphocytes T CD4+ soumis à une stimulation antigénique chronique. Cependant, ce blocage n’a induit aucune reprogrammation métabolique en faveur de la glycolyse aérobique dans ces cellules. Par contre, l'absence de régulation médiée par PD-1 a entraîné une perturbation de la chaîne mitochondriale de transport des électrons, une augmentation de la production de superoxyde mitochondrial et une réduction de la survie et de la capacité effectrice des lymphocytes T CD4+ exposés à un antigène persistant. En conclusion, nos observations démontrent que l'inhibition médiée par PD-1 limite la production de superoxyde mitochondrial dans les lymphocytes T CD4+ stimulés chroniquement, améliorant ainsi leur viabilité et leur capacité à développer des fonctions effectrices. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

II a été proposé qu'une partie des effets bénéfiques des agonistes des récepteurs nucléaires activés par les proliférateurs des peroxisomes gamma (PPARy) sur le remodelage du tissu adipeux et la sensibilité à l'insuline serait attribuable à une réduction des niveaux de glucocorticoïdes (GC), via une diminution de l'expression de la 11 P-hydroxystéroïde déshydrogénase type 1 (IIB-HSDl) dans le tissu adipeux. Cette enzyme permet l'activation des GC principalement au niveau du foie et du tissu adipeux et serait possiblement impliquée dans la pathogenèse de l'obésité. Une première série d'études a permis d'évaluer la contribution des GC (circulants/tissulaires) dans les mécanismes d'action de l'agoniste de PPARy rosiglitazone au niveau du remodelage du tissu adipeux et du profil métabolique chez des rats nourris avec une diète standard. Le maintien des effets bénéfiques de la rosiglitazone sur la morphologie et le profil lipidique du tissu adipeux intra-abdominal (rétropéritonéal) a résulté: (1) en un effet additif de l'agonisme PPARy et de la surrénalectomie sur la triglycéridémie et la sensibilité à l'insuline; (2) en la prévention des effets délétères de l'hypercorticostéronémie, tels la stéatose hépatique, l'hyperlipidémie et l’hyperinsulinémie. L'absence d'effet additif d'un traitement combiné (rosiglitazone/inhibiteur de la llB-HSDl) a montré que la contribution des GC dans les mécanismes d'action de la rosiglitazone au niveau des paramètres étudiés est minime et que les effets de l'agoniste englobent largement les effets bénéfiques associés à une diminution de l'action des GC dans le tissu adipeux. Une deuxième série d'études a visé à établir l'implication de la llB -HSDl dans le métabolisme lipidique chez des rats nourris avec une diète obésogène. L'inhibition pharmacologique de la llB -HSDl a induit: (1) une augmentation des processus oxydatifs et une diminution de la stéatose et de la sécrétion hépatique de VLDL; (2) un effet tissu-spécifique sur le métabolisme lipidique des dépôts adipeux intra-abdominaux, en améliorant tout particulièrement le profil délétère du tissu adipeux mésentérique; (3) une redistribution de la captation des lipides circulants vers les tissus oxydatifs et un accroissement de leur capacité oxydative. Ainsi, la llB -HSDl représente une cible thérapeutique attrayante pour le traitement des désordres reliés à l'obésité. / It has been suggested that part of the beneficial effects of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARy) agonists on adipose tissue remodelling and insulin sensitivity would be attributable to a reduction in glucocorticoid (GC) levels, through a decrease in IIB-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (IIB-HSDl) in adipose tissue. This enzyme is implicated in GC activation principally in liver and adipose tissue, and may be involved in the pathogenesis of obesity. A first set of studies allowed the evaluation of the contribution of GC (plasma and tissue) in the mechanisms of action of the PPARy agonist rosiglitazone at the level of adipose tissue remodelling and the metabolic profile in rats fed a standard diet. The results suggest that maintenance of the beneficial effects of rosiglitazone on intraabdominal (retroperitoneal) adipose tissue morphology and the lipid profile resulted in: (1) an additive effect of PPARy agonism and adrenalectomy on triglyceridemia and insulin sensitivity, and (2) the prevention of the deleterious effects induced by hypercorticosteronemia, such as hepatic steatosis, hyperlipidemia and hyperinsulinemia. The lack of additive effect of the combined treatment (rosiglitazone/ IIB-HSDl inhibitor) allowed us to conclude that the contribution of GC in the mechanisms of action of rosiglitazone at the level of the parameters studied is minimal, and that the beneficial effects of PPARy agonism largely include those associated with a decrease in GC action in adipose tissue. A second set of studies aimed at establishing the role of IIB-HSDl in lipid metabolism in rats fed an obesity-promoting diet. Pharmacologic inhibition of IIB-HSDl induced: (1) an increase in oxidative processes and a decrease in hepatic steatosis and VLDL secretion; (2) a tissue-specific effect on intra-abdominal adipose depot lipid metabolism, including a robust improvement in the metabolic handling of lipids in mesenteric adipose tissue; (3) lipid partitioning towards oxidative tissues and an increase in their oxidative capacity. IIB-HSDl therefore constitutes an attractive therapeutic target for the treatment of obesity-related disorders.

Cette thèse de doctorat a porté sur l'étude de deux protéines membranaires d'origine animale appelées CCC8 (ou SLC12A9) et CCC9 (ou SLC12A8) qui appartiennent à la superfamille des cotransporteurs cation-chlore, mais dont le rôle n'est pas de transporter les ions Na+ et/ou K+ avec le Cl" à travers les surfaces cellulaires à l'instar des autres membres de la famille. En cours de caractérisation, nous avons trouvé que CCC8 et 9 pouvaient se comporter comme des transporteurs de polyamines à la surface cellulaire, ce qui nous a permis d'être les premiers à identifier de tels systèmes de transport chez les animaux. On en connaissait l'existence depuis longtemps, mais pour une raison imprécise, leur identité moléculaire était demeurée elusive. Il faut mentionner à cet effet que tous les CCCs font partie d'un groupe plus large de protéines appelé « transporteurs d'acides aminés-polyamines-organocations » (ou APC pour l'acronyme anglais amino acid-polyamine-organocation carriers). L'importance de nos résultats réside dans le rôle que jouent les polyamines dans la prolifération et la differentiation cellulaires, et ce, dans des conditions normales autant que pathologiques. Entre autres, il semble exister un lien important entre le métabolisme intracellulaire des polyamines et la cancérogenèse de même qu'entre le gène CCC9 et une maladie appelée psoriasis vulgaris.

La leishmaniose est une maladie causée par des parasites appartenant au genre Leishmania. Elle est transmise à l'homme par la piqûre d'un insecte vecteur et est endémique dans plus de 88 pays où approximativement 350 millions de personnes vivent dans les zones à risque. À ce jour, aucun vaccin efficace n'est encore disponible pour prévenir la leishmaniose et le traitement repose actuellement sur la chimiothérapie. Les composés utilisés pour traiter la maladie sont limités et la plupart d'entre eux sont associés à des problèmes comme le coût élevé du traitement, les effets secondaires et l'émergence de souches de parasites résistantes aux médicaments. L'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le développement de molécules anti-Leishmania s'avère donc urgente. La voie métabolique de l'acide folique constitue un champ thérapeutique potentiel d'autant plus que la découverte chez Leishmania de 13 protéines appartenant à la famille de transporteurs de folate et de la bioptérine (FBT) permet d'envisager la possibilité de les exploiter dans un but thérapeutique. Mis à part trois (FT1, FT5 et BT1), les fonctions des autres protéines de la famille FBT sont inconnues et mon projet de doctorat avait comme objectif principal de caractériser cette famille et de tenter de trouver des fonctions à ces transporteurs. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient 1) de déterminer le profil d'expression des gènes de la famille FBT aux différentes phases de croissance chez les deux stades de vie du parasite et chez des mutants résistants au methotrexate (MTX); 2) de caractériser la fonction d'un nouveau membre de la famille FBT qui était réarrangé chez des mutants résistants à la sinéfungine (SNF); et 3) d'étudier la localisation subcellulaire des différents membres de la famille FBT et de quelques protéines de la famille des transporteurs mitochondriaux (MCF) dans le but d'identifier et de caractériser les transporteurs de donneurs d'unités monocarbonées, localisés au niveau de la membrane de la mitochondrie. L'analyse du profil d'expression de la famille FBT a permis de montrer que plusieurs gènes FBT sont exprimés préférentiellement en phase stationnaire de croissance, tandis que seul FT1, le principal transporteur de folate, est exprimé préférentiellement en Ill phase logarithmique de croissance ce qui est en accord avec la forte accumulation de folate durant cette phase de croissance. Aussi, il semblerait que les niveaux d'expression de FT1 dépendent aussi des niveaux de folate dans le milieu de culture. De plus, cette analyse a permis d'identifier les mécanismes de recombinaison génique impliqués dans l'inactivation de FT1 chez les souches hautement résistantes au MTX. Par ailleurs, la sélection des mutants résistants au MTX et à la SNF a permis de caractériser un nouveau membre (AdoMetTl) de la famille FBT. L'AdoMetTl correspond au transporteur de haute affinité pour la S-adénosylméthionine. Finalement, les études de localisation protéique ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de trois protéines FBT ainsi que la localisation mitochondriale des protéines de la MCF. transmise à l'homme par la piqûre d'un insecte vecteur et est endémique dans plus de 88 pays où approximativement 350 millions de personnes vivent dans les zones à risque. À ce jour, aucun vaccin efficace n'est encore disponible pour prévenir la leishmaniose et le traitement repose actuellement sur la chimiothérapie. Les composés utilisés pour traiter la maladie sont limités et la plupart d'entre eux sont associés à des problèmes comme le coût élevé du traitement, les effets secondaires et l'émergence de souches de parasites résistantes aux médicaments. L'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour le développement de molécules anti-Leishmania s'avère donc urgente. La voie métabolique de l'acide folique constitue un champ thérapeutique potentiel d'autant plus que la découverte chez Leishmania de 13 protéines appartenant à la famille de transporteurs de folate et de la bioptérine (FBT) permet d'envisager la possibilité de les exploiter dans un but thérapeutique. Mis à part trois (FT1, FT5 et BT1), les fonctions des autres protéines de la famille FBT sont inconnues et mon projet de doctorat avait comme objectif principal de caractériser cette famille et de tenter de trouver des fonctions à ces transporteurs. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient 1) de déterminer le profil d'expression des gènes de la famille FBT aux différentes phases de croissance chez les deux stades de vie du parasite et chez des mutants résistants au methotrexate (MTX); 2) de caractériser la fonction d'un nouveau membre de la famille FBT qui était réarrangé chez des mutants résistants à la sinéfungine (SNF); et 3) d'étudier la localisation subcellulaire des différents membres de la famille FBT et de quelques protéines de la famille des transporteurs mitochondriaux (MCF) dans le but d'identifier et de caractériser les transporteurs de donneurs d'unités monocarbonées, localisés au niveau de la membrane de la mitochondrie. L'analyse du profil d'expression de la famille FBT a permis de montrer que plusieurs gènes FBT sont exprimés préférentiellement en phase stationnaire de croissance, tandis que seul FT1, le principal transporteur de folate, est exprimé préférentiellement en phase logarithmique de croissance ce qui est en accord avec la forte accumulation de folate durant cette phase de croissance. Aussi, il semblerait que les niveaux d'expression de FT1 dépendent aussi des niveaux de folate dans le milieu de culture. De plus, cette analyse a permis d'identifier les mécanismes de recombinaison génique impliqués dans l'inactivation de FT1 chez les souches hautement résistantes au MTX. Par ailleurs, la sélection des mutants résistants au MTX et à la SNF a permis de caractériser un nouveau membre (AdoMetTl) de la famille FBT. L'AdoMetTl correspond au transporteur de haute affinité pour la S-adénosylméthionine. Finalement, les études de localisation protéique ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de trois protéines FBT ainsi que la localisation mitochondriale des protéines de la MCF.

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par un déficit du métabolisme énergétique cérébral. À la surface des cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), GLUT1 constitue le principal transporteur de glucose au cerveau. Cette protéine serait sous-exprimée dans les CECC de patients atteints de la MA, limitant ainsi la capacité d’utilisation du glucose par le cerveau. L’objectif général de ce projet était de surexprimer GLUT1 dans les CECC afin de corriger ce déficit. Six plasmides ont été conçus et transfectés sur des cellules en culture. Nous avons mis au point un essai pour mesurer la captation d’un analogue fluorescent du glucose. Nous avons ensuite encapsulé deux des plasmides pour les injecter chez des souris témoins. Même si nos résultats ne permettent pas encore de confirmer le potentiel de GLUT1 comme cible thérapeutique dans la MA, nous avons des plasmides fonctionnels pour poursuivre les essais in vivo futurs. / Impaired brain glucose metabolism is known to be one of the best predictors of cognitive decline in patients with Alzheimer’s disease (AD). A decrease in glucose transporter 1 (GLUT1) in the brain capillary endothelial cells (BCECs) of the blood-brain barrier (BBB) is observed in AD patients and animal models and might contribute to impaired brain glucose uptake in the disease. The main objective of the present work was to upregulate GLUT1 in the BCECs with a targeted delivery approach using plasmids encoding for GLUT1. Six plasmids were assembled and transfected in two cell lines. GLUT1 activity was assessed with a fluorescent glucose analog. Two plasmids were then encapsulated within an immunoliposome formulation and injected to Balb/c mice. We have generated well-characterized GLUT1-expressing plasmids for future work to confirm GLUT1 as a potential therapeutic target for AD.