Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule gazeuse synthétisée par les NO Synthases à partir de L-arginine. NO est une puissante molécule de signalisation dans de nombreux processus physiologiques comme la vasodilatation et la neurotransmission. Il module l’activité de multiples protéines (ex : guanylate cyclase soluble et ribonucléotide réductase) grâce à la nitrosylation de groupements thiol ou de métaux de transition. En tant que radical libre, NO peut réagir avec de nombreuses espèces comme l’oxygène moléculaire, et ainsi former des dérivés réactifs. Grâce à ces propriétés, NO est un acteur majeur de l’immunité innée et de l’inflammation. Les phagocytes produisent de grandes quantités de NO en réponse à des stimuli proinflammatoires, via l’activité NO Synthase inductible (iNOS). En raison des effets délétères des dérivés de NO, l’activité iNOS doit être finement régulée. Le suppresseur de tumeur p53 est capable de réprimer l’expression du gène Nos2 après avoir été lui-même activé en réponse à une accumulation de NO. La protéine p73 est un homologue de p53 encodé par un gène qui génère à la fois des isoformes actives (TAp73) et des isoformes qui sont dépourvues du domaine de transactivation N-terminal et exercent un effet dominant négatif (ΔNp73). Cette étude se focalise sur le rôle des isoformes TAp73 dans la régulation de l’expression de la iNOS. Nous démontrons que les isoformes TAp73 régulent négativement l’expression de la iNOS aux niveaux transcriptionnel et post-traductionnel en potentialisant l’effet répresseur du TGF-β, ce qui résulte en une forte surexpression de la iNOS dans les cellules TAp73-/-. Ces résultats confortent le rôle de la famille p53 comme un réseau essentiel de protéines régulatrices des fonctions du TGF-β. / Nitric oxide (NO) is a gaseous molecule synthesized from L-arginine by Nitric Oxide Synthases. NO acts as a potent signaling molecule in various physiological processes like vasorelaxation and neurotransmission. It modulates the activity of many proteins (e.g. soluble guanylate cyclase and ribonucleotide reductase) through nitrosylation of thiol moieties or transition metal ions. As a free radical, NO can also react with a number of cellular species, notably molecular oxygen, to form reactive oxygen species and reactive nitrogen species. Thanks to these properties, NO appears as a major component of innate immune response and inflammation. Phagocytes produce large amounts of NO in response to proinflammatory through inducible Nitric Oxide Synthase (iNOS) activity. Because of the harmful effects of NO derivatives on cellular components, iNOS activity needs to be tightly regulated. The p53 tumor suppressor has been shown to repress Nos2 after being activated by NO itself. The p73 protein is an homologous encoded by the TP73 gene that generate transcriptionally active TAp73 isoforms and ΔNp73 isoforms that lack the transactivation domain and exert a dominant negative effect. This study focuses on the role of TAp73 isoforms in regulation of iNOS expression. We demonstrate that TAp73 isoforms potentiate the repressive effect of TGF-β on iNOS expression at transcriptional and post-traductional levels, resulting in a substantial iNOS overexpression in TAp73-/- cells. These results emphasize the emerging role of p53 family as a master regulator of TGF-β functions.

Grâce à un modèle expérimental de la trypanosomose humaine Africaine (THA ou maladie du sommeil), le rat infecté par Trypanosoma brucei brucei, nous avons examiné l’implication du monoxyde d’azote (NO) dans le développement de cette pathologie. Des variations opposées de la concentration de ce composé ont été observées chez les animaux infectés, au niveau des compartiments périphérique et central : le NO diminue au niveau du sang et augmente au niveau cérébral. Ces changements sont dépendants de la NO-synthase inductible (iNOS). Au niveau périphérique, la diminution du NO qui survient favorise l’installation du parasite car la pression trypanocide de ce composé est diminuée. Dans cette situation, la L-arginine, le substrat à la base de la synthèse du NO, est utilisée pour la synthèse de polyamines, des composés nécessaires à la croissance du parasite. Ces mécanismes sont très probablement déclenchés par le trypanosome via ses facteurs solubles. Au niveau cérébral, la synthèse du NO est aussi soumise à des régulations qui impliquent l’arginase et la NG, NG-diméthylarginine diméthylaminohydrolase (DDAH). Tandis que l’activité de l’arginase demeure constante, celle de la DDAH augmente au cours de l’infection en accord avec les données des western-blot et des amino-acides. Cette augmentation, qui dépend essentiellement de l’isoforme DDAH-2, conduit à une augmentation du NO cérébral dont les propriétés sont trypanocides. Ces changements, contraires à ceux observés en périphérie, sont défavorables à la survie du trypanosome au niveau du cerveau. Ils pourraient constituer une protection supplémentaire contre l’entrée des trypanosomes dans cet organe / By way of an experimental model of human African trypanosomiasis (HAT or sleeping sickness), the rat infected by Trypanosoma brucei brucei, we examined the involvement of nitric oxide (NO) in the development of this pathology. In the infected animals, opposite variations in NO concentration were observedeither at peripheral or brain compartments: NO decreases in blood but increases in brain. These changes are dependent on the activity of the inducible NO-synthase (iNOS). In periphery, the decrease observed in NO concentration favors the parasite entrance because the trypanocidal pressure exerted by NO is decreased. In such a situation, L-arginine, the substrate conducing to the synthesis of NO, is employed for the synthesis of polyamines, a category of compounds necessary for the parasite growth. It is likely that above mechanisms might be triggered by parasites. In brain, NO synthesis is submitted to additive complex regulatory processes implying arginase and NG, NG-dimethylarginine dimethylaminohydrolase (DDAH). While the arginase activity remains constant, that of DDAH increases throughout the infection process in keeping with western-blot and amino acids data. This increase, depending mainly on DDAH-2 isoform, lasts in a brain NO increase which enhance the trypanocidal pressure. Above changes, opposite to those observed in periphery, are not favorable to the parasite survival in brain. They might constitute an additive protection against the parasite entry in this organ

Les Iron Regulatory Proteins 1 (IRP1/2) sont des protéines cytosoliques qui contrôlent l’homéostasie du fer chez les mammifères. Elles régulent la concentration de fer intracellulaire au niveau post-transcriptionnel, en interagissant spécifiquement avec des motifs appelés iron responsive élément (IREs). Ces motifs sont localisés dans les régions non traduites des ARNm codant notamment pour la ferritine (Ft), la ferroportine (Fpn) et le récepteur de la transferrine (TfR1). L’IRP1 est une protéine bifonctionnelle, majoritairement exprimée sous une forme contenant un centre [4Fe-4S] qui présente une activité aconitase. Les deux activités de l’IRP1 (aconitase/trans-régulateur) s’excluent mutuellement par la présence ou non du centre Fe-S. L’IRP2 est exprimée constitutivement sous une forme liant les IREs. Le monoxyde d’azote (NO), une importante molécule de signalisation impliquée dans les défenses immunitaires, cible le centre Fe-S de l’IRP1 et permet la conversion de l’IRP1 de sa forme aconitase vers sa forme liant les séquences IREs. Il a également été rapporté que l’IRP2 détecterait NO, cependant la fonction intrinsèque de l’IRP1 et de l’IRP2 dans le contrôle du métabolisme du fer intracellulaire en réponse à NO reste à ce jour non élucidée. Dans cette étude, nous avons identifié le régulateur principal du métabolisme du fer intracellulaire en réponse à NO, en utilisant des modèles de souris déficients pour les gènes IRP1 et/ou IRP2 et testé la contribution de la tension en oxygène dans cette régulation. Ainsi, nous avons exposé des macrophages primaires issus de la moelle osseuse de souris Irp1-/-, Irp2-/- et de souris Irp1-/- Irp2-/- de la lignée macrophagique à une source de NO, sous différentes tensions en oxygène. Les activités IRPs, l’expression des gènes Ft, Fpn et TfR1 ainsi que l’activité d’une protéine à centre Fe-S (l’aconitase mitochondriale) ont été mesurées après fractionnement cellulaire. Nous avons montré qu’en normoxie, la conversion de l’aconitase cytosolique en apo-IRP1 par NO est entièrement responsable de la régulation post-transcriptionnelle des ferritines (L-Ft et H-Ft), de la Fpn et du TfR1. En augmentant le transport du fer intracellulaire et en diminuant le stockage et l’export, l’activation de l’IRP1 par NO servirait à maintenir des taux de fer intracellulaire suffisants pour alimenter la biogenèse des centres Fe-S après l’arrêt des flux de NO. En effet, nous observons une restauration efficace de l’activité de l’aconitase mitochondriale dans les macrophages de souris sauvage alors qu’elle est bloquée dans les macrophages de souris Irp1-/-. De plus, l’IRP1 activée par NO, permet également de diminuer les taux de L- et H-Ft, anormalement élevée dans les macrophages de souris Irp2-/-. Nous montrons que le NO endogène active l’IRP1 sous sa forme trans-régulatrice alors qu’il tend à diminuer l’activité de l’IRP2. Néanmoins, l’IRP1 reste le régulateur principal des ferritines en conditions de normoxie. En condition hypoxique, les deux IRPs semble coopérer pour inhiber la traduction des ferritines car dans les macrophages Irp1-/-exposés à NO, l’IRP2 stabilisée est suffisante pour inhiber la traduction de la L- et H-Ft et ceci malgré l’activation transcriptionnelle des gènes de la L- et H-Ft. Concernant la régulation du TfR1 par NO et en hypoxie, TfR1 est principalement régulé par une voie transcriptionnelle dominant largement la voie post-transcriptionnelle impliquant l’IRP1. Le facteur de transcription HIF-1 alpha pourrait être le régulateur critique dans cette régulation. En conclusion, nous montrons dans cette étude, comment le regulon IRP participe à la régulation du métabolisme du fer intracellulaire en réponse à NO et son étroite connexion avec la concentration en oxygène. Nos résultats soulignent l’importance d’explorer davantage le rôle de l’IRP1 dans des situations inflammatoires in vivo, où les tissus peuvent être exposé à un microenvironnement non hypoxique. / Iron Regulatory Protein 1 (IRP1) and 2 (IRP2) are two cytosolic regulators of mammalian cellular iron homeostasis. IRPs post-transcriptionally modulate expression of iron-related genes by binding to specific sequences, called Iron Regulatory Elements (IREs), located in the untranslated regions (UTR) of mRNAs. Either of the two IRPs inhibits translation when bound to the single 5’UTR IRE in the mRNA encoding proteins of iron export (ferroportin - Fpn) and storage (ferritin - Ft) or prevents mRNA degradationwhen bound to the multiple IREs within the 3’UTR of the mRNA encoding the transferrinreceptor 1 (TfR1) - iron uptake molecule. The IRE-binding activity of both IRPs respondsto cellular iron levels, albeit via distinct mechanisms. IRP1 is a bifunctional protein, whichmostly exists in its non IRE-binding, [4Fe-4S] aconitase form and can be regulated by apost-translational incorporation or removal of the Fe-S cluster. In contrast to IRP1, IRP2 isnot able to ligate an Fe-S cluster, and its IRE-binding activity is determined by the rate ofits proteasomal degradation. Although both IRP1 and IRP2 can regulate cellular ironhomeostasis, only mice lacking IRP2 were shown to display iron mismanagement in mosttissues. This could be explained by the fact that IRP1 exists mostly in its non IRE−binding,aconitase form under physiological oxygen conditions (3-6%). Interestingly, nitric oxide(NO), an important signalling molecule involved in immune defence, targets the Fe-Scluster of IRP1 in both normoxia and hypoxia, and converts IRP1 from aconitase to anIRE-binding form. It has also been reported that IRP2 could sense NO, but the intrinsicfunction of IRP1 and IRP2 in NO−mediated regulation of cellular iron metabolism hasremained a matter of controversy. In this study, we took advantage of mouse models ofIRP deficiency to define the respective role of IRP1 and IRP2 in the regulation of cellulariron metabolism by NO and assess the contribution of oxygen tension on the regulation.Therefore, we exposed bone marrow-derived macrophages (BMMs) from Irp1-/-, Irp2-/- andmacrophage specific double knockout mosaic mice (Irp1/2-/-) to exogenous andendogenous NO under different oxygen conditions (21% O2 for normoxia and 3-5% forhypoxia experiments) and measured IRPs activities, iron-related genes expression andactivity of Fe-S cluster protein – mitochondrial aconitase. We showed that in normoxia, thegenerated apo-form of IRP1 by NO was entirely responsible for the post-transcriptionalregulation of TfR1, H-Ft, L-Ft and Fpn. Moreover, by increasing iron uptake and reducingiron sequestration and export, NO−dependent IRP1 activation served to maintainadequate levels of intracellular iron in order to fuel the Fe−S biosynthetic pathway, asdemonstrated by the efficient restoration of the mitochondrial Fe−S aconitase, which wasprevented under IRP1 deficiency. Furthermore, activated IRP1 was potent enough todown-regulate the abnormally increased L-Ft and H-Ft protein levels in Irp2-/-macrophages. Endogenous NO activated IRP1 IRE-binding activity and tended todecrease IRP2 IRE-binding activity. Nevertheless, IRP1 was the predominant regulator offerritin in those conditions. In hypoxia, in Irp1+/+ and Irp2+/+ macrophages exposed to NO,both stabilized IRP2 and NO-activated IRP1 seemed to cooperate to inhibit ferritinsynthesis. However, in Irp1-/- cells, IRP2 stabilized in hypoxia was sufficient to inhibit LandH-Ft synthesis despite the concomitant increase of corresponding mRNAs.Interestingly, TfR1 was shown to be predominantly regulated at the transcriptional level byNO in hypoxia, in which HIF-1 alpha may be the critical regulator. In conclusion, we revealin this study how the IRP regulon participates in the regulation of cellular iron metabolismin response to NO and its intimate interplay with the oxygen pathway. The findingsunderlie the importance to further explore the role of IRP1 in inflammation in vivo, in nonhypoxictissue microenvironments.

Le monoxyde d’azote (NO), dont le rôle biologique a été découvert à la fin du 20ème siècle, est impliqué dans la régulation de nombreux processus à l’échelle de la cellule et de l’organisme. Sa biosynthèse est réalisée par les enzymes NO synthases (NOS), et met en jeu la liaison de NADPH à leur domaine réductase suivie d’une série de transfert d’électrons vers leur domaine oxygénase, où la formation de NO se produit par oxydation de la L-arginine. En s’inspirant de mimes photo-activables de NADPH précédemment décrits dans la littérature, appelés nano-déclencheurs (NT, de l’anglais nanotriggers), induisant la production de NO par illumination, nous avons conçu et synthétisé de nouvelles générations de composés potentiellement capables d’initier l’activité catalytique de NOS sous irradiation. Ils comportent une unité de reconnaissance de NOS dérivée de l’adénosine et une unité chromophorique de type diaminophényl butadiène, liées entre elles par un groupement triazole. Ces structures modulables, facilement assemblées par chimie « click » ont permis la préparation d’une librairie de nano-déclencheurs, dont les propriétés photophysiques et la stabilité dans des conditions physiologiques ont été évaluées. Ces nouvelles générations de composés offrent des perspectives intéressantes pour le contrôle de processus biologiques par la lumière. / Nitric oxide (NO), whose biological role has been discovered in the late 20th century, is involved in the regulation of many processes in cell and organism. Its biosynthesis is carried out by enzymes named nitric oxide synthases (NOS) and involves NADPH binding to their reductase domain followed by a series of electron transfers to their oxygenase domain, where the formation of NO takes place by oxidation of L-arginine. Inspired by photoactivatable NADPH mimics called nano-triggers (NT), previously described in the literature, able to produce NO upon illumination, we designed and synthesized new generations of compounds potentially capable of initiating the catalytic activity of NOS under irradiation. They contain a recognition unit for NOS derived from adenosine and a diaminophenyl butadiene chromophoric moiety, linked together by a triazole group. These modular structures, easily assembled by "click" chemistry allowed the preparation of a library of nano-triggers, whose photophysical properties and stability under physiological conditions were evaluated. These new generations of compounds offer interesting perspectives for the control of biological processes by light.

Le réticulum endoplasmique et la mitochondrie sont deux organites majeurs impliqués dans la régulation du métabolisme glucido-lipidique. Ces structures interagissent au niveau de points de contact étroits appelés Mitochondria-Associated Endoplasmique Reticulum Membranes (MAMs). Les MAMs sont une zone de communication et d’échanges, de lipides et de calcium entre autre, indispensables à l’activité des deux organites et au maintien de l’homéostasie cellulaire. Des connexions physiques sont assurées par l’interaction de protéines complémentaires, comme le canal anionique voltage-dépendant (VDAC)-1, la protéine chaperonne (Grp)-75 et le récepteur de l'inositol 1,4,5-triphosphate (IP3R)-1, constituant un complexe impliqué dans le transfert de calcium. D’autres acteurs comme les mitofusines 1 et 2 (MFN1/2) assurent également un rapprochement entre les deux organites et semblent jouer un rôle dans les échanges des lipides. Récemment, les MAMs sont apparues comme un nouveau carrefour de la signalisation de l’insuline dans le foie. Le monoxyde d’azote (NO) participe également au contrôle de la réponse à l’insuline hépatique et a une action spécifique sur la mitochondrie. Mes travaux de thèse ont montré que le NO à des concentrations physiologiques module les interactions entre le RE et la mitochondrie dans le foie et que son action sur les MAMs implique la voie de signalisation sGC/cGMP/PKG. J’ai également démontré que la modulation des MAMs par le NO semble jouer un rôle clé dans la régulation de la voie de signalisation à l’insuline (projet1). Par ailleurs, j’ai exploré l’importance des MAMs dans la régulation du métabolisme lipidique. Pour cela, j’ai modulé l’expression protéique de Grp75 et Mfn2 sur un modèle d’hépatocarcinome humain (Huh7). Mes résultats ont montré qu’une surexpression des deux protéines améliore les MAMs et la β-oxydation mitochondriale mais conduit à une accumulation intracellulaire de lipides. Ceci serait dû à un défaut de sécrétion des lipides dans les lipoprotéines VLDL et pourrait impliquer l’apparition d’un stress mitochondrial et une altération des échanges de phospholipides entre les deux organites (projet 2). Par conséquence mon travail confirme le rôle physiologique des MAMs et éclaire les mécanismes d’actions de cette plateforme cellulaire dans la régulation du métabolisme glucido-lipidique hépatique. A plus long terme ces connaissances participeront peut-être à l’identification de potentielles cibles thérapeutiques afin de prévenir la stéatose et la résistance à l’insuline hépatiques et leurs complications / The endoplasmic reticulum and mitochondria are two major organelles involved in the regulation of glucose and lipid metabolism. These structures interact at close contact points called Mitochondria-Associated Endoplasmic Reticulum Membranes (MAMs). MAMs constitute an area of communication and exchange, of lipids and calcium among others, essential for the activity of both organelles and the maintenance of cellular homeostasis. Physical connections are ensured by the interaction of complementary proteins, such as the voltage-dependent anionic channel (VDAC)-1, the chaperone protein (Grp)-75 and the inositol 1,4,5-triphosphate receptor (IP3R)-1, constituting a complex involved in calcium transfer. Other actors such as mitofusins 1 and 2 (MFN1/2) also connect the two organelles and are involved in lipid exchanges. Recently, MAMs have emerged as a new carrefour for insulin signaling in the liver. Nitric oxide (NO) also helps control the response to hepatic insulin and has a specific action on mitochondria. My thesis work showed that NO at physiological concentrations modulates the interactions between RE and mitochondria in the liver and that its action on MAMs involves the sGC/cGMP/PKG signalling pathway. I also demonstrated that NO modulation of MAMs plays a key role in regulating the insulin signaling pathway (project 1). In addition, I explored the importance of MAMs in the regulation of lipid metabolism. For that purpose, protein expression of Grp75 and Mfn2 was modulated in a human hepatocarcinoma model (Huh7). Results showed that overexpression of both proteins improves MAMs and mitochondrial β-oxidation but leads to intracellular lipid accumulation. This could be due to a defect in lipid secretion in VLDL lipoproteins and could imply the appearance of mitochondrial stress and an alteration of phospholipid exchanges between the two organelles (project 2). Consequently, my work confirms the physiological role of MAMs and sheds light on the mechanisms of action of this cellular platform in the regulation of glucose and lipid metabolism in the liver. In the longer term, this knowledge may contribute to the identification of potential therapeutic targets to prevent steatosis and hepatic insulin resistance and their complications