L’athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique de la paroi vasculaire à évolution lente et silencieuse dont les principaux facteurs de risque sont les dyslipidémies, l’obésité, le diabète et le tabagisme. Les macrophages jouent un rôle crucial dans le développement et la progression de cette maladie. Ils sont issus de la différentiation des monocytes et ils ne constituent pas une population homogène. On peut reconnaître au moins deux sous-populations: les macrophages pro-inflammatoire M1 et les macrophages alternatifs ou M2 qui montrent des propriétés anti-inflammatoires. Les fonctions des macrophages sont régulées par des facteurs de transcription. Mon laboratoire d’accueil a réalisé une analyse transcriptomique sur les facteurs de transcription régulés dans les macrophages alternatifs et parmi les plus induits dans les M2 il y a NOR1 (Neuron-derived Orphan Receptor 1) et TLE1 (Transducin Like Enhancer of Split 1). Pour cette raison nous les avons choisis pour en étudier le rôle dans les macrophages alternatifs humains. Etude de l’expression et rôle de NOR1 dans les macrophages alternatifsNOR1 fait partie de la famille NR4A3 ensemble à deux autres membres, Nurr1 et Nur77 : les trois sont exprimés dans les macrophages au sein de la lésion d’athérosclérose humaine. Cependant l’expression et le rôle de NOR1 dans les macrophages alternatifs n’a pas encore été étudié. En utilisant le model en vitro des macrophages primaires alternatifs humains polarisée en présence de l’IL-4, nous avons démontré que l’expression de NOR1 est induite dans les macrophages M2 chez l’homme, tandis que cette régulation n’est pas vérifiée chez la souris. D’ailleurs l’expression de NOR1 est plus importante dans les zones de la lésion atherosclerotique humaine enrichies par les macrophages CD68+MR+ . En utilisant l’approche de diminution de l’expression de NOR1 par un siRNA spécifique, nous démontrons que l’expression de certaines marqueurs de la polarisation alternative tels que Mannose Receptor (MR), Interleukin-1 receptor antagonist (IL1Ra), CD200 receptor (CD200R), coagulation factor XIII A1 polypeptide (F13A1), interleukin 10 (IL10) and the Peroxisome Proliferator-Activated Receptor (PPARg) sont diminués. De plus, l’expression et l’activité de la matrix metallopeptidase 9 (MMP9) sont induites suite au silencing de NOR1, cette régulation est confirmé par l’approche de surexpression de NOR1 par infection adenovirale. Ces données identifient NOR1 parmi les facteurs de transcription induits dans les macrophages alternatifs humains et permettent de mettre en évidence comme NOR1 soit capable de modifier le phénotype alternatif des macrophages.Etude de l’expression et fonctions potentielles de TLE1 dans les macrophages alternatifsTLE1, appartenant à la grande famille appelée chez la Drosophile avec le nome de Groucho, est connu pour être un répresseur incapable de se fixer directement à l’ADN et que par conséquence agit par interaction avec des autres facteurs de transcription. Aucune donnée n’est disponible quant à l’expression ou aux fonctions de TLE1 dans les macrophages. Nos résultats montrent que TLE1 est parmi les facteurs de transcription les plus exprimés dans les macrophages alternatifs humains. Cette régulation est aussi observée dans les macrophages de souris. Nous avons aussi montré que TLE1 est fortement exprimé dans les zones enrichies en macrophages M2 au sein de la plaque athérosclérotique humaine ainsi que dans les macrophages à phénotype mixte qui infiltrent le tissu adipeux (ATM). Nous avons caractérisé l’expression génique de TLE1 dans les patients obèses avec ou sans diabète et nous montrons que l’expression de TLE1 varie selon le statut métabolique du donneur. / Atherosclerosis is an inflammatory disease in which macrophages play a crucial role. Macrophages are derived from the differentiation of circulating monocytes and they are not an homogenous population. We can distinguish at least two types of macrophages: The pro-inflammatory M1 macrophages and the alternative anti-inflammatory macrophages M2. Functions of macrophages are controlled by transcriptional factors. My laboratory has realised a transcriptomic analysis of transcriptional factors differently regulated among RM and M2 macrophages. Among the most regulated transcriptional factors there is NOR1 (Neuron-derived Orphan Receptor 1) and TLE1 (Transducin Like Enhancer of Split 1). According to these data, we have chose these two transcriptional factors in order to determine their role in human alternative macrophages. The neuron-derived orphan receptor 1 (NOR1) is induced upon human alternative macrophage polarization and stimulates the expression of markers of the M2 phenotypeThe neuron-derived orphan receptor 1 (NOR1), together with Nur77 and Nurr1, is a member of the NR4A orphan nuclear receptor family expressed in human atherosclerotic lesion macrophages. However, the expression and the functions of NOR1 in human alternative macrophages have not been studied yet. Using an in vitro model of IL-4 polarized primary human alternative macrophages we demonstrate that NOR1 expression increased in alternative M2 macrophages in humans but not in mice. Moreover NOR1 expression is also most abundant in CD68+MR+ alternative macrophage-enriched areas of human atherosclerotic plaques in vivo. Silencing NOR1 expression in human alternative macrophages decreases the expression of a panel of M2 markers such as the Mannose Receptor (MR), Interleukin-1 receptor antagonist (IL1Ra), CD200 receptor (CD200R), coagulation factor XIII A1 polypeptide (F13A1), interleukin 10 (IL10) and the Peroxisome Proliferator-Activated Receptor (PPARg). Moreover, expression and enzymatic activity of MMP9 are induced by NOR1 silencing in M2 macrophages, a regulation confirmed in NOR1 gain of function experiments. These data identify NOR1 among the transcription factors induced during alternative differentiation of human macrophages and demonstrate that NOR1 modifies the alternative macrophage phenotype. Study of TLE1 expression and potential functions in human alternative macrophagesTLE1 is a member of the Groucho family and it is mainly described as a transciptional co-repressor. Although lacking in DNA binding activity of their own, this protein is recruited to gene promoters through interaction with other factors. No data are available regarding the expression or role of TLE1 in macrophages. Our results show that TLE1 is among the highest expressed transcriptional factors in human alternative macrophages. This regulation is verified also in murine macrophages. Histological analysis showed that TLE1 expression in human carotid atherosclerotic lesions in vivo co-localizes with the macrophage marker CD68 and the alternative maker MR. Q-PCR analysis of macrophage-enriched areas isolated by LCM showed that the mRNA levels of TLE1 are higher in zones of alternative CD68+MR+ macrophages compared to zones enriched in CD68+MR- macrophages. Moreover we have shown that TLE1 expression is higher in adipose tissue macrophages (ATM) compared to resting macrophages isolated from blood of the same patients. Finally we have characterised the mRNA expression of TLE1 in obese patients affected or not by diabetes and we have shown that TLE1 expression is influenced by the metabolic state of the patients.

Afin de répondre correctement aux nombreux changements se produisant à chaque instant dans leur environnement, les cellules utilisent une panoplie de messagers moléculaires dont la synchronisation est essentielle à la signalisation cellulaire appropriée. La superfamille des récepteurs nucléaires compte quarante-huit membres impliqués dans ces processus de signalisation et influence ainsi plusieurs fonctions physiologiques. Les récepteurs nucléaires de la sous-famille NR4A composée de Nur77/NR4A1, Nurr1/NR4A2 et Nor1/NR4A3 sont des facteurs critiques du développement et de la maintenance du système nerveux. Nor1/NR4A3 en particulier est essentiel aux processus de guidage axonal et de survie neuronale au niveau de l’hippocampe. Les NR4A se démarquent des autres récepteurs nucléaires puisqu’ils sont considérés comme des récepteurs orphelins constitutivement actifs, ce qui veut dire qu’ils ne nécessitent pas d’interaction avec un ligand afin d’être activés. Il devient ainsi important d’identifier de nouveaux mécanismes de régulation pour cette sous-famille de récepteur afin d’améliorer notre compréhension et potentiellement contrôler leurs activités dans un contexte neuronal. L’activité des récepteurs nucléaires peut être régulée de plusieurs façons, indépendamment de leur association avec un ligand endogène. Les modifications post-traductionnelles représentent un aspect crucial de la signalisation cellulaire permettant de réguler la fonction des protéines cibles de manière spécifique au contexte. La SUMOylation et la phosphorylation sont des exemples de modifications post-traductionnelles avec le potentiel de réguler l’activité transcriptionnelle, la stabilité et l’expression des gènes cibles des récepteurs nucléaires. Dans cette thèse, l’impact de la SUMOylation retrouvée sur un motif consensus ainsi que sur un motif non-consensus de SUMOylation phosphorylé du récepteur Nor1 est étudié. Dans la première étude, un motif de SUMOylation non-consensus nouvellement découvert sur Nor1 est décrit. Ce nouveau motif nommé pSuM a été identifié pour la première fois sur le récepteur nucléaire des estrogènes ERβ et sur le récepteur farnésoÏde FXR. Nous avons identifié un motif pSuM situé à la lysine 137 de Nor1 qui sert de cible fonctionnelle de SUMO2. Le pSuM se démarque du motif de SUMOylation consensus puisqu’il nécessite une phosphorylation afin d’être SUMOylé. Dans le cas de Nor1, nos résultats démontrent que la sérine 139 est phosphorylée par la voie des MAPK. La SUMOylation sur ce site mène à une réduction de l’activité transcriptionnelle et du recrutement à la chromatine de Nor1 ainsi que de l’expression des gènes sensibles à Nor1. Une particularité intéressante du pSuM de Nor1 est qu’il possède également une extension phosphorylable par la kinase CK2 qui est essentielle au processus de SUMOylation. Cette extension a également un effet sur la stabilité et la compétence transcriptionnelle de Nor1. En utilisant des lignées SH-SY5Y exprimant de manière stable différents mutants SUMO de Nor1, il est démontré que la SUMOylation du pSuM diminue la prolifération et la survie cellulaire en réponse au stress oxydant. Dans la seconde étude, la SUMOylation de Nor1 sur un motif de SUMOylation canonique situé sur la Lysine 89 est caractérisée. Il est démontré que ce site de SUMOylation est ciblé principalement par SUMO1 et qu’il est important afin de maintenir une compétence transcriptionnelle et une stabilité optimale du récepteur. Cette SUMOylation régule également la prolifération et la survie en réponse à un traitement au nocodazole des lignées stables ainsi que la stabilité des microtubules. En conclusion, ces études identifient de nouveaux mécanismes de SUMOylation et phosphorylation utilisés dans la régulation de l'activité du récepteur nucléaire Nor1. Elles permettent également d’approfondir nos connaissances des rôles joués par Nor1 dans la neuroprotection en réponse au stress oxydant ainsi que dans la régulation de la stabilité du réseau de microtubules, ce qui apporte une nouvelle fonction de Nor1. Puisque Nor1 et les autres NR4A sont fortement impliqués dans la formation et maintenance du système nerveux et que les modifications post-traductionnelles peuvent réguler ces fonctions, la découverte et la caractérisation de nouveaux mécanismes de régulation de ces récepteurs ont le potentiel de nous fournir des nouvelles connaissances utiles dans le cadre des maladies neurodégénératives et autres conditions pathologiques. / To answer the many changes happening every instant in its surroundings, cells require a fine-tuned array of molecular messengers to carry on proper signal transduction and homeostasis. The superfamily of nuclear receptors contains forty-eight members implicated in a wide variety of cellular and physiological functions. The nuclear receptors of the NR4A subfamily containing Nur77/NR4A1, Nurr1/NR4A2 and Nor1/NR4A3 are heavily implicated in the development and maintenance of the nervous system. In particular, Nor1/NR4A3 has been shown to be essential for axonal guidance and neuronal survival in the hippocampus. This subfamily also operates differently from other nuclear receptors as they are considered constitutively active orphan nuclear receptors without known endogenous ligand. Therefore, there is an increasing need to identify critical mechanisms that regulate NR4A nuclear receptors and to better understand the control of their activities in a neuronal context. Nuclear receptor activity can be regulated in various ways independently of their interaction with an endogenous ligand. One is through post-translational modifications which allow the regulation of protein function depending on the cellular context. SUMOylation and phosphorylation are post-translational modifications with the potential to regulate nuclear receptor activity, stability and target gene expression. In this thesis, the impact of a canonical SUMOylation site and a phosphorylation dependant SUMOylation motif on the orphan nuclear receptor Nor1 are studied. In the first study, a newly identified non-canonical SUMOylation motif on Nor1 was described. This new motif named pSuM was first identified on the nuclear estrogen receptor ERβ and farnesoid X receptor FXR. We report that this pSuM is located at Lys-137 on Nor1 and is a target of SUMO2. The pSuM differs from traditional SUMOylation motif since it requires to be phosphorylated for SUMOylation to occur. For Nor1, our evidence showed that the obligate phosphorylation of the pSuM on Ser-139 occurred through the MAPK pathway. SUMOylation of Nor1 pSuM reduced Nor1 transcriptional competence, responsive gene expression and chromatin binding. Interestingly, the pSuM of Nor1 also possesses an extension phosphorylated by the CK2 kinase, which is essential to achieve the SUMOylation process. This extension also affected Nor1 protein stability and transcriptional activity. Using stable SH-SY5Y cell lines expressing different SUMO mutants of Nor1, we also showed that Nor1 pSuM SUMOylation reduced cell proliferation and survival to oxidative stress. In the second study, the SUMOylation of Nor1 on a canonical SUMOylation site found at Lys-89 was characterized. This SUMOylation site was found to be targeted mainly by SUMO1 and to be important in maintaining optimal transcriptional competency and stability of the receptor. This SUMOylation also regulated proliferation and survival to a nocodazole treatment of stable cell lines, as well as microtubule network stability. In conclusion, these studies provide novel mechanisms in the regulation of Nor1 activity by SUMOylation and phosphorylation. They also helped to expand our knowledge on the role played by Nor1 in neuroprotection in response to oxidative stress, as well as in the regulation of microtubule stability, which identified a new function of Nor1. Since Nor1 and other NR4A receptors are implicated in the formation and maintenance of the nervous system, the identification of post-translational modifications as a regulatory mechanism uncovers novel opportunities in our understanding of these receptors and provide new insights for neurodegenerative diseases and other neuropathological conditions.

Les récepteurs nucléaires font partie d’une famille de protéine multigénique agissant comme facteurs de transcription qui, en réponse à la liaison d’un ligand, régulent l’expression de gènes cibles impliqués dans une variété de fonctions physiologiques. Cependant, les récepteurs nucléaires orphelins, qui n’ont pas de ligand connu, peuvent également être régulées par des modifications post-traductionnelles (PTMs) comme la SUMOylation et la phosphorylation. La famille des NR4A, incluant Nurr1, Nur77 et Nor1, sont des récepteurs orphelins dépendant grandement des PTMs au niveau de l’AF-1 afin de moduler leurs activités essentielles dans la différenciation, le développement et le métabolisme des fonctions neurologiques. En particulier, il est connu que les PTMs permettent le recrutement de cofacteurs comme l’isomérase Pin-1, une enzyme recrutée par des motifs phospho-sérine/thréonine-proline qui catalyse l’isomérisation cis/trans du lien avec la proline. Notre laboratoire a récemment identifié un site de SUMOylation atypique nommé pSuM (phosphorylation-dependent Sumoylation Motif) possédant une extension phosphorylable de motif sérine/thréonine-proline au niveau du domaine AF-1 (Activation Function-1) de certains récepteurs nucléaires, soutenant un processus de régulation transcriptionnelle des récepteurs via la SUMOylation et la phosphorylation. Le récepteur Nor1 possède un motif pSuM dont le rôle exact de la SUMOylation et l'implication de Pin-1 comme régulateurs de l’activité de Nor1 dans les mécanismes de neuroprotection reste inconnu. Ainsi nos objectifs sont de déterminer et caractériser le mécanisme de recrutement et l'impact de Pin-1 sur la régulation de Nor1 ainsi que de déterminer le rôle de Pin-1 sur l’expression des gènes cibles impliqués dans la neuroprotection. Nos résultats démontrent que l’isomérase Pin-1 favorise l’expression de gène impliquées dans la neuroprotection comme Eno3, Nrip1 et Atf3 via un mécanisme dépendant de la SUMOylation et de la phosphorylation qui permet la régulation positive de l’activité transcriptionnelle de Nor1 dans un modèle de cellules neuronales de souris. En conclusion, les résultats de ce travail permettent d’identifier l’isomérase Pin-1 comme un nouveau cofacteur de Nor1 impliqué dans le contrôle de l’expression génique associé à la neuroprotection et démontre un mécanisme de régulation de Nor1 par la SUMOylation et la phosphorylation de l’extension du pSuM. / Nuclear receptors are part of a family of multigene proteins acting as transcription factors that, in response to ligand binding, regulate the expression of target genes involved in various physiological functions. However, orphan nuclear receptors, which have no known ligand, can also be controlled by post-translational changes (PTMs) such as SUMOylation and phosphorylation. The NR4A family, including Nurr1, Nur77, and Nor1, are orphan receptors highly dependent on PTMs at the AF-1 domain to modulate their essential activities in the differentiation, development, and metabolism of neurological functions. The PTMs of nuclear receptors allow the recruitment of cofactors such as the Pin-1 isomerase, an enzyme recruited by phospho-serine/threonine-proline motifs that catalyzes the cis/trans isomerization of the proline. Our laboratory has recently identified an atypical SUMOylation site named pSuM (phosphorylation-dependent Sumoylation Motif) characterized by a phosphorylation-sensitive extension of serine/threonine-proline pattern usually present in the AF-1 (Activation Function-1) domain of receptors and providing transcriptional regulation via SUMOylation and phosphorylation. As of now, the role of SUMOylation and Pin-1 as regulators of Nor1 activity in neuroprotection mechanisms remains unknown. Thus, our objectives were to determine and characterize the recruitment mechanism of Pin-1 and its impact on the transcriptional regulation of Nor1 as well as to determine the role of Pin-1 on the expression of target genes involved in neuronal integrity. Our results have shown that Pin-1 isomerase enhances the expression of genes involved in neuroprotection such as Eno3, Nrip1, and Atf3 through a SUMOylation and phosphorylation mechanism that upregulates the transcriptional activity of Nor1 in neuronal cells. In conclusion, this project identifies Pin-1 as a novel cofactor of Nor1 that is regulated by SUMOylation and phosphorylation of the pSuM extension, thus allowing a tight control over the transcription of genes involved in neuroprotection processes.