Nahrungsinhaltsstoffe sind im Organismus an Steuerungsprozessen und Stoffwechselvorgängen beteiligt, wobei die Mechanismen ihrer Wirkung noch nicht völlig aufgeklärt sind. Wie Vitamin E zeigen auch sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe in Zellsystemen sowie <I>in vivo</I> eine Reihe biologischer Wirkungen, deren Erklärung jedoch häufig auf ihre antioxidative Eigenschaft reduziert wird. Ziel der Dissertation war es, den Einfluss von Vitamin E und anderen Pflanzeninhaltsstoffen (in Form von Pflanzenextrakten oder isolierten sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, z.B. Polyphenole), die bisher alle hauptsächlich als Antioxidanz klassifiziert wurden, auf die transkriptionelle Regulation von Phase I- und Phase II-Enzymen zu untersuchen. Dazu wurde die Aktivierung des PXR (pregnane X receptor) und des Nrf2 (NF-E2-related factor-2) als zentrale Transkriptionsfaktoren der Phase I- bzw. Phase II-Enzyme getestet. <br><br> Der Einfluss von verschiedenen Vitamin E-Formen und antioxidativen Pflanzeninhaltsstoffen in Form von Reinsubstanzen (Curcumin, EGCG, Medox, Quercetin, Resveratrol und Sulforaphan) oder Pflanzenextrakten (aus Blaubeeren, Gewürznelken, Himbeeren, Nelkenpfeffer, Thymian oder Walnüssen) auf die Aktivierung von PXR und Nrf2 sowie des Promotors eines jeweiligen Zielgens (CYP3A4 bzw. GI-GPx) wurde <I>in vitro</I> mit Reportergenplasmiden untersucht. Es zeigte sich, dass sowohl Vitamin E-Formen als auch verschiedene sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe PXR und/oder Nrf2 sowie die Promotoren der jeweiligen Zielgene CYP3A4 bzw. GI-GPx aktivieren. In einem Tierexperiment konnte diese genregulatorische Wirkung von Vitamin E auf die <I>in vivo</I>-Situation übertragen werden. In Lebern von Mäusen, deren Futter unterschiedliche Mengen von Vitamin E enthielt (Mangel-, Normal- und Überflussdiät), wurde eine direkte Korrelation zwischen der alpha-Tocopherol-Konzentration und der Cyp3a11 mRNA-Expression nachgewiesen (Cyp3a11 ist das murine Homolog zum humanen CYP3A4). Entgegen der <I>in vitro</I>-Situation hatte gamma-Tocotrienol <I>in vivo</I> einen nur kaum nachweisbaren Effekt auf die Expression der Cyp3a11 mRNA, induzierte aber die Expression der alpha-TTP mRNA. Es konnte gezeigt werden, dass Vitamin E und sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe Phase I- und Phase II-Enzyme transkriptionell regulieren können. <br><br> Die Wirkungen des Vitamin E können sich allerdings nur entfalten, wenn die Vitamin E-Formen ausreichend vom Körper aufgenommen werden. Gegenstand der Dissertation waren daher auch Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit (zelluläre Akkumulation und Metabolismus) verschiedener Vitamin E-Formen. Es konnte gezeigt werden, dass Unterschiede in der chemischen Struktur der Vitamin E-Formen deren zelluläre Akkumulation und Metabolisierung beeinflussen. <br><br> Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Dissertation lassen sich protektive Wirkungen von antioxidativen Nahrungsinhaltsstoffen auch unabhängig von ihren antioxidativen Eigenschaften über die Induktion zelleigener Schutzsysteme, einschließlich der Phase I- und Phase II-Enzyme, erklären. Die Induktion der zelleigenen Abwehr lässt sich auch als adaptive Antwort (sog. "adaptive response") des Organismus gegenüber zellschädigenden Ereignissen betrachten. / In the organism food compounds are involved in regulatory and metabolic processes although the mechanisms of their effects have not been completely elucidated yet. Like vitamin E, secondary plant compounds have diverse biological effects, both in cell systems as well as <I>in vivo</I>. However, the explanation thereof is often reduced to their antioxidative capacity. The aim of this thesis was to investigate the influence of vitamin E and other plant compounds (in form of plant extracts or isolated secondary plant compounds, e.g. polyphenols), which were up to now classified primarily as antioxidants, on the transcription of phase I- and phase II-enzymes. For this, the activation of central transcription factors of the phase I- or phase II enzymes, PXR (pregnane X receptor) and Nrf2 (NF-E2-related factor-2), was tested. <br><br> The influence of different vitamin E forms and antioxidative plant compounds in form of pure substances (curcumin, EGCG, Medox, quercetin, resveratrol, and sulforaphane) or plant extracts (from blueberries, clove, raspberries, allspice, thyme, or walnuts) on the activation of PXR and Nrf2 as well as on the promoter of a respective target gene (CYP3A4 or GI-GPx) was investigated <I>in vitro</I> by reporter gene assays. It appeared that vitamin E forms as well as different secondary plant compounds activate PXR and/or Nrf2 as well as the promoter of the respective target genes CYP3A4 and GI-GPx. The effects of vitamin E were confirmed <I>in vivo</I> by an animal experiment. In livers of mice whose diet contained different amounts of vitamin E (deficient, adequate and supra-nutritional), a direct correlation between alpha-tocopherol content and Cyp3a11 mRNA expression was shown (Cyp3a11 is the murine homolog to the human CYP3A4). In contrast to the <I>in vitro</I> observations, gamma-tocotrienol <I>in vivo</I> only had a small effect on the expression of Cyp3a11 mRNA. However, it induced the expression of alpha-TTP on mRNA level. It could be shown that vitamin E and secondary plant compounds can influence the transcriptional regulation of phase I- and/or phase II-enzymes. <br><br> However, these effects of vitamin E can only be seen if the vitamin E forms are taken up by the body sufficiently. Therefore, another aim of the thesis was to investigate the bioavailability of different vitamin E forms (i.e., cellular accumulation and metabolism). It could be shown that differences in the chemical structure of vitamin E forms influence their cellular accumulation and metabolism. <br><br> Regarding the results of this thesis, protective effects of antioxidative food compounds can be explained independent of their antioxidative properties by the induction of cellular protective systems, including phase I- and phase II-enzymes. The induction of cellular defence mechanism can also be considered as an adaptive response of the organism towards cell-damaging events.

La viande rouge est un facteur de risque du cancer colorectal, considérée comme probablement cancérigène chez l'Homme. Le lien entre la viande rouge et le cancer colorectal impliquerait la lipoperoxydation induite par le fer héminique, aboutissant à la formation d'aldéhydes cytotoxiques présents dans les eaux fécales des rats ayant consommé de l'hème, dont le 4-hydroxynonénal (HNE). Ces eaux fécales ont préférentiellement induit la mort cellulaire dans des cellules coliques murines normales plutôt que dans des cellules coliques murines mutées pour le gène APC (adenomatous polyposis coli), considérées comme prénéoplasiques. Cette résistance des cellules prénéoplasiques est associée à une activité plus élevée du Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived)-like 2) par rapport aux cellules normales, mise en evidence par l'invalidation du Nrf2. Afin de valider l'importance des aldéhydes néoformés derives de la lipoperoxydation, nous avons optimisé la depletion des composes carbonyls dans les eaux fécales qui a aboli le différentiel de mortalité entre les cellules normales et prénéoplasiques. En utilisant des cellules épithéliales coliques humaines (CECH) afin de se rapprocher de la physiologie humaine, nous avons confirmé que le HNE et les eaux fécales des rats ayant consommé de l'hème ont aussi induit une mortalité plus élevée dans les CECHs normales que dans celles invalidées pour APC ; et qu'une activité de Nrf2 plus élevée est aussi observée dans ces dernières. L'autophagie, dont le niveau est plus élevé dans les CECHs invalidées pour APC, exercerait des effets protecteurs contre la toxicité du HNE et des eaux fécales en activant Nrf2. Globalement, nos résultats suggèrent que le Nrf2 et l'autophagie seraient impliqués dans la résistance des cellules prénéoplasiques suite à une exposition aux eaux fécales des rats ayant consommé de l'hème. Ce différentiel de résistance pourrait expliquer l'effet promoteur de la viande rouge sur la cancérogenèse colorectale, en établissant une sélection positive des cellules prénéoplasiques au détriment des cellules normales. / Red meat is a factor risk for colorectal cancer, considered as probably carcinogenic to humans. Red meat is associated to colorectal cancer through the oxidative properties of heme iron released in the colon. This latter is a potent catalyst for lipid peroxidation, resulting in the neoformation of deleterious aldehydes present in the fecal water of heme-fed rats, including 4-hydroxynonenal (HNE). Fecal water of heme-fed rats preferentially induced mortality in mouse normal colon epithelial cells than in those harboring mutation on APC (adenomatous polyposis coli) gene, considered as preneoplastic. This relative resistance of preneoplastic cells to fecal water of heme-fed rats was associated with their higher activity of Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2) compared to normal cells, as evidenced by Nrf2 invalidation. To investigate the importance of secondary aldehydes derived from lipid peroxidation, depletion of carbonyl compounds in the fecal water was optimized and this turned out to abolish the difference of mortality between normal and preneoplastic cells. By using human colon epithelial cell (HCEC) lines to approach human physiology, we confirmed that HNE and fecal water of heme-fed rats also induced higher mortality in normal HCECs compared to APC-invalidated HCECs, and that higher Nrf2 activity in APC-invalidated HCECs was also associated with such a difference. Furthermore, autophagy, found to be up-regulated in APC-invalidated HCECs, was suggested to exert protective effects against HNE and fecal water toxicity by activating Nrf2. Taken together, these findings suggest that Nrf2 and autophagy were potentially involved in the resistance of preneoplastic cells upon exposure to HNE or fecal water of heme-fed rats. This different resistance could explain the promoting effect of red meat and heme-enriched diet on colorectal cancer, by initiating positive selection of preneoplastic cells over normal cells.

Les neutrophiles constituent une première ligne de défense contre les agents infectieux. En revanche, leur activation incontrôlée peut exacerber certaines pathologies inflammatoires telles que les allergies cutanées. Notre équipe a montré précédemment que le facteur de transcription Nrf2 connu pour son rôle anti-oxydant, régulait l’inflammation cutanée dans l’hypersensibilité de contact (HSC). Ainsi ce travail a été mené pour évaluer in vitro l’implication de la voie Nrf2 dans les fonctions des neutrophiles et pour identifier son rôle dans le recrutement et l’activation des neutrophiles dans l’HSC.In vitro, nous montrons que la protéine Nrf2 est fortement exprimée dans les neutrophiles de la moelle osseuse. Nrf2 est fonctionnelle dans les neutrophiles stimulés : il active la transcription de gènes cibles cytoprotecteurs et diminue celle des gènes de l’inflammation. Ainsi, le prétraitement des neutrophiles avec un activateur de Nrf2 tel que le sulforaphane, réduit la production des formes réactives de l’oxygène (FRO)en réponse à une stimulation. En parallèle, l’absence de Nrf2 ne semble pas affecter la phagocytose et la nétose, deux fonctions clés du neutrophile. Enfin, Nrf2 est indispensable pour une migration optimale des neutrophiles en réponse aux chimiokines.Au cours de l’HSC induite par le dinitrochlorobenzène (DNCB), Nrf2 régule indirectement le recrutement des neutrophiles, en contrôlant le stress oxydant cutané et les voies inflammatoires impliquées dans la production de chimiokines, notamment CCL2, CCL4 et CCL11. En outre, Nrf2 induit l’augmentation d’expression du scavenger CD36 dans les macrophages et augmente ainsi leur capacité à éliminer les neutrophiles apoptotiques pour initier la résolution de l’inflammation.En conclusion, l’activation de Nrf2 dans les neutrophiles participe au contrôle de la production des FRO et la migration. En outre, Nrf2 émerge comme un effecteur clé dans le contrôle du recrutement et de la clairance des neutrophiles au cours de la réponse inflammatoire cutanée aux molécules allergisantes. La mise en évidence de ces mécanismes protecteurs de Nrf2 nous permet de proposer cette protéine comme nouvelle cible thérapeutique dans le contrôle d’inflammations cutanées chroniques. / Neutrophils form the first line of defense against infectious agents. However, their uncontrolled activation may exacerbate certain inflammatory conditions such as cutaneous allergies. Our team has previously shown that Nrf2 transcription factor known for its antioxidant role, regulates skin inflammation in contact hypersensitivity (CHS). Thus, our work was carried out to evaluate in vitro the involvement of Nrf2 pathway in neutrophil functions and to identify Nrf2 role in neutrophil recruitment and activation in CHS.In vitro, we showed that the protein Nrf2 was highly expressed in bone marrow neutrophils. Nrf2 is functional in stimulated neutrophils: it activates the transcription of cytoprotective genes and downregulates that of inflammatory genes. Thus, pretreatment of neutrophils with an Nrf2 activator such as sulforaphane reduces the production of reactive oxygen species (ROS) in response to stimulation. In parallel, Nrf2 does not affect two key functions of neutrophil, phagocytosis and netosis.Finally, Nrf2 is essential for optimal migration of neutrophils toward chemokines. In CHS induced by the dinitrochlorobenzene (DNCB), Nrf2 indirectly regulates the recruitment of neutrophils, through regulation of skin oxidant stress and inflammatory pathways that are involved in chemokines production, including CCL2, CCL4 and CCL11. In addition, Nrf2 induces the up-regulation of scavenger CD36 in macrophages and thus increases their ability to eliminate apoptotic neutrophils leading to the resolution of inflammation.In conclusion, Nrf2 activation in neutrophils participates in the control of ROS production and migration. In addition, Nrf2 emerges as an important effector in the control of neutrophil recruitment and clearance during the skin inflammatory response to allergenic molecules. The demonstration of Nrf2 protective mechanisms leads us to suggest this protein as a new therapeutic target in the control of chronic skin inflammations.

Plus de 50 % des handicaps neurodéveloppementaux sont dus à une exposition périnatale à des stress toxiques ou oxydants. Comprendre comment le cerveau est protégé au cours du développement périnatal et pourquoi ses mécanismes de défense sont dépassés lorsque l’enfant est soumis à un stress important est donc crucial. La barrière sang – liquide céphalorachidien (LCR), localisée au niveau des plexus choroïdes, présente une capacité de détoxification élevée et pourrait donc avoir un rôle prépondérant dans la protection du cerveau au stade périnatal. Nous avons étudié la capacité de plusieurs enzymes choroïdiennes à protéger l'environnement liquidien cérébral pendant la période postnatale chez le rat, et évalué si leurs activités pouvaient être induites par la voie du nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2). Le facteur Nrf2 peut en effet moduler l’expression de différents gènes codant pour des enzymes de détoxification. Nous avons montré que les glutathion transférases (Gst) et les glutathion peroxydases (Gpx), intervenant respectivement dans l’inactivation des molécules toxiques et dans la régulation du stress oxydant, présentaient des activités choroïdiennes élevées pendant la période postnatale, et avons caractérisé fonctionnellement leur capacités de neuroprotection. Le traitement des ratons avec du diméthylfumarate (DMF), inducteur de la voie Nrf2, induit la migration nucléaire de Nrf2, augmente l’activité choroïdienne Gst, et réduit de 40 % le passage cérébral de toxiques substrats des Gst. Ces données montrent la capacité neuroprotectrice précoce des plexus choroïdes, et indique qu’elle peut être induite pharmacologiquement / More than 50 % of intellectual or sensory-motor deficits in children are due to perinatal exposure to oxidative stress or toxicants. Understanding brain protection mechanisms during development is crucial to design therapeutic strategies to address these disabilitating disorders. The choroid plexuses, forming an interface between the blood and the cerebrospinal fluid (CSF), have a high detoxifying capacity, suggesting their involvement in neuroprotection. The nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2) pathway can modulate the expression of several genes encoding for antioxidant proteins and detoxifying enzymes. We studied the ability of several choroidal enzyme families to protect the brain fluid environment during the postnatal period in rat and explored whether this protection can be enhanced by Nrf2 pathway. We focused on glutathione transferases (Gsts), which conjugate toxic compounds to glutathione, and glutathione peroxidases (Gpxs), which detoxify reactive oxygen species. Gst and Gpx specific activities were high during the postnatal period in choroid plexuses compared to the cerebral cortex, and their neuroprotective functions were efficient. The Nrf2 factor is expressed in choroid plexuses during the perinatal period. Treatment of rat pups with Nrf2 activator dimethylfumarate induced Nrf2 nuclear translocation and increased Gst activities in choroid plexus tissues. The dimethylfumarate treatment resulted in a large decrease of the blood-to-CSF permeability of a prototypical Gst substrate. These data substantiate the early neuroprotective functions of choroid plexuses, which can be enhanced upon treatment with clinically used pharmacological compounds

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of morbidity and mortality in industrialized countries leading to the motor and cognitive deficits. Evidence demonstrated that exercise is neuroprotective in traumatic brain injury. However, the effects of exercise before of the TBI at the cognitive function are unknown. Role of excitotoxicity and oxidative damage in secondary damage of TBI, however, until this moment, were not demonstrated if exists a relationship between early phase of damage and the late cognitive deficit. In the current study, we proposed that improvement cognitive response induced by exercise prior in rats after a TBI can be associated with the neuroprotection of early phase after injury. To demonstrate this hypotheses, adult rats practice swimming exercise during 6 weeks followed for TBI operation. We assessed the motor alterations of early phase, the glutamate uptake and antioxidant defense in twenty four hours (24 h) and 15 days after TBI. Acquisition of memory was assessed by recognition object task on days 15 post TBI. Moreover, we evaluated the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) to assessement the synaptic plastic. In the present study, we showed that TBI induced by fluid percussion injury (FPI) in adult male Wistar rats induced early motor impairment 24 h, followed by learning retention deficit (2 weeks after neuronal injury). Previous swimming training improved the memory in object recognition task per se and protected against FPI-related disabilities. Although the FPI did not alter hippocampal expression of glutamate transporters (EAAT1 / EAAT2) and brain-derived neurotrophic factor (BDNF), the alterations in the redox status, herein characterized by DCFH-DA oxidation and SOD activity inhibition, led to marked impairment of protein functionally (Na+, K+-ATPase activity inhibition) and glutamate uptake inhibition 24 h after neuronal injury in sedentary injured rats. Indeed, the early increase of nuclear factor erythroid 2-related factor (pNRF2/NRF2 ratio) followed by a repair mechanism (protein HSP70 expression), 24 h and 2 weeks after neuronal injury, suggests that FPI-induced signal transduction may exert compensatory effect on pathophysiological processes. In this report we showed that previous physical exercise induced the increase of immune content of glutamate transporters (EAAT1/ EAAT2), pNrf2/Nrf2 ratio, SOD enzyme and HSP70 per se besides preventing against FPI-induced Na+, K+ - ATPase activity, glutamate uptake inhibition DCFH-DA oxidation 24 h after neuronal injury. The enhancement of hippocampal pNrf2/Nrf2 and HSP70 immune content in trained injured when compared with sedentary rats suggest that protein expression modulation associated to antioxidant defense elicited by previous physical exercise prevent against toxicity induced by TBI. The significant increase of BDNF levels in trained injured rats 24 h and 2 weeks strongly reinforce the idea that physical activity alters neuronal functions and thus delays or prevents secondary cascades that leave the neurobehavioral disability after TBI. / O traumatismo cranioencefálico (TCE) é uma das maiores causas de morte e morbidade nos países industrializados podendo levar ao comprometimento motor e déficits cognitivos. Evidências demonstram que o exercício físico é neuroprotetor na recuperação após o TCE. Porém, os efeitos do exercício físico antes do TCE na função cognitiva não são totalmente conhecidos. Sabe-se da participação da excitotoxicidade e do estresse oxidativo na cascata do dano secundário após o TCE, entretanto até o momento não foi demonstrado qual a relação da fase inicial após o TCE com os déficits cognitivos tardios. Portanto, no presente estudo, nós propomos que a melhora cognitiva tardia induzida pelo exercício prévio em ratos após o TCE pode estar associada com a neuroproteção da fase inicial após o dano. Para demonstrar esta hipótese, ratos adultos praticaram treinamento de natação durante 6 semanas e posteriormente foram submetidos a cirurgia para o TCE. Nós avaliamos as alterações motoras iniciais, a captação de glutamato e a defesa antioxidante em 24 horas (24 h) e 15 dias após o TCE. Aquisição da memória foi avaliada pela tarefa de reconhecimento de objetos em 15 dias após o TCE. Além disso, nós avaliamos o fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) para avaliar a plasticidade sináptica. No presente estudo, nós mostramos que o TCE induzido pela lesão de percussão de fluido (LPF) em ratos Wistar machos adultos induziu déficit motor inicial 24 h, seguido por déficit de aprendizagem (15 dias após o dano neuronal). O treinamento de natação prévio melhorou a memória na tarefa de reconhecimento de objeto per se e protegeu contra desabilidades relacionadas ao LPF. Embora o LPF não tenha alterado a expressão dos transportadores de glutamato (EAAT1/EAAT2) e de BDNF, causou uma alteração no estado redox, caracterizado pela oxidação de DCFH-DA e inibição da atividade da SOD. O LPF também causou prejuízo acentuado da funcionalidade de proteínas (inibição da atividade da enzima Na+, K+-ATPase) e inibição da captação de glutamato 24 h após o dano neuronal em ratos sedentários lesionados. De fato, o aumento inicial do fator de transcrição Nrf2 (relação pNrf2/Nrf2), 24 h após o TCE, seguido por um mecanismo de reparo (expressão da proteína Hsp70), 24 h e 15 dias após o dano neuronal, sugerem que a transdução de sinal induzida pelo LPF pode exercer um efeito compensatório em processos patofisiológicos. Neste trabalho, nós mostramos que o exercício físico prévio induziu o aumento do imunoconteúdo dos transportadores de glutamato (EAAT1/EAAT2), relação pNrf2/Nrf2, enzima SOD e a proteína Hsp70 per se, além de prevenir contra inibição da atividade da Na+, K+-ATPase, inibição da captação de glutamato e oxidação de DCFH-DA induzida pelo LPF, 24 h após o dano neuronal. O aumento do imunoconteúdo hipocampal de pNrf2/Nrf2 e Hsp70 em ratos treinados e lesionados quando comparado com ratos sedentários, sugerem que a modulação da expressão das proteínas associadas às defesas antioxidantes induzidas pelo exercício físico prévio preveniu contra a excitotoxicidade induzida pelo TCE. O significante aumento nos níveis de BDNF em ratos treinados e lesionados 24 h e 15 dias, reforçam fortemente a ideia que a atividade física altera a função neuronal e assim retarda ou previne as cascatas do dano secundário que levam a desabilidade neuronal após o TCE.

Le cancer figure parmi les principales causes de décès dans le monde. Afin de traiter le cancer, les chimiothérapies en combinaison avec la chirurgie sont les plus utilisées. Des composés organométalliques tel que les sels de platine représentent une référence en clinique. Malgré leur succès, ils comportent des limites qui sont des toxicités sur les tissus sains et le développement de résistances. Notre équipe collabore depuis plusieurs années avec divers chimistes afin de développer de nouvelles molécules organométalliques anticancéreuses à base de Ruthénium (ROC) et à base d'Osmium (ODC). Au cours de ma thèse, j'ai réalisé des études de type structure/fonction de nouvelles molécules afin de trouver les paramètres physicochimiques importants pour leur activité biologique et afin d'identifier leur mode d'action. Mes travaux ont démontré que le potentiel d'oxydoréduction des composés serait un facteur important pour leur cytotoxicité. De plus, j'ai identifié de nouvelles voies de signalisation régulées par ces composés, tels que les voies de signalisation d'Hif-1 et Nrf2, et les HDAC. L'ensemble de ces résultats nous permet de mieux comprendre les propriétés biologiques des composés organométalliques ce qui à terme devrait permettre une optimisation de leur structure pour améliorer leur activité anticancéreuse. / Cancer is one of the leading causes of death in the world. To treat cancer, several therapeutic approaches exist. Chemotherapy in combination with surgery is one of the most used. Organometallic compounds such as platinum salts represent a reference in clinic. Despite their success, they have limitations that are toxicity to healthy tissue and the development of resistance. Our team has been working for several years with chemists to develop new organometallic Ruthenium (ROC) and Osmium compounds (ODC). During my Ph.D. I performed structure/function studies on novel molecules in order to find the important physico chemical parameters for their biological activity. My work demonstrated that the redox potential is a crucial factor for the cytotoxicity of the compounds. ln addition, I identified novel regulatory pathways that are targeted by these compounds, such as the Hif1 and Nrf2 pathways, and the HDACs. All together these results allow us to have a better understanding of the biological properties of the organometallic compounds, which will in time allow a optimization of their structure to favor their anticancer activity.

L’arsenic inorganique est un contaminant environnemental, cancérogène pour l’homme, mais également un métalloïde étudié, aujourd’hui, dans le traitement de maladies inflammatoires chroniques. Il possède des propriétés immunosuppressives pouvant déréguler les mécanismes physiologiques de défense ou bloquer l’exacerbation de réponses inflammatoires chroniques. L’arsenic inorganique altère principalement les fonctions des lymphocytes T et des macrophages. En revanche, l’impact du métalloïde sur la physiologie des cellules dendritiques (DCs) est peu connu. Pourtant, ces cellules présentatrices d’antigène jouent un rôle fondamental dans les processus d’immunosurveillance et sont très impliquées dans la physiopathologie des maladies inflammatoires chroniques. Dans ce contexte, les objectifs de mon travail de thèse étaient d’étudier les effets de l’arsenic inorganique sur la différenciation et la maturation in vitro de DCs générées à partir de monocytes humains. Nos résultats démontrent principalement que des concentrations de métalloïde, compatibles avec les taux plasmatiques d’arsenic mesurés chez les individus exposés, répriment la capacité des DCs à sécréter différentes cytokines pro-inflammatoires jouant un rôle essentiel dans l’activation et la polarisation des lymphocytes T. En particulier, l’arsenic inhibe l’expression et la sécrétion de l’interleukine-12 par un mécanisme moléculaire impliquant le facteur de transcription Nrf2. Au total, ces travaux de thèse démontrent que l’arsenic inorganique possède des propriétés immunosuppressives sur la physiologie in vitro des DCs humaines. Cette immunotoxicité pourrait contribuer à la toxicité du métalloïde chez l’homme exposé par voie environnementale, et être prise en compte pour déterminer les effets de l’arsenic dans le traitement de certaines maladies inflammatoires chroniques / Inorganic arsenic is an environmental human carcinogen, but is also studied these days because of its potential effectiveness in curing chronic inflammatory disease. Indeed, this metalloid possesses immunosuppressive properties which can dysregulate physiological mechanisms involved in immune defense, or reduce inflammation associated with those inflammatory diseases. Inorganic arsenic is known mainly to alter functions of T cells and macrophages. However, it is unknown whether arsenic targets dendritic cells (DCs). Yet, this antigen presenting cells plays a major role in the immunosurveillance, and is involved in the physiopathology of chronic inflammatory diseases. So, the aim of my thesis work was to study the effects of inorganic arsenic on in vitro differenciation and maturation of dendritic cells from human monocytes. Our results mainly shows that concentrations corresponding to those measured in environmentally exposed people, inhibits DCs secretion of proinflammatory cytokines, which plays a major role in activation and polarization of T cells. Particularly, arsenic strongly impairs expression and secretion of interleukine 12 (IL-12) by an underlying molecular mechanism involving Nrf2. Finally, this work shows that inorganic arsenic has immunosuppressive properties on the physiology in vitro of human dendritic cells. Immunotoxicity may then contribute to the metalloid toxicity in environmentally exposed people. This element could be taken into account when determining arsenic effects in curing some chronic inflammatory diseases.

Le facteur de transcription Nrf2 et les enzymes pro-angiogéniques: hème oxygénase (HO-1) et thymidine phosphorylase (TP) sont considérés comme des cibles potentielles pour les traitements combinatoires anticancéreux contre l’angiogenèse. L'objectif de la présente étude était d'examiner les interactions entre ces protéines dans la modulation du potentiel tumorigène et angiogénique de carcinome pulmonaire non à petites cellules (NSCLC). L’augmentation de l’expression de Nrf2 conduit à la réduction de la prolifération cellulaire et à leur capacité de migration, accompagnée d'une expression accrue de microARN suppresseurs de tumeurs ainsi qu’une réduction de l'oncogène miR-378. Ensuite, le rôle de TP dans les cellules NCI-H292 a été étudiée en la surexprimant in vitro (NCI-TP). Ceci a conduit à une atténuation de potentiel tumorigène comme le montre l'inhibition de la prolifération, de la migration et une amélioration concomitante de potentiel angiogénique qui est plus prononcée en hypoxie et en présence de thymidine. In vivo, les tumeurs NCI-TP ont tendance à croître plus rapidement que les témoins et ils sont également mieux oxygénés. Ces tumeurs ont une expression accrue de cytokines pro-inflammatoires IL-1β et IL-6. Nous avons montré pour la première fois que l’enzyme TP peut être régulé par Nrf2 et HO-1 dans les cellules NSCLC, ce qui peut affecter la croissance tumorale par une modulation de l'angiogenèse et de l'expression de facteurs pro-inflammatoires. La corrélation entre l’expression de TP avec celle de l'IL-1β et d'IL-6 a été également confirmée dans les échantillons cliniques de tumeurs issus de patients atteints de NSCLC. L’ensemble de nos résultats montre la potentialité de cibler l’enzyme TP pour le traitement des cancers NSCLC. / Nrf2, heme oxygenase-1 (HO-1) and thymidine phosphorylase (TP) are considered as potential targets for combinatorial anti-cancer therapies. The aim of the study was to investigate the interplay of these proteins in regulation of growth and angiogenesis in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cells NCI-H292. Stable overexpression of Nrf2 (NCI-Nrf2 cell line) resulted in decreased cell proliferation and migration in vitro, upregulation of tumor suppressor microRNAs and downregulation of oncogenic miR-378 and many MMPs. Silencing of HO-1 in NCI-Nrf2 cells partially reversed the effect on MMP-1, MMP-3 and miR-378. NCI-Nrf2 cells exhibited increased expression of proangiogenic factors IL-8, angiopoietin-1 and TP, which was also upregulated in cell overexpressing HO-1. In both models, the effect was TP reversible by siRNA targeted at HO-1 and possibly mediated by modulation of oxidative status of the cell. Moreover, it was observed that overexpression of TP in vitro attenuated proliferation and migration of NSCLC cells, but increased their angiogenic potential. In vivo, NCI-TP tumors tended to grow faster, were better oxygenated and exhibited increased expression of inflammatory cytokines IL-1β and IL-6. Correlation of TP with IL-1β and IL-6 was also confirmed in clinical samples from NSCLC patients. Overall, our results enforce the notion of targeting TP for treatment of NSCLC.

Les virus Ebola (EBOV) et Marburg (MARV) causent des fièvres hémorragiques chez les primates, y compris l’homme. Le taux de létalité peut atteindre 90% et il n’existe ni vaccin ni traitement contre ces virus. En raison de leurs caractéristiques moléculaires communes, EBOV et MARV sont regroupés au sein de la famille des Filoviridae. Le virion est composé de 7 protéines, dont la VP24, qui joue un rôle important dans l’assemblage et la condensation des nucléocapsides, et pour EBOV, elle est également responsable de l’inhibition de la réponse à l’IFN. Des mutations dans la séquence protéique de VP24 sont impliquées dans le processus d’adaptation chez un nouvel hôte. La protéine VP24 d’EBOV est donc multifonctionnelle. Pour MARV, cette protéine ne semble pas porter les fonctions décrites pour la VP24 d’EBOV. Afin de comprendre le rôle de la VP24 de MARV, nous avons identifié ses partenaires cellulaires par un crible double-hybride en levures. Nous avons mis en évidence l’interaction entre Keap1 et la VP24 de MARV, et confirmé ce résultat en cellules mammifères. Keap1 est une protéine impliquée dans le contrôle de la réponse au stress oxydatif, car elle inhibe le facteur de transcription Nrf2, qui régule l’expression d’enzymes impliquées dans la réduction des ERO. Nos résultats montrent que le domaine de Keap1 liant la VP24 est le même que celui liant Nrf2, et que la VP24 de MARV active Nrf2 pour la synthèse de molécules anti-oxydantes. Nous avons enfin évalué l’impact de la VP24 de MARV sur ERR, une autre cible de Keap1, et mesuré l’activité Nrf2 au cours de l’infection par EBOV. Nos résultats montrent des effets opposés des VP24 d’ EBOV et de MARV sur l’activité de Nrf2. / Ebola (EBOV) and Marburgvirus (MARV) are responsible for severe hemorrhagic syndrome in primates, including humans. The lethality rate can reach 90%, and no vaccine or treatment is available to counteract these diseases. EBOV and MARV have similar genomic organization and thus are placed in a distinct family, Filoviridae. VP24 is one of the 7 structural proteins which form the virion and has been shown to play an important role in assembly and condensation of viral nucleocapsids. VP24 of EBOV is responsible for prevention of cellular response to IFN. Mutations in EBOV VP24 gene are necessary for the adaptation to a new host. EBOV VP24 thus acts as a multifunctional factor. Available data suggest that MARV VP24 is not implicated in either the counteraction of IFN response, or in the adaptation process. In order to discover new functions for VP24 of MARV, we searched for its interaction with cellular proteins, using a yeast-double hybrid approach. We discovered an interaction between MARV VP24 and Keap1 protein and further confirmed this interaction in mammalian cells. Keap1 is a cellular protein involved in intracellular detection of Reactive Oxygen Species (ROS) and in the control of oxidative stress response. It inhibits the Nrf2 transcription factor, which regulates expression of antioxidant enzymes. Our results indicate that Keap1 binding domain for VP24 is the same as the one involved in Nrf2 binding, resulting in activation of transcriptional activity of Nrf2. Impact of MARV VP24 on ERRa, another target of Keap1, was also measured, as well as Nrf2 activity during EBOV infection. Our results showed that VP24 of EBOV and MARV have opposite effect on Nrf2 activity.

On étudie les effets des nanoparticules (d'argent et de silice) manufacturées sur les métabolismes oxydatifs et inflammatoire. La première partie étudie la toxicité in vivo de l'ingestion de nanoparticules d'argent, pendant 11 semaines, sur un modèle animal - rat Sprague Dawley. Nous y avons mis en évidence l'action toxique des nanoparticules d'argent notamment une hausse de la production d'anion superoxyde par les NADPH oxydases hépatiques et cardiaques, des dyslipidémies, une cytolyse hépatique, une augmentation de cytokines pro-inflammatoires et une tendance à la baisse de l'activité d'enzymes antioxydantes. Ceci nous a conduit à aborder l'étude in vitro, sur des modèles cellulaires intestinaux (Caco-2) et cutanés (HaCaT). Au cours de cette étude, des nanoparticules de silice, fonctionnalisées ou non avec des antioxydants, ont été incubées pendant 24 H en présence des cellules. Nous montrons que la modification de la surface des nanoparticules réduit considérablement leur toxicité en limitant la production d'espèces radicalaires et la mortalité cellulaire. D’autre part, le couplage avec un antioxydant permet d’augmenter la stimulation de voie de signalisation du facteur Nrf2. Cette voie est impliquée dans la protection de l’organisme contre les troubles liés aux espèces radicalaires. En somme, ce travail met en avant les potentialités de la vectorisation d’antioxydants avec des nanoparticules à des fins thérapeutiques. / The purpose of this study is to explore the effects of nanoparticles (silver and silica) manufactured on oxidative and inflammatory metabolism. In the first part of this work, we explored the in vivo toxicity from ingestion of silver nanoparticles, for 11 weeks, in an animal model - Sprague Dawley rat. This enabled us to demonstrate the toxic properties of silver nanoparticles including superoxide anion production by hepatic and cardiac NADPH oxidases, dyslipidemia, hepatic cytolysis, an increase in proinflammatory cytokines and a downward trend the activity of antioxidant enzymes. This led us to address the in vitro study on intestinal cell models (Caco-2) and cutaneous (HaCaT). During this study, silica nanoparticles, functionalized or not with anti-oxidants, were incubated for 24 hours in the presence of the cells. We show that the modification of the surface of the nanoparticles significantly reduces their toxicity limiting the production of free radical species and cell death. Furthermore, the coupling with an anti-oxidant increases the stimulation of Nrf2 factor that involves the protection of the body against disorders associated with radical species. In summary, this work highlights the potential of vectorization of antioxidants with nanoparticles for therapeutic purposes.