Neural tube defects (NTDs) are the second most common type of congenital birth defect that affect infants worldwide. There are several proposed mechanisms for NTDs, but no definitive mechanism has yet been described. One possible mechanism is oxidative disruption of normal developmental signaling. The purpose of this study is to culture whole mouse embryos with three common developmental toxicants, mono-2-ethylhexyl phthalate (MEHP, a plastic pollutant), Fumonisin B1 (FB1, a corn mold), and valproic acid (VPA, an anticonvulsant drug), all of which are known to cause NTDs, and compare their shifts in redox potential and changes to important signaling pathways through transcriptomic analysis. To determine if prevention of oxidative stress decreases the likelihood of developing an NTD, preventative measures were taken by pretreating pregnant dams with 3H-1,2-dithiole-3-thione (D3T), an effective nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) inducer. It was found that between the three chemicals, two genes were significantly dysregulated, Makorin-2 (MKRN2) and Microtubule Associated Protein-6 (MAP6), both of which are implicated in NTDs. After staining embryos with lysotracker red (for apoptosis) or DCP-Rho1 (for oxidative stress), it was found that D3T pretreatment generally lowers the amount of apoptosis and oxidative stress in toxicant treated embryos. However, it only decreased the prevalence of NTDs seen in embryos cultured with FB1 or VPA. These results demonstrate common mechanisms that are potentially related in the formation of NTD and will help to target possible preventative measures.

Le diabète est une maladie chronique dont la principale caractéristique est un niveau plasmatique élevé de glucose, qui est causé soit par un défaut dans la production d’insuline, l’action de l’insuline, ou les deux à la fois. Plusieurs études ont démontré que l’hyperglycémie chronique peut mener à la dysfonction et même la défaillance de plusieurs organes, dont le coeur, le système vasculaire, les yeux et les reins, se traduisant par des infarctus du myocarde, des accidents cérébro-vasculaires et des complications rétinales et rénales, respectivement. La néphropathie diabétique (DN) est la principale cause de déficience rénale et affecte près de 25-40% des patients diabétiques. La DN est invariablement associée à un risque élevé d’accident cérébrovasculaire et de dysfonction cardivasculaire. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique précurseur de tous les types d’angiotensines. En plus du système rénine-angiotensine (RAS) sytémique, le rein possède son propre système intrarénal et exprime tous les composants du RAS. L’Agt est fortement exprimé dans les cellules du tubule proximal rénal (RPTC) et y est converti en angiotensine II (AngII), le peptide biologiquement actif du RAS. Les patients diabétiques présentent de hauts niveaux d’AngII et une augmentation de l’expression des gènes du RAS, suggérant que l’activation du RAS intrarénal joue un rôle important dans la progression de la DN. Les mécanismes qui contrôlent la régulation du niveau rénal d’Agt par l’hyperglycémie et l’insuline demeurent mal compris. Le but global de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression du gène Agt chez la souris Akita (un modèle murin de diabète de type 1). Dans cette optique, la première partie de la thèse se concentre sur deux facteurs de transcription de la famille des ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes (hnRNP). Chan et collaborateurs ont déjà identifié 2 protéines nucléaires hnRNP F et hnRNP K, de 48kD et 70kD respectivement. HnRNP F et hnRNP K forment un hétérodimère et se lient à l’élément de réponse à l’insuline (IRE) présent dans le promoteur du gène Agt du rat et inhibent la transcription du gène Agt in vitro. Afin de déterminer si hnRNP F / K sont responsables de l’inhibition de l’expression rénale de Agt par l’insuline in vivo, nous avons étudié des souris Akita males traités ou non avec des implants d’insuline pour une période de 4 semaines. Des souris non-Akita males ont été employées comme contrôles. Les souris Akita développent de l’hypertension et de l’hypertrophie rénale. Le traitement à l’insuline rétablit les niveaux de glucose plasmatiques et la pression systolique (SBP), et atténue l’hypertrophie rénale, l’albuminurie (ratio albumine/créatinine urinaire, ACR) et les niveaux urinaires d’Agt et AngII chez les souris Akita. De plus, le traitement à l’insuline inhibe l’expression rénale du gène Agt, tout en augmentant l’expression des gènes hnRNP F, hnRNP K et ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine-2). Dans des RPTC in vitro, l’insuline inhibe Agt, mais stimule l’expression de hnRNP F et hnRNP K en présence de hautes concentrations de glucose, et ce via la voie de signalisation MAPK p44/42 (protéine kinase activée par un mitogène). La transfection avec des petits ARN interférents (siRNA) contre hnRNP F et hnRNP K prévient l’inhibition de l’expression d’Agt par l’insuline dans les RPTC. Cette étude démontre bien que l’insuline prévient l’hypertension et atténue les dommages rénaux observés chez les souris Akita diabétiques, en partie grâce à la suppression de la transcription rénale de Agt, via une augmentation de l’expression de hnRNP F et hnRNP K. La seconde partie de cette thèse change de focus et se tourne vers le facteur Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2). Nrf2 est un facteur de transcription qui contrôle les gènes de la réponse antioxydante cellulaire en réponse au stress oxydant ou aux électrophiles. Le but de cette étude est d’examiner l’impact de la surexpression de la catalase (Cat) dans les RPTC sur l’expression du gène Agt via Nrf2 et sur le développement de l’hypertension et des dommages rénaux résultants chez les souris diabétiques Akita transgéniques (Tg). Nos études ont démontré que la surexpression de Cat dans les souris Akita Cat-Tg normalise la SBP, atténue les dommages rénaux et inhibe l’expression des gènes Nrf2 et Agt dans les RPTC. In vitro, le glucose élevé (HG) et l’oltipraz (un activateur de Nrf2) stimulent l’expression de Nrf2 et Agt, et cet effet peut être bloqué par la trigonelline (inhibiteur de Nrf2), des siRNA contre Nrf2, des antioxydants ou des inhibiteurs pharmacologiques NF-κB et MAPK p38. La suppression de sites de réponse à Nrf2 présents dans le promoteur du gène Agt du rat abolit la stimulation par l’oltipraz. Finalement, des souris males adultes non-transgéniques traitées avec l’oltipraz montrent une augmentation de l’expression de Nrf2 et Agt dans leurs RPTC et cette augmentation peut être normalisée par la trigonelline. Ces données permettent d’identifier un nouveau mécanisme d’action de Nrf2, par la stimulation du gène Agt intrarénal et l’activation du RAS, qui induisent l’hypertension et les dommages rénaux par le glucose élevé et les espèces réactives de l’oxygène chez les souris diabétiques. Nos conclusions permettent de démontrer que l’insuline induit l’expression de hnRNP F et hnRNP K, qui jouent ensuite un rôle protecteur en prévenant l’hypertension. La surexpression de la catalase dans les RPTC vient quant à elle atténuer l’activation de Nrf2 et ainsi réduit la SBP chez les souris Akita. / Diabetes mellitus is a chronic metabolic disorder characterized by high plasma glucose caused by an impairment of insulin production, insulin action or both. Accumulating evidence has shown that chronic hyperglycemia can lead to dysfunction and failure of multiple organs including the heart, vascular system, eyes, and kidneys resulting in myocardial infarction, stroke, and retinal and renal complications, respectively. Diabetic nephropathy (DN) is the leading cause of end-stage renal disease affecting approximately 25–40% of diabetic patients. DN is invariably associated with an increased risk of stroke and cardiovascular dysfunction. Angiotensinogen (Agt) is the sole precursor for all types of angiotensins. In addition to systemic renin-angiotensin system (RAS), all the components of the intrarenal RAS are expressed in the kidney. Agt is highly expressed in the renal proximal tubular cells (RPTCs) and converted into biologically active angiotensin II (Ang II). In Diabetics, intrarenal Ang II level and RAS gene expression are upregulated, suggesting that intrarenal RAS activation plays an important role in the progression of DN. The mechanism (s) underlying the regulation of renal Agt by hyperglycemia and insulin are not completely understood. The overall aim of this thesis is to understand the molecular mechanism(s) that regulate renal Agt gene expression in an Akita mouse (a mouse model of type 1 diabetes). For this purpose, the first part of this thesis focuses on two transcription factors from the heterogenous nuclear ribonucleoprotein (hnRNPs) family. Previously, Chan’s group identified two nuclear proteins hnRNP F and hnRNP K of 48kD and 70kD, respectively. hnRNP F and hnRNP K form a heterodimer and bind to the insulin-responsive element (IRE) in the rat Agt gene promoter inhibiting Agt gene transcription in vitro. To determine whether hnRNP F / K mediate insulin inhibition of renal Agt expression in vivo, we used adult male Akita mice treated ± insulin implants for 4 weeks. Non-Akita mice served as controls. The Akita mice developed hypertension and exhibited renal hypertrophy. Insulin treatment normalized plasma glucose levels and systolic blood pressure (SBP), attenuated renal hypertrophy, decreased urinary albumin/creatinine ratio (ACR) and urinary Agt and Ang II levels in Akita mice. Furthermore, insulin treatment inhibited renal Agt expression but enhanced hnRNP F, hnRNP K and angiotensinconverting enzyme-2 (ACE2) expression. In vitro, insulin inhibited Agt but stimulated hnRNP F and hnRNP K expression in high-glucose media via p44/42 mitogen-activated protein kinase signaling in RPTCs. Transfection with hnRNP F and hnRNP K small interfering RNAs (siRNA) prevented the insulin inhibition of Agt expression in RPTCs. This study demonstrates that insulin prevents hypertension and attenuates kidney injury, at least in part, through suppressing renal Agt transcription via upregulation of hnRNP F and hnRNP K expression in diabetic Akita mice. In the second part of the thesis we focused on the nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2). Nrf2 is a transcription factor that regulates cellular antioxidant gene defense against oxidative stress or electrophiles. The purpose of this study is to investigate the impact of the overexpressing catalase (Cat) in RPTCs on Agt gene expression via Nrf2and the resulting effects on the development of hypertension and renal injury in diabetic Akita transgenic (Tg) mice. Our studies demonstrate that Cat overexpression normalizes SBP, attenuates renal injury, and inhibits RPTC Nrf2 and Agt gene expression in the Akita Cat- Tg compared to Akita mice. In vitro, high glucose (HG) and Oltipraz stimulated Nrf2 and Agt gene expression; these changes were blocked by Trigonelline (an inhibitor of Nrf2), siRNA against Nrf2, antioxidants, or pharmacological inhibitors of NF-kB and p38 mitogen-activated protein kinase. Moreover, deletion of Nrf2-responsive elements in the rat Agt gene promoter abolishes the stimulatory effect of Oltipraz. Finally,non transgenic adult male mice treated with the Nrf2 activator Oltipraz, upregulated Nrf2 and Agt expression in mouse RPTs, an effect that was normalized by Trigonelline. These data identify a novel mechanism via which Nrf2 mediates the stimulation of intrarenal Agt gene expression and activates the RAS through whichHG/reactive oxygen species (ROS) induce hypertension and renal injury in diabetic mice. Our findings demonstrate that the insulin induced hnRNP F and hnRNP K gene expression play a protective role in the preventing hypertension. Catalase overexpression, in RPT's, attenuates Nrf2 activation and lowers the SBP in Akita mice.

Les réactions allergiques telles que les réactions d’hypersensibilité de contact (HSC) sont un problème de santé publique. Il s’agit d’une réaction inflammatoire aiguë qui survient suite à des expositions répétées d’une molécule allergisante avec la peau et dans laquelle les cellules dendritiques (DC) jouent un rôle essentiel. Les composés chimiques tels que le dinitrochlorobenzène (DNCB) ou le cinnamaldéhyde (CinA), responsables d'HSC, sont capables d’induire un stress chimique et de produire des espèces réactives de l’oxygène (ERO). Parmi les voies de détoxication en réponse aux xénobiotiques, la voie Nrf2/Keap1 est une voie centrale connue pour la détection de composés électrophiles. A l’état basal et en absence de stress, Nrf2 est couplé à son répresseur cytosolique Keap1 qui assure sa dégradation via le protéasome. En présence d’un stress chimique, Nrf2 transloque dans le noyau et induit l’expression des gènes antioxydants [hème-oxygénase 1 (ho-1), NADPH quinone oxydoréductase (nqo1), glutathione-s-transférase (gst)]. En absence de Nrf2, nous avons montré que le DNCB et le CinA induisent la mort cellulaire des DC via l'activation des caspases impliquées dans la voie mitochondriale ou intrinsèque de l'apoptose. Cette mort cellulaire induite par le DNCB est ERO dépendante tandis que celle induite par le CinA est moins sensible à la production des ERO. En présence de Nrf2, la survie des DC est régulée par l'expression de bcl-2, un gène antiapoptotique, et des gènes antioxydants. Nrf2 semblerait activer ou réprimer la transcription des gènes et ce en fonction de la molécule testée, du temps de traitement. Par ailleurs, nous avons également montré que Nrf2 joue un rôle clef dans les phases de sensibilisation et d'élicitation de la réaction d'HSC mais également au cours de l'irritation. Des transferts adoptifs de DC ont permis de montrer le rôle clef de Nrf2 dans la DC au cours de l'HSC. Enfin, notre étude montre que Nrf2 régule les Treg au niveau du tissu cutané et participe à la tolérance cutanée. / Allergic reactions such as contact hypersensitivity (CHS) are a problem of public health occurring after repeated exposures to contact sensitizers. CHS is a common skin disease involving dendritic cells (DC) playing a key role in this pathology. Contact sensitizers, like dinitrochlorobenzene (DNCB) or cinnamaldehyde (CinA) are known to induce reactive oxygen species (ROS) production. The Nrf2/Keap1 pathway is central for detoxification. In the absence of a chemical stress, Keap1 associates with Nrf2 and leading to its degradation. In the presence of an electrophilic compound like contact sensitizers, Keap1’s conformation is modified leading to Nrf2 translocation to the nucleus and transcription of its target genes [heme-oxygénase 1 (ho-1), NADPH quinone oxydoreductase (nqo1), glutathione-s-transferase (gst)]. We showed, for the first time, that Nrf2 controls the loss of mitochondrial membrane potential and caspase-3/7 activity in DC activated by contact sensitizers. In the absence of Nrf2, DNCB and CinA induced DC apoptosis via caspase activation involved in intrinsic pathway of apoptosis also called ‘mitochondrial pathway’. This apoptosis was mainly mediated by the production of ROS in response to DNCB. However, ROS faintly control CinA-induced cell death. We also showed that Nrf2 controls the transcription of the anti-apoptotic gene bcl-2 in response to DNCB or CinA and also the transcription of immune related and antioxidant genes that could be implicated in DC apoptosis.Otherwise, we also showed that Nrf2 plays a key role in sensitization and elicitation phases of CHS and even in the irritation phase. Adoptive transfer experiments showed that Nrf2 plays a crucial role in DC during CHS.Finally, we showed that Nrf2 regulates skin Treg and participates to skin tolerance.

L’eczéma allergique de contact (EAC) est une réaction inflammatoire aiguë médiée par les lymphocytes T (LT), survenant suite à l’exposition répétée de la peau avec une molécule allergisante présente dans l’environnement quotidien ou professionnel. Les molécules allergisantes sont des composés de faible poids moléculaire, appelés haptènes, qui activent les cellules dendritiques (DC). Les DC jouent un rôle essentiel dans la mise en place d’un EAC : elles acquièrent un phénotype mature, contrôlé par la voie des MAPK et la voie NF-B, leur permettant de présenter l’haptène aux LT afin d’initier ainsi une réponse immunitaire spécifique.Nous avons identifié au sein de la DC une nouvelle kinase, la protéine kinase CK2, indispensable à l’acquisition d’un phénotype mature et à la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires clés dans l’orientation d’une réponse immunitaire. L’activité de la CK2 dans la DC est nécessaire à la génération d’une réponse Th1 en contrôlant la sécrétion d’IFN par les LT, et maintient une réponse Th17 préexistante. De plus, la CK2 permet à la DC de contrôler l’induction d’une réponse Th2 spontanée. Par ailleurs, la CK2 contrôle l’expression des gènes cibles de Nrf2, un facteur de transcription majeur dans la lutte contre le stress chimique induit par les haptènes. L’activation de Nrf2 met en jeu de nombreuses voies de signalisation, et nous avons mis en évidence c-Jun, facteur de transcription activé par les molécules allergisantes, comme un potentiel partenaire transcriptionnel de Nrf2. / Allergic contact dermatitis represents a severe health problem with increasing worldwide prevalence. It is a T cell-mediated inflammatory skin disease caused by chemicals present in daily or professional environment. Contact sensitizers are low molecular weight compounds termed haptens. These molecules are known to induce an up-regulation of phenotypic markers and cytokine secretion in dendritic cells (DCs), professional antigen-presenting cells, leading to the generation of effector T lymphocytes (LT).We identified a new kinase, termed CK2 (formerly casein kinase 2), as a key kinase in DCs in the acquisition of a mature phenotype and in the production of pro-inflammatory cytokines, involved in T cell polarization in response to contact sensitizers. CK2 activity in DC is necessary to induce a Th1 polarization by controlling the secretion of IFN- by LT, and maintains a pre-existing Th17 response. Moreover, CK2 in DC negatively controls a spontaneous Th2 response.Finally, CK2 controls the expression of Nrf2 target genes mRNA. Nrf2 is a protective transcription factor playing a major role in detoxification, oxidative stress and allergic inflammation generated by contact sensitizers. Nrf2 activation involves different kinases and we highlight that c-Jun could be bound to Nrf2 to generate an active transcriptional complex in response to chemicals.

Le cancer du rein papillaire de type 2 (PRCC2) est un cancer très agressif avec un potentiel métastatique élevé et pour lequel il n’y a pas de traitement efficace. La forme héréditaire de PRCC2 est associée au syndrome rare de la léiomyomatose cutanéo-utérine héréditaire (HLRCC). HLRCC est due à une mutation germinale hétérozygote du gène Fumarate Hydratase (FH) qui code l'enzyme du cycle de Krebs, la Fumarase. Le déficit en fumarase induit l’accumulation de fumarate et active les voies de signalisation du facteur de transcription inductible par l’hypoxie (HIF) et des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Néanmoins, aucune mutation du gène FH n’a été rapportée dans les cas de PRCC2 sporadiques. Le projet de recherche porte sur la caractérisation moléculaire des PRCC2 héréditaires et sporadiques. Notre analyse du transcriptome a identifié des différences entre les signatures moléculaires des PRCC2 héréditaires et sporadiques. Cependant, l’étude d’immunohistochimie n'a pas révélé de biomarqueurs potentiels. Les analyses bio-informatiques de profils d’expression génique ont révélé que les tumeurs PRCC2 héréditaires et sporadiques partagent une dérégulation de la voie principale NRF2/KEAP1. Il a été montré que la surexpression de AKR1B10 (Aldo-Keto Reductase Family 1 Membre B10) est la conséquence directe de l’activation de l'élément de réponse antioxydant (ARE). Finalement, nous avons établi un nouveau modèle in vitro de lignée cellulaire, NCCFH1 (FH-/-), issue d’un patient HLRCC. NCCFH1 représente une plateforme idéale pour les études fonctionnelles, métaboliques et thérapeutiques. Bortézomib pourrait être la meilleure alternative thérapeutique pour les patients avec PRCC2. / Papillary Renal Cell Carcinoma type 2 (PRCC2) is known to be a very aggressive type of kidney cancer with a high metastatic potential, poor outcome and absence of effective therapy. Hereditary form of PRCC2 is associated with rare hereditary leiomyomatosis and renal cell carcinoma (HLRCC). HLRCC is characterized by germline heterozygous mutations in the Fumarate Hydratase (FH) gene that encodes an enzyme of the Krebs cycle, Fumarase. It has been shown that the accumulation of fumarate induces activation of Hypoxia Inducible Factor (HIF) and ROS (Reactive Oxygen Species) pathways. Nevertheless, no FH gene mutation has been reported in sporadic PRCC2 tumors. The goal of this study is to better characterize hereditary and sporadic PRCC2. Our transcriptome analysis identified the set of genes that are differentially expressed between the two types of PRCC2. Subsequent immunohistochemistry screening did not reveal any potential diagnostics biomarkers. Further, the comprehensive computational analysis of gene profiling data revealed that hereditary and sporadic PRCC2 share the similar molecular signature with NRF2-KEAP1 axis deregulation as one of the major pathway in both forms. We demonstrated that over expression of Aldo-keto reductase family 1 member B10 (AKR1B10) is the direct consequence of the antioxidant response element (ARE) activation shared in hereditary and sporadic tumors. Finally, we have established FH-deficient cell line (NCCFH1) a new preclinical model of hereditary PRCC2. It presents the perfect platform for studying the metabolic features and testing new therapies for hereditary PRCC2, while bortezomib appears to be a potential efficient therapeutic option.

L’adénocarcinome pancréatique (AP) connaît une forte augmentation d’incidence, qui en fait la quatrième cause de mortalité par cancer avec un pronostic extrêmement sombre, moins de 5% des patients étant en vie à 5 ans. De nombreuses avancées dans la compréhension de l’oncogénèse pancréatique notamment sur les aspects génétiques, immunitaires et sur les interactions cellulaires du stroma tumoral ont permis d’envisager le développement de nouvelles stratégies de traitement. Cependant malgré des résultats pré-cliniques très encourageants aucune de ces stratégies n’a encore permis l’émergence d’un traitement plus efficace que la chimiothérapie standard. Ce travail de thèse a abordé 2 approches thérapeutiques innovantes distinctes mais potentiellement complémentaires dans le traitement de l’adénocarcinome pancréatique en étudiant in vitro (cultures cellulaire 2D et 3D) et in vivo (modèles ectopiques et orthotopiques) les effets sur la croissance tumorale de l’inhibition d’un acteur important du stress oxydant (la voie Nrf2) d’une part, de la combinaison d’une chimiothérapie liposomale et d’un agent physique, la cavitation ultrasonore, d’autre part. La cavitation ultrasonore est un effet mécanique des ultrasons permettant d’augmenter l’internalisation de molécules ou de gènes dans les cellules. Dans cette thèse, la faisabilité et l'efficacité de la combinaison d’une chimiothérapie liposomale ciblée par la cavitation ultrasonore a été évaluée dans des modèles murins orthotopiques d’AP. Un système de délivrance d’ultrasons a été adapté afin d’appliquer une cavitation inertielle focalisée sur des xénogreffes d’AP créées après l'injection de doxorubicine liposomale (L-DOX) selon une étude pharmacocinétique préliminaire réalisée dans un modèle murin. La L-DOX, conçue à base de phospholipides non saturés de dioleoylphosphatidyléthanolamine, connue pour être stable dans la circulation sanguine, a été choisie afin de maximiser son accumulation et le relargage du principe actif lors de la délivrance des ultrasons. Nous montrons que l’association de la L-DOX à la cavitation inertielle permet de réduire in vivo le volume tumoral dans un modèle orthotopique d’AP chez la souris nude. La cavitation inertielle peut donc augmenter l'effet antitumoral des liposomes porteurs de chimiothérapie avec un effet mécanique minimal sur le tissu environnant la tumeur.Des études récentes suggèrent que Nrf2 est une cible de choix pour vaincre la chimiorésistance de l’AP. Des méthodes in vitro et in vivo ont été utilisées afin d’examiner l'effet du brusatol associé à des agents chimiothérapeutiques de référence sur la mort cellulaire et son impact sur le stress oxydant. Nous montrons que l’inhibition de la voie Nrf2 par le brusatol, un composé naturel issu de Fructus Bruceae, potentialise les effets de la chimiothérapie et permet l’inhibition de la croissance tumorale in vitro sur des lignées cellulaires d’AP cultivées en 2D et 3D. Cette inhibition s’accompagne d’une modulation du stress oxydant dont témoignent l’augmentation des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et la diminution du glutathion (GSH). In vivo, la combinaison du brusatol et de l'oxaliplatine a réduit le volume tumoral dans deux modèles murins de xénogreffe d’AP. Ces résultats suggèrent l'efficacité du brusatol pour lutter contre la chimiorésistance et renforce l’hypothèse d’un rôle clinique potentiel de l’inhibition de Nrf2 comme adjuvant à la chimiothérapie dans l’AP. Un travail clinique a également été mené en parallèle sur une modalité de traitement physique innovante, la radiofréquence endobiliaire, dans la prise en charge endoscopique de l’ampullome vatérien, tumeur rare à la croisée entre le tube digestif et le système biliopancréatique. Les résultats de cette étude prospective multicentrique seront également présentés dans cette thèse. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) has increased in incidence over the past decade, leading it to be the fourth lethal cause of cancer in the world with a very poor prognosis, since less than 5% of patients are alive at 5 years. Many advances in the understanding of pancreatic tumorigenesis, notably on the genetic, immune and cellular stroma interactions of the tumor, have led to the development of new treatment strategies in the last decade. However, despite very encouraging pre-clinical results, none of these strategies has yet led to the emergence of a truly effective treatment in comparison with standard chemotherapy. This thesis focused on two innovative therapeutic modalities in the treatment of PDAC at a preclinical stage by studying in vitro (2D and 3D cell cultures) and in vivo (ectopic, orthotopic xenografts) the effects on the tumor growth of an inhibitor of the Nrf2 pathway (involved in oxidative stress), on the first hand, and of a physical element, ultrasound cavitation associated with liposomal chemotherapy, on the second hand. Ultrasound cavitation is a mechanical effect of ultrasound to increase the uptake of molecules or genes in cells. The feasibility and effectiveness of the combination of liposomal chemotherapy targeted by ultrasonic cavitation was evaluated in murin orthotopic models of PDAC. An ultrasound delivery system has been adapted to apply focused inertial cavitation to PDAC xenografts created after the injection of liposomal doxorubicin (L-DOX) according to a preliminary pharmacokinetic study carried out in the murine model. L-DOX, designed on unsaturated phospholipids of dioleoylphosphatidylethanolamine, was known to be stable in the bloodstream and to maximize its accumulation and release of the active drug during ultrasound delivery. This thesis shows that this therapeutic combination (L DOX and inertial cavitation) makes it possible to reduce the tumor volume in vivo in a nude mouse orthotopic model of PDAC. Inertial cavitation may be generated to increase the therapeutic effect of chemotherapybearing liposomes accumulated in the tumor with minimal mechanical effect on the surrounding tissue. Recent studies strongly suggest that Nrf2 is an ideal target against chemoresistance of PDAC. In vitro and in vivo methods were combined to examine the effect of brusatol associated with chemotherapeutic agents on cell death in addition to its impact on oxidative stress (reactive oxygen species and gluthation levels). This thesis demonstrates that the inhibition of the Nrf2 pathway via brusatol, a natural compound derived from Fructus Bruceae, potentiates the effects of chemotherapy and allows the inhibition of tumor growth in vitro on PDAC cell lines. This inhibition is accompanied by a modulation of oxidative stress by brusatol, with increasing ROS and decreasing GSH. In vivo, the combination of brusatol and oxaliplatin reduced tumor volume in two mouse models of PDAC xenograft. These results suggest the efficacy of using brusatol to combat chemoresistance and reinforce the idea that brusatol could be developed as an adjuvant to chemotherapy in PA. Clinical work was also carried out in parallel on an innovative physical treatment modality, endobiliary radiofrequency, in the management of adenoma of the ampoule of Vater, a rare tumor located between the digestive and the bilio-pancreatic systems. The results of this work will also be presented in this thesis.

Das 1817 erstmals schriftlich erwähnte Selen galt lange Zeit nur als toxisch und sogar als procancerogen, bis es 1957 von Schwarz und Foltz als essentielles Spurenelement erkannt wurde, dessen biologische Funktionen in Säugern durch Selenoproteine vermittelt werden. Die Familie der Glutathionperoxidasen nimmt hierbei eine wichtige Stellung ein. Für diese sind konkrete Funktionen und die dazugehörigen molekularen Mechanismen, welche über die von ihnen katalysierte Hydroperoxidreduktion und damit verbundene antioxidative Kapazität hinausgehen, bislang nur unzureichend beschrieben worden. <br><br> Die Funktion der gastrointestinalen Glutathionperoxidase (GI-GPx) wird als Barriere gegen eine Hydroperoxidabsorption im Gastrointestinaltrakt definiert. Neuen Erkenntnissen zufolge wird die GI-GPx aber auch in verschiedenen Tumoren verstärkt exprimiert, was weitere, bis dato unbekannte, Funktionen dieses Enzymes wahrscheinlich macht.<br> Um mögliche neue Funktionen der GI-GPx, vor allem während der Cancerogenese, abzuleiten, wurde hier die transkriptionale Regulation der GI-GPx detaillierter untersucht. Die Sequenzanalyse des humanen GI-GPx-Promotors ergab das Vorhandensein von zwei möglichen "antioxidant response elements" (ARE), bei welchen es sich um Erkennungssequenzen des Transkriptionsfaktors Nrf2 handelt. Die meisten der bekannten Nrf2-Zielgene gehören in die Gruppe der Phase-II-Enzyme und verfügen über antioxidative und/oder detoxifizierende Eigenschaften. Sowohl auf Promotorebene als auch auf mRNA- und Proteinebene konnte die Expression der GI-GPx durch typische, in der Nahrung enthaltene, Nrf2-Aktivatoren wie z.B. Sulforaphan oder Curcumin induziert werden. Eine direkte Beteiligung von Nrf2 wurde durch Cotransfektion von Nrf2 selbst bzw. von Keap1, das Nrf2 im Cytoplasma festhält, demonstriert. Somit konnte die GI-GPx eindeutig als Nrf2-Zielgen identifiziert werden. Ob sich die GI-GPx in die Gruppe der antiinflammatorischen und anticancerogenen Phase-II-Enzyme einordnen lässt, bleibt noch zu untersuchen. <br><br> Die Phospholipidhydroperoxid Glutathionperoxidase (PHGPx) nimmt aufgrund ihres breiten Substratspektrums, ihrer hohen Lipophilie und ihrer Fähigkeit, Thiole zu modifizieren, eine Sonderstellung innerhalb der Familie der Glutathionperoxidasen ein. Mit Hilfe eines PHGPx-überexprimierenden Zellmodells wurden deshalb Beeinflussungen des zellulären Redoxstatus und daraus resultierende Veränderungen in der Aktivität redoxsensitiver Transkriptionsfaktorsysteme und in der Expression atheroskleroserelevanter Adhäsionsmoleküle untersucht. Als Transkriptionsfaktoren wurden NF-kB und Nrf2 ausgewählt. Die Bindung von NF-kB an sein entsprechendes responsives Element in der DNA erfordert das Vorhandensein freier Thiole, wohingegen Nrf2 durch Thiolmodifikation von Keap1 freigesetzt wird und in den Kern transloziert. Eine erhöhte Aktivität der PHGPx resultierte in einer Erhöhung des Verhältnisses von GSH zu GSSG, andererseits aber in einer verminderten Markierbarkeit freier Proteinthiole. PHGPx-Überexpression reduzierte die IL-1-induzierte NF-kB-Aktivität, die sich in einer verminderten NF-kB-DNA-Bindefähigkeit und Transaktivierungsaktivität ausdrückte. Auch war die Proliferationsrate der Zellen vermindert. Die Expression des NF-kB-regulierten vaskulären Zelladhäsionsmoleküls, VCAM-1, war ebenfalls deutlich verringert. Umgekehrt war in PHGPx-überexprimierenden Zellen eine erhöhte Nrf2-Aktivität und Expression der Nrf2-abhängigen Hämoxygenase-1 zu verzeichnen. Letzte kann für die meisten der beobachteten Effekte verantwortlich gemacht werden.<br><br> Die hier dargestellten Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Modifizierung von Proteinthiolen als wichtige Determinante für die Regulation der Expression und Funktion von Glutathionperoxidasen angesehen werden kann. Entgegen früheren Vermutungen, welche oxidative Vorgänge generell mit pathologischen Veränderungen assoziierten, scheint ein moderater oxidativer Stress, bedingt durch eine transiente Thiolmodifikation, durchaus günstige Auswirkungen zu haben, da, wie hier dargelegt, verschiedene, miteinander interagierende, cytoprotektive Mechanismen ausgelöst werden. Hieran wird deutlich, dass sich "antioxidative Wirkung" oder "oxidativer Stress" keineswegs nur auf "gute" oder "schlechte" Vorgänge beschränken lassen, sondern im Zusammenhang mit den beeinflussten (patho)physiologischen Prozessen und dem Ausmaß der "Störung" des physiologischen Redoxgleichgewichtes betrachtet werden müssen. / Selenium was discovered in 1817 by the Swedish chemist Berzelius and was for a long time considered as being toxic and even procarcinogenic. In 1957, however, Schwarz and Foltz realized that selenium is an essential trace element which elicits its biological functions in mammals as a structural component of selenoproteins among which the family of glutathione peroxidases plays a dominant role. Glutathione peroxidases reduce hydroperoxides to the corresponding alcohols and contribute to the antioxidative capacity of a cell. However, other functions of glutathione peroxidases and the according molecular mechanisms have hardly been described.>br><br> The gastrointestinal glutathione peroxidase (GI-GPx) is believed to build a barrier against the absorption of foodborne hydroperoxides. In addition, GI-GPx expression is increased in different tumors. This indicates further, still unknown, functions of this enzyme.<br> In order to elucidate new possible functions of GI-GPx, especially during carcinogenesis, the transcriptional regulation of GI-GPx was analyzed in more detail. An analysis of the GI-GPx promoter sequence revealed the presence of two putative "antioxidant response elements" (ARE) which are recognition sites for the transcription factor Nrf2. Most of the known Nrf2 target genes either belong to the group of phase-II detoxification enzymes or possess antioxidative and/or detoxifying properties. On promoter level as well as on mRNA- and protein level the expression of GI-GPx was induced by typical Nrf2-activating compounds such as sulforaphane or curcumin that are contained in the diet. A direct involvement of Nrf2 was demonstrated by cotransfection of Nrf2 itself or by cotransfection of Keap1 which retains Nrf2 in the cytosol. Thus, the GI-GPx gene was unequivocally identified as a new target for Nrf2. Whether GI-GPx also belongs in the category of antiinflammatory and anticarcinogenic enzymes remains to be elucidated.<br><br> The phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPx) is exceptional among the glutathione peroxidases because of its broad range of substrates, its high lipophilicity, and its ability to modify protein thiols. With PHGPx-overexpressing cells, the influence of PHGPx on the cellular redox state and on resulting changes in the activity of redox-sensitive transcription factors and on the expression of proatherogenic adhesion molecules was analyzed. For this, the redox-sensitive transcription factors NF-kB and Nrf2 were chosen. NF-kB requires free thiols for being able to bind to its responsive element within the DNA, whereas Nrf2 is released from Keap1 and translocates to the nucleus upon a modification of protein thiols. PHGPx-overexpression resulted in an increase in the ratio of GSH to GSSG, in a reduced amount of intracellular protein thiols, and in a diminished proliferation rate. Furthermore, PHGPx-overexpressing cells displayed a reduced IL-1-dependent NF-kB activity as was assessed by a reduced NF-kB DNA-binding ability and activity of a NF-kB-driven reporter gene. In addition, the expression of the NF-kB-dependent vascular cell adhesion molecule (VCAM-1) was also inhibited by overexpression of PHGPx. On the other hand, PHGPx-overexpressing cells displayed an increased activity of Nrf2 that was accompanied by an increased expression of the Nrf2-dependent heme oxygenase-1. Heme oxygenase-1 most likely is responsible for most of the aforementioned effects.<br><br> The data presented here show that a modification of protein thiols can be regarded as an important determinant for the regulation and for the functions of glutathione peroxidases. In contrast to the previous assumption that oxidative processes are always linked to pathologic changes, a moderate oxidative stress seems to have beneficial effects, because it triggers different cytoprotective mechanisms. It can be concluded that the terms "antioxidative effect" or "oxidative stress" cannot simply be restricted to "good" or "bad" processes, but need to be seen in context with the modulated (patho)physiological processes and the degree of "disturbance" of the physiologic redox balance.

L’intoxication tabagique, source d’oxydants, est un facteur de risque important de développement de l’emphysème pulmonaire et du pneumothorax spontané primitif. Les macrophages alvéolaires contribuent pour une large part à l’inflammation pulmonaire au cours de ces pathologies en produisant des métalloprotéases et des espèces réactives de l’oxygène à l’origine du déséquilibre des balances protéase/anti-protéase et oxydant/antioxydant. L'hème oxygénase-1 (HO-1), exprimée principalement par les macrophages, est une enzyme clé des défenses anti-oxydantes pulmonaires. Nous avons initialement étudié l’expression et la localisation cellulaire de l’HO-1 et de ses régulateurs potentiels (Nrf2, Keap1, Bach1 et HIF-1a) dans les macrophages alvéolaires au cours de l’emphysème pulmonaire post-tabagique et du pneumothorax spontané primitif. Les voies de régulation de l’expression de ces protéines ont été analysées in vitro sur des macrophages dérivés de la lignée THP-1 exposés ou non au condensat de fumée de cigarette et à l’hypoxieréoxygénation visant à mimer une partie des effets de l’atélectasie-réexpansion observée lors de la prise en charge thérapeutique des pneumothorax récidivants. Les travaux présentés dans cette thèse nous ont permis de mettre en évidence une altération de l’expression de la voie Nrf2/Keap1-Bach1 associée à une diminution de l’expression des enzymes anti-oxydantes, dont l’HO-1, dans les macrophages alvéolaires au cours de l’emphysème pulmonaire sévère post-tabagique, malgré un stress oxydant important. In vitro, ces altérations pourraient être liées à une activation spécifique des MAPKinases ERK1/2 et JNK par le condensat de fumée de cigarette. Nous avons également montré que la stimulation du système de l’HO-1 était probablement orchestrée par la voie du facteur HIF-1a, et non par celle de Nrf2, dans les macrophages alvéolaires au cours du pneumothorax spontané primitif récidivant du sujet fumeur. Ces résultats pourraient contribuer à une meilleure connaissance de la physiopathologie de l’emphysème pulmonaire et permettre d’envisager de nouvelles approches thérapeutiques basées sur la préservation et/ou la restauration de l’équilibre Nrf2/Keap1-Bach1. Nos travaux suggèrent également que la physiopathologie du pneumothorax spontané primitif est différente chez les patients fumeurs et non fumeurs. Le pneumothorax du sujet fumeur est associé à un stress oxydant pulmonaire et à une induction de l’HO-1 probablement orchestrée par HIF-1a. Ces résultats, confirmés in vitro, mettent en évidence une interaction potentielle entre le stress oxydant et l’hypoxie-réoxygénation / Chronic cigarette smoking, a source of oxidants, is an important risk factor for lung emphysema and primary spontaneous pneumothorax development. Alveolar macrophages are mainly involved in lung inflammation observed in these pathologies through the production of metalloproteases and reactive oxygen species resulting to protease/anti-protease and oxidant/anti-oxidant imbalances. Heme oxygenase-1 (HO-1), mainly expressed in macrophages, is a key enzyme in pulmonary anti-oxidant defences. Therefore, the first aim of our studies was to investigate the expression and cellular localisation of HO-1 and its potential regulators (Nrf2, Keap1, Bach1 and HIF-1a) in alveolar macrophages from smoking related lung emphysema and primary spontaneous pneumothorax. Regulation pathways involved in expression of these proteins were assessed in vitro in macrophage cell line THP-1 exposed or not to cigarette smoke condensate and with or without hypoxia-reoxygenation mimicking parts of events induced by atelectasia-reexpansion during recurrent pneumothorax constitution and treatment. In these studies, we showed an altered expression of Nrf2/Keap1- Bach1 pathway associated with a reduced expression of anti-oxidants enzymes, like HO-1, in alveolar macrophages from smoking related lung emphysema patients, despite an important oxidative stress. These alterations might be related to cigarette smoke condensate activated ERK1/2 and JNK MAPKinases as observed in THP-1 cells. Furthermore, we showed that HO- 1 system induction was mediated by HIF-1a instead of Nrf2 pathway in alveolar macrophages from smoking related recurrent primary spontaneous pneumothorax. These findings may contribute to a better knowledge of the pathophysiology of lung emphysema and could provide new therapeutic approaches based on preservation and/or restoration of Nrf2/Keap1-Bach1 equilibrium. Our results also suggest that the pathophysiology of primary spontaneous pneumothorax could be different in smokers and non smokers. Spontaneous pneumothorax in smokers is associated with lung oxidative stress and the orchestrated induction of HO-1 probably via HIF-1a. These results provide a new link between oxidative stress and hypoxia/reoxygenation

Résumé : Depuis l'interdiction en 2013 des tests sur les animaux par le Règlement cosmétique n°1223/2009, différentes méthodes in vitro ont été développées. Toutefois, selon un consensus scientifique, aucune méthode ne peut couvrir à elle seule l’ensemble des événements clés (KE) définis pour la sensibilisation cutanée.Après un état de l’art des méthodes alternatives relatives à la sensibilisation cutanée, nous avons sélectionné et comparé 3 tests pour ensuite déterminer la meilleure stratégie à suivre. Dans le but de proposer un nouveau test intégré, nous avons adressé l’ensemble des KEs au sein d’un même type cellulaire. La cellule dendritique (DC) jouant un rôle clé dans le développement de la dermatite de contact allergique (DCA), notre choix s’est porté sur la lignée humaine pro-monocytaire THP-1. Nous avons étudié comme événements initiaux (KE1) les formes réactives à l’oxygène (FRO) et le glutathion (GSH), la voie Nrf2-Keap1 (voie centrale de détoxication) et l’expression génique pour le KE2, ainsi que les modifications phénotypiques pour le KE3.Nous avons montré que les allergisants forts induisent une production précoce des FRO associée à une réduction du GSH. Ils activent également la voie Nrf2-Keap1 et induisent l’expression des marqueurs de surface cellulaire CD54 et CD86, ainsi qu’une production de cytokines spécifiques (IL-8, IL-18,...).Pour conclure, ce travail a permis de proposer un test intégrant l’ensemble des mesures biologiques comme différents KE au sein d’un même type cellulaire. / Abstract : Since the animal testing ban in 2013 by Cosmetics Regulation n°1223/2009, various in vitro methods have been developed. However, according to a scientific consensus, no single method can stand-alone to cover the different key events (KE) defined for skin sensitization.After a state of the art of alternative methods relating to skin sensitization, we selected and compared 3 tests to determine the best strategy to follow. In order to propose a new integrated test, we wanted to address all KE within the same cell line. Because dendritic cell (DC) plays a key role in the development of allergic contact dermatitis (ACD), we have chosen the pro-monocytic human line THP-1. We have studied as initial events (KE1), reactive oxygen species (ROS) and glutathione (GSH), Nrf2-Keap1 pathway (central detoxification pathway) and gene expression for KE2 as well as phenotypic modifications for KE3.We have shown that strong allergens are correlated with early production of FRO associated with GSH reduction. They also activate the Nrf2-Keap1 pathway and induce the expression of CD54 and CD86 cell surface markers as well as production of specific cytokines (IL-8, IL-18, etc.).To conclude, this work propose a new assay integrating all the biological measures as different KEs within the same cell.

Les macrophages (MΦ), des cellules clefs de la réponse immunitaire peuvent répondre à des contaminants environnementaux comme les particules diesel (DEP), des polluants atmosphériques récemment classés cancérigènes pour l'Homme. Les MΦ sont des cellules hétérogènes et plastiques qui s'activent en fonction de leur microenvironnement soit en MΦ M1 (dits classiquement activés ou pro-inflammatoires) sous l'effet de l'INFγ et du LPS soit en MΦ M2 (dits alternativement activés ou réparateurs) sous l'effet de l'IL-4 et/ou de l'IL-13. Les effets des DEP sur la polarisation M1/M2 des MΦ restent peu documentés. Nous avons dans un premier temps caractérisé l'expression des marqueurs des MΦ différenciés in vitro en présence de M-CSF à partir de monocytes humains et polarisés en sous-type M1 ou M2. Nos principaux résultats montrent que les MΦ différenciés au M-CSF considérés comme des MΦ anti-inflammatoires, sont en réalité capables de s'activer vers un phénotype M1 après une stimulation au LPS/IFNγ. De plus, les marqueurs mis en évidence au cours de ce travail ont permis d'évaluer l'impact d'extraits organiques de DEP (DEPe) sur la polarisation des MΦ et plus généralement sur leur physiologie. Les DEPe altèrent l'expression de certains marqueurs M1 et M2 des MΦ, sans toutefois provoquer d'inhibition globale des processus de polarisation M1 et M2 ou de transition d'un phénotype vers un autre. Cette altération du phénotype est associée à une diminution de la réponse inflammatoire LPS-dépendante dans les MΦ M1 et des capacités chimiotactiques des MΦ M2. Les DEPe diminuent la sécrétion de certaines cytokines et chimiokines comme l'IL-6, l'IL-12p40 et le CCL18 via l'activation d'AhR et/ou de Nrf2. Parallèlement, nous montrons que les MΦ M1 et M2 exposés aux DEPe sécrètent le platelet deried growth factor B (PDGF-B), un facteur de croissance profibrosant, via l'activation d'AhR en quantité suffisante pour stimuler la prolifération de fibroblastes pulmonaires. Au total, ces travaux démontrent que les DEP possèdent des propriétés immunotoxiques vis-à-vis de la physiologie des macrophages humains polarisés in vitro. Cette immunotoxicité pourrait participer aux effets délétères de ces contaminants environnementaux urbains sur la santé humaine. / Macrophages (MΦ), well-known to play a key role in immune response, also respond to environmental toxic chemicals such as diesel exhaust particles (DEP), an air pollutant recently classified as carcinogenic to humans. MΦ are heterogeneous and plastic cells which activate according to their microenvironment into either an M1 subtype (so called classically activated or pro-inflammatory) under IFNγ and LPS stimulation or an M2 subtype (so called alternatively activated or anti-inflammatory) under IL-4 and/or IL-13 stimulation. However, potential effects of DEPs on M1/M2 MΦ polarization remain poorly documented. First, we characterized the expression marker of in vitro M-CSF-differentiated MΦ from human monocytes and activated into the M1 or M2 subtypes. Our main results show that M-CSF-generated MΦ considered as anti-inflammatory are actually able to switch to an M1 phenotype after IFNγ/LPS stimulation. Furthermore, the markers identified in this study were used to assess the impact of organic extracts of DEP (DEPe) on MΦ polarization and more generally on their physiology. DEPe alter some M1 and M2 markers expressed by polarized MΦ, without causing the overall inhibition of the M1 and M2 polarization process or the switch to a different phenotype. This phenotype alteration is associated with a decrease in the LPS-dependent inflammatory response in M1 MΦ and the chemotactic capacities in M2 MΦ. DEPe decrease the secretion of some cytokines and chemokines such as IL-6, IL-12p40 and CCL18 via AhR and/or Nrf2 activation. At the same time, we show that M1 and M2 MΦ in response to DEPe are able to secrete a sufficient level of a pro-fibrotic growth factor, the platelet derived growth factor B (PDGF-B) via AhR activation, leading to stimulation of lung fibroblast proliferation. Finally, these works show that DEPe have immunotoxic properties with regards to the physiology of human in vitro polarized MΦ. This immunotoxicity may then contribute to the deleterious effects of these urban environmental contaminants on human health.