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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.

目錄…………………………………………………………………………I 圖目錄……………………………………………………………………IV 表目錄……………………………………………………………………VI 縮寫表……………………………………………………………………VII 謝誌………………………………………………………………………IX 中文摘要…………………………………………………………………XI 英文摘要…………………………………………………………………XIII 第壹章、前言………………………………………………………………1 第貳章、文獻探討…………………………………………………………3 第2-1節 紫外線…………………………………………………….…..4 2-1-1. 紫外線……………………………………………………….4 2-1-2. 紫外線的分類……………………………………………….5 2-1-3. 紫外線對人體健康的益處………………………………….6 2-1-4. 紫外線對人體的傷害……………………………………….7 第2-2節 自由基…………………………………………………………8 2-2-1. 自由基的介紹……………………………………………….8 2-2-2. 自由基的來源……………………………………………….8 2-2-3. 紫外線與自由基…………………………………………….9 2-2-4. 自由基種類………………………………………………….9 第2-3節 抗氧化酵素訊息的傳遞路徑………………………………..12 2-3-1. Nf2…………………………………………………………..12 2-3-2. Keap1………………………………………………………..12 2-3-3. ARE………………………………………………………….13 2-3-4. Nrf2的活化機制…………………………………………….14 第2-4節 細胞抗氧化的防禦系統……………………………………17 2-4-1. 酵素型抗氧化防禦系統…………………………………..18 2-4-2. 非酵素型抗氧化防禦系統………………………………...24 第參章、研究動機與實驗設計架構圖……………………………………...25 第3-1節 硏究動機……………………………………………………..26 第3-2節 實驗設計架構………………………………………………..27 第肆章、實驗材料與方法……………………… …………………………28 第4-1節 實驗材料……………………………………………………...29 第4-2節 實驗儀器……………………………………………………...32 第4-3節 實驗方法……………………………………………………...33 4-3-1. 細胞培養…………………………………………………...33 4-3-2. 存活率試驗………………………………………………...36 4-3-3. ROS產量測定………………………………………………38 4-3-4. 細胞毒性的測定…………………………………………...40 4-3-5. Comet assay彗星試驗………………………………………41 4-3-6. 細胞GSH含量測定………………………………………..44 4-3-7. 細胞凋亡試驗……………………………………………...46 4-3-8. 細胞總蛋白質萃取………………………………………...48 4-3-9. 細胞核與細胞質之蛋白質萃取…………………………...49 4-3-10. 蛋白質定量……………………………………………….51 4-3-11. 西方墨點分析…………………………………………….52 4-3-12. 免疫螢光染色…………………………………………….56 4-3-13. 轉染作用………………………………………………….58 4-3-14. 冷光酵素報導基因分析………………………………….60 4-3-15. RNA干擾…………………………………………………62 4-3-16. 統計分析………………………………………………….64 第伍章、實驗結果與圖表…………………………………………………65 第5-1節 ERG對HaCaT細胞的抗光氧化能力………………………66 5-1-1. ERG以及UVA對HaCaT細胞的細胞毒性影響…………66 5-1-2. ERG對UVA誘導活性氧物種含量之影響………………..66 5-1-3. ERG對UVA誘導的細胞膜損傷之影響…………………..67 5-1-4. ERG對UVA誘導的DNA損傷之影響……………………67 5-1-5. ERG對UVA所誘導之氧化傷害的影響…………………..68 5-1-6. ERG對UVA引發之細胞凋亡的影響……………………..68 第5-2節 ERG誘導之抗氧化系統的機制探討………………………..79 5-2-1. ERG對抗氧化酵素的影響…………………………………79 5-2-2. ERG活化Nrf2路徑探討……………………………………80 5-2-3. ERG影響Nrf2入核的表現………………………………..80 5-2-4. ERG對抗氧化酵素轉錄的影響……………………………81 5-2-5. 以siNrf2探討ERG的保護機制和Nrf2之間的關係……81 第陸章、討論………………………………………………………………95 第6-1節 ERG對於UVA刺激HaCaT細胞造成的細胞損傷之影響..97 第6-2節 ERG對抗氧化基因的表現之影響………………………….97 第6-3節 ERG與UVA影響Nrf2-Keap1 pathway……………………98 第6-4節 Nrf2對ERG所抑制UVA造成之光氧化傷害的影響……..98 第柒章、結論……………… …………………………………………..100 參考文獻 ………………….……………………………………………..102

L'Uranium (U) est un métal lourd radioactif dispersé dans l'environnement. Du fait de cette présence naturelle mais aussi de ses applications civiles et militaires, la population générale peut être exposée à l'U par ingestion d'eau de boisson ou d'aliments contaminés. Le système pro/anti-oxydant est un système de défense fréquemment impliqué lors d'une exposition aiguë à l'uranium. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle du système pro/anti-oxydant après contamination chronique à l'U dans le foie et les reins. Après contamination chronique de rats à différentes concentrations d'U, une accumulation dose dépendante de l'U dans les organes -jusqu'à 6 µg/g dans les reins- ainsi qu'une localisation préférentielle de l'U dans le noyau des cellules du tube contourné proximal sont observées. L'absence de néphrotoxicité observée, même à la plus forte concentration, pourrait s'expliquer par le renforcement du système anti-oxydant et notamment l'augmentation du taux de glutathion. L'étude des effets de la contamination à l'U chez un modèle déficient pour Nrf2, facteur de transcription cytoprotecteur impliqué dans la défense anti-oxydante, a mis en évidence une accumulation d'U plus importante chez les animaux Nrf2 -/-. Néanmoins, les effets biologiques de l'U sur le système pro/anti-oxydant ne semblent pas impliquer Nrf2. Par ailleurs, il existe une corrélation entre la localisation de l'U dans des cellules HepG2 en culture et les effets biologiques sur ce système après exposition à de faibles concentrations d'U. Ce radionucléide se localise dans les noyaux sous forme soluble et l'apparition de précipités est corrélée à la mise en place de mécanismes d'adaptation qui sont ensuite débordés au cours du temps et de la concentration, laissant apparaître une toxicité cellulaire. L'ensemble de ces résultats suggèrent que le renforcement du système anti-oxydant serait un mécanisme d'adaptation après exposition chronique à faible concentration d'U.

Endogenous brain compounds and xenobiotics, including the neurotoxins such as the amphetamine analogs 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA,Ecstasy), methamphetamine (METH, Speed) and methylenedioxyamphetamine (MDA, active metabolite of MDMA), may be bioactivated by prostaglandin H synthase (PHS) to free radicals that generate reactive oxygen species (ROS). In the absence of adequate antioxidant or repair mechanisms, ROS oxidize macromolecules such as DNA, protein and lipids, which can lead to toxicity. In vitro, we evaluated bioactivation using both purified ovine PHS-1 and cultured cells stably overexpressing either human PHS-1 or hPHS-2 isozymes. We found the neurotransmitter dopamine, its precursors and some metabolites, as well as METH and MDA, can be bioactivated by ovine and/or human PHS in an isozyme-dependent fashion that generates ROS, which oxidize DNA and protein and increase toxicity. This process is blocked by both the PHS inhibitor acetylsalicylic acid (ASA) and the ROS detoxifying enzyme catalase. Our data are the first to reveal isozyme-dependent bioactivation by PHS as a potential mechanism for enhanced susceptibility to both exogenous and endogenous neurotoxins, the latter of which may be particularly important in aging. METH-initiated ROS can also activate redox-sensitive transcription factors such as nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), which is involved in the induction of an array of protective mechanisms in both adult and fetal brain. Using Nrf2 knockout mice, we showed Nrf2 has a novel neuroprotective role in METH-initiated oxidative stress, neurotoxicity and functional deficits in both fetal development and adulthood, especially with multiple exposures allowing time for the induction of neuroprotective mechanisms. Our studies are the first to show that Nrf2 afforded protection against both motor coordination deficits and olfactory deficits caused by METH in utero and in adults, suggesting that deficiencies in Nrf2 activation constitute a risk factor for ROS-mediated neurotoxicity in the fetus and adult.

Endogenous brain compounds and xenobiotics, including the neurotoxins such as the amphetamine analogs 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA,Ecstasy), methamphetamine (METH, Speed) and methylenedioxyamphetamine (MDA, active metabolite of MDMA), may be bioactivated by prostaglandin H synthase (PHS) to free radicals that generate reactive oxygen species (ROS). In the absence of adequate antioxidant or repair mechanisms, ROS oxidize macromolecules such as DNA, protein and lipids, which can lead to toxicity. In vitro, we evaluated bioactivation using both purified ovine PHS-1 and cultured cells stably overexpressing either human PHS-1 or hPHS-2 isozymes. We found the neurotransmitter dopamine, its precursors and some metabolites, as well as METH and MDA, can be bioactivated by ovine and/or human PHS in an isozyme-dependent fashion that generates ROS, which oxidize DNA and protein and increase toxicity. This process is blocked by both the PHS inhibitor acetylsalicylic acid (ASA) and the ROS detoxifying enzyme catalase. Our data are the first to reveal isozyme-dependent bioactivation by PHS as a potential mechanism for enhanced susceptibility to both exogenous and endogenous neurotoxins, the latter of which may be particularly important in aging. METH-initiated ROS can also activate redox-sensitive transcription factors such as nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), which is involved in the induction of an array of protective mechanisms in both adult and fetal brain. Using Nrf2 knockout mice, we showed Nrf2 has a novel neuroprotective role in METH-initiated oxidative stress, neurotoxicity and functional deficits in both fetal development and adulthood, especially with multiple exposures allowing time for the induction of neuroprotective mechanisms. Our studies are the first to show that Nrf2 afforded protection against both motor coordination deficits and olfactory deficits caused by METH in utero and in adults, suggesting that deficiencies in Nrf2 activation constitute a risk factor for ROS-mediated neurotoxicity in the fetus and adult.

Lorsque les cellules normales évoluent vers un état néoplasique, elles acquièrent de nombreuses caractéristiques. Par exemple, ces cellules exhibent des voies métaboliques anormales et possèdent la capacité d’échapper à la destruction par les cellules de l’immunité, notamment en exploitant des points de contrôles immunitaires ou « immune checkpoints ». La molécule PD-L1 (Programmed Death-Ligand 1) appartient à la famille de protéines immuno-régulatrices B7 et a tout d’abord été décrite comme impliquée dans l’immuno-échappement tumoral suite à son interaction avec PD-1, récepteur exprimé à la surface des lymphocytes T. Associée à un mauvais pronostic, une expression aberrante de PD-L1 est retrouvée dans les hémopathies malignes ainsi que dans de multiples tumeurs solides. De manière intéressante, il a été montré que PD-L1 possède également des fonctions pro-tumorales intrinsèques. En effet, cette protéine joue un rôle dans la prolifération des cellules cancéreuses et leur résistance aux chimiothérapies, sans interagir avec PD-1. Toutefois, les mécanismes moléculaires modulés par PD-L1 et impliqués dans ces fonctions sont encore inconnus. Des voies métaboliques anormales ont été décrites comme pouvant contribuer à la croissance tumorale et la résistance aux thérapies. Ainsi, les objectifs de ma thèse ont été d’explorer le potentiel rôle de la protéine PD-L1 dans le métabolisme des cellules tumorales. En utilisant la méthode d’édition du génome avec les Zinc Finger Nucleases, nous avons invalidé le gène CD274 codant la protéine PD-L1 dans les cellules cancéreuses de sein MDA-MB-231 et investigué les fonctions métaboliques de cette molécule après surexpression dans ces mêmes cellules. Nous avons observé que PD-L1 induit un shift de la phosphorylation oxydative vers la glycolyse, correspondant à l’effet Warburg. Afin de valider cette reprogrammation métabolique, nous avons analysé le profil métabolique de ces cellules et mis en évidence une élévation des niveaux des intermédiaires de la glycolyse tels que le F-6-P, le F-1,6-P, le GAP, le DHAP, le PEP et le pyruvate dans la lignée surexprimant PD-L1, confirmant nos précédents résultats. D’autre part, et en accord avec nos observations quant à une augmentation de la production de ROS (Reactive Oxygen Species), nos données transcriptomiques suggèrent une répression de la voie de réponse au stress oxydatif NRF2 suite à l’expression de PD-L1 et notamment de ses gènes cibles tels que NQO2, GSTM3 et ABCC2. En outre, l’analyse in silico de bases de données de cohortes de patients atteints de cancer du sein a révélé une corrélation entre l’expression du gène PD-L1/CD274 et l’expression des gènes de la voie du stress oxydant (GSTM3 ; CYBB) ou des gènes codant les transporteurs de glucose (SLC2A1/GLUT1 ; SLC2A3/GLUT3), ces données supportant nos résultats obtenus in vitro. Par ailleurs, le glucose étant principalement utilisé par les cellules cancéreuses pour favoriser la biosynthèse de diverses biomolécules nécessaires à la prolifération cellulaire, ces résultats pourraient expliquer la tumorigénicité augmentée dans la lignée surexprimant PD-L1 lors des expériences de xénogreffe de cellules de cancer du sein humain chez des souris Nude. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse mettent en évidence de nouvelles fonctions intrinsèques de PD-L1 promouvant le développement tumoral, suggérant l’utilisation d’agents thérapeutiques inhibant ces mécanismes seraient prometteurs pour le traitement du cancer du sein. / Evolving to a neoplastic state, normal cells acquire many characteristics; indeed, tumor cells follow abnormal metabolic pathways and exhibit the ability to avoid immune destruction, partly by exploiting immune checkpoints. Many of these are currently under clinical investigation for new cancer treatments, notably the PD-1/PD-L1 axis.Programmed Death-Ligand 1 (PD-L1) molecule belongs to the B7 immunoregulatory proteins family and was originally described as mediating tumor immuno-escape through interaction with its receptor PD-1 on T cells. Associated with poor cancer outcome, aberrant PD-L1 expression has been observed in hematologic malignancies and in multiple solid tumor types. Actually, this protein has been shown to regulate tumor cell proliferation and resistance to chemotherapy through apoptosis inhibition, without interacting with PD-1. However, cellular mechanisms modulated by PD-L1 and involved in these functions are still unclear. Abnormal metabolic pathways are known for contributing to tumor growth and therapy resistance; therefore, the objective of my PhD thesis was to investigate the impact of PD-L1 in breast cancer cell metabolic reprogramming.Using genome editing, we knocked-out the CD274 gene encoding PD-L1 in breast cancer cell line MDA-MB-231 and investigated metabolic functions after PD-L1 overexpression in the same cells. We observed that PD-L1 induces a shift from oxidative phosphorylation to glycolysis, indicating this molecule promotes the Warburg effect in these tumor cells. To validate PD-L1 metabolic reprogramming, we performed metabolomic profiling that highlighted significantly increased levels of glycolysis intermediated such as F6P, F1,6P, GAP, DHAP, PEP and pyruvate in PD-L1-expressing cells, confirming our latter results. Moreover, in agreement with an increasing mitochondrial reactive oxygen species (ROS) production, transcriptomic study suggested that PD-L1 represses NRF2-mediated oxidative stress response pathway, especially NQO2, GSTM3 and ABCC2 genes. Furthermore, in silico analysis of breast cancer patients databases highlighted a correlation between PD-L1/CD274 gene and oxidative stress gene signature (GSTM3; CYBB) or glucose transporters genes (SLC2A1; SLC2A3) expressions, supporting our results. Besides, glucose is mostly used by cancer cells to favor biosynthesis of diverse biomolecules required for cellular proliferation; the above results could explain our human breast cancer cells xenograft experiments in Nude mice demonstrating that PD-L1 increases tumoreginicity.Thus, the work presented in this thesis evidences novel PD-L1 intrinsic tumor-promoting functions, suggesting that therapeutic agents inhibiting these mechanisms would be promising for breast cancer treatment.

Nuclear factor erythroid-2-related factor 1 (NRF1) and NRF2 are essential for maintaining redox homeostasis and coordinating cellular stress responses. They are highly homologous transcription factors that regulate the expression of genes bearing antioxidant-response elements (AREs). Genetic ablation of NRF1 or NRF2 results in vastly different phenotypic outcomes, implying that they play different roles and may be differentially regulated. Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1) is the main negative regulator of NRF2 and mediates ubiquitylation and degradation of NRF2 through its NRF2-ECH homology-like domain 2 (Neh2). Here, we report that KEAP1 binds to the Neh2-like (Neh2L) domain of NRF1 and stabilizes it. Consistently, NRF1 is more stable in KEAP1(+/+) than in KEAP1(-/-) isogenic cell lines, whereas NRF2 is dramatically stabilized in KEAP1(-/-) cells. Replacing NRF1's Neh2L domain with NRF2's Neh2 domain renders NRF1 sensitive to KEAP1-mediated degradation, indicating that the amino acids between the DLG and ETGE motifs, not just the motifs themselves, are essential for KEAP1-mediated degradation. Systematic site-directed mutagenesis identified the core amino acid residues required for KEAP1-mediated degradation and further indicated that the DLG and ETGE motifs with correct spacing are insufficient as a KEAP1 degron. Our results offer critical insights into our understanding of the differential regulation of NRF1 and NRF2 by KEAP1 and their different physiological roles.

Abstract Skin is the largest organ in our body protecting us from ultraviolet radiation and xenobiotics. UV-radiation is a common cause of squamocellular carcinoma and melanoma of the skin that cause morbidity and mortality world wide. Reactive oxygen species are constantly formed by, for example, cellular respiration and UV-radiation, and they can readily react with virtually any macromolecule within cell structures causing damage to DNA, proteins and lipids. Oxidative stress (OS) is a homeostatic process that is dysregulated in cancer cells to their benefit. Nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2) is the main regulator of antioxidant response and it has been shown to be upregulated in various cancers enabling their survival and growth. By using immunohistochemistry we studied the change and prognostic significance of OS markers in melanoma from paraffin embedded patient samples. Nrf2 expression is increased in melanoma, associating with deeper invasion and a worse melanoma-specific outcome. In addition, epithelial-to-mesenchymal transition markers Slug, Twist and Zeb1 showed altered expression levels in relation to invasion and metastasis associating also with Nrf2. With the help of target inhibition molecules Vemurafenib and MEK-inhibitor CI-1040, In vitro study showed that BRAF- and NRAS-mutations might activate Nrf2. Furthermore, Nrf2-regulated antioxidant enzyme peroxiredoxin I showed decreased expression in malignant melanomas and metastases compared to benign naevi. Intriguing findings were made from the surrounding structures of melanomas e.g. loss of expression of an oxidative lesion marker 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine in adjacent endothelial cells associated with worse melanoma-specific survival. Changes in the expression of adhesion molecules claudins 1-5 and 7 were studied in the progression of cutaneous squamous cell carcinomas and preneoplastic lesions. Change in claudin composition can alter epidermal permeability and cell polarity. Efficiency of oncological treatment modalities is frequently based on oxidative stress damage. Nrf2-inhibition could offer the means to increase the sensitivity of cancerous tissue to oxidative insults and hinder proliferative and survival signalling. Later research should focus on the relation of Nrf2 with other signalling and observations made from the tumour microenvironment. / Tiivistelmä Iho on elimistön suurin elin, ja se suojaa meitä auringon ultravioletti (UV)-säteilyltä ja muilta ulkoisilta tekijöiltä. UV-säteily on yhteinen etiologinen tekijä ihon levyepiteelikarsinoomalle ja melanoomalle, jotka aiheuttavat maailmanlaatuisesti paljon sairastavuutta ja kuolleisuutta. Reaktiivisia happiradikaaleja muodostuu esimerkiksi soluhengityksestä ja UV-säteilystä, ja ne voivat reagoida minkä tahansa makromolekyylin kanssa aiheuttaen vaurioita solun perimäainekseen, proteiineihin ja lipidirakenteisiin. Oksidatiivisen stressin (OS) säätely on tärkeä homeostaattinen prosessi, joka vinoutuu syöpäsolujen hyödyksi. Nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2) on antioksidanttivasteen pääsäätelytekijä, ja sen ilmentyminen on lisääntynyt useissa syövissä lisäten syöpäsolun selviytymistä ja kasvua. Tutkimme potilasaineiston ja immunohistokemian avulla OS:n merkkiaineiden muutoksia melanoomassa ja niiden merkitsevyyttä taudin ennusteelle. Nrf2:n ilmentyminen on lisääntynyt melanoomassa liittyen syvempään invaasioon ja huonompaan tautispesifiseen ennusteeseen. Lisäksi epiteliaali-mesenkymaalitransition merkkiaineiden, Slug, Twist ja Zeb1 ekspression muutoksia havaittiin syvyyskasvun ja metastasoinnin yhteydessä assosioituen myös Nrf2 ilmentymiseen. In vitro- tutkimus osoitti spesifisten inhibiittoreiden avulla, että BRAF- ja NRAS-mutaatiot saattavat aktivoida Nrf2 melanoomassa. Myös Nrf2:n säätelemän entsyymin peroksiredoksiini I:n ilmentyminen on vähentynyt melanoomassa ja metastaaseissa verrattuna hyvänlaatuisiin pigmenttiluomiin. Merkittäviä muutoksia havaittiin myös melanoomaa ympäröivistä rakenteista, esimerkiksi OS:n vauriomarkkerin 8-hydroksi-2’-deoksiguanosiinin vähentynyt ilmentyminen endoteelisoluissa liittyi huonompaan tautispesifiseen ennusteeseen. Lisäksi tutkimme soluväliliitosproteiinien klaudiinien 1–5 sekä 7 ilmentymistä levyepiteelikarsinoomissa ja niiden esiasteissa. Klaudiinien muutokset voivat vaikuttaa ihon permeabiliteettiin ja solujen polarisaatioon. Onkologisten hoitomuotojen teho perustuu usein happiradikaalien aiheuttamiin vaurioihin. Nrf2-inhibitio voisi tarjota keinon lisätä syöpäkudoksen herkkyyttä näille vaurioille sekä estää syöpäsolun selviytymissignalointia. Tulevat tutkimukset tulisivat keskittyä Nrf2 signaloinnin ja muun solusignaloinnin välisiin suhteisiin sekä havaintoihin kasvaimen mikroympäristön muutoksista.

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