Les ADAMs forment une sous-famille d'enzymes appelées "métalloprotéases". Elles sont impliquées dans de nombreux processus aussi bien physiologiques que pathologiques de par leur capacité à cliver un certain nombre de substrats tels que des facteurs de croissance, des cytokines ou des protéines d'adhérence. Malgré de nombreuses études sur l'activité des ADAMs, on ne connaît que très peu d'éléments de leur régulation.Les tétraspanines constituent une super-famille de protéines membranaires ayant en commun une structure particulière. Elles sont impliquées dans un grand nombre de processus biologiques fondamentaux tels que la migration, les interactions intercellulaires, la réponse immunitaire, la fusion des gamètes... Les tétraspanines interagissent non seulement entre elles mais aussi avec un certain nombre de partenaires protéiques à la membrane plasmique, formant ainsi un réseau multi-moléculaire appelé " réseau de tétraspanines " ou " tetraspanin web ". Les travaux précédents de notre laboratoire ont montré que la métalloprotéase ADAM10 est associée au réseau de tétraspanines. Cependant, la tétraspanine en association directe avec ADAM10 permettant à cette dernière d'être incluse dans le réseau n'avait jusqu'ici pas été identifiée.Tout d'abord, afin d'établir un modèle permettant une mesure de la modulation de l'activité d'ADAM10 par les tétraspanines, nous avons démontré que l'engagement des tétraspanines par des anticorps monoclonaux augmente le clivage d'E-cadhérine par ADAM10. De plus, l'activation d'un récepteur muscarinique à l'acétylcholine permet aussi une augmentation du clivage d'E-cadhérine mais de manière ADAM17-dépendante cette fois. La transactivation de l'EGFR n'est pas impliquée dans la régulation muscarinique du clivage de l'E-cadhérine alors que l'activation directe de l'EGFR par un de ses ligands conduit, elle, à une stimulation de ce clivage.Revenant à notre quête initiale des conséquences de l'interaction entre ADAM10 et les tétraspanines, nous avons démontré que la métalloprotéase ADAM10 interagit avec l'ensemble des membres de la sous-famille de tétraspanines à 8 cystéines " TspanC8 " regroupant Tspan5, Tspan17, Tspan14, Tspan15, Tspan10 et Tspan33. Ces interactions ainsi que l'expression relative de chacun des membres des TspanC8s influent sur la sortie d'ADAM10 du réticulum endoplasmique. ADAM10 et son interaction avec les TspanC8s sont conservées dans l'Evolution et jouent un rôle dans la régulation de la voie de signalisation Notch. Lorsque nous avons examiné plus en détail l'interaction entre la tétraspanine Tspan5 et ADAM10, nous avons découvert qu'elle avait un effet négatif sur les expressions membranaires et totales d'ADAM10. De plus, cette interaction semble impliquée dans la prolifération de la lignée cellulaire PC3 dérivée de cancer de la prostate. En effet, la surexpression de Tspan5 cause une croissance diminuée de cette lignée. Cette inhibition semble due à un ou plusieurs facteurs solubles qui pourraient être sécrétés moins efficacement par les cellules surexprimant Tspan5 que par leurs homologues sauvages. Egalement, de manière inattendue, les cellules PC3 surexprimant Tspan5 sont totalement insensibles aux drogues ciblant le récepteur à tyrosine-kinase EGFR alors que la croissance des PC3 sauvages est très réduite après de tels traitements. Ceci impliquant donc que la croissance de ces dernières est au moins partiellement dépendante de la signalisation EGFR. Enfin, nous montrons qu'un autre récepteur à tyrosine-kinase appelé EphA2 pourrait avoir un rôle important dans la régulation de la dépendance à la signalisation EGFR des cellules PC3.

La glomérulonéphrite mésangioproliférative (GNMP) se caractérise par une inflammation locale et la prolifération et l'apoptose des cellules mésangiales (CM). La protéine apparentée à l'hormone parathyroïdienne (PTHrP) a été impliquée dans ces processus dans divers types cellulaires. Nous avons analysé les effets de la PTHrP sur ces processus dans les CM. Nous montrons que la PTHrP majore la prolifération des CM par voie intracrine et diminue leur apoptose par voie paracrine. La PTHrP stimule les voies de l'AMPc/PKA et PI3-K/Akt conduisant à l'activation du NFkB et à la majoration de la cyclooxygénase-2 (Cox-2). La Cox-2 était responsable de la survie des CM par la PTHrP. Par ailleurs, l'IL-1beta et le TNF-alpha majorent l'expression de la PTHrP dans les CM, et la PTHrP elle-même induisait l'expression de cytokines et chimiokines. L'expression des cytokines (IL-17, IL-16), était brève (pic à 2h). L'expression des chimiokine (RANTES, MIP-2, TARC et I-TAC) était plus prolongée (4h). Dans un modèle murin de GNMP, la PTHrP était surexprimée à J1 dans les glomérules malades. Elle pourrait contribuer à l'inflammation locale, à la prolifération et à la survie des CM.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.

L'insuline, hormone clé du contrôle de l'homéostasie métabolique, exerce également des effets trophiques sur la croissance et la prolifération cellulaire. Des études épidémiologiques ont récemment montré que les individus obèses ou diabétiques de type 2 ont un risque plus élevé de développer des cancers et elles ont également suggéré que l’insuline jouerait un rôle dans ce développement tumoral. Ainsi, une signalisation adéquate en aval du récepteur de l’insuline est indispensable pour éviter des processus physiopathologiques. La signalisation de l’insuline est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle, dont l’adaptateur moléculaire Grb14 qui agit comme un inhibiteur endogène de l’activité catalytique du RI. L’objectif de ma thèse a été d’étudier les conséquences métaboliques et mitogéniques de l’inhibition de Grb14 in#vivo spécifiquement dans le foie de souris. Dans une première étude, nous montrons que sept jours après l’invalidation de Grb14, les souris présentent une activation des voies de signalisation de l’insuline, qui s’accompagne d’une amélioration de la tolérance au glucose et de la production hépatique de glucose. Cependant, de façon paradoxale, la voie de la lipogenèse est très fortement diminuée. En décryptant le mécanisme moléculaire impliqué, nous montrons que l’inhibition de Grb14 permet la libération de la protéine p62/sqstm1 qui active le facteur de transcription Nrf2, ce qui entraine une inhibition du récepteur nucléaire pro-lipogénique LXR. De façon intéressante, l’invalidation de Grb14 chez des souris ob/ob permet de restaurer la glycémie et la stéatose hépatiques à des valeurs comparables aux témoins. Cette étude a ainsi permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la lipogenèse hépatique. Dans une deuxième étude, nous nous sommes intéressés à l'action mitogénique de l'insuline. Nous montrons que 48 heures après l'inhibition de Grb14, les hépatocytes, qui sont des cellules quiescentes, entrent massivement dans le cycle cellulaire. Ce processus est dépendant de l’expression du RI et est médié par la signalisation PI3K/Akt/mTORC1 et la voie Rb/E2F1. Ces données révèlent ainsi que l'insuline est un puissant facteur mitogène dans le foie et que son action est étroitement contrôlée par l’adaptateur Grb14. D’un point de vue physiopathologique, nous avons pu mettre en évidence une diminution de significative de 58% de l’expression de Grb14 dans une collection de 70 CHC humains, apportant ainsi une explication moléculaire à une action pro-tumorigène de l’insuline dans le foie. L’ensemble de ces deux études permet de placer Grb14 au centre de la régulation des actions métaboliques et mitogéniques de l’insuline dans le foie. / Insulin is a key hormone controling metabolic homeostasis which also exerts having trophic effects on cell growth and proliferation. Epidemiological studies have recently shown that obese and type 2 diabetes patients are at higher risk of developing cancers, suggesting that insulin could be involved in tumor development. Proper signaling downstream the insulin receptor is thus essential to prevent pathophysiological processes. Insulin signaling is controlled by feedback mechanisms including the molecular adapter Grb14 which acts as an endogenous inhibitor of the IR catalytic activity. The aim of my PhD was to investigate the metabolic and mitogenic consequences of liver specific Grb14 inhibition in mouse. In the first study, we showed that after seven days of Grb14 invalidation, liver insulin signaling is enhanced, resulting in improved glucose tolerance and diminished hepatic glucose production. However, paradoxically, lipogenesis was greatly decreased. Deciphering the molecular mechanism, we show that Grb14 inhibition leads to the release of its partner p62/SQSTM1, inducing the activation of the Nrf2 transcription factor, which ultimatly inhibited the pro-lipogenic LXR nuclear receptor. Interestingly, Grb14 invalidation in ob/ob mice can restore blood glucose and hepatic steatosis comparable to control values. The study thus highlighted a new pathway controlling lipogenesis that could be targetted to improve metabolic diseases. In the second study, we were interested in insulin mitogenic action. We showed that 48 hours after Grb14 inhibition, hepatocytes that are quiescent cells, massively go through one cell cycle. This process depend on IR expression and is mediated by the PI3K/Akt/mTORC1 pathway and the Rb/E2F1 complex. Our data thus suggest that insulin is a potent mitogenic factor in the liver whose action is closely controlled by the Grb14 adapter in physiological conditions. Importantly, Grb14 expression is significantly decreased in a collection of human HCC, hence bringing out a molecular basis for a pro-tumorigenic action of hyperinsulinemia. Together these two studies reveal that Grb14 is a crucial gatekeeper of insulin metabolic and mitogenic actions in the liver.

Ce mémoire présente l’étude de certains effets pharmacologiques de nouveaux analogues synthétiques des cannabinoïdes. Un des objectifs de longue date des recherches sur les cannabinoïdes a été la découverte de puissants analogues synthétiques de substances naturelles, qui pourraient être développés comme médicaments. Cela nécessite, entre autres, qu’ils soient exempts d’effets psychotropes qui caractérisent l’usage récréatif du Cannabis. Le moteur derrière cet objectif a été la longue histoire de l’usage du Cannabis comme substance médicale, en particulier dans le traitement de la douleur et de l’inflammation. Parmi les nombreux effets pharmacologiques des cannabinoïdes, deux sont d’un grand intérêt thérapeutique : l’effet antiprolifératif sur les cellules tumorales et l’effet anti-angiogène. Dans ce mémoire, l’étude de ces deux effets a été réalisée sur des cultures cellulaires tumorales et endothéliales humaines. Les tests de prolifération sur les deux types de cellules n’ont pas montré de cytotoxicité. Ce qui a permis de poursuivre l’étude de l’effet anti-angiogène, et qui a mis fin à l’étude de l’effet anti-tumoral. L’inhibition de l’angiogénèse a été investiguée en réalisant des tests de recolonisation d’une zone dénudée dans une monocouche de cellules endothéliales et des tests de formation de microtubules sur matrice gélifiée. L’effet anti-angiogène n’a pas pu être évalué à cause de problèmes de contamination, néanmoins certaines molécules montrent un effet anti-migratoire. L’absence de cytotoxicité et l’analogie structurale avec le -tétrahydrocannabinol encourage à continuer l’investigation des effets pharmacologiques de ces nouvelles molécules synthétiques. Il serait aussi pertinent d’étudier, dans une thèse de doctorat, les mécanismes d’actions moléculaires par lesquels agissent ces molécules. / This thesis aims to assess the pharmacological effects of new synthetic cannabinoid analogs. A long-standing goal in cannabinoid research has been the discovery of potent synthetic analogs of the natural substances that might be developed as clinically useful drugs. This requires, among other things, that they be free of the psychotropic effects that characterize the recreational use of Cannabis. An important driving force for this goal is the long history of the use of Cannabis as a medicinal agent especially in the treatment of pain and inflammation. Among the many pharmacological effects of cannabinoids, two are of great therapeutic value: the anti-proliferative effect on tumor cells and anti-angiogenic effect. In this thesis, the study of these two effects has been conducted on tumoral and endothelial culture cell. The proliferation tests on both types of cells showed no cytotoxicity. This allowed further study of the anti-angiogenic effect, and ended the study of anti-tumoral effect. Inhibition of angiogenesis has been investigated by performing recolonization tests of a denuded area on endothelial cell monolayer and microtubules formation tests on gel matrix. This effect could not be evaluated because of contamination problems; however, some molecules show anti-migration effects. The absence of cytotoxicity and structural analogy with -tetrahydrocannabinol encourages the investigation in pharmacological effects of these new synthetic molecules. It would also be interesting to study in a doctoral thesis, the molecular mechanisms of action involved.

La prolifération cellulaire et la croissance tissulaire sont étroitement contrôlées au cours du développement. Chez la Drosophila melanogaster, ces processus sont régulés en partie par la kinase stérile-20 Slik (SLK et LOK chez les mammifères) et le suppresseur de tumeur Hippo (Hpo, MST1/2 chez les mammifères) dans les cellules épithéliales. La surexpression de la kinase Slik augmente la taille des tissus chez les mouches adultes. Cependant, les mutants slik-/- meurent avant d'avoir terminé leur développement. Lorsqu’elle est surexprimée dans les cellules épithéliales des ailes en voie de développement, cette protéine favorise la prolifération cellulaire. En outre, l'expression de Slik dans une population de cellules conduit à une surprolifération des cellules voisines, même quand elles sont physiquement séparées. Ceci est probablement dû à la sécrétion de facteurs de croissance qui stimulent la prolifération de manière paracrine. En utilisant des méthodes génétiques et transcriptomiques, nous essayons de déterminer les molécules et les mécanismes impliqués. Contrairement à ce qui a été publié, nous avons constaté que Slik ne transmet pas de signal prolifératif en inhibant le suppresseur de tumeur Merlin (Mer, NF2 chez les mammifères), un composant en amont de la voie Hippo. Plutôt, elle favorise la prolifération non-autonome et la croissance des tissus en signalisation par la kinase dRaf (la seule kinase de la famille Raf chez la drosophile). Nous prouvons que dRaf est nécessaire chez les cellules voisines pour conduire la prolifération chez ces cellules. De plus, nous avons utilisé le séquençage du transcriptome pour identifier de nouveaux effecteurs en aval de Slik. Ce qui permettra de mieux comprendre les effets de SLK et LOK chez les humains. / Cell proliferation and tissue growth are tightly controlled during development. In epithelial tissues in Drosophila melanogaster, these processes are regulated in part by the Sterile-20 kinase Slik (SLK and LOK in mammals) and the tumor suppressor Hippo (Hpo, MST1/2 in mammals). Slik overexpression leads to an increase in tissue size in flies, whereas, slik-/- mutants die before completing development. Overexpressing this protein in the developing wing disc epithelium promotes cell proliferation, consistent with the overgrown wing phenotype in the adults. Moreover, expression of Slik in one population of cells leads to an overproliferation of neighboring cells, even when they are physically separated by a central lumen. This can be explained by secretion of paracrine growth factors, stimulating non-autonomous proliferation that is specific to Slik. We used genetic and transcriptomic assays to define the molecules and mechanism involved in Slik-mediated signaling. Contrary to what has been suggested, we found that Slik does not promote proliferation through the tumor suppressor Merlin (Mer, NF2 in mammals), an upstream component of the Hippo pathway, nor through other components of the Hippo pathway. Rather, Slik promotes non-autonomous proliferation and tissue growth signaling through dRaf (the single Raf family kinase orthologue in Drosophila). We found that dRaf is required in the signal receiving cells to stimulate proliferation. We performed RNA-seq to identify novel downstream effectors of Slik. Characterizing the signaling pathway downstream of Slik in Drosophila will shed light on how SLK and LOK function in mammals, and provide insights into their potential involvement during development and in cancer.

Les kinases constituent une famille majeure de protéines qui régulent divers processus par la phosphorylation de leurs substrats, mais aussi par leur activité non- catalytique. Ce rôle indépendant de l’activité kinase a été observé chez quelques protéines dont des membres de la famille Sterile-20. La kinase Ste20 Slik de Drosophila aide au maintien de l’intégrité des tissus épithéliaux en phosphorylant l’ERM Moesin et peut aussi induire une prolifération cellulaire non-autonome indépendamment de son activité catalytique. La méthode de régulation de ces deux rôles était jusqu’ici inconnue. Nous avons identifié 19 sites de phosphorylation chez Slik par spectrométrie de masse. À l’aide de mutants, nous démontrons que les deux fonctions de Slik sont régulées par la phosphorylation d’au moins 2 résidus conservés de son segment d’activation par un mécanisme d’auto- et/ou trans-phosphorylation. Cette étude amène une meilleure compréhension de la régulation de l’intégrité épithéliale et de la croissance, deux processus clés qui sont souvent déréglés dans le cancer et certaines maladies génétiques. / Kinases constitute a major protein family which regulate diverse pathways through the phosphorylation of their substrates, but also through their non-catalytic activity. This kinase-independent role has been observed in a few proteins such as certain members of the Sterile-20 family. The Drosophila Ste20 kinase Slik helps to maintain epithelial integrity by phosphorylating the ERM Moesin and it can also drive non- autonomous cellular proliferation in a kinase-independent fashion. The mechanism of regulation of these two roles was unknown up until now. We have identified 19 phosphorylation sites in Slik by mass spectrometry. Using Slik mutants, we show that its two functions are regulated by the phosphorylation of at least 2 conserved residues of its activation segment by an auto- and/or trans-phosphorylation mechanism. This research brings a better understanding of the regulation of epithelial maintenance and growth, two key processes which are deregulated in cancer and certain genetic diseases.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.