Thèse de doctorat : Pharmacologie moléculaire et cellulaire : Strasbourg 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 197-221.

Les microparticules (Mps) sont des vésicules libérées lors de l'activation cellulaire et de l'apoptose. Des taux élevés de Mps et des altérations vasculaires induites par les Mps ont été décrites dans différentes maladies à composante inflammatoire. A ce jour, la participation et le rôle de Mps dans la maladie de Crohn (MC) ne sont pas encore élucidées. L'objectif de cette thèse a été d'étudier si les Mps issues de patients atteints de MC (MCMPs) jouent un rôle dans la régulation de la fonction endothéliale et de la réactivité vasculaire dans cette maladie. En particulier a été évaluée une corrélation entre leur rôle et l'état de la maladie. Deuxièmement, nous avons évalué les effets de MCMPs dans la phase active et inactive sur différents tissus y compris le côlon un des principaux tissus cibles impliqués dans la maladie. Nous avons montré que les patients atteints de MC présentent un taux augmenté de Mps circulantes par rapport aux sujets sains et que les MCMPs sont capable d'induire une dysfonction endothéliale et une hyperéactivité vasculaire dans l'aorte de souris par une altération de l'équilibre entre la production de NO, les métabolites de COX-2 et les ROS. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous rapportons que les MCMPs jouent un rôle dans la production de NO et le stress oxydant dans différents tissus, notamment le côlon et pourraient être liées à des voies de signalisation concernant les cytokines inflammatoires impliquées dans la MC. L'ensemble des résultats suggère que les MCMPs peuvent être considérés comme des marqueurs de la fonction endothéliale, blessure et inflammation permettant d'envisager les Mps comme cibles pharmacologiques de cette maladie.

La présente étude vise à explorer l'effet combiné des traitements érectiles et des traitements éjaculatoires pour favoriser le succès éjaculatoire chez les hommes blessés médullaires par rapport à l'application seule des traitements éjaculatoires. Cet effet sera également exploré en fonction des caractéristiques des lésions comme les niveaux de lésion, l'étendue des lésions et le type de lésions. Comme dernier objectif, l'étude vérifie si les résultats obtenus par l'association des traitements érectiles et éjaculatoires se différencient en fonction a) des niveaux de lésion (lésions tétraplégiques C1-T2, lésions paraplégiques HRA hauts T3-T6, lésions paraplégiques intermédiaires T7-T10 et lésions paraplégiques bas T11-en dessous, b) de l'étendue des lésions (les lésions complètes et les lésions incomplètes), c) du type de lésions (lésions tétraplégiques C1-T2 et lésions paraplégiques T3-en dessous). Cette étude est fondée sur une analyse secondaire de dossiers cliniques de 179 hommes blessés médullaires, âgés de 18 à 65 ans, ayant des lésions de type tétraplégique (C1-T2) ou paraplégique (T3-en dessous), et pouvant être complètes ou incomplètes, traités à l'hôpital Henry Gabrielle de Lyon (France). Les trois méthodes de traitement éjaculatoire mises à l'essai dans l'ordre de l'application sont la stimulation naturelle, le vibromassage, et le vibromassage couplé au midodrine, une substance pharmacologique stimulant le système sympathique. En cas d'anéjaculation, un traitement pharmacologique du trouble érectile (IPDE5/IIC) est ajouté aux traitements éjaculatoires. Les résultats indiquent que la combinaison des traitements érectiles et des traitements éjaculatoires peut amener une amélioration de l'éjaculation chez les hommes blessés médullaires par rapport à l'application seule de traitements éjaculatoires. Ceci est aussi vrai en ce qui concerne l'effet combiné des traitements érectiles et éjaculatoires en fonction des niveaux de lésion (tétraplégie C1-T2, paraplégie HRA haut T3-T6, paraplégie intermédiaire T7-T10, paraplégie bas T11-en dessous), de l'étendue des lésions (complète et incomplète), et du type de lésions (tétraplégie C1-T2 et paraplégie T3-en dessus) par rapport à l'application seule des traitements éjaculatoires. En revanche, les taux de succès éjaculatoires obtenus par la combinaison des traitements érectiles et éjaculatoires ne varient pas en fonction a) des niveaux de lésion (tétraplégie C1-T2 versus paraplégie HRA haut T3-T6 versus paraplégie intermédiaire T7-T10 versus paraplégie bas T11-en dessous); b) de l'étendue des lésions (complètes versus incomplètes); c) du type de lésions (lésion tétraplégie C1-T2 versus lésion paraplégie T3-en dessous). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : blessés médullaires, dysfonction sexuelle, traitements pharmacologiques des troubles érectiles, traitements éjaculatoires.

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose. / MicroRNAs are small noncoding RNAs of approximately 22 nucleotides that negatively regulate translation of the target messenger RNA (mRNA) and therefore have cellular functions. MicroRNA-16 (miR-16) is known to display anti-proliferative effects. We observed that miR-16 was down-regulated in non-proliferative human senescent endothelial cells. Computational analysis of the potential binding sites of miR-16 predicted that GLUT-4, an insulin-dependent glucose transporter, is a potential target of miR- 16. We therefore tested the hypothesis that miR-16 down-regulates cellular glucose metabolism. In HUVEC, inhibition of using anti-miRNA oligonucleotides (AMO) endogenous miR-16 up-regulated GLUT-4 protein levels 1,7 ± 0,39 folds (p=0,0037; n=9). In mice fed a regular or high fat diet, skeletal muscle expression of GLUT-4 tended to negatively correlate with miR- 16 levels (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). These results suggest that miR-16 is a negative regulator of GLUT-4 and may be involved in the regulation of cellular glucose metabolism.

L'activité électrique des neurones dépend de la l’expression et de l'activité des canaux ioniques, dont le canal de fuite de sodique récemment décrit, appelé NALCN. Dans les neurones, NALCN est un canal activé par un récepteur couplé aux protéines G qui conduit un courant de fuite de sodium résistant à la TTX et résistant à Cs + et contribue à la mise en place du potentiel de la membrane du repos. Chez l'homme, des mutations récessives et dominantes de NALCN ont récemment été décrites dans des troubles neurologiques complexes tels que la Dystrophie Neuroaxonale Infantile (syndrome INAD) et l'Arthrogryposis Distal de Type 2A (syndrome CLIFHADD). Ces troubles partagent des symptômes communs tels que l'ataxie, les crises épileptiques, l'hypotonie, le retard cognitif et le retard de développement. Les conséquences fonctionnelles de ces mutations NALCN ne sont toutefois pas connues principalement en raison de l'absence d'un modèle cellulaire reproductible pour réaliser une analyse électrophysiologique du courant NALCN. Dans la présente étude, nous décrivons les propriétés des canaux NALCN recombinants dans la lignée cellulaire neuronale, NG108-15. Ces cellules, qui expriment les sous-unités auxiliaires UNC79 et UNC80 de NALCN, ont été transfectées avec des constructions encodant NALCN (type sauvage ou mutants) et sa sous-unité NLF-1. Après la transfection du NALCN de type sauvage, les enregistrements par la technique de patch-clamp ont révélé la présence d'un courant de fuite entrant dans des cellules différenciées. A noter que la transfection des mutants CLIFHADD a entraîné l'expression d'un courant de fuite de sodium significativement plus élevé, comparé aux cellules exprimant des canaux NALCN de type sauvage. Au contraire, aucun courant de ce genre n'a été observé dans les cellules exprimant le mutant INAD. Ces résultats confirment fortement l'hypothèse selon laquelle les mutations dominantes CLIFHADD est un gain de fonction, alors que l'INAD est une mutation de perte de fonction. En conclusion, nos données démontrent que la lignée cellulaire NG108-15 est un modèle cellulaire fiable pour étudier l'activité électrophysiologique des canaux NALCN de type sauvage et mutant. / Electrical activity of neurons is critically dependent on the presence and activity of ion channels, including the recently described “sodium-leak channel” named NALCN. In neurons, NALCN is a G protein-coupled receptor-activated channel that conducts a TTX-resistant and Cs+-resistant sodium-leak current and contributes to setting-up the resting’s membrane potential. In humans, both recessive and dominant mutations of NALCN were recently described in complex neurological disorders such as Infantile Neuroaxonal Dystrophy (INAD) and Type 2A Distal Arthrogryposis (CLIFHADD). These disorders share common symptoms such as ataxia, epileptic seizures, hypotonia, cognitive delay and developmental retardation. The functional consequences of these NALCN mutations are however not known mainly because of the lack of a reliable cellular model to achieve electrophysiological analysis of the NALCN current. In the present study, we describe the properties of recombinant NALCN channels in the neuronal cell line, NG108-15. These cells, which express the NALCN’s ancillary subunits Unc79 and Unc80, were transfected with constructs encoding NALCN (wild-type or mutants) and its NLF-1 subunit. Following transfection of the wild-type NALCN, patch-clamp recordings revealed the presence of an inward background current in differentiated cells. Importantly, transfection of the CLIFHADD mutants resulted in the expression of a significantly larger sodium-leak current, compared to cells expressing wild-type NALCN channels. On the contrary, no such current was observed in cells expressing the INAD mutant. These results strongly support the hypothesis that CLIFHADD are gain-of-function, while INAD are loss-of-function mutations. Altogether, our data demonstrate that the NG108-15 cell line is a reliable cellular model to study electrophysiological activity of wild-type and mutant NALCN channels

Le paludisme est responsable de plus de 438 000 morts en 2015. L’apparition et la propagation de P. falciparum résistants à l’artémisinine, l’antipaludique le plus puissant, est un problème majeur en Asie du Sud-Est. Un besoin impérieux de nouveaux médicaments présentant une action rapide et conservée vis-à-vis de ces parasites résistants se fait sentir pour remplacer l’artémisinine. Cette thèse porte sur le développement d’une nouvelle série chimique inspirée d’un biflavonoïde naturel, la lanaroflavone. Le composé tête-de-série MR27770 présente des propriétés intéressantes : il agit de façon plus rapide que l’artémisinine tout au long du cycle érythrocytaire du parasite, ses propriétés pharmacocinétiques sont prometteuses et il est partiellement actif chez la souris impaludée. De plus, il ne présente pas de résistances croisées avec l’artémisinine ou les autres antipaludiques. Son mécanisme d’action n’est pas connu mais pourrait impliquer un stress osmotique. Ce composé prometteur présente néanmoins une activité moyenne in vitro ce qui a motivé l’étude topologique de sa structure et mené à des dérivés optimisés. / Malaria was responsible for 438.000 deaths in 2015. The increasing proportion of P. falciparum parasites resistant to artemisinin, the most potent antimalarial, is a major concern in Southeast Asia. Fast acting drugs with unaltered activity versus the current multi-drug resistant strains are urgently needed to replace artemisinin. This thesis deals with a new antimalarial series based on the structure of an active natural biflavonoid called lanaroflavone. The lead compound, MR27770, displays interesting properties: it acts throughout the blood cycle faster than artemisinin, its pharmacokinetic properties are promising, and it exhibits a partial in vivo antimalarial activity. Plus, it has no cross-resistance with artemisinin or other antimalarials. Its mode of action is unknown and could imply an osmotic stress. This promising compound has however a mild in vitro activity which motivated the topological study of its structure and led to optimized derivatives.

La mesure d’interaction entre une molécule candidate et sa cible biologique est d’un intérêt majeur dans la recherche de nouveaux composés thérapeutiques. A l’heure actuelle, le marquage radioactif est la méthode de référence pour ce type d’étude pharmacologique, permettant une détection spécifique et extrêmement sensible de la molécule d’intérêt dans des matrices biologiques complexes. Cependant l’utilisation de la radioactivité présente de nombreux inconvénients, principalement en termes de sécurité pour les utilisateurs et problématiques environnementales induites par le stockage de déchets radioactifs. Au regard de ces limitations, des technologies alternatives ont été développées principalement basées sur une détection de fluorescence. Toutefois, l’incorporation de groupements encombrants tels que les fluorophores peut potentiellement perturber les propriétés physico-chimiques de la molécule et ainsi altérer son affinité envers le récepteur, ce qui limite l’application de ce type de stratégie pour les ligands de faible poids moléculaire. Dans ce contexte, nous souhaitons développer une méthodologie alternative pour quantifier les interactions récepteur-ligands. La spectrométrie de masse présente de remarquables capacités en termes de sensibilité et de spécificité d’analyse. Parmi les technologies existantes, l’ICP-MS est une technique extrêmement sensible permettant la quantification absolue d’hétéroéléments indépendamment de la matrice dans laquelle se trouve l’échantillon. Cette technique associée à un marquage approprié de la molécule d’intérêt a donc été évaluée. Le sélénium a été sélectionné comme un bon compromis entre la réponse obtenue en ICP-MS et la possibilité d’introduire ce marqueur au sein de la molécule d’intérêt selon des protocoles de chimie conventionnelle, sans perturbation de l’affinité pour le récepteur. La preuve de concept a été illustrée sur le récepteur à la vasopressine V1A impliquant des ligands de nature peptidique. Différentes stratégies ont été appliquées pour la conception de ligands marqués au sélénium basées sur la substitution d’acides aminés par leurs analogues séléniés (ex : remplacement de la cystéine (Cys) par la sélénocystéine (Sec) et de la proline (Pro) par la sélénazolidine (Sez)) ainsi que la dérivatisation en position N-terminale du peptide avec une petite molécule organique. La méthodologie analytique par ICP-MS a été développée de manière à obtenir une mesure du sélénium à la fois sensible et fiable. La forte proportion de sels inorganiques contenus dans la matrice pharmacologique a nécessité le recours à une séparation chromatographique et à une cellule de collision en amont de la détection par ICP-MS. Le protocole pharmacologique a également été adapté aux exigences analytiques. Ces modifications ont notamment porté sur la récupération de l’échantillon pour procéder à son injection ainsi que sur la quantité de cellules utilisées. La robustesse des expériences pharmacologiques ainsi conçues a été évaluée par la mesure de la constante d’affinité (Ki) de ligands caractéristiques du récepteur V1A présentant des affinités élevées et faibles pour ce dernier. Les résultats obtenus ont présenté une très bonne corrélation avec les valeurs de référence indiquées dans la littérature, permettant ainsi de valider la preuve de concept de cette méthodologie et de proposer une alternative viable au marquage radioactif. / Measuring interactions between a drug candidate and its specific target constitutes a parameter of upmost importance in drug discovery process. Because of its robustness and very high sensitivity, radio-isotopic labeling represents up to now the reference method for these pharmacological studies. However, the use of radioactivity confers several constraints about security, health hazards and environmental issues involved by radioactive waste storage. Regarding such limitations, non-radioactive technologies have been developed principally based on fluorescence detection. But the cost of such assay as well as the fact that incorporation of a bulky fluorescent block can affect the affinity for small ligand limit their use. In this context, we aim to develop a new methodology to quantify receptor-ligands interactions. Mass spectrometry (MS) presents very interesting features in terms of detection sensitivity and specificity, making this technique a challenging analytical tool to replace radioactivity and fluorescence measurements commonly used in pharmacology. Among all MS technologies, the capacity of inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) to provide metallic and hetero elements absolute quantification, whatever the nature of the sample medium, prompted us to investigate this technique in combination with an appropriate labeling of the molecule of interest. Selenium was selected as a good compromise between ICP-MS response and chemical tagging ability through the creation of covalent bonds using conventional organic sulfur chemistry without disturbance of the affinity toward targeted receptor. Proof of concept was illustrated on the vasopressin receptor (V1A), a GPCR involved in vasoconstriction and emotional behavior and implying peptide as native ligand. Different strategies were applied to design selenium labeled peptides relying in either conventional amino acid substitution by corresponding selenium containing residue into peptide sequence such as cysteine (Cys) replacement by selenocysteine (Sec) as well as proline (Pro) by selenazolidine (Sez), or N-terminal peptide derivatization with a selenium containing small organic entity. ICP-MS analytical methodology was carefully investigated to provide sensitive and reliable selenium signal measurement. High inorganic salts contents of pharmacological buffer along with polyatomic interferences from plasma interfering selenium detection necessitate chromatographic separation and collision reaction cell equipment before ICP-MS detection. The pharmacological protocol was also adapted to the analytical requirements, in particular quantity of cells and sample handling. Robustness of the designed competitive binding assay was evaluated through the affinity constant (Ki) measurement of several known V1A-R ligands exhibiting either high or poor affinity for the receptor. Experimental values were strongly correlated to literature data, enabling to validate the proof of concept of such methodology and to propose a suitable alternative to radioactive labeling.

La dilution isotopique, SID pour « Stable Isotope Dilution », est une méthode largement utilisée pour la quantification de peptides et protéines en spectrométrie de masse, généralement associée aux techniques d’ionisation ambiante. Les travaux de cette thèse sont donc consacrés à l’application de la méthodologie de la dilution isotopique (SID) en spectrométrie de masse par désorption/ionisation laser assistée par une matrice (MALDI) pour la mesure d’interaction récepteur/ligand en pharmacologie. En effet, un nombre important de pathologies mettent en jeu des récepteurs membranaires tels que les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) en interaction avec différents ligands, souvent peptidiques. En particulier, le récepteur V1A est impliqué dans l’activité vasoconstrictrice de l’hormone peptidique AVP (Arginine VasoPressine) et la contraction de cellules musculaires ainsi que dans certains comportements sociaux. Ce récepteur a été choisi comme modèle d’étude nécessitant le marquage par voie chimique du ligand Homo-HO-LVA (pour « Hydroxy Linear Vasopressin Antagonist »), sélectionné pour sa forte affinité envers le récepteur V1A afin d’introduire l’entité permettant le dosage en SID/MALDI. Cette méthodologie est mise en œuvre via la génération d’une liaison covalente de la matrice HCCA (4-hydroxy-α-cyanocinnamic acid), couramment utilisée pour l’analyse peptidique pour obtenir le peptide modifié (JMV4854) par acylation en position N-terminale. Le but est alors de tirer profit de l’utilisation conjointe de ce marquage et de la matrice neutre HCCE (4-hydroxy-α-cyanocinnamate de méthyle) pour la détection spécifique et sensible de composés jusqu’à des concentrations picomolaires. L’étape stratégique de quantification par dilution isotopique nécessite un étalonnage et une validation statistique avant de pouvoir passer à l’application pharmacologique. Celle-ci consiste à mesurer l’affinité du JMV4854 pour le récepteur V1A par des expériences thermodynamiques de mesure de constantes de dissociation (Kd) afin de déterminer par la suite des constantes de dissociation de molécules non marquées via des expériences de compétition. Un second modèle de récepteur, le CCKB-R (cholecystokinine B receptor), a ensuite été étudié pour valider la méthodologie de quantification. Devant le regain d’intérêt des laboratoires pharmaceutiques pour les expériences cinétiques de mesure de constantes de dissociation, il serait intéressant d’y appliquer cette méthodologie. Celle-ci présente un potentiel intéressant en tant qu’alternative aux méthodologies actuellement incontournables que sont la radioactivité et la fluorescence. Un second d’axe d’étude a été initié avec un marquage conçu pour diriger la fragmentation de peptides pour des mesures en spectrométrie de masse en tandem par ionisation Electrospray (ESI-MS/MS). Des modifications par introduction en position N-terminale des peptides d’une charge fixe ont été envisagées. Des études préliminaires (synthèse d’ions préformés par incorporation d’une entité pyridinium) ont montré un comportement prometteur en fragmentation ouvrant de nouvelles perspectives de quantification. / The SID methodology, for Stable Isotope Dilution, is a widely applied methodology for peptides and proteins analysis in mass spectrometry, usually associated with atmospheric pressure ionisation techniques. This thesis is consequently devoted to the application of SID methodology in matrix assisted laser desorption/ionisation (MALDI) mass spectrometry to quantify receptor/ligand interaction in pharmacology. Indeed, a great number of pathologies involve membrane receptors like G protein coupled receptors (GPCR) in interaction with several ligands, frequently peptides. Particularly, the V1A receptor, is related to vasoconstriction activity of the peptide hormone AVP (arginine vasopressine) and contraction of muscular cells as well as many social behaviors. This receptor was chosen as model, requiring the chemical labelling of the ligand Homo-HO-LVA (Hydroxy Linear Vasopressin Antagonist), selected for its high affinity towards the V1A receptor in order to introduce the entity on which relies the quantification in SID/MALDI. This methodology is applied through the covalent binding of HCCA (4-hydroxy-α-cyanocinnamic acid) matrix, usually encountered in peptide analysis, to obtain the modified peptide (JMV4854) through N-terminal acylation. The objective is to take advantage of the use of both HCCA tagging and HCCE (4-hydroxy-α-cinnamic methyl ester) matrix for the specific and sensitive detection of compounds down to picomolar concentrations. Importantly, quantification with SID requires a calibration protocol and a statistical validation before pharmacological assays. This consists in the measurement of JMV4854 affinity towards V1A-R through thermodynamic experiments in order to quantify the dissociation constant (Kd) and determine afterwards constants for untagged molecules by competitive binding assays. Furthermore, a second receptor model, CCKB-R (cholecystokinine B receptor), was then studied to validate the quantification methodology. Facing the renewed interest in pharmaceutic industry of kinetic experiments for dissociation constant measurement, it would be interesting to apply this new methodology to drug discovery, representing a relevant alternative to current “gold-standard” methodologies such as radioactivity and fluorescence. A second field of research has been initiated with a covalent labelling designed to enhance peptide fragmentation for electrospray-based (ESI-MS/MS) tandem mass spectrometry measurements. Preliminary studies with the synthesis of pre-formed ions like N-terminal substitution with pyridinium entities gave very promising results opening the way of other quantification strategies.

Les récepteurs métabotropes du glutamate (mGluR) sont des récepteurs couplés aux protéines G qui régulent la transmission synaptique. Ce sont des cibles de choix pour le traitement de maladies neurologiques et psychiatriques telles que la maladie de Parkinson et la schizophrénie.J'ai développé une stratégie d'étude de l'assemblage multimérique des protéines membranaires dans des cellules vivantes, à l'aide de techniques de marquage orthogonal et de FRET en temps-résolu. De façon inattendue, j'ai montré que certaines sous-unités de mGluR, en plus de former des récepteurs homodimériques, peuvent former des récepteurs hétérodimériques fonctionnels. D'autre part, j'ai appliqué ces techniques à l'étude du mécanisme d'activation des mGluR et de leur régulation allostérique. J'ai démontré qu'un mouvement relatif des domaines extracellulaires au sein du dimère était responsable de l'action du glutamate.Ce travail a permis de mieux comprendre le fonctionnement des mGluR, et permet la conception de nouveaux tests de criblage. / Metabotropic glutamate receptors (mGluRs) are G protein-coupled receptors that regulate synaptic transmission. They are relevant therapeutic targets for neurological and psychiatric disorders, such as Parkinson disease and schizophrenia.I developed a strategy to study the multimeric assembly of membrane proteins in living cells, through a combination of orthogonal labeling and time-resolved FRET. Unexpectedly, some subunits of mGluRs, in addition to forming homodimeric receptors, were found capable of forming functional heterodimeric receptors. Then, I applied these techniques to study the activation mechanism of mGluRs and their allosteric regulation. I demonstrated that a conformational change of the dimeric extracellular domain is responsible for the action of glutamate.In addition to increase our understandings of how mGluRs function, this work opens new avenues for the design of drug screening tests.

L'hypercholestérolémie familiale autosomique dominante (ADH) est un trouble génétique caractérisé par des taux élevés de lipoprotéine de basse densité (LDL) plasmatique. Un niveau élevé de LDL plasmatique est connu pour contribuer au développement de l’athérosclérose, une cause majeure des crises cardiaques et des accidents vasculaires cérébraux. Le récepteur des LDL (LDLR) est la principale voie d’élimination des particules de LDL. En revanche, la proprotéine convertase subtilisine/kexine de type 9 (PCSK9), une glycoprotéine sécrétée par le foie, se lie au LDLR et augmente sa dégradation dans les lysosomes, ce qui entraîne une augmentation de LDL plasmatique et un risque plus élevé de maladie cardiovasculaire. En outre, des mutations de-perte-de fonction de PCSK9 peuvent considérablement réduire les niveaux de LDL plasmatiques et réduire le risque de maladie coronarienne jusqu'à ~ 88%. Toutes ces découvertes ont fait de PCSK9 une cible importante pour le traitement de l'hypercholestérolémie. Des anomalies génétiques du LDLR, de PCSK9 ou de l’apolipoprotéine B (apoB), le ligand du LDLR, peuvent provoquer l'ADH, mais dans certaines familles ADH il n'a pas été possible d'identifier de mutation de ces gènes, suggérant que d'autres anomalies génétiques pourraient également être impliquées dans la maladie. Dans la présente thèse, qui repose sur deux études (articles), nous avons étudié les protéines d’interaction de PCSK9 (premier article, chapitre 2) et l'effet de PCSK9 sur l'athérosclérose (deuxième article, chapitre 3). Dans notre première étude, l'analyse par spectrométrie de masse des protéines interagissant avec PCSK9 a révélé que la Golgi glycoprotéine 1 (GLG1) est une nouvelle protéine d’interaction de PCSK9. Leur co-immunoprécipitation révélée par immunobuvardage et leur co-localisation par microscopie confocale par immunofluorescence ont confirmé que GLG1 est un partenaire de PCSK9. De plus, nos résultats ont montré que GLG1 interagit aussi avec le LDLR et l'apoB. En utilisant un modèle murin, nous avons montré des taux sanguins plus faibles de PCSK9, de cholestérol et de triglycérides chez les souris knockdown GLG1. De plus, le déficit en GLG1 a réduit l'activité de la protéine de transfert des triglycérides microsomales (MTP) et induit l'agrégation périnucléaire de l'apoB, réduisant ainsi la sécrétion d'apoB. Dans notre deuxième étude, nous avons développé un modèle d'athérosclérose chez la souris pour étudier l'effet de l'absence de PCSK9 sur les plaques d’athérosclérose. Nous avons montré que la surexpression d'un mutant gain-de-fonction de PCSK9 dans le foie de souris a accéléré le développement de plaques d'athérosclérose dans la racine aortique et que celles-ci ont ensuite été réduites en induisant la régulation négative de PCSK9 en utilisant le système Tet-on. En conclusion, nous avons contribué à l'identification d'une nouvelle protéine interagissant avec PCSK9, GLG1, qui régule le taux plasmatique de cholestérol et représente une cible potentielle pour le traitement de l'hypercholestérolémie. Nous avons également démontré que la modulation du gène PCSK9 régule directement le niveau de plaques d'athérosclérose dans la racine de l'aorte. Ces études aideront à développer des thérapies efficaces pour réduire l'hypercholestérolémie et le risque de maladie cardiovasculaire / Autosomal dominant hypercholesterolemia (ADH) is a genetic disorder characterized by high plasma low-density lipoprotein (LDL) cholesterol levels. Elevated plasma LDL level is known to contribute to the development of atherosclerosis, a leading cause of heart attack and stroke. Liver LDL receptor (LDLR) acts as a primary pathway for endocytosis and clearance of LDL particles. In contrast, PCSK9, a liver-secreted glycoprotein, binds to LDLR and enhances its lysosomal degradation, resulting in increased plasma LDL concentrations and a higher risk of cardiovascular disease. Genetic defects in LDLR, PCSK9, and apolipoprotein B (apoB), the ligand of LDLR, can cause ADH, but in some ADH-families no mutations can be found in these genes, suggesting that other gene defects may also be involved in ADH. Furthermore, loss-of-function mutations in PCSK9 can greatly reduce plasma LDL levels and lower risk of coronary heart disease by up to ~88%. All these findings have made PCSK9 an attractive target for the treatment of hypercholesterolemia. In the present thesis, which is based on two studies (articles), we investigated protein interactors of PCSK9 (first article, chapter 2) and the effect of PCSK9 on atherosclerosis (Second article, chapter 3). In our first study, mass spectrometry analysis of PCSK9 interacting proteins revealed that Golgi glycoprotein 1 (GLG1) is a novel PCSK9 interactor. Co-immunoprecipitation, Western blotting, and colocalization by confocal immunofluorescence microscopy confirmed that GLG1 is an endogenous PCSK9 binding partner. We also demonstrated that LDLR and apoB interact with GLG1. Using a mouse model, we found lower levels of circulating PCSK9, cholesterol, and triglycerides in Glg1 knockdown mice. Moreover, GLG1 deficiency reduced microsomal triglyceride transfer protein (MTP) activity and induced perinuclear aggregation of apoB, thereby, reducing apoB secretion. In our second study, we developed a mouse model of atherosclerosis to investigate the effect of PCSK9 modulation on the regression of atherosclerotic plaques. We showed that overexpression of a PCSK9 gain-of-function in mouse liver accelerated the development of atherosclerotic lesions in the aortic root, which were then reduced by inducing PCSK9 downregulation using a Tet-on system. In conclusion, we have contributed to the identification of a novel PCSK9 interacting protein, GLG1, which regulates plasma level of cholesterol and represents a potential target for hypercholesterolemia treatment. We also demonstrated that PCSK9 gene modulation directly regulates the level of atherosclerotic plaques in the aortic root. We showed in our study that the wild-type mice, overexpressing PCSK9-D377Y in an inducible manner, is a useful mouse model for understanding the molecular role of PCSK9 on atherosclerotic plaques development. These studies will help to develop effective therapies to reduce hypercholesterolemia and the risk of cardiovascular disease.