The development of reliable and cost-saving methods to select pre-clinically new potential drugs with unknown and original mechanisms of action for cancer therapy has become crucial. Previous investigations demonstrated that infrared spectra of cancer cells exposed to well-known anticancer drugs used in the clinics provide a global fingerprint of all the metabolic modifications induced. Nowadays several natural products have been recognized for their medicinal values. Polyphenolic compounds constitute one of the largest groups of plant metabolites and many studies have demonstrated their anticancer properties at multiple steps of carcinogenesis. Taking into account the large diversity of polyphenolic structures in nature and their numerous targets against carcinogenesis, the step of selection becomes essential as it is virtually impossible to classify them using traditional classification techniques. While FTIR spectroscopy appears to have a definite potential to sort anticancer drugs on the basis of the metabolic modifications they induced, the present challenge in this thesis is to evaluate the drug-induced spectral changes in cancer cells on a larger scale. The coupling of FTIR spectroscopy with a high throughput screening extension could become a useful method to generate drug classifications based on the “modes of action”. In a first step, the IC50 was evaluated for each polyphenol to normalize all spectral experiments that will be carried out on breast cancer cells. The first experiments revealed dispersive artifacts (wide variations of absorbance distribution and Mie scattering effects) contributing to spectral measurements. To minimize them, the best option was covering uniformly the surface of spectral measurement with cells (detailed in chapter III). Once the protocol refined, it was applied to the study of MDA-MB-231 breast cancer cells exposed for 24 hrs to 15 polyphenols. Through unsupervised and supervised statistical analyses, a distinction between polyphenol treatments could be well established. Complex effects of polyphenols on cancer cells were revealed, suggesting that mechanisms specific to each polyphenol were evidenced by the whole infrared spectrum. Clustering of polyphenol-induced spectral signatures by Hierarchical Cluster Analysis indicates that some of the polyphenols share similar effects on MDA-MB-231 (detailed in chapter IV). This experiment was then extended to another breast cancer cell line, MCF-7. It demonstrated a cell line dependency to polyphenolic treatments. Finally a subcellular investigation of treated MCF-7 breast cancer cells in their live state was done using Raman imaging. A distinction between nucleus and cytoplasm of treated cells brought supplementary information regarding the effect of polyphenols, leading to subcellular biological assumptions on polyphenol effects. These results paves the way for a new classification based on infrared spectral signatures that reflect the overall chemical modifications experienced by the cells when exposed to drugs. / Le développement de méthodes fiables et peu cher pour sélectionner de potentiels nouveaux médicaments présentant un mécanisme d’action original et inconnu avant toute étape clinique devient crucial. De précédentes études ont pu démontrer que les spectres infrarouges de cellules cancéreuses exposées à des agents anticancéreux connus et utilisé dans le monde clinique fournissent une empreinte globale de toutes les modifications métaboliques induites. La spectroscopie infrarouge est un outil innovant qui semble prometteur pour offrir un aperçu global des processus biologiques et physiologiques qui sont menés par un médicament dans des cellules cancéreuses. De nos jours, de nombreux produits naturels ont été reconnus pour leurs propriétés médicinales. Les polyphénols constituent l’un des plus vastes groupes de métabolites végétaux et de nombreuses études ont démontré leurs propriétés anticancéreuses à de multiples étapes de la carcinogénèse. En prenant en compte la très grande diversité de structures polyphénoliques existantes dans la nature et leurs nombreuses cibles anti-tumorales, l’étape de sélection est devenue essentielle comme il est virtuellement impossible de les classifier grâce à des techniques de classification traditionnelles telles que les études –omiques. Dès lors, le défi de cette thèse est d’évaluer les variations spectrales induites par un polyphénol dans des cellules cancéreuses à une plus grande échelle. Le couplage de la spectroscopie IRTF avec une extension de criblage de haut débit pourrait devenir une méthode utile pour générer des classifications de molécules sur base de leur « modes d’action ». Dans un premier temps, la concentration qui inhibe 50% de la croissance des cellules cancéreuses fut déterminée pour chaque polyphénol et chaque lignée de cellules cancéreuses. Le traitement des cellules à cette concentration permet une normalisation interne des expériences réalisées ultérieurement en spectroscopie infrarouge. Une fois le protocole établi, la lignée MDA-MB-231 fut exposée durant 24 heures à 15 polyphénols différents. Au moyen d’analyses statistiques multivariées supervisées et non supervisées, une distinction parmi les polyphénols a pu être établie et des effets complexes des polyphénols sur les cellules cancéreuses ont pu être révélés, suggérant des mécanismes d’action spécifiques à chaque polyphénol mis en évidence par spectroscopie infrarouge. Finalement, une étude subcellulaire sur cellules vivantes fut réalisée par imagerie Raman sur une seconde lignée de cellules cancéreuses mammaires appelées MCF-7. Cela permis de compléter en partie l’information macroscopique offerte par la spectroscopie infrarouge par une information microscopique sur l’effet de certains polyphénols. Cette thèse a ouvert la voie pour de nouvelles techniques de classification d’agents anticancéreux basées sur la spectroscopie infrarouge, technique sensible à l’ensemble des modifications chimiques subies par des cellules. / Option Chimie du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Systemic cardiovascular effects of volatile and intravenous anesthetics :evaluation in the time domain, the frequency domain and the pressure-volume plane.<p>Cardiovascular stability is of prime importance in order to maintain homeostasis during anesthesia and intensive care, and to reduce cardiovascular perioperative morbidity and mortality.<p>General anesthesia does have profound cardiovascular effects, and the end result is usually a decrease in arterial pressure, with the potential of inadequate organ perfusion and consequently organ damage. Therefore, elucidation of the mechanisms of cardiovascular effects of general anesthesia is important in order to prevent and/or to treat adequately the cardiovascular perturbations, and to perform the optimal choice of the anesthetic management. Anesthetic management for the patient presenting with cardiovascular alterations relates essentially to the question of a volatile anesthetic based regimen versus a propofol based anesthetic regimen.<p>A traditional hemodynamic investigation includes the measurement of heart rate, systemic and pulmonary arterial pressure, the filling pressures of the heart and cardiac output. These measurements allows for the calculation of systemic vascular resistance in order to evaluate arterial tone. However, calculated systemic vascular resistance cannot discriminate between passive (flow-dependent) and active (tone-dependent) changes in arterial pressure. Changes in arterial tone must be assessed by constructing pressure-flow plots.<p>Neither calculated systemic vascular resistance nor pressure-flow plots takes into account the pulsatile nature of the circulation. In order to do so, one has to measure instantaneous pressure and flow waves, perform harmonic analysis on both waves and calculate vascular impedance spectra.<p>The cardiovascular system is a mechanical system in which two components are functionally coupled: there is an energy transfer between the energy source, i.e. the left ventricle, and its mechanical load, i.e. the arterial tree. An alteration in one of these components necessitates an appropriate alteration in the other component in order to maintain optimal coupling, i.e. maximal energy transfer between the two elements. In the pressure-volume plane the left ventricle and the arterial tree are considered to be two elastic chambers in series. The performance of the left ventricle is quantified by the end-systolic elastance, while the load of the arterial tree is quantified by the effective arterial elastance. The ratio of end-systolic elastance to effective arterial elastance relates ventricular-arterial coupling to either maximisation of stroke work or either to maximisation of mechanical efficiency (i.e. the ratio of mechanical power output to cardiac oxygen consumption).<p>In the first experiment we investigated the systemic vascular effects of isoflurane versus propofol anesthesia in dogs using a traditional hemodymamic approach, measurement of instantaneous aortic flow and pressure with subsequent calculation of aortic input impedance spectra, and construction of pressure-flow plots generated by gradual reduction of venous return. Calculated systemic vascular resistance could not detect differences in arteriolar tone between isoflurane and propofol, whereas pressure-flow plots did: compared with isoflurane, propofol better maintained aortic pressure at all levels of flow, except at the lowest level of flow. Impedance spectra demonstrated a decreased pulsatile load and less energy losses in pulsations with propofol as compared with isoflurane.<p>In the second experiment we investigated the effects of escalating doses of sevoflurane and propofol anesthesia on arterial mechanical properties and left ventricular-arterial coupling in the dog. Arterial mechanics were assessed by traditional hemodynamics, aortic input impedance spectra, and pressure-flow plots generated by rapid caval inflow reduction. Left ventricular-arterial coupling was assessed as the ratio of end-systolic elastance to effective arterial elastance. The end-systolic elastance and the effective arterial elastance were obtained from left ventricular pressure and aortic flow data using a ‘single-beat’ estimation method. Traditional hemodynamics and pressure-flow plots demonstrated that sevoflurane causes a limited arteriolar vasodilation and causes arterial hypotension essentially by a decrease of cardiac output. Propofol insignificantly decreases cardiac output, but is an “actual” arteriolar dilator. The impedance spectra demonstrated that sevoflurane and propofol do have different effects on the elastic properties of large conduit arteries. Sevoflurane increased the characteristic impedance and reduced arterial compliance, indicating an increased physical elastance of the arterial tree. Propofol caused an insignificant increase of the characteristic impedance and the arterial compliance remained unaltered, suggesting that propofol does have a beneficial effect on the elastic properties of the arterial tree, thereby confirming the conclusion of the first experiment (i.e. a decreased pulsatile load with propofol). Sevoflurane impaired ventricular-arterial coupling by decreasing end-systolic elastance and increasing effective arterial elastance. Propofol maintained left ventricular-arterial coupling: the end-systolic elastance and effective arterial elastance remained unchanged and as consequence the ratio of end-systolic elastance to effective arterial elastance did not change. All results taken together we conclude that sevoflurane decreases cardiac output and left ventricular contractility, and increases the pulsatile and total load to the left ventricle. Propofol maintains cardiac output and left ventricular contractility, induces an arterial dilatation but without affecting the pulsatile and total load to the left ventricle.<p>These results, obtained in dogs, suggest that propofol, compared to volatile anesthetics, is an anesthetic, which can better preserve hemodynamic stability and homeostasis in the cardiovascular compromized patient undergoing surgery.<p>/<p>Evaluation des effets cardiovasculaires systémiques des agents anesthésiques dans le domaine du temps, le domaine de la fréquence et le plan pression-volume.<p>La stabilité cardiovasculaire est d’une importance prioritaire pour maintenir l’homéostasie pendant l’anesthésie et le séjour aux soins intensifs, et pour réduire la morbidité et mortalité cardiovasculaire pendant la période péri-opératoire.<p>L’anesthésie générale exerce des effets marqués sur le système cardiovasculaire. Généralement une hypotension artérielle systémique est observée, avec la possibilité d’une hypoperfusion des organes vitaux et ultérieurement des lésions de ces mêmes organes. Donc l’éclaircissement des mécanismes des effets cardiovasculaires de l’anesthésie générale est important pour prévenir et traiter les perturbations cardiovasculaires, et pour effectuer le choix optimal de la gestion anesthésique.<p>La question de la gestion anesthésique chez le patient présentant une fonction cardiovasculaire altérée se traduit essentiellement par le choix de l’anesthésie soit basée sur un agent volatile soit basée sur le propofol intraveineux.<p>Une exploration traditionnelle de l’hémodynamique comprend le mesure de la fréquence cardiaque, des pressions artérielles systémique et pulmonaire, des pressions de remplissage et du débit cardiaque. Ces mesures permettent de calculer la résistance vasculaire systémique de manière à évaluer le tonus artériel. Cela dit, la résistance vasculaire systémique calculée ne peut pas faire la différence entre des changements actifs (changements du tonus artériel) ou passifs (changements des débits) de la pression artérielle systémique. Les changements du tonus artériel doivent être évalués par des courbes pression - débit.<p>Ni les résistances vasculaires systémiques ni les courbes pression débit ne tiennent compte de la nature pulsatile de la circulation. L’exploration des effets pulsatiles<p>requiert tout d’abord la mesure des pressions instantanées et des débits instantanés. En seconde lieu, ces signaux doivent subir une décomposition harmonique (analyse de Fourier), pour afin de pouvoir calculer le spectre d’impédance vasculaire.<p>Le ventricule gauche et le système artériel sont deux éléments d’un système mécanique, dans lesquels il y a un transfert d’énergie entre la source d’énergie et sa charge. Une modification dans un des éléments nécessite une modification appropriée dans l’autre élément pour maintenir un couplage optimal entre les deux éléments, c'est-à-dire un transfert maximal d’énergie. Dans le plan pression volume, le ventricule gauche et l’arbre artériel sont considérés comme deux chambres élastiques en série.<p>La performance du ventricule gauche est quantifiée par l’élastance ventriculaire télésystolique, et la charge du système artériel est quantifiée par l’élastance artérielle effective. Le rapport entre l’élastance ventriculaire télésystolique et l’élastance artérielle effective permet de situer le « couplage ventriculo-artériel » soit en termes de maximisation du travail ventriculaire ou soit en termes d’ efficience mécanique. L’efficience myocardique est définie comme un rapport entre la puissance ventriculaire produite et l’oxygène consommé.<p>Dans la première expérimentation, nous avons étudié les effets vasculaires sur la circulation systémique du chien d’une anesthésie inhalatoire à l’isoflurane versus une anesthésie au propofol, ceci au moyen d’une exploration hémodynamique traditionnelle, les spectres d’impédance aortique et les courbes pression débit étant générées par une réduction graduelle du retour veineux. Les résistances vasculaires systémiques calculées n’ont pas décelé de différences de tonus artériolaire entre les effets d’une anesthésie inhalatoire à l’isoflurane et les effets d’une anesthésie intraveineuse au propofol. Par contre les courbes pression-débit démontrent une différence :comparé à l’anesthésie à l’isoflurane, l’anesthésie au propofol maintientt mieux la pression aortique à tous les niveaux de débit sanguin sauf aux débits les plus bas. Les spectres d’impédance démontrent une charge pulsatile réduite et des pertes d’énergie réduites avec le propofol par rapport à l’isoflurane.<p>Dans la seconde expérimentation chez le chien, nous avons étudié les effets de doses croissantes de deux agents anesthésiques généraux, le sevoflurane et le propofol, sur les caractéristiques mécaniques du système artériel et le couplage ventriculo- artériel systémique. La mécanique artérielle était étudiée par une exploration hémodynamique traditionnelle, les spectres d’impédance aortique et les courbes pression-débit étant générées par une réduction rapide du retour veineux. Le couplage ventriculo-artériel systémique était calculé par le rapport entre l’élastance ventriculaire télésystolique et l’élastance artérielle effective. L’élastance ventriculaire télésystolique et l’élastance artérielle effective ont été estimées à partir de la pression ventriculaire gauche et du débit aortique instantané en appliquant une méthode dite de « single beat ». L’hémodynamique traditionnelle et les courbes pression - débit démontrent que le sevoflurane provoque une vasodilatation artériolaire limitée et que la cause principale de l’hypotension artérielle est une réduction du débit cardiaque. Le propofol réduit le débit cardiaque d’une manière non significative, mais est un vasodilatateur artériolaire réel. Les spectres d’impédance montrent que le sevoflurane et le propofol ont des effets différents sur les caractéristiques élastiques des grosses artères à conduction. Le sevoflurane augmente l’impédance caractéristique et réduit la compliance artérielle, indiquant une augmentation de l’élastance physique de l’arbre artériel. Le propofol provoque une augmentation non significative de l’impédance caractéristique, mais la compliance artérielle reste inchangée. Ces résultats suggèrent que le propofol aurait un effet favorable sur les propriétés élastiques de l’arbre artériel, et donc confirment les conclusions de la première expérimentation, c’est-à-dire une charge pulsatile réduite avec le propofol. Le sevoflurane dégrade le couplage ventriculo-artériel à la suite d’une réduction de l’élastance ventriculaire télésystolique et d’une augmentation de l’élastance artérielle effective. Le propofol maintient le couplage ventriculo-artériel. L’élastance ventriculaire télésystolique et l’élastance artérielle effective restent par contre inchangées. Par conséquent, le rapport entre les deux élastances ne change pas. Sur base de ces résultats, nous concluons que le sevoflurane réduit le débit cardiaque et la contractilité du ventricule gauche, et augmente la charge pulsatile et totale sur le ventricule gauche. Le propofol maintient le débit cardiaque et la contractilité du ventricule gauche, et induit une dilatation artérielle sans altérer la charge pulsatile et totale sur le ventricule gauche.<p>Ces résultats, obtenus chez le chien, suggèrent que le propofol, comparé aux anesthésiques volatiles, est un anesthésique qui permet de mieux préserver la stabilité hémodynamique et l’homéostasie chez le patient présentant une fonction cardiovasculaire restreinte et devant bénéficier d’un acte chirurgical.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans l’étude des GPCRs, il a longtemps été considéré que ceux-ci étaient présents à la membrane sous forme de monomères et que chaque monomère pouvait être activé par un ligand et transmettre le signal grâce à une protéine G. Certains résultats comme des courbes de compétition ou d’activation à deux phases étaient difficilement explicables avec ce modèle 1 ligand, 1 récepteur, 1 protéine G.<p>Ces dernières années, il a été montré via différentes techniques que les GPCRs étaient présents à la membrane non pas sous forme de monomères mais plutôt de dimères, de rangées de dimères voire de multimères. Cette disposition permet plus facilement d’expliquer certains résultats mais complique considérablement le modèle. Un nombre important de nouvelles questions sont posées quant au fonctionnement d’une telle formation de récepteurs. Quelle est l’unité fonctionnelle ?Y a-t-il une communication entre les récepteurs qui forment ces oligomères ?Est-ce qu’un ligand peut activer plusieurs récepteurs, plusieurs protéines G ?Que se passe-t-il quand l’oligomérisation se fait entre des récepteurs différents ?Est-ce qu’un ligand d’un récepteur peut en activer un autre ?Est-ce que la voie d’activation change en fonction du ligand ou du nombre de molécules liées sur un homomère ou un hétéromère? Toutes ces questions sont à prendre en considération lors de l’étude pharmacologique de n’importe quelle drogue car si le récepteur cible hétéromérise avec un autre, la drogue étudiée ne pourrait plus avoir le même effet. Prendre en considération tous ces paramètres peut compliquer considérablement l’étude d’une drogue mais elle pourrait en prévoir précisément certains effets secondaires.<p>Dans cette thèse nous étudions la question de la communication par la coopérativité négative (effet négatif sur l’affinité d’un site de liaison lors de la liaison du ligand sur un l’autre site du dimère). Nous mettons en évidence un lien entre l’activité constitutive d’un récepteur et le niveau de coopérativité négative grâce à des expériences d’accélération de dissociation de ligand traceur. La coopérativité négative observée sur les mutants du récepteur à la TSH les plus constitutifs est quasiment nulle. Nous montrons que cette perte de coopérativité négative provoque un changement de stœchiométrie ligand/récepteur et qu’au lieu de lier un seul ligand par dimère, les mutants les plus constitutifs sont capables d’en lier deux.<p>Malgré nos efforts pour identifier le ou les domaines de communication entre les récepteurs nous n’avons pu les déterminer. C’est pourquoi nous laissons cette question ouverte mais proposons sur base de nos observations et de la littérature, un modèle où la communication entre récepteurs pourrait être expliquée par la liaison de la protéine G au dimère de récepteur.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance à l’action de l’insuline et une dysfonction des cellules β pancréatiques. Il apparait lorsque la cellule β devient incapable d’augmenter sa masse fonctionnelle afin de compenser la résistance périphérique à l’action de l’insuline. L’identification de molécules capables de stimuler la réplication des cellules β et ainsi de préserver leur masse fonctionnelle aurait donc un intérêt thérapeutique majeur. Nous avons établi un modèle d’excès de nutriments in vivo chez le rat, dans lequel nous avons observé qu’une augmentation de la prolifération des cellules β associée à une augmentation de l’expression du facteur de croissance « heparin-binding EGF-like growth factor » (HB-EGF). L’objectif de cette thèse était de valider l’effet mitogène du HB-EGF sur les cellules β de rats et humaines, puis d’identifier le mécanisme d’activation de la voie HB-EGF-EGFR. Dans une première étude, nous avons démontré ex vivo que le facteur croissance HB-EGF stimule la prolifération des cellules β pancréatiques d’îlots isolés de rats et humains via l’activation de son récepteur EGFR. Nous avons également observé que la stimulation de la prolifération des cellules β de rats par le glucose nécessite l’activation de la voie de signalisation HB-EGF-EGFR par un mécanisme qui implique à la fois une augmentation de l’expression du gène codant pour HB-EGF via le facteur de transcription ChREBP, et l’activation du récepteur EGFR via une protéine de la famille des protéines Src tyrosine kinase. Les cellules β des îlots humains étant réfractaires à la prolifération, il est essentiel de confirmer les résultats obtenus chez les rongeurs dans des tissus humains. Nous avons observé un effet mitogène d’HB-EGF sur les cellules β humaines. En revanche, nous n’avons pas pu détecter de manière reproductible un effet stimulant du glucose sur la prolifération des cellules β humaines. Notre deuxième étude a donc consisté à identifier la technique la plus appropriée pour mesurer la prolifération des cellules β humaines. Nous avons comparé systématiquement la mesure de la prolifération en réponse à divers stimuli par cytométrie en flux ou par immunohistochimie sur des îlots intacts ou dispersés. Nous avons testé trois facteurs mitogènes soit le glucose, l’HB-EGF et l’harmine. Nous avons observé que l’HB-EGF et l’harmine stimulent la prolifération des cellules β et non β indépendamment de la méthode utilisée. En revanche, l’action mitogène du glucose semble être dépendante de la méthode. En conclusion, nous avons d’abord démontré que l’effet mitogène du glucose nécessite l’activation de la voie de signalisation HB-EGF-EGFR. Ensuite, nous avons observé que la mesure de la prolifération des cellules β humaines par cytométrie en flux offre plusieurs avantages par rapport à l’immunohistochimie. / Type 2 diabetes (T2D) is characterized by peripheral insulin resistance and pancreatic β-cell dysfunction. T2D occurs when β cells become unable to increase their functional mass in order to compensate for insulin resistance. The identification of molecules capable of stimulating β-cell replication to preserve their functional mass would therefore be of major therapeutic interest. We previously established a model of nutrient excess in which we observed an increase in β-cell proliferation associated with enhanced expression of the growth factor "heparin-binding EGF-like growth factor" (HB-EGF). The objective of the work presented in this thesis was to test the hypothesis that HB-EGF stimulates both rodent and human β-cell proliferation and to identify the underlying mechanisms. In a first study, we demonstrated ex vivo that HB-EGF stimulates pancreatic β-cell proliferation of isolated rat and human islets by activating EGFR. We also demonstrated that glucose, an important mitogen of the β cells, requires the activation of this HB-EGF-EGFR signaling pathway, ex vivo and in vivo in an infused rat model, to stimulate β-cell replication. Mechanistically, we demonstrate that glucose promotes HB-EGF gene expression via the ChREBP transcription factor and EGFR activation via a protein from the Src kinase family. Since adult human β cells tend to be refractory to proliferation, it is essential to confirm the findings obtained in rodents in human tissues. In isolated human islets, we confirmed the mitogenic action of HB-EGF but we were unable to detect a consistent stimulation of human β-cell proliferation in response to glucose. Our second study therefore consisted in identifying the most appropriate technique to measure human β-cell proliferation. We systematically compared proliferation levels measured by flow cytometry or immunohistochemistry in intact and dispersed human islets. We tested three mitogenic factors: glucose, HB-EGF and harmine. We observed that HB-EGF and harmine stimulate non-β cells and β-cell proliferation regardless of the method used. In contrast, the mitogenic action of glucose is variable depending on the method used. In conclusion, we first demonstrated that the mitogenic effect of glucose in β cells requires the activation of the HB-EGF-EGFR signaling pathway. Then we demonstrated that assessment of human β cell proliferation by flow cytometry offers several advantages over the use of immunohistochemical methods.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), une maladie neurodégénérative de la rétine, est considérée comme la principale cause de perte de vision chez les personnes âgées. Le CD36 est un récepteur éboueur (scavenger) exprimé à la surface des phagocytes mononucléés et de l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR), qui agit également comme corécepteur de l’hétérodimère des récepteurs de type Toll-like (TLR) 2/6 dans l’induction de l’inflammation. Dans la DMLA, l’activation du CD36 favorise l’internalisation des lipides oxydés par les cellules de l’EPR, le recrutement et l’accumulation des phagocytes mononucléés (microglie, monocytes/macrophages), ainsi que l’induction de la réponse inflammatoire au niveau sous-rétinien. L’identification du CD36 comme récepteur de peptides synthétiques de la famille des sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) par notre laboratoire, nous a conduit au développement de ligands plus sélectifs pour ce récepteur, qui ont été étudiés dans le contexte des maladies inflammatoires chroniques liées aux macrophages telle que l’athérosclérose. Étant donné les similitudes observées entre la pathologie de l’athérosclérose et de la DMLA, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle les azapeptides, comme ligands du CD36, auraient des effets protecteurs contre la DMLA en modulant la réponse inflammatoire. Ainsi, l’objectif général de ce projet de doctorat était d’évaluer les effets anti-inflammatoires et immunomodulateurs des azapeptides, comme ligands du CD36, et d’élucider leurs mécanismes d’action au niveau des macrophages ainsi que dans des modèles murins de DMLA. Le premier objectif spécifique de cette thèse était de déterminer l’effet de l’azapeptide MPE-001 dans la modulation de la réponse inflammatoire cellulaire médiée par le TLR2 et les voies de signalisation associées. Pour ce faire, des macrophages péritonéaux de souris C57BL/6 ou déficientes en Cd36 (Cd36-/-) ont été stimulés avec des agonistes du TLR2. Le traitement avec le MPE-001 a induit une diminution significative de la production de cytokines pro-inflammatoires, tels que le TNFa, l’IL-6, l’IL-12 et l’IL-1b et la chimiokine CCL2, de même qu’une inhibition des voies de signalisation nuclear factor kB (NFkB), c-Jun N-terminal kinase (JNK) et P38. Ce premier objectif nous a permis de mettre en évidence les effets anti-inflammatoires du MPE-001 et son mécanisme d’action, en modulant la réponse inflammatoire médiée par l’hétérodimère TLR2/6. Afin de déterminer les effets du MPE-001 sur la modulation de la réponse inflammatoire chez un modèle murin de DMLA, les souris C57BL/6, Cd36-/-, Cx3Cr1-/- et Cx3Cr1-/-/Cd36-/- ont été soumises à un stress photo-oxydatif induit par la lumière bleue pendant 5 jours. Une journée après le début de l’illumination, les souris ont reçu une injection s.c. de MPE-001 répétée pendant 7 jours. Le modèle murin de Cx3Cr1-/- est connue pour exacerber la réponse inflammatoire et induire l’accumulation de phagocytes mononucléés, plus particulièrement les microglies dans la rétine. Les montages à plat des coupes des yeux prélevés ont montré que le traitement au MPE-001 a engendré une diminution importante de 60% de l’accumulation de phagocytes mononucléés dans l’espace sous-rétinien, de même qu’une diminution des marqueurs inflammatoires (iNOS, IL-12), ainsi que la préservation de l’intégrité et de la fonction des photorécepteurs. Ce deuxième objectif nous a permis de démontrer les effets in vivo du MPE-001, en entraînant une diminution de l’accumulation de phagocytes mononucléés sous-rétiniens et la préservation des photorécepteurs. Étant donné les effets inhibiteurs du MPE-001 sur la sécrétion d’IL-1b, notre troisième objectif était d’investiguer l’effet du MPE-001 sur la régulation de l’inflammasome au niveau des macrophages. Nous avons montré que le MPE-001 entraînait une diminution de la réponse inflammatoire en inhibant la sécrétion d’IL-1b au niveau des macrophages, tout en diminuant l’expression de nucleotide-binding domain leucin-rich repeat and pyrin-containing receptor 3 (NLRP3) et de la caspase-1. Ce troisième objectif nous a permis de montrer que le MPE-001 a modulé le profil inflammatoire des macrophages en atténuant l’inflammasome NLRP3. Étant donné que le phénotype des macrophages est régulé par leur métabolisme, notre 4e et dernier objectif était de déterminer si les effets anti-inflammatoires du MPE-001 pouvaient influencer la polarisation des macrophages. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de bone marrow-derived macrophages (BMDM) induits en phénotype pro-inflammatoire M1 ou anti-inflammatoire M2. Bien que le MPE-001 n’ait eu aucune influence sur les marqueurs de surfaces phénotypiques, nous avons montré que ce dernier induisait un changement métabolique des macrophages pro-inflammatoires M1, en inhibant la glycolyse et en favorisant la phosphorylation oxydative, de façon dépendante du récepteur nucléaire peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-γ). En conclusion, les travaux de cette thèse ont montré que l’azapeptide MPE-001 possède de puissants effets anti-inflammatoires et immunomodulateurs au niveau des macrophages dans un contexte d’inflammation rétinienne, pouvant constituer une nouvelle approche thérapeutique prometteuse pour le traitement de la DMLA. / Age-related macular degeneration (AMD), a neurodegenerative disease of the retina, is considered to be the main cause of vision loss in the elderly. CD36 is a scavenger receptor expressed on the surface of mononuclear phagocytes and retinal pigment epithelium (RPE), which also acts as a co-receptor for the Toll-like receptor (TLR)-2/6 heterodimer in the induction of inflammation. In AMD, CD36 activation promotes the internalization of oxidized lipids by RPE cells, the recruitment and accumulation of mononuclear phagocytes (microglia, monocytes / macrophages), as well as the induction of the inflammatory response at the subretinal level. The identification of CD36 as a receptor for synthetic peptides of the growth hormone releasing-peptides (GHRP) by our laboratory, led us to the development of more selective ligands for this receptor, which have been studied in the context of chronic inflammatory diseases related to macrophages such as atherosclerosis. Given the similarities observed between the pathology of atherosclerosis and AMD, we hypothesized that azapeptides, as CD36 ligands, protect against AMD by modulating the inflammatory response. Thus, the general objective of this doctoral project was to characterize the anti-inflammatory and immunomodulatory effects of azapeptides, as CD36 ligands, and to elucidate their mechanisms of action on macrophages as well as in murine models of AMD. The first specific objective of this thesis was to determine the effect of the azapeptide MPE-001 in the modulation of the cellular TLR2-mediated inflammatory response and the associated signaling pathways. To do so, peritoneal macrophages from C57BL/6 or Cd36-deficient (Cd36-/-) mice were stimulated with TLR2 agonists. Treatment with MPE-001 induced a significant decrease in the production of pro-inflammatory cytokines, such as TNFa, IL-6, IL-12 and IL-1b and the chemokine CCL2, as well as inhibition of the nuclear factor k B (NF kB), N-terminal c-Jun kinase (JNK) and P38 signaling pathways. This first objective allows us to highlight the anti-inflammatory effects of MPE-001 and its mechanism of action, by modulating the inflammatory response mediated by the TLR2/6 heterodimer. In order to determine the effects of MPE-001 on the modulation of the inflammatory response in a mouse model of AMD, the murine models C57BL/6, Cd36-/-, Cx3Cr1-/- and Cx3xr1-/-/Cd36-/- were subjected to photo-oxidative stress induced by blue light for 5 days. One day after the start of illumination, the mice received a repeated s.c. injection of MPE-001 for 7 days. The mouse model of Cx3Cr1-/- is known to exacerbate the inflammatory response and induce the accumulation of mononuclear phagocytes, more specifically microglia, in the retina. Flat mounts from collected eyes showed that MPE-001 treatment caused a significant 60% decrease in the accumulation of mononuclear phagocytes in the subretinal space, as well as a reduction in inflammatory markers (iNOS, IL-12), with the preservation of photoreceptor integrity and function. This second objective allows us to demonstrate the in vivo effects of MPE-001, leading to a decrease in the accumulation of sub-retinal mononuclear phagocytes and the preservation of photoreceptors. Given the inhibitory effects of MPE-001 on IL-1b secretion, our third objective was to investigate the effect of MPE-001 on inflammasome regulation in macrophages. We have shown that MPE-001 decreases the inflammatory response by inhibiting the secretion of IL-1b in macrophages, while decreasing the expression of nucleotide-binding domain leucin-rich repeat and pyrin-containing receptor 3 (NLRP3) and caspase-1. This third objective allows us to show that MPE-001 modulates the inflammatory profile of macrophages by attenuating the NLRP3 inflammasome. Since macrophage phenotypes are regulated by their metabolism, our fourth and final objective was to determine whether the anti-inflammatory effects of MPE-001 could influence the polarization of macrophages. To do so, we used a bone marrow-derived macrophages (BMDM) model induced to pro-inflammatory M1 or anti-inflammatory M2 phenotype. Although MPE-001 had no influence on phenotypic markers, we have shown that the latter induces a metabolic shift of the pro-inflammatory M1 macrophages, by inhibiting glycolysis and promoting oxidative phosphorylation of macrophages, in a peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-g)-dependent manner. In conclusion, the work conducted in this thesis showed that the azapeptide MPE-001 has powerful anti-inflammatory and immunomodulatory effects on macrophages in a context of retinal inflammation, which could constitute a promising new therapeutic approach for the treatment of AMD.

Les canaux ioniques ASIC (Acid-Sensing Ion Channel), largement exprimés dans le système nerveux central et périphérique, sont activés par une acidification extracellulaire. Ils sont impliqués dans un nombre croissant de fonctions physiologiques ou pathologiques telles que la transmission synaptique, la plasticité synaptique, l'apprentissage, la mémoire, la peur, la dépression, l’épilepsie et la neuro-dégénérescence, ainsi que la nociception et la mécanosensibilité. Ils sont des cibles thérapeutiques d’intérêt dans le traitement de la douleur ou de troubles neurologiques. Les toxines peuvent modifier le fonctionnement des canaux ioniques et sont par conséquent utiles pour l’étude de leurs structures et de leurs fonctions biologiques. Des médicaments élaborés à partir de toxines issues de venins ont également permis le traitement de nombreuses pathologies. Mon travail de thèse comporte deux axes. D’une part, la mise en place de nouvelles stratégies de collectes de venins avec la mise au point d’un nouvel extracteur électronique. Et d’autre part, l’identification du site de liaison de la mambalgine sur les canaux ASIC1a, la description de son mécanisme d’action ainsi que la caractérisation des résidus clefs de cette toxine. En se basant sur une nouvelle approche pharmacologique tirant partie des mécanismes d’action des toxines et des petites molécules nous avons pu établir un modèle plus global du mécanisme de régulation des ASIC par les protons. Ce travail ouvre des perspectives pour le développement de formes optimisées de la mambalgine et apporte de nouvelles informations sur les mécanismes d’activation et d’inactivation des canaux ASIC / The Acid-Sensing Ion Channels (ASIC) are widely expressed in the central and peripheral nervous system and are activated by extracellular acidification. They are involved in increasing number of physiological or pathological functions such as synaptic transmission, synaptic plasticity, learning, memory, fear, depression, epilepsy and neurodegeneration, as well as nociception and mechanical sensitivity. They represent interesting therapeutic targets for the treatment of pain and neurological disorders. Several toxins are able to modify the gating of ion channels and are useful for studying their structures and biological functions. Moreover, drugs developed from toxins venoms have allowed the discovery of new treatments for many pathologies. My thesis work has two axes. First, the development of a new electronic extractor has allowed the implementation of new strategies to collect venoms. On the other hand, we were able to identify the binding site of the mambalgine toxin on ASIC1a, to describe its mechanism of action and to characterize the key residues of this toxin. Based on a new pharmacological approach using action mechanisms of toxins and small molecules, we were able to establish a global model of the pH-dependent gating of ASIC channels. This work opens some new perspectives for the development of optimized forms of mambalgine and provides new information on the gating of ASIC

La protéine Striatal-Enriched Protein Tyrosine Phosphatase (STEP) joue un rôle important dans la régulation de la force synaptique, notamment par sa capacité à s'opposer au renforcement synaptique et à encourager la dépression à long terme. Des niveaux anormaux de STEP peuvent altérer l'apprentissage et la mémoire et ont été impliqués dans une variété de troubles neuropsychiatriques tels que la maladie d'Alzheimer. Bien qu'il existe de nombreux substrats et régulateurs connus de STEP, la gamme complète des molécules capables d'intéragir avec STEP reste à découvrir. Dans cette étude, nous avons utilisé deux méthodes complémentaires afin de trouver de nouveaux intéracteurs de STEP: l'identification par proximité à la biotine (BioID) et la purification par affinité couplée à la spectrométrie de masse (AP-MS). Nous avons ensuite utilisé le protocole de la piscine de Morris chez le rat afin de déterminer l'effet d'un apprentissage spatial sur les niveaux de STEP61, STEP non phosphorylé, le récepteur 1 de la neuromédine U (NMUR1) et la neurologine-1 (NLGN-1) dans l'hippocampe des rats. Nous avons observé qu'un environnement naturel riche en indices distaux radicalement différents les uns des autres était plus propice à l'apprentissage spatial qu'un environnement plus uniforme avec uniquement des images disponibles pour être utilisées comme indices distaux. Nous avons également constaté que la protéine STEP61 totale, la STEP non-phosphorylé et la NMUR1 n'ont pas changé à la suite d'un apprentissage spatial, mais que la NLGN-1 change dans l'un des protocoles utilisés. Enfin, nous n'avons pas été en mesure d'induire des changements dans les niveaux de STEP grâce à l'utilisation de NMDA ou de DHPG pour induire une dépression à long-term dans des cultures hippocampiques dissociées. Des recherches supplémentaires seront nécessaires afin de déterminer la nature des nouvelles interactions découvertes, ainsi que la façon dont celles-ci sont affectées par un apprentissage spatial, et le rôle de la dépression à long terme ou de la potentialisation à long terme dans ces processus. / The Striatal-Enriched Protein Tyrosine Phosphatase (STEP) plays an important role in the regulation of synaptic strength, namely through its ability to oppose synaptic strengthening and encourage long term depression. Abnormal levels of STEP can impair normal learning and memory, and have been implicated in a variety of neuropsychiatric disorders such as Alzheimer's Disease. Though there are many known substrates and regulators of STEP, the full range of STEP interactions remains to be discovered. In this study, we used Proximity-dependent Biotin Identification (BioID) and affinity-purified mass spectrometry (AP-MS) in order to identify novel interactors of STEP. We then used the Morris water maze (MWM) protocol in rats to determine the effect of a spatial learning event on STEP61, non-phosphorylated STEP, neuromedin U receptor 1 (NMUR1) and neurologin-1 (NLGN-1) levels in the hippocampus of rats. Throughout our experiments, we determined that a natural environment rich with dramatically different distal cues was more conducive to spatial learning than a more uniform environment with only images available to be used as distal cues. We found also that total STEP61, non-phosphorylated-STEP, and NMUR1 did not change as a result of a spatial learning event, but that NLGN-1 was increased in one of the protocols used. Finally, we were unable to induce changes in STEP levels through the use of NMDA or DHPG to induce long-term depression (LTD) in dissociated hippocampal cultures. Further research is required in order to determine the nature of the novel interactions discovered, as well as how these are impacted by a spatial learning event, and the role of LTD or long-term potentiation (LTP) in these processes.