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Le laboratoire de Chimie Organique et Photochimie de l’Université Libre de Bruxelles possède une expertise de longue date dans le développement et l’étude de complexes photo réactifs de ruthénium (II) à base de ligands polyazaaromatiques. Il a été démontré au cours des précédentes décennies que leur intéressante photo-réactivité est engendrée par la présence de ligands polyazaaromatiques fortement π-déficients tels que le 1,4,5,8 tétraazaphénanthrène (TAP). Ceux-ci induisent en effet des propriétés d’oxydo réduction singulières à l’état excité du complexe. Un transfert d’électron photo induit est alors rendu possible, lequel peut conduire à la formation de photo adduit avec la biomolécule.Aujourd’hui, de multiples applications utilisant la formation de ces photo-adduits ont d’ores et déjà été développées dans le cadre de stratégies thérapeutiques visant la guanine composant l’ADN. Au cours du présent travail, nous avons contribué à l’expansion du domaine d’application de tels composés photo-réactifs aux peptides et aux protéines, ces derniers constituant des cibles primordiales dans le cadre des stratégies thérapeutiques actuelles.Les deux premiers chapitres de ce travail sont consacrés à l’étude fondamentale de la photo réaction entre le complexe photo-réactif [Ru(TAP)2phen]2+ et certains acides aminés, jugés comme potentiellement réducteurs, à savoir, le tryptophane, la tyrosine et la cystéine. La démonstration d’un transfert d’électron photo-induit ainsi que la formation de photo-adduit sur base de résultats précédemment obtenus au sein de notre laboratoire seront détaillés, et ce pour les acides aminés seuls en solution mais également lorsqu’ils sont inclus au sein d’une chaine peptidique.Le troisième volet de ce projet reprend les premiers résultats de la photo-réaction potentielle entre le complexe [Ru(TAP)2phen]2+ et une protéine. En effet, pour la première fois, une analyse poussée du milieu photo-réactionnel comprenant un complexe photo-oxydant de RuII ainsi qu’une protéine contenant plusieurs résidus tryptophane est décrite. Cette étude préliminaire a permis de démontrer la nécessité d’un vecteur de reconnaissant pour espérer observer la formation de photo-adduit entre complexe photo-oxydant et protéine.Le dernier chapitre se base sur cette observation pour développer de nouvelles stratégies visant à réguler l’activité enzymatique de protéines kinases grâce à l’illumination de complexes photo-oxydants de RuII. Deux méthodologies ont alors été mises en place. La première utilise un ligand mimétique de la staurosporine, inhibiteur naturel de protéines kinases, afin de permettre une reconnaissance directe de celles-ci par le complexe photo réactif. La seconde consiste à fonctionnaliser le complexe [Ru(TAP)2phen]2+ afin de l’ancrer chimiquement sur un peptide inhibiteur de protéine kinase. La combinaison de ces deux entités, à savoir un centre photo-réactif et un peptide vecteur, a permis l’observation d’une inhibition contrôlée par la lumière de protéines kinases. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’élucidation des interactions non-covalentes des complexes biologiques revêt d’une importance majeure dans la compréhension du fonctionnement cellulaire. L’objectif de ce travail de thèse est d’approfondir les développements de la spectrométrie de masse (MS) pour l’étude de ces complexes, que ce soit par MALDI-MS (la désorption-ionisation laser assistée par matrice) ou par ESI-MS (l’ionisation électrospray). Ce travail s’est articulé autour de trois axes : i) étude de la stœchiométrie et de la topologie du complexe SAGA HAT (Spt-Ada-Gcn5 Acétyltransferase, module Histone Acétyl Transferase) par pontage chimique couplé à la MS ; ii) suivi de la dimérisation des complexes formés par RAR-RXR (récepteur de l’acide rétinoïque - récepteur X des rétinoïdes) avec différents ADNs ; iii) mesure de la constante de dissociation des complexes RXR-ligand. Les méthodologies développées ont permis de repousser le potentiel de la MS et d’obtenir des informations structurales des complexes biologiques. / Elucidation of non-covalent interactions of biological complexes takes on great importance for the understanding of cellular function. The purpose of this thesis is a further development of mass spectrometry (MS) for the study of these complexes, either by MALDI-MS (matrix-assisted laser desorption-ionization) or by ESI-MS (electrospray ionization). This work was focused on three main lines: i) study of the stoichiometry and the topology of SAGA HAT (Spt-Ada-Gcn5 Acetyltransferase, Histone Acetyl Transferase module) complex by chemical cross-linking coupled to MS; ii) monitoring the dimerization of the complexes formed by RAR-RXR (retinoic acid receptor - retinoid X receptor) with different DNAs; iii) measuring the dissociation constant of RXR-ligand complexes. The developed methodologies made it possible to expand the potential of MS and get insight into structure of biological complexes.

Les colloïdes sont utilisés dans de nombreuses applications médicales tels les agents de contraste en IRM ou l'immuno-agglutination magnétique dans le diagnostic. Pour en améliorer leurs performances, l'interaction entre les particules et les milieux biologiques – en particulier les protéines – a été étudiée depuis plus de 150 ans, mais ce phénomène n'est toujours pas correctement décrit. La première partie de cette thèse est dédiée à une des applications des colloïdes : la détection de protéines cible. Basée sur l’orientation d’agrégats magnétiques anisotropes, une nouvelle méthode a été mise au point, permettant de mesurer un signal d'agrégation uniquement proportionnel à la quantité de protéines à doser, la limite de détection est donc abaissée. Cette technique a été validée sur un système réel : la protéine C-réactive. La seconde partie de cette thèse est consacrée à l’adsorption des protéines sur les colloïdes. Le premier objectif a été la mise au point d'un protocole de mesure capable de fournir des données fiables, l'adsorption a ainsi pu être caractérisée sur un système modèle, l'albumine de sérum bovin sur la silice. Les mesures obtenues ont ainsi permis de lever certains paradoxes et de proposer un nouveau modèle d’adsorption. Enfin, ces connaissances ont permis de comprendre comment des protéines, en s’adsorbant sur deux particules, agrègent les colloïdes. En quantité suffisante, elles peuvent également les protéger de l’agrégation, ouvrant la voie à une nouvelle méthode de stabilisation des particules. / Colloids are used in many applications such as contrast agents in MRI or magnetic immuno-agglutination in diagnosis. To improve their performance, the interaction between particles and biological media – in particular proteins – has been studied for more than 150 years, nevertheless this phenomenon is still not well described. The first part of this thesis is dedicated to an application of colloids: detection of target proteins. Based on orientation of anisotropic magnetic aggregates, a new method has been developed, which generates a signal of aggregation, directly proportional to the amount of protein in the sample: lowering the detection limit. This technique has been validated on a real system: C-reactive protein. The second part is dedicated to protein adsorption on colloids. The first objective was the development of a protocol to obtain reliable measurements, adsorption could then be characterized in a model system: bovine serum albumin and silica. Results obtained were thus able to dismiss certain paradoxes and to propose a new model. Ultimately the studies reveal how proteins, by adsorbing between two particles, aggregate colloids. In sufficient quantities, they can also protect against aggregation, enabling a new method of particle stabilization.

La recombinaison homologue au cours de la méiose est un événement essentiel pour la ségrégation fidèle des chromosomes homologues, et contribue à la production de la diversité génétique. La recombinaison méiotique est initiée par l'induction de cassures double brin d'ADN (CDB), catalysée par SPO11, à des régions spécifiques du génome appelés points chauds. Récemment, il a été montré que PRDM9 est un déterminant majeur des points chauds de recombinaison chez la souris et l'homme. PRDM9 contient un domaine PR/SET avec une activité d'histone méthyltransférase, un domaine de liaison à l'ADN constitué d'une série de doigts de zinc en tandem, et des domaines prédit pour être impliqué dans des interactions protéine-protéine. Notre modèle de travail récent place PRDM9 comme un élément clé pour l'initiation de la recombinaison méiotique: PRDM9 se lie à l'ADN via le domaine à doigts de zinc, et modifie localement la structure de la chromatine. Grâce à un processus encore inconnu, SPO11 est recruté à proximité des sites de liaison de PRDM9, où il catalyse la formation de CDB. Le but de ma thèse était de répondre à la question : comment PRDM9 recrute-t-elle la machinerie CDB aux points chauds ? Pour mieux comprendre ce mécanisme, je me suis attaché à la caractérisation des protéines interagissant avec PRDM9. Les protéines interagissant potentiellement avec PRDM9 ont été identifiées, par criblage double hybrides dans la levure avec des banques d'ADNc issues de testicules, et par purification par affinité-spectrométrie de masse des complexes PRDM9. La cartographie par double hybride avec des formes tronquées de PRDM9 a révélé que le domaine KRAB atypique de PRDM9 joue un rôle clé dans les interactions protéine-protéine. Les protéines identifiées comprennent CXXC1, un composant évolutivement conservé du complexe SET1-COMPASS, et HELLS qui est indispensable à la progression de la méiose I chez la souris. J’ai montré que ces deux protéines sont exprimées au cours de la spermatogenèse chez la souris. Puisque Spp1, l'orthologue chez S. cerevisiae de CXXC1, est connu pour servir de médiateur de recrutement de la machinerie de formation des CDB aux sites de CBD, l'interaction entre PRDM9 et CXXC1 pourrait refléter la conservation de la fonction méiotique de Spp1 chez la souris. / Meiotic homologous recombination is an essential event for faithful segregation of homologous chromosomes, and contributes to production of genetic diversity. Meiotic recombination is initiated by the induction of programmed DNA double strand breaks (DSBs), which are catalyzed by SPO11, at specific regions of the genome called hotspots. Recently, PRDM9 was reported as a major determinant of recombination hotspots in mouse and human. PRDM9 contains a PR/SET domain with histone methyltransferase activity, a zinc-finger array, and putative domains for protein-protein interactions. Our recent working model involves PRDM9 as a key component for the initiation of meiotic recombination: PRDM9 binds DNA via the zinc-finger array, and modifies chromatin structure locally. Through an unknown process, SPO11 is recruited and catalyzes DSB formation near PRDM9-bound sites. The aim of my thesis was to address the question: how does PRDM9 recruit DSB machinery to hotspots. To gain insight into this mechanism, I focused on characterization of PRDM9-interacting proteins. Potential interactors of PRDM9 were identified by yeast two hybrid (Y2H) screens with testis cDNA libraries and by affinity purification-mass spectrometry of PRDM9 complexes. Further Y2H assays with truncated derivatives of PRDM9 revealed that the atypical KRAB domain of PRDM9 plays a key role in protein-protein interactions. The identified proteins include CXXC1, a component of the evolutionarily conserved SET1-COMPASS complex, and HELLS, which is indispensable for progression of meiotic prophase I in mouse. Both proteins were found to be expressed during mouse spermatogenesis. Since Spp1, the S.cerevisiae orthologue of CXXC1, is known to mediate tethering of DSB sites to DSB machinery, the interaction between PRDM9 and CXXC1 might imply potential conservation of the Spp1 function in mouse meiosis.

L'enveloppe mycobactérienne contient de nombreux lipides uniques qui jouent un rôle clé dans leur pathogénicité. Certains lipides ont été identifiés comme antigènes, les glycolipides phénoliques (PGL), le lipoarabinomannane (LAM), les sulfoglycolipides diacylés (Ac2SGL) et les phosphatidylinositolmannosides (PIMs). Le but de cette thèse est la synthèse chimique des épitopes de deux glycolipides mycobactériens importants : les glycolipides phénoliques et les phosphatidylinositol mannosides. / The mycobacterial cell envelope contains many unique lipids which play a key role in the pathogenicity. Some of the lipids have been identified as antigens, the phenolic glycolipids (PGLs), the lipoarabinomannan (LAM), the diacylated sulfoglycolipid (Ac2SGL) and the phosphatidylinositolmannoside (PIMs). The main theme of this thesis is the chemical synthesis of the epitopes of two important mycobacterial glycolipids : phenolic glycolipids and phosphatidylinositol mannosides.

A l’heure actuelle, le processus neurodégénératif responsable de la MA n’est pas complètement élucidé et ses causes sont probablement multiples. Cependant, on sait qu’il met en jeu Tau, une protéine associée aux microtubules et qui permet leur stabilisation ; dans les cerveaux des patients Alzheimer, Tau est présente sous un état anormalement phosphorylée, agrégeant en filaments appariés en hélice à l’intérieur des neurones. Notre modèle d’étude in vitro consiste en une protéine Tau recombinante phosphorylée par la CDK2/CycA3 sur deux phosphoépitopes spécifiques à la MA et reconnus par les anticorps AT8 et AT180. Ce profil de phosphorylation a été caractérisé de façon qualitative et quantitative par spectroscopie RMN (Résonance Magnétique Nucléaire). Nous avons ensuite tenté de cartographier ces phosphoépitopes par deux techniques complémentaires originales : la RMN et le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer). Nous avons également montré que l’(hyper)phosphorylation de Tau ne menait pas forcément à son détachement des microtubules, hypothèse largement répandue dans la littérature. Finalement, nous avons pu mettre en évidence une interdépendance entre les deux phosphoépitopes AT8 et AT180 lors de la déphosphorylation de notre échantillon de protéine Tau phosphorylée par PP2AT55, une phosphatase trimérique majeure du cerveau. / The neurodegenerative process responsible for Alzheimer’s disease is not yet elucidated and its causes are probably multiple. Nevertheless, we know that it brings into play Tau, a microtubule associated protein that allows their stabilization; in Alzheimer patients’ brain; Tau proteins are present under an abnormally hyperphosphorylated state which aggregate in paired helical filaments inside the neurons. Our in vitro study model is based on a recombinant Tau protein phosphorylated by CDK2/CycA3 on two Alzheimer’s disease specific phosphoepitopes recognized by AT8 and AT180 antibodies. This phosphorylation pattern was qualitatively and quantitatively characterized by NMR (Nuclear Magnetic Resonance) spectroscopy. We tried then to map these phosphoepitopes by two original and complementary methods NMR and FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer). We also showed that (hyper)phosphorylation of Tau doesn’t lead necessarily to its detachment from microtubules, a hypothesis widely spread in literature. Finally, we highlighted that during the dephosphorylation of our phospho-Tau sample by PP2AT55, a major trimeric phosphatase in brain, the dephosphorylation of AT8 phosphoepitope was under AT180 phosphorylation status control.

Le gène H19 est soumis à l’empreinte génomique parentale et ne code aucune protéine. Le produit de ce gène, le long ARN non codant (lncRNA) H19, agit en tant qu’ARN et est impliqué dans le développement embryonnaire ainsi que dans la tumorigenèse. Le lncRNA H19 est le précurseur du miR-675. Mes travaux de thèse ont permis d’identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de la tumorigenèse mammaire par le gène H19. Nous avons mis en évidence que le lncRNA H19 régule négativement la protéine p53 dans les cellules cancéreuses mammaires. Mes travaux ont démontré que le lncRNA H19 interagit physiquement avec la protéine p53 et MDM2 afin d’induire sa dégradation et empêcher sa translocation dans le noyau. Ce nouveau mode d’action d’H19 dans les cancers du sein pourrait expliquer le manque de pertinence clinique de l’étude du statut mutationnel de p53 par immunohistochimie dans ce cancer. J’ai également mis en évidence que non seulement le lncRNA H19 est impliqué dans la régulation des cellules souches cancéreuses, mais également le miR-675-5p. En effet, les tumeurs exprimant des signatures géniques associées aux marqueurs de cellules souches cancéreuses sont des tumeurs qui surexpriment le gène H19. De plus, la modulation de l’expression du lncRNA H19 et de son microARN régule les capacités fonctionnelles associées aux cellules souches cancéreuses mammaires. Pour finir, j’ai initié un projet permettant l’identification, sans a priori, des gènes cibles du lncRNA H19 et de son microARN dans les cellules cancéreuses mammaires. Pour conclure, j’ai mis en évidence l’implication du lncRNA H19 et du miR-675-5p dans différents processus impliqués dans la tumorigenèse mammaire. / The H19 gene is subject to genomic imprinting and does not encode protein. The product of this gene, the long non coding RNA (lncRNA) H19, act as an RNA and is involved in development and the tumorigenesis. The H19 RNA is the precursor of miR-675. My thesis work identified new mechanism involved in the regulation of breast tumorigenesis by H19. We have demonstrated that the lncRNA H19 negatively regulates the p53 protein in breast cancer cell lines. My work revealed that H19 interacts with p53 and MDM2 to induce the degradation of p53 and impedes its nuclear localization. This new mechanism of H19 in breast cancer could explain the lack of clinical relevance of the p53 mutational state measured by immunohistochemistry in breast cancer. My work also revealed that not only the lncRNA H19 is involved in the regulation of breast cancer stem cells but also the miR-675-5p. Indeed, we have shown a correlation between overexpression of H19 and expression of a cancer stem cell phenotype in patient tumors. Furthermore, the modulation of H19 or miR-675 expression regulates the functional capacities associated with breast cancer stem cells. I also initiated a project that will allow the identification of H19 and miR-675 target genes in breast cancer cell lines. To conclude, I highlighted the implication of the lncRNA H19 and miR-675 in different process involved in breast cancer tumorigenesis.

ErbB2/HER2 est un récepteur tyrosine kinase de la famille d'EGFR (ErbB1) surexprimé dans plus de 20% des cancers du sein et associé à une forme particulièrement agressive de la maladie. Les récepteurs ErbBs sont actifs seulement sous forme de dimères, permettant la phosphorylation de leur queue C-terminale par leur domaine tyrosine kinase. La phosphorylation entraine l'interaction avec des protéines adaptatrices et l'activation de voies de signalisation, Ras/MAPK et PI3K/Akt principalement. Ces voies contrôlent la prolifération, la motilité cellulaire et la résistance à l'apoptose. Contrairement à ErbB1/3/4, ErbB2 dimérise en l'absence de ligand. Comprendre les autres mécanismes de régulation de la phosphorylation de ses tyrosines et de ses interactions est donc particulièrement intéressant.ErbB2 a fait l'objet de nombreuses études structurales et fonctionnelles. Elles ont permis la mise au point de traitements ciblés efficaces mais sujets à l'apparition de résistance, dont l'anticorps Trastuzumab, ciblant sa partie extracellulaire. La queue C-terminale d'ErbB2 (CtErbB2) a été très souvent ignorée dans ces études. Cette partie étant intrinsèquement désordonnée, il a fallu attendre ces dernières années pour que les concepts et les outils permettant de l'étudier émergent.Dans cette thèse, j'ai d'abord effectué la caractérisation structurale et dynamique de CtErbB2. J'ai montré que bien qu'étant dépourvue de toute structure stable, cette région riche en prolines possède plusieurs structures secondaires transitoires et un contact longue-distance participant très probablement à la régulation de ses interactions intra- et inter-moléculaires. Dans une deuxième partie je me suis intéressée à la caractérisation de la protéine adaptatrice Grb2, partenaire essentiel de ErbB2 pour l'activation de la voie des MAP kinases. L'organisation en solution des domaines de cette protéine modulaire dans sa forme libre était jusque là inconnue. J'ai ensuite étudié l'interaction entre Grb2 et CtErbB2, et montré que CtErbB2 interagit non seulement avec le domaine SH2 de Grb2 (par l'intermédiaire d'une phosphotyrosine), mais aussi avec son domaine SH3 N-terminal (grâce à un motif polyproline). Enfin, j'ai mis en place plusieurs stratégies de phosphorylation des tyrosines de CtErbB2, dans le but d'étudier plus largement l'effet des phosphorylations sur l'ensemble de cette région. / ErbB2/HER2 is a receptor tyrosine kinase of the EGFR (ErbB1) family overexpressed in 20% of breast cancers and associated to a particularly aggressive form of the disease. ErbB receptors are only active upon dimerization that enables phosphorylation of their C-terminal tail by their tyrosine kinase domain. Phosphorylation then triggers interaction with adaptor proteins and activation of signaling pathways, mainly Ras/MAPK and Akt/PI3K. Those pathways control cell proliferation, motility and resistance to apoptosis. Contrary to ErbB1/3/4, ErbB2 can dimerize without any ligand. Understanding other mechanisms of regulation of its tyrosine phosphorylation and of its interactions is thus particularly interesting.ErbB2 structure and function have been extensively studied. This has led to the development of several FDA-approved targeted drugs, that are effective but to which resistance occurs, amongst which the Trastuzumab antibody that targets ErbB2 extracellular domain. The C-terminal tail of ErbB2 (CtErbB2) has been widely ignored in these studies. Since it is intrinsically disordered, the concepts and tools to study it have only emerged in the last few years.In the present work, I have performed the structural and dynamic study of CtErbB2. I showed that despite its lack of any stable structure, this proline-rich region exhibits several transient secondary structures and a long-range contact that might participate in the regulation of its intra- and inter-molecular interactions. Then, I characterized the adaptor protein Grb2, which is a partner of ErbB2 that is essential for the activation of the MAPK pathway. The solution organization of the domains of this modular protein in its apo-form was unknown so far. I also studied the interaction between Grb2 and CtErbB2, showing that in addition to the known SH2-phosphotyrosine interaction, a polyproline motif of CtErbB2 binds to the N-terminal SH3 domain of Grb2. Finally, I implemented several strategies to phosphorylate CtErbB2 tyrosines, to study more extensively the effect of phosphorylation on the whole tail.

Les protéines U2AF65, CAPERα, PUF60 et SPF45 sont des facteurs d'épissage qui possèdent des domaines similaires appelés UHM et qui interagissent pendant les étapes précoces de l'épissage avec des protéines qui possèdent des domaines ULM, comme SF3b155. Par des approches biochimiques, nous avons mis en évidence la formation d'assemblages macromoléculaires par U2AF65 et CAPERα au contact du domaine multi-ULM de SF3b155. En diminuant les taux d'expression des facteurs d'épissage à domaines UHM avec des shRNA et en analysant par qPCR l'épissage de 65 exons cassette, nous avons identifié un rôle activateur de CAPERα, U2AF65 et PUF60 et un rôle répresseur de SPF45 dans l'épissage. Plus particulièrement, CAPERα et U2AF65 activent l'épissage des exons cassette présentant des séquences flanquantes en 5' riches en motifs polypyrimidine. De plus, ces séquences favorisent la formation des assemblages macromoléculaires de U2AF65 et CAPERα. Appuyés par ces résultats, nous proposons un modèle dans lequel des interactions multivalentes conduisent à la formation d'assemblages macromoléculaires par CAPERα et U2AF65 ; ces complexes ont une affinité particulière d'une part pour les séquences introniques riches en motifs polypyrimidine et d'autre part avec le domaine multi-ULM de SF3b155. L'ensemble de ces interactions favorise la reconnaissance des sites 3' d'épissage. / U2AF65, CAPERα, PUF60 and SPF45 are splicing factors that hold similar domains called UHM that interact during the early splicing steps with ULM domains proteins, such as SF3b155. Using biochemical approaches, we highlighted the formation of macromolecular assemblies by U2AF65 and CAPERα in contact with the multi-ULM domain of SF3b155. The inhibition of the expression of the UHM splicing factors by shRNA, followed by a qPCR analysis of 65 cassette exons led us to identify an activating role of CAPERα, U2AF65 and PUF60 and a repressing role of SPF45 in splicing. Particularly, CAPERα and U2AF65 activate splicing of cassette exons presenting long pyrimidine-rich 5' flanking regions. Moreover, these regions favor the formation of macromolecular assemblies of U2AF65 and CAPERα. On the basis of these results, we propose a model in which multivalent interactions lead to CAPERα and U2AF65 macromolecular assemblies; these assemblies present a particular affinity on one hand for long pyrimidine-rich introns and on the other one for the multi-ULM domain of SF3b155. All these interactions promote 3' splice sites recognition.