Les données de séquençage des génomes ont révélé une nouvelle famille de protéines UPF0079, comprenant des protéines de fonction inconnue qui sont exclusivement et largement présentes chez les bactéries et qui possèdent un motif A de Walker dans leur séquence. La caractérisation biochimique et l'élucidation du rôle physiologique de cette famille contribueront à élargir nos connaissances en biologie fondamentale, et sont également un préalable vers le développement de nouveaux composés antimicrobiens. Notre étude sur YdiB, un archétype de cette famille chez Bacillus subtilis a révélé à la fois l‟autophosphorylation de YdiB et son activité de protéine kinase. L‟activité kinase de double spécificité Ser/ Thr et Tyr de YdiB semble nécessiter son oligomérisation et semble être stimulée par des molécules basiques telles que des polyamines naturelles ou la poly-L-lysine. Les 10 résidus les plus conservés chez cette famille ont été étudiés afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire de YdiB. Concernant la caractérisation fonctionnelle de la phosphorylation liée à YdiB, l‟étude de l‟opéron ydiA-B-C-D-E de B. subtilis nous a permis de montrer que YdiB et YdiC fonctionnent comme un couple de protéine kinase/phosphatase de deux protéines substrats dont les fonctions seraient liées aux ribosomes, YdiD et YdiE. Une co-localisation partielle entre YdiB et les ribosomes a été observée. En outre, YdiB est capable de phosphoryler des protéines ribosomiques appartennant aux deux sous-unités 50S et 30S, ainsi que deux GTPases impliquées dans la biogénèse des ribosomes, EngA et EngB. Nous avons également démontré que EngA phosphorylée par YdiB est un substrat in vitro de la phosphatase YdiC. Enfin, basé sur le phosphoprotéome de Bacillus subtilis, des peptides mimant des sites de phosphorylation in vivo ont été utilisés. Certains entre eux sont phosphorylés in vitro par YdiB. Deux de ces peptides appartiennent à la superoxyde dismutase, SodA, dont l'activité in vitro et après purification est régulée positivement via la phosphorylation par YdiB. Nous avons ensuite constaté que les cellules de B. subtilis dépourvues du gène ydiB sont plus sensibles aux agents oxidants tels que le paraquat ou la norfloxacine. Nous proposons que, in vivo, YdiB fonctionne comme une protéine kinase impliquée dans l‟activité et/ou la stabilité des ribosomes dans des conditions physiologiques normales, et YdiB contribuerait à protéger les cellules contre les dommages du stress oxydatif. / Genome sequencing data has revealed genes encoding uncharacterized protein family UPF0079 which are exclusively found in bacteria; broadly distributed in this kingdom and possess an ATP-binding motif in their sequences. Biochemical characterization and physiological role elucidation of UPF0079 will undoubtedly increase our fundamental biology knowledge, and also remain a prerequisite towards the development of new antimicrobial compounds. Our investigation on YdiB, an archetype of this family in Bacillus subtilis revealed both autophosphorylating and protein phosphotransferase activities. The dual-specificity Ser/Thr and Tyr kinase activity of YdiB seems to require oligomerization is upregulated by basic molecule activators such as natural polyamines or poly-L-lysine. The 10 most conserved residues were studied to gain insights into molecular mechanism of the kinase YdiB. To characterize the function of phosphorylation events linked to YdiB, starting with the B. subtilis ydiA-B-C-D-E operon we showed that YdiB and YdiC function as cognate protein kinase/phosphatase towards two ribosome-related protein substrates YdiD and YdiE. Some co-localization between YdiB and ribosomes were observed. Furthermore, YdiB is capable of phosphorylating both ribosomal 50S and 30S subunits as well as two ribosome-binding GTPases EngA and EngB. We also demonstrated that phosphorylated EngA by YdiB is an in vitro substrate of the phosphatase YdiC. Finally, based on the phosphoproteome pf Bacillus subtilis, peptides mimicking the in vivo phosphorylation sites were used. Some of them were found to be phosphorylated in vitro by YdiB, including two peptides which belongs to the superoxide dismutase SodA. The activity of purified SodA was then shown to be upregulated via phosphorylation by YdiB. We furthermore found that B. subtilis cells lacking ydiB become more sensitive to oxidative stress-causing agents such as paraquat or norfloxacin. We propose that in vivo, YdiB functions as a protein kinase involved in ribosome function in normal condition; and in protecting cells from oxidative stress damage.

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La dopamine (DA) et la noradrénaline (NA) jouent un rôle primordial dans de nombreuses fonctions cérébrales. Elles agissent par l’intermédiaire de récepteurs couplés aux protéines G qui régulent la voie de signalisation cAMP/PKA. La NA est libérée dans tout le néocortex par les neurones du locus coeruleus (LC). Les projections DA des neurones de l’aire tegmentale ventrale sont présentes dans des régions restreintes du cortex. Le but de ce projet est de caractériser les effets de la NA et de la DA exogènes mais aussi de la libération des catécholamines endogènes sur la voie AMPc/PKA en utilisant l’imagerie de sondes fluorescentes. J’ai montré que la NA, l’isoprotérénol, la DA ou le SKF 38393 stimulent l’activité PKA dans les cellules pyramidales, notamment dans les régions peu innervées par les fibres DA. Les réponses NA et isoprotérénol sont inhibées par les antagonistes β-adrénergiques et les réponses DA par un antagoniste des récepteurs D1/D5. La contribution inhibitrice des récepteurs D2 dopaminergiques et α2-adrénergiques a été mise en évidence. Les récepteurs NA et DA sont donc fonctionnellement exprimés bien au delà du territoire innervé par les fibres DA. L’expression sélective du canal photosensible channelrhodopsine (ChR2) dans les neurones NA combinée à l’imagerie PKA dans le cortex m’a permis de montré que la libération endogène de NA induite par photostimulation augmente réversiblement l’activité PKA. Ces réponses sont inhibées par les antagonistes β- adrénergiques et leur amplitude augmentée par un bloquant de la recapture de la NA. Cette approche permet donc de caractériser en temps réel la transmission catécholaminergique avec une résolution subcellulaire. / Dopamine (DA) and noradrenalin (NA) are critically involved in multiple brain functions. NA and DA modulate neuronal functions via G protein coupled receptors and cAMP/PKA signaling. NA is released in the entire neocortex by axons of locus coeruleus (LC) neurons. DA projections to the neocortex, which originate in the ventral tegmental area, innervate more restricted areas. The aim of this project is to characterize the effect of exogenous and endogenously released NA and DA on cAMP/PKA signaling by using PKA sensitive fluorescent sensors. I showed PKA activation in pyramidal neurons in response to bath application of NA, isoproterenol, DA and SKF38393. Responses were observed throughout the cortex even in areas poorly innervated by DA fibers. Responses to NA and isoproterenol were inhibited by β-receptors antagonists while responses to DA and SKF38393 were blocked by a D1/D5 receptor antagonist. The negative contribution of D2-like and α2-adrenoceptor to PKA signaling was also demonstrated using specific antagonists. These results show a widespread distribution of functional NA and DA receptors in the neocortex that extends far beyond the territory of DA fiber innervations. The selective expression of the light activated Channelrhodopsin2 in NA neurons combined with cortical PKA imaging allowed demonstrating that release of endogenous NA reversibly increases PKA activity. These responses were blocked by β-receptors antagonists while a NA transporter inhibitor increased responses. These results demonstrate that endogenous NA released from LC fibers activates the cAMP/PKA pathway in cortical neurons, providing a means to characterize catecholaminergic transmission events.

La plasticité synaptique, qui permet l'apprentissage et la mémoire, s'exprime par des changements dans la force de transmission de signal passant par les neurotransmetteurs. La modulation de la quantité de récepteurs au glutamate de type « AMPA » disponibles dans le compartiment post-synaptique est un des moyens que possède le neurone pyramidal de modifier sa réponse à un stimulus. Les mécanismes régissant ce mécanisme de plasticité ne sont pas très bien compris, mais nous savons toutefois que l'enzyme CaMKII joue un rôle important à plusieurs niveaux dans le processus. Par exemple, la CaMKII joue un rôle dans l'immobilisation des récepteurs AMPA dans les synapses de neurones de l'hippocampe en culture, suite à un protocole (appelé « cLTP) qui mène à la Potentialisation à Long Terme de ces synapses et à l'augmentation de leur contenu en récepteurs AMPA. J'ai testé l'hypothèse que la CaMKII contribue également à augmenter le niveau d'expression membranaire des récepteurs AMPA dans les neurones. Pour ce faire, j'ai procédé à des mesures d'imagerie optique de la livraison des récepteurs AMPA à la membrane plasmique par un processus d'exocytose des réserves intracellulaires du récepteur. Cette mesure exploite la microscopie vidéo à fluorescence ainsi que le transfert de gène d'une protéine fluorescente couplée au récepteur, dont la fluorescence n'apparait que lorsque les récepteurs arrivent à la surface. En bloquant l'activité de la CaMKII avec des outils pharmacologiques ou génétiques, j'ai observé une diminution importante dans la fréquence d'exocytose des récepteurs AMPA, ce qui confirme l'hypothèse qu'elle joue un rôle important dans ce processus. Toutefois, lors d'une stimulation de type cLTP, je n'ai pas observé d'augmentation dans la fréquence d'apparition des événements d'exocytose des récepteurs. Ces résultats indiquent que malgré le rôle de la CaMKII dans l'augmentation de l'exocytose des récepteurs AMPA, ces derniers ne sont pas davantage livrés à la membrane durant un protocole de cLTP, suggérant que seule l'immobilisation des récepteurs joue un rôle prépondérant dans l'augmentation des récepteurs AMPA à la synapse durant la LTP. Il sera cependant important d'étudier davantage pourquoi la CaMKII promeut l'exocytose des récepteurs AMPA, sans que ce processus soit augmenté durant la LTP.

Le paludisme constitue la première maladie parasitaire au monde, responsable d’environ 800 000 morts chaque année. Il peut entraîner plusieurs complications sévères aggravant le pronostique vital, et pouvant conduire à la mort. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse a été d'étudier, pour une majeur partie, la pathologie cérébrale et dans une moindre mesure la forme pulmonaire. Cette étude a plus particulièrement porté sur le rôle de certaines voies d’activation des lymphocytes T. Mes résultats ont mis en évidence la fonction primordiale, dans le développement du neuropaludisme, de trois molécules impliquées dans l’activation des cellules T : le récepteur LTβR, la protéine PKC-θ et la sous unité β2 du récepteur à l’IL-12. Grâce à l’utilisation d’un modèle murin délété en ces gènes, nous avons pu déterminer par des techniques non invasives (IRM, ARM) ou invasives (test de perméabilité vasculaire, cytométrie en flux) que ces souris étaient résistantes à la forme cérébrale. En revanche elles ne sont pas essentielles à la pathologie pulmonaire. / The malaria is the first parasitic pathology, responsible of 800 000 death a year. It can cause several severe complications which might deteriorating vital forecast and lead to the death. In this context, my thesis objective was to study, for major point, the cerebral pathology and in a lesser measure the lung pathology. This study concernes the role of some signaling pathways of T cells activation. My results show the involvement of three molecules in cerebral malaria development LTβR receptor, PKC-θ kinase and IL-12Rβ2 receptor subunit. With the use of knockout mice for these genes, we proved by non invasive approaches (MRI and MRA) or invasive approaches (vascular permeability test, flow cytometry) that these mice are resistant to cerebral malaria. By contrast they are not protected against lung pathology.

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

Legionella pneumophila est la bactérie responsable de la légionellose, une pneumonie atypique dans les pays industrialisés. Les souches pathogènes sont issues de notre environnement après multiplication à l’intérieur d’amibes, sont disséminées par la technologie humaine, puis peuvent infecter les macrophages alvéolaires humains. Ce travail vise à caractériser une famille d’effecteurs du système de sécrétion de type IV Dot/Icm transloqués dans le cytoplasme de la cellule hôte, des protéine kinases, et en particulier à établir le rôle de la protéine kinase LegK2 dans la virulence. L’analyse in silico et des tests de phosphorylation in vitro ont permis d’identifier 5 protéine kinases fonctionnelles, LegK1-LegK5, codées par la souche épidémique L. pneumophila Lens. Des tests de translocation ont montré qu’à l’exception de LegK5, les protéine kinases de Legionella sont transloquées dans la cellule hôte de façon Icm/Dot dépendante. LegK2 joue un rôle clé dans la virulence, comme démontré par inactivation de gène. Les vacuoles contenant le mutant legK2 présentent un recrutement moins efficace de reticulum endoplasmique, ce qui entraine une réplication intracellulaire retardée. Un mutant de substitution déficient pour l’activité kinase présente les mêmes défauts de virulence, ce qui démontre le rôle central de la phosphorylation dans le contrôle de ce processus. Les mécanismes moléculaires contrôlés par LegK2 sont actuellement recherchés par identification de partenaires et/ou substrats protéiques / Legionella pneumophila is the most common causative agent of the severe pneumony legionellosis. Legionella pathogenic strains are emerging from the environment after intracellular multiplication in amoeba, are dissiminated by water aerosols technologies, and are able to infect alveolar macrophages of human lungs. This work aims to characterize one family of effectors translocated into the host cytoplasm, namely the protein kinase family, and particularly the role of LegK2 protein kinase in virulence. In silico analysis and in vitro phosphorylation assays allowed the identification of 5 functional protein kinases LegK1-LegK5 encoded by the epidemic L. pneumophila Lens strain. Translocation assays showed that except LegK5, the Legionella protein kinases are translocated. LegK2 plays a key role in bacterial virulence, as demonstrated by gene inactivation. The legK2 mutant containing vacuoles display less efficient recruitment of endoplasmic reticulum markers, which results in delayed intracellular replication. A kinase-dead substitution mutant of legK2 exhibits the same virulence defects. Molecular mechanisms controled by LegK2 have been investigated by searching LegK2 partner and substrate proteins

Les protéines kinases A (PKA) sont des enzymes qui catalysent la phosphorylation de résidus sérine ou thréonine. L’activité des PKA peut être mesurée in cellulo grâce aux biosenseurs AKAR (A-Kinase Activity Reporter). AKAR est composé de 4 modules: la séquence substrat des PKA, un domaine de liaison aux acides aminés, et 2 protéines fluorescentes pouvant interagir par FRET (Förster Resonant Energy Transfer). La phosphorylation de la séquence consensus par la PKA et l’interaction de l’acide aminé phosphorylé avec le module senseur provoque une modification de la conformation d’AKAR et une augmentation du FRET entre les 2 protéines fluorescentes.L’objectif initial de ce travail était de produire un biosenseur AKAR basé sur un nouveau couple de protéines fluorescentes plus performantes, et insensibles au pH. Ce biosenseur devant à terme être utilisable en imagerie ratiométrique, et en FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy). Ainsi nous avons mis au point une nouvelle version d’AKAR: AqAKARCit. Cette version exploite la protéine Aquamarine, l'une des meilleures protéines cyan disponibles aujourd'hui, avec un rendement quantique de 89%, un déclin de fluorescence mono-exponentiel, et une insensibilité au pH dans tout le domaine physiologique. Les résultats obtenus en FLIM avec cet AqAKARCit ont permis des améliorations notables en stabilité et sensibilité.Une version baptisée AqAKARTagRFP a été construite, dans laquelle l’accepteur est une protéine fluorescente orange permettant une meilleure séparation spectrale entre donneur et accepteur et insensible aux variations de pH. Les étapes de caractérisations de AqAKARTagRFP ont été accomplies en FLIM, et en ratiométrie. AqAKARTagRFP permet d'obtenir de bonnes réponses en FRET par ratiométrie, mais reste difficilement utilisable en FLIM en raison d'une dynamique de réponse limitée. La sensibilité du biosenseur a été améliorée par une modification de l'ancrage de l'Aquamarine. Les modifications apportées à cette version nommée AqEAKARTagRFP la place au niveau des biosenseurs AKAR les plus performants actuellement disponibles.Les mesures de sensibilité au pH d’ AqEAKARTagRFP réalisées en FLIM ont révélé une insensibilité au pH du biosenseur sur une étendue de pH jamais atteinte jusqu’à présent. Cependant, en ratiométrie, on note malgré tout une sensibilité détectable aux pHs fortement acides (pH ≤ 6), ce qui ne permettra pas de l'utiliser pour l'imagerie ratiométrique de compartiments cellulaires acides. Un contrôle négatif non phosphorylable AqEAKARmutTagRFP a été étudié. Ce contrôle présente les mêmes variations de signal en réponse à des changements imposés de pH intracellulaire, révélant que ces variations sont indépendantes de l’activité PKA.L'étude de tandems CFP-Cit et Aq-Cit dépourvus de la partie senseur nous à permis d'analyser le comportement de FRET des couples cyan/jaune en fonction du pH. Un modèle décrivant ce comportement a été créé et appliqué à AKAR.Les expériences complémentaires faites sur CFPAKARCit sont en accord avec nos simulations mais la construction AqAKARCit révèle du FRET résiduel à pH acide que notre modèle numérique ne prévoit pas. Une sensibilité aux pH acides de la partie senseur d’AKAR qui provoquerait un changement de conformation du biosenseur et une augmentation de FRET pourrait expliquer ce phénomène.Ce travail de thèse a permis la mise au point d’un nouveau couple de protéines fluorescentes par le FRET insensibles au pH. Ce couple va permettre une meilleure caractérisation des sensibilités des biosenseurs existants comme nous l’avons montré avec AKAR. Ce couple de protéines fluorescentes pourra également être utilisé dans des compartiments cellulaires acides, par exemple pour étudier des interactions protéine/protéine. Enfin, grâce à une meilleure séparation spectrale en excitation et en émission, ce couple peut être utilisé dans des applications plus exigeantes comme la microscopie biphotonique. / Protein kinase A (PKA) are enzymes which catalyze the phosphorylation of serine or threonine residues. The activity of PKA can be measured in cellulo through AKAR biosensors (A-Kinase Activity Reporter). AKAR consists of 4 modules: the PKA substrate sequence, a phospho-amino binding domain, and two fluorescent proteins that can interact by FRET (Förster Resonant Energy Transfer). After action of the PKA, the interaction between the phophorylated amino acid and the phospho-amino binding domain causes a change in the conformation of AKAR and an increase in FRET between the two fluorescent proteins.The initial objective of this work was to produce an AKAR biosensor based on a new pair of improved fluorescent proteins, and insensitive to pH. This biosensor to eventually be used in ratiometric imaging and FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy). So we developed a new version of AKAR: AqAKARCit. This version uses the Aquamarine protein, one of the best cyan proteins available today, with a quantum yield of 89%, a near mono-exponential fluorescence decay, and insensitive to pH throughout the physiological range. The results obtained with this AqAKARCit allowed significant improvements in stability and sensitivity.A version called AqAKARTagRFP was built, in which the acceptor is an orange fluorescent protein allowing better spectral separation between donor and acceptor and insensitive to pH variations. The characterization of AqAKARTagRFP was performed in FLIM, and ratiometry. AqAKARTagRFP provides good answers in FRET by ratiometry but remains difficult to use in FLIM due to limited dynamic responses. The sensitivity of the biosensor has been improved by modification of the anchoring of Aquamarine. Changes to this version named AqEAKARTagRFP place it at the most efficient AKAR biosensors currently available.The pH-responsive measures of AqEAKARTagRFP made in FLIM showed insensitivity to pH on a range never reached so far. However, in ratiometry, there is still a detectable sensitivity to highly acidic pHs (pH ≤ 6), which will not allow to use it for ratiometric imaging of cellular acidic compartments. A negative unphosphorylatable control AqEAKARmutTagRFP was studied. This control presents the same signal variations in response to changes imposed on intracellular pH, revealing that these variations are independent of PKA activity.The study of the CFP-Cit and Aq-Cit tandems devoid of the sensor part allowed us to analyze the behavior of cyan / yellow FRET pairs regarding the pH. A model describing this behavior was created and applied to AKAR. Additional experiments on CFPAKARCit are in agreement with our simulations but AqAKARCit reveals residual FRET at acidic pHs that our numerical model does not predict. A sensitivity to acidic pH of the sensor module of AKAR which would cause a conformational change in the biosensor and an increase in FRET could explain this phenomenon.This thesis has allowed the development of a new pair of fluorescent proteins for FRET imaging insensitive to pH. This couple will allow better characterization of existing biosensors sensibilities as we have shown with AKAR. This pair of fluorescent proteins may also be used in acidic cellular compartments, for example to study protein / protein interactions. Finally, through improved spectral separation in excitation and in emission, this pair can be used in more demanding applications such as biphoton microscopy.

Le traitement par BRAF-inhibiteur (BRAFi) et MEK-inhibiteur (MEKi) en association a permis d’améliorer significativement la survie des patients atteints de mélanome métastatique muté BRAFV600. Cette mutation est présente chez 50 % des patients. Les BRAFi et MEKi sont des inhibiteurs de protéines kinase, dont le métabolisme fait intervenir le CYP 3A4, à l’origine de grandes variabilités des concentrations plasmatiques inter-patients pour une même dose administrée. La moitié des patients répondent au traitement, et 90% des patients présentent des effets indésirables, nécessitant une diminution de la posologie dans 33% des cas. Dans ce contexte, nous avons décrit les effets indésirables de chacun des BRAFi et MEKi et, pour ceux qui sont dose-dépendants, nous avons cherché à établir un lien entre concentration plasmatique et survenue d’effet indésirable. Grace à la mise au point d’une méthode analytique en chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse, nous avons mesuré prospectivement les concentrations plasmatiques des BRAFi et MEKi chez les patients bordelais. Ces données permis de définir un seuil de toxicité de 48 ng/ml pour le dabrafenib. La définition de ce seuil constitue une étape essentielle à la conduite d’une étude randomisée visant à évaluer l’intérêt du suivi thérapeutique pharmacologique. / The combination of BRAF-inhibitors (BRAFi) and MEK-inhibitors (MEKi) has significantly improved the survival of patients with metastatic melanoma with BRAFV600 mutation. About 50% of patients harbour BRAFV600 mutation. BRAFi and MEKi are kinase inhibitors, metabolized by CYP 3A4, responsible for large between-patients variability in plasma concentrations for the same administered dose. About half of patients respond to treatment, and 90% of patients present adverse drug reactions (ADR), requiring dose reduction in 33% of cases. In this context, we described ADR profiles of each of the BRAFi and MEKi in the global pharmacovigilance database, and for ADR that are dose-dependent; we looked for the link between plasma exposure to the drug and the occurrence of ADR. Using the assay method developed, we prospectively measured the plasma concentrations of BRAFi and MEKi in Bordeaux patients, which allowed us to define a toxicity threshold of 48 ng / ml for dabrafenib. This work allowed to deepen the knowledge on the profiles and the occurrence of the ADR for each BRAFi and MEKi. The definition of a toxicity threshold for dabrafenib is a prerequisite for a randomized study to evaluate the value of therapeutic drug monitoring.

Dans le but de réaliser la synthèse de nouveaux N-hydroxyimides polyaromatiques, nous avons développé de nouvelles méthodologies d'accès aux 1,3-diarylisobenzofuranes. Ces derniers sont obtenus par l'addition chimiosélective d'un nucléophile (aryl magnésien ou acide aryl boronique) sur la fonction aldéhyde d'un o-aroylbenzaldéhyde. Celui-ci est obtenu via une réaction de Kotali polyvalente. Les réactions mises au point ont permis l'accès à une large gamme de 1,3-diarylisobenzofuranes diversement fonctionnalisés. L'aspect innovant du travail réside dans la compatibilité fonctionnelle élevée de la voie d'accès aux 1,3-diarylisobenzofuranes. Par cette méthode, nous avons obtenu 17 nouveaux N-hydroxyimides qui ont été engagés avec succès dans des réactions de diversification sans protection de la fonction hydroxyimide. Les propriétés biologiques mais aussi catalytiques des analogues obtenus ont été évaluées. Les tests réalisés nous ont permis de confirmer l'activité de cette nouvelle famille d'inhibiteur de la protéine kinase CK2. Nos composés ont également montré des propriétés catalytiques intéressantes avec des activités supérieures à celle du NHPI et, dans un cas particulier, proches de celle du NHTTPI.