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

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

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La protéine C-réactive (CRP) est aujourd’hui considérée comme un biomarqueur indispensable dans la prédiction de maladies cardio-vasculaires et de complications aiguës associées, et ce, par des mécanismes qui ne sont pas encore totalement élucidés. Nous avons étudié les effets de la CRP dans divers aspects de la biologie des cellules mononucléaires du sang périphérique (PBMC) et des monocytes humains ex vivo. En effet, ces cellules peuvent être impliquées dans la physiopathologie de ces maladies. Nous avons aussi utilisé la lignée promonocytaire THP-1. Ces trois types cellulaires ont été incubés avec la CRP purifiée ou recombinante et l’expression génique de cytokines pro-inflammatoires, de chimiokines et de MMP-9 a été analysée par PCR semi-quantitative en temps réel et l’expression protéique par test immunométrique ou par test ELISA. La CRP ne semble agir ni sur la synthèse de ces cytokines ni sur celle de MMP?9. Une approche globale par puce à protéines avec les surnageants de culture de monocytes a démontré que la CRP augmentait la synthèse du VEGF-A. Ce résultat a été confirmé au niveau transcriptionnel par RT-PCR et au niveau protéique par test ELISA. Une étude complémentaire avec la lignée THP-1 a permis de montrer l’implication des voies PI3?Kinase et MEK mais pas celle de la p38MAPKinase dans cette augmentation. Ces travaux ont ainsi permis la mise en évidence de plusieurs mécanismes permettant d’associer la CRP aux pathologies cardiovasculaires dans une relation de cause à effet. Ces mécanismes pourraient représenter des cibles thérapeutiques potentielles des maladies cardiovasculaires. / C-reactive protein is now considered as an essential biomarker for predicting the occurrence of cardiovascular diseases and their acute complications through mechanisms that are not fully elucidated. We investigated CRP effects on several aspects of the biology of ex vivo human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and monocytes. In fact, these cells can be involved in the pathophysiology of these diseases. Also, we used the promonocytic line THP-1. These three cellular types were incubated with purified or recombinant CRP and gene expression of pro-inflammatory cytokines, chemokines and (pro)MMP-9 was analysed by real time semi-quantitative PCR and protein expression by immunometric or ELISA tests. CRP doesn’t seem to act upon neither the tested cytokines synthesis nor the (pro)MMP-9 expression. A global approach by protein array with the cultured monocytes supernatants showed that CRP induced VEGF-A protein synthesis. This result was confirmed at transcriptional level by RT-PCR and at protein level by ELISA. A complementary study with the monocytic cell line THP-1 demonstrated the activation of PI3-Kinase and MEK pathways but not of p38MAPKinase pathway in this regulation. These results provide insight into several mechanisms that could transform the statistical association between CRP and cardiovascular diseases into a cause-to-effect relationship. Some of these mechanisms could represent therapeutic targets for cardiovascular diseases.

L’objectif était d’identifier le ou le(s) mécanismes contribuant à l’hypercoagulabilité associée aux anticorps anti-phospholipides. L’activation plaquettaire induite par les anticorps ainsi que l’interférence des complexes anticorps/antigène avec les réactions dépendantes des phospholipides ont été étudiées. Des anticorps monoclonaux murins dirigés contre la ß2-glycoproteine I et la prothrombine ont été utilisés comme modèle des anticorps anti-phospholipides. Les résultats obtenus montrent que ces anticorps ont un effet anticoagulant qui se traduit par une diminution de la génération de thrombine et un effet procoagulant qui se traduit par une inhibition de l’activité de la protéine C activée. Ces anomalies surviennent indépendamment de l’activation plaquettaire. La résultante globale est une hypercoagulabilité. Une activation plaquettaire, suffisamment intense, augmente la quantité de phospholipides procoagulants et neutralise partiellement l’effet anticoagulant des anticorps anti-phospholipides. Ainsi, l’activation plaquettaire contribue à renforcer l’hypercoagulabilité due à la résistance à la protéine C activée. Les complexes anticorps/antigène interfèrent avec les complexes pro- et anticoagulants au niveau des surfaces plaquettaires. Les avidités respectives de chacun des partenaires étudiés pour les surfaces phospholipidiques participent aux mécanismes conduisant à l'hypercoagulabilité associée aux anticorps anti-phospholipides. / The objective was to identify the mechanisms which contribute to the hypercoagulability associated with anti-phospholipid antibodies. Antibody-mediated platelet activation and interference of antibodies with phospholipid-dependent reactions were investigated. Murine monoclonal antibodies directed against ß2-glycoprotein I and prothrombin were used as model of anti-phospholipid antibodies. An anticoagulant effect, evidenced by impairment of thrombin generation and a procoagulant effect, by inhibition of activated protein C activity were shown. These phenomena occurs independently of platelet activation. The overall result was hypercoagulability. When immune-mediated platelet activation is sufficiently intense, it increases the amount of procoagulant phospholipids and antagonizes partially the anticoagulant effect of anti-phospholipid antibodies. Thus platelet activation contributes to reinforce the hypercoagulability due to activated protein C resistance. The antibody/antigen complexes interfere with pro- and anticoagulant complexes to the platelet surfaces. The avidity of each studied partners for the phospholipid surfaces take part in the mechanisms leading to hypercoagulability associated with antiphospholipid antibodies.

L’homéostasie calcique est régulée par de nombreux canaux ioniques, parmi lesquels des canaux intracellulaires perméables au Ca2+, comme l’IP3R. Récemment, la protéine Bcl-2 a été montré comme régulant l’activité de ce canal ionique. Cependant, les acteurs moléculaires précis de cette interaction ne sont pas très bien établis. Ici nous montrons grâce à une nouvelle technique que l’IP3R est inhibé par le domaine BH4 de Bcl-2 et que ce domaine est nécessaire et suffisant pour inhiber son activité. De plus, la liaison de l’ABT-199 dans la poche hydrophobe de Bcl-2 conduit à un changement de structure du domaine BH4. Le niveau d’expression des différentes isoformes d’IP3R ainsi que des protéines Bcl-2 et Bcl-xL ont été étudié dans différentes lignées cancéreuses prostatiques. De manière intéressante, l’expression du récepteur à l’IP3 de type 3 (IP3R3) est augmentée en fonction de l’agressivité des lignées cancéreuses prostatiques. De plus, nous pouvons observer un effet important de l’IP3R3 sur la migration et l’invasion des lignées humaines de cancer de la prostate. Globalement, ces données montrent que l’IP3R3 participe à l’augmentation du potentiel métastatique des cellules cancéreuses prostatiques. Par conséquent, l’IP3R3 peut être un marqueur diagnostic intéressant ainsi qu’une cible thérapeutique, notamment pour les stades avancés de cancer de la prostate. / Calcium homeostasis is regulated by various ion channels, among which intracellular Ca2+-permeable channels, such as IP3R. Lately, Bcl-2 protein have been shown to regulate this ion channel activity. However, the study of the functional properties of IP3R in interaction with Bcl-2 is not a straightforward procedure and the molecular players implicated in that interaction are still not well established. Here, we show with the use of a new electrophysiological method, that the IP3R is inhibited by Bcl-2 via its BH4 domain and that the BH4 domain of Bcl-2 can inhibit by itself the single channel activity of the IP3R. Moreover, the binding of the ABT-199 in the hydrophobic groove of Bcl-2 leads to a tail-flip structural change in BH4 domain. We also studied the expression level of different IP3R isoforms as well as Bcl-2 and Bcl-xL protein in different prostate cancer cell lines. Interestingly, IP3R type 3 (IP3R3) expression is increased according the aggressiveness of prostate cancer cell lines. Indeed, IP3R3 was expressed preferentially in highly aggressive prostate cancer cell lines. Moreover, we can observe an significantly important effect of the IP3R3 on migration and invasion properties of human prostate cancer cell lines. Our study also revealed that IP3R3 was not involved in viability, proliferation. Overall, these data provide evidence on IP3R3 contribution to the increased metastatic potential of human prostate cancer cells. Therefore, IP3R3 could provide new perspective molecular target for the disease suppression, in particular at its advances stages.

Le carcinome rénal représente 5% des tumeurs de l’adulte et se développe au niveau des tubules rénaux. Le sous-type histologique majeur des cancers du rein est le carcinome rénal à cellules claires (cRCC). 90% des cRCC présentent une inactivation biallélique du gène suppresseur de tumeur de Von Hippel Lindau (VHL) induisant une activation constitutive de la voie de l’hypoxie via le facteur de transcription HIF1-α (Hypoxia Inducible Factor) qui contribue à la physiologie des tumeurs. Les cRCC sont des tumeurs à la fois radio- et chimiorésistantes, rendant la prise en charge thérapeutique des patients très difficile.Nos recherches consistaient en l’étude des rôles de la mucine membranaire MUC1, dont la queue cytoplasmique (MUC1 CT) peut interagir avec différentes voies de signalisation et agir en tant que co-activateur transcriptionnel de nombreux gènes impliqués dans la progression tumorale et la diffusion métastatique. Des travaux antérieurs réalisés au laboratoire montraient que la surexpression de MUC1 observée dans les cRCC était associée au statut métastatique des patients et marquait un mauvais pronostic. Cette surexpression de MUC1 est également impliquée dans la voie de l’hypoxie, voie majeure de la carcinogenèse rénale. Le premier objectif de l’étude était donc de déterminer les effets de la surexpression de MUC1 sur les propriétés des cellules de cRCC. Nous montrons ainsi que le domaine extracellulaire de MUC1 ainsi que sa partie cytoplasmique sont impliqués dans l’augmentation des capacités migratoires et de la viabilité des cellules cancéreuses rénales et qu’elle leur confère une résistance à l’anoïkis, programme de mort cellulaire déclenché lorsque la cellule perd ses contacts avec les cellules voisines ou avec la matrice extra-cellulaire et diminuent les propriétés d’agrégation des cellules tumorales. Nous montrons également que MUC1 est impliquée dans la chimiorésistance des cRCC en induisant l’expression de genes de chimiorésistance comme ABCG2 et GSTO2. Nous montrons par ailleurs que les propriétés invasives des cellules de cRCC sont exclusivement liées à MUC1 CT. Le deuxième objectif de l’étude était d’identifier les mécanismes moléculaires à l’origine du clivage de MUC1 CT. En utilisant différentes stratégies (siARN, inhibiteurs pharmacologiques et peptides), nous montrons pour la première fois que deux sheddases, ADAM10 et ADAM17 et la gamma secrétase sont nécessaires au clivage de MUC1 C, permettant ainsi sa délocalisation nucléaire et l’augmentation des propriétés invasives des cellules de cRCC. Enfin, nous montrons que la surexpression de MUC1 augmente l’expression protéique d’ADAM10/17, suggérant une boucle de régulation positive existant en conditions pathologiques.En conclusion, notre étude souligne le rôle de MUC1 dans la progression tumorale rénale et montre que la localisation nucléaire de MUC1-C est à l’origine de l’acquisition d’un phénotype invasif et chimiorésistant via l’action des sheddases ADAM10/17 et de la gamma secrétase. MUC1 apparait alors comme une cible thérapeutique potentielle intéressante dans la prise en charge des cRCC. / Renal cell carcinoma corresponds to 5% of all adult malignancies and originates from renal tubules. The main histologic subtype is represented by clear renal cell carcinoma. Ninety percent of cRCC present a biallelic inactivation of the von Hippel Lindau (VHL) tumor suppressor gene resulting in constitutive activation of hypoxia signaling pathway via the Hypoxia Inducible Factor (HIF) -1 transcription factor that contributes to the physiology of tumours. cRCC is typically highly resistant to conventional systemic therapies. MUC1 is a membrane-anchored mucin and its cytoplasmic tail (CT) can interact with many signaling pathways and act as a co-transcription factor to activate genes involved in tumor progression and metastasis. Previous studies have shown that MUC1 is diffusely overexpressed in cRCC and MUC1 overexpression has been found to be associated with metastatic disease and a worse prognosis.MUC1 is overexpressed in renal cell carcinoma with correlation to prognosis and has been implicated in the hypoxic pathway, the main renal carcinogenetic pathway. In this context, we assessed the effects of MUC1 overexpression on renal cancer cells properties. Using shRNA strategy and/or different MUC1 constructs, we found that MUC1-extracellular domain and MUC1 CT are both involved in increase of migration, cell viability, resistance to anoikis and to decrease of cell aggregation in cancer cells. We also showed that MUC1 is involved in cRCC chemoresistance by inducing chemoresistance genes expression like ABCG2 and GSTO2. Invasiveness depends only on MUC1 CT. Then, by using siRNA strategy and/or pharmacological inhibitors or peptides, we showed that sheddases ADAM10, ADAM17 and gamma-secretase are necessary for MUC1 C-terminal subunit (MUC1-C) nuclear location and in increase of invasion property. Finally, MUC1 overexpression increases ADAM10/17 protein expression suggesting a positive regulatory loop. In conclusion, we report that MUC1 acts in renal cancer progression and MUC1-C nuclear localization is driving invasiveness of renal cancer cells through a sheddase/gamma secretase dependent pathway. MUC1 appears as a therapeutic target by blocking MUC1 cleavage or nuclear translocation by using pharmacological approach and peptide strategies.

La technique de diffraction de monocristaux est la plus utilisée pour déterminer une structure tridimensionnelle de protéine, permettant ainsi la compréhension de sa fonction biologique.Cependant, cette technique nécessite l'obtention d'un monocristal.La détermination d'une structure par diffraction de poudre ne requiert que l'obtention d'un précipité cristallin, souvent obtenu lors de la recherche d'une condition de cristallisation.Nous présentons dans cette thèse plusieurs protéines étudiées par diffraction de poudre. Le développement de nouvelles méthodes pour la préparation des échantillons et l'acquisition des données sont présentées, étant donnée leur importance cruciale dans ces études.Nous avons étudié le polymorphisme de l'urate oxidase par la détermination des différentes phases cristallines résultant des modifications des conditions de cristallisation. Cette étude a débouché sur l'identification d'une forme cristalline nouvelle d'intérêt pharmaceutique. Une des phases d'urate oxidase à permis l'obtention d'un cliché de diffraction de qualité suffisante à la redétermination et l'affinement de sa structure.Un protocole pour le refroidissement cryogénique de poudre de protéineest présenté, offrant une durée de vie accrue de l'échantillon lors de l'acquisition de données.Ce protocole a permis l'affinement de deux structures d'insuline humaine. Nous présentons également la détermination d'une structure préliminaire du domaine macro du virus Mayaro, basé uniquement sur des données acquises sur un unique échantillon polycristallin en forme d'oursin. Une étude de la matrice de protection de deux baculovirus illustre les limites auxquelles se heurte actuellement la technique de diffraction de poudre de protéines.En annexes, les étapes nécessaires pour la préparation et l'analyse des données sont présentées. / Knowledge of the structure of proteins helps in understanding theirbiological function.The main technique used, single crystal diffraction, requires thelimiting step of growing a single crystal.On the other hand, powder diffraction requires only a crystallineprecipitate made of many microcrystals such as those often discardedduring the search for suitable single crystal growth conditions.We present in this thesis different studies of proteins by powder diffraction.Development of new methods for sample preparation and data acquisitionare also presented, as they have been crucial steps to obtain highquality diffraction data.We studied the polymorphism of Urate oxidase by observing thedifferent crystallographic phases resulting from the changes in thecrystallisationconditions.A crystallographic phase of pharmaceutical interest has been identified.Also one phase of urate oxidase complexed with its inhibitor gave apowder pattern sufficient to re-determine and refine its structure.A protocol for cryocooling protein powder samples has been found,extending the lifespan of the sample in the intense X-ray beam.This allowed the refinement from powder data of two forms ofcryocooled human insulin.We present also the determination of a preliminary structure of themayaro virus macro domain, based on a powder diffraction patternobtained on a single urchin-like bundle of needles.A study of the protective protein matrix of two baculoviruses ispresented, showing some current limits of the method.In annexes, the steps for preparing and analysing protein powders are described.

Contexte. Les protéines transmembranaires ont une importance considérable tant au niveau de la survie d'une cellule qu'au niveau de ces interactions avec les autres cellules. En raison de contraintes techniques, la cristallisation de ce type de protéine demeure très complexe, ce qui limite grandement l’exploration de leur structure. Pour contourner ces difficultés, différents outils de prédiction ont été développés,en se fondant originellement sur l'hydrophobicité des régions enfouies dans la membrane. Méthode. L'outil développé repose sur une dérivation de la moyenne d'hydrophobicité calculée sur deux ensembles de taille de fenêtres. Le premier ensemble (G1) contient des petites tailles de fenêtres ce qui correspond à des événements locaux, tandis que le second (G2) correspond à des tailles de fenêtres plus larges, adaptées à la taille des hélices formant certaines protéines transmembranaires. La variation d'hydrophobicité est obtenue en dérivant les moyennes d'hydrophobicité. Un consensus est établi pour chaque groupe, et les résultats sont comparés à un ensemble de protéines transmembranaires cristallisées. Résultats. Les variations d'hydrophobicité G2 sont liées aux extrémités des hélices transmembranaires,tandis que les variations G1 sont en relation avec la limites des structures et certaines irrégularités structurelles.Ces résultats nous ont amené à introduire une nouvelle notion : les unités transmembranaires(TMU). Les TMU consistent en un ensemble de sous-structures qui composent les structures transmembranaires. / Background. Few high-resolution structures of integral membranes proteins are available, as crystallization of such proteins needs yet to overcome too many technical limitations. Nevertheless, prediction oftheir transmembrane (TM) structure by bioinformatics tools provides interesting insights on the topology of these proteins.Method. We describe here how to extract new information from the analysis of hydrophobicity variations or hydrophobic pulses (HPulses) in the sequence of integral membrane proteins using the Hydrophobic Pulse Predictor, a new tool we developed for this purpose. To analyze the primary sequence of 70 integralmembrane proteins we defined two levels of analysis : G1-HPulses for sliding windows of n=2 to 6 andG2-HPulses for sliding windows of n=12 to 16.Results. The G2-HPulse analysis of 541 transmembrane helices allowed the definition of the new conceptof transmembrane unit (TMU) that groups together transmembrane helices and segments with potentialadjacent structures. In addition, the G1-HPulse analysis identified helix irregularities that correspondedto kinks, partial helices or unannotated structural events. These irregularities could represent key dynamicelements that are alternatively activated depending on the channel status as illustrated by the crystalstructures of the lactose permease in different conformations. Our results open a new way in the understanding of transmembrane secondary structures : hydrophobicity through hydrophobic pulses stronglyimpacts on such embedded structures and is not confined to define the transmembrane status of aminoacids.

La protéine MC1 est une petite protéine structurale très abondante chez Methanosarcina thermophila (archaeabactérie). Nous avons utilisé la méthode SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment) pour rechercher ses séquences préférentielles de fixation. Après 10 cycles de sélection, une séquence consensus avec une affinité 50 fois plus forte que celle pour une séquence aléatoire a été déterminée. Cette séquence a été étudiée par simulation de dynamique moléculaire. Le mode de fixation de MC1 sur l?ADN a ensuite été déterminé par des empreintes moléculaires (DMS, OH·). Les résultats montrent une fixation par une face et dans le petit sillon de l?ADN. Une reconnaissance par lecture indirecte des séquences est probable. L?oxydation de certains acides aminés (Trp, Met) par les rayons gamma entraîne une modification des propriétés de la protéine : perte de la reconnaissance de structures et séquences particulières et diminution de sa capacité à courber l?ADN.