Une faible exposition à des stress tels qu'un choc thermique, du stress oxydatif ou des radiations peut induire une réponse adaptative qui permet aux cellules et aux organismes qu'elles constituent de continuer à fonctionner normalement lorsqu'ils sont confrontés à un stimulus négatif. Ces réponses adaptatives impliquent de nombreux changements dans l'expression de gènes et de protéines, dont l'induction de défenses cellulaires (antioxydants, protéines de choc thermique (heat shock proteins (Hsps)), etc.) qui permettront à la cellule de survivre. Si une réponse adaptative ne parvient pas à contrer les effets de l'exposition au stress, les cellules sont éliminés via des processus de mort cellulaire comme l'apoptose ou la nécrose. Une exposition préalable à des températures modérées, de l'ordre de 40°C, induit une réponse adaptative (la thermotolérance) qui permet aux cellules de résister à une agression toxique ultérieure. La thermotolérance induite par des températures modérées de l'ordre de 39-40°C (ce qui correspond physiologiquement à un état fiévreux) a été peu étudiée et est mal comprise. Les deux objectifs principaux de cette étude sont : (i) d'évaluer si l'induction d'un système de défense par une température modérée et non-létale (40°C) peut permettre de protéger la cellule contre l'activation de la cascade apoptotique par le stress oxydatif, et (ii) de comprendre les mécanismes moléculaires détaillés de l'apoptose induite par le stress oxydatif. L'apoptose est évaluée au niveau des voies de signalisation médiées par les mitochondries, des récepteurs de mort et le réticulum endoplasmique (RE) dans des cellules HeLa. L'objectif premier est de déterminer si un choc thermique modéré peut induire un mécanisme de défense cellulaire autre que les Hsps. En effet, une thermotolérance modérée (40°C, 3h) induit une augmentation du taux de plusieurs antioxydants et protéines de stress du RE. L'expression protéique et l'activité enzymatique de la manganèse superoxyde dismutase (MnSOD) et de la catalase sont augmentées dans les cellules thermotolérantes, comparées aux contrôles (37°C). Les niveaux intracellulaires de glutathion et de y-glutamylcysteine synthétase, l'enzyme qui synthétise le glutathion, sont aussi augmentés. Ceci peut être expliqué par l'augmentation de la production de dérivés réactifs de l'oxygène (reactive oxygen species, ROS) dans les cellules thermotolérantes. De plus, l'expression des protéines de stress du RE, PERK, p-PERK, eIF2α et p-eIF2α, est accrue dans ces cellules. Cela démontre que la thermotolérance modérée accroit les effets pro-survie de la voie PERK/eIF2α de réponse aux mauvais repliements de protéines (unfolded protein response, UPR). Le second objectif a pour but de déterminer les mécanismes de l'apoptose induite par le stress oxydatif. Lorsqu'elles sont exposées à du peroxyde d'hydrogène (H2O2), les cellules entrent en apoptose via les voies des mitochondries, des récepteurs de mort et du RE. L'activation de la cascade mitochondriale de l'apoptose implique la translocation de Bax à la mitochondrie, la dépolarisation de la membrane mitochondriale, la libération du cytochrome c, l'activation des caspases -9 et -3 et la condensation de la chromatine du noyau. De plus, H2O2 cause l'activation de p53 et l'induction de sa protéine cible PUMA, ainsi que l'apoptose caspase-indépendante impliquant le facteur d'induction de l'apoptose (AIF). Ces évènements sont tous inhibés dans les cellules thermotolérantes, ce qui suggère qu'une exposition préalable à des températures modérées et physiologiques peut protéger les cellules contre l'apoptose mitochondriale déclenchée par le stress oxydatif, qu'elle soit caspase-dépendante ou -indépendante. De plus, H2O2 active la voie d'apoptose du Fas récepteur de mort par l'induction du ligand FasL, le recrutement de la protéine FADD à la membrane plasmique et l'activation des caspases -8 et -2. Ceci mène au clivage de Bid et à la voie mitochondriale de l'apoptose. Tous ces évènements sont diminués dans les cellules thermotolérantes, ce qui démontre une fois de plus le rôle anti-apoptotique de cette réponse adaptative. L'induction de FasL, l'activation des caspases -8 et -2 et l'apoptose sont inhibées par pifithrin-α, un inhibiteur de p53, ce qui suggère que p53 agit en amont dans l'activation de la voie des death receptors par H2O2. Une exposition courte (15 min) des cellules au H2O2 donne lieu à l'activation de l'UPR, comme le confirment l'augmentation de l'expression de p-PERK, p-eIF2α, p-IRE1α et du clivage de ATF6. Une exposition plus longue (1-3 h) au H2O2 induit l'apoptose liée au RE, durant laquelle l'expression de CHOP ainsi que l'activité enzymatique de la calpaïne et des caspase -7, -4, -12 et -3 augmentent. Tous ces évènements pro-apoptotiques sont diminués dans les cellules thermotolérantes. Il a été montré que le calcium, la calpaïne et la caspase -7 agissent en amont de l'activation de l'apoptose liée au RE par H2O2. De plus, la réponse adaptative (UPR) prédomine lors d'expositions courtes au H2O2 (stress léger) tandis que lors d'expositions plus longues (stress sévère), c'est l'apoptose liée au RE qui est la plus fréquente. En conclusion, cette étude permet d'ajouter aux connaissances sur l'effet anti-apoptotique et protecteur de la réponse adaptative induite par un stress modéré, tel une fièvre, sur le stress oxydatif. Cette étude améliore également notre compréhension de l'activation de la cascade apoptotique par le pro-oxydant H2O2, cascade qui a d'importantes répercussions sur la santé humaine si l'on considère le rôle des ROS dans les pathologies majeures que sont le cancer, le diabète, les maladies cardiovasculaires ou encore les maladies neurodégénératives. ______________________________________________________________________________

La destruction radio-induite des complexes ADN-protéine peut avoir des conséquences graves pour des systèmes impliqués dans des fonctions cellulaires importantes. Le premier système qui a été étudié est un système de régulation de l'expression génique chez Escherichia coli, celui de l'opéron lactose. Le complexe répresseur-opérateur est détruit après l'irradiation du complexe ou de la protéine seule. L'endommagement du domaine de fixation du répresseur à l'ADN (appelé headpiece) a été démontré et étudié tant du point de vue de l'intégrité de la chaîne peptidique que de la conformation et des modifications de certains acides aminés. Dans un deuxième temps, des dysfonctionnements de l'induction in vitro d'un complexe répresseur irradié-opérateur non irradié ont été mises en évidence. Ces perturbations, dues à une diminution du nombre de sites de fixation sur le répresseur, sont corrélées à l'endommagement de résidus tryptophane. D'autre part, l'inducteur protège le répresseur lorsque ces deux partenaires sont irradiés ensemble, d'une part par capture (pouvoir scavenger) des radicaux en solution et d'autre part par le masquage de son site de fixation sur la protéine. Le deuxième système étudié est formé par Fpg (ou Formamidopyrimidine glycosylase), protéine de réparation de l'ADN, et par de l'ADN porteur d'une lésion oxidative. Les résultats obtenus montrent que l'irradiation de la protéine perturbe la réparation à la fois en diminuant son efficacité de reconnaissance et de fixation des lésions, et en modifiant son activité enzymatique.

Les ostéoclastes (OCs) sont responsables de la résorption de l’os normal. La différenciation, la maturation et la survie de ces cellules sont principalement stimulées par RANKL. Ces phénomènes se produisent dans les suites de l’interaction de RANKL avec son récepteur RANK situé à la surface de l’OC, via la transduction de signaux intracellulaires conduisant à l’activation de différentes cascades de signalisation. Les principaux facteurs de transcription induits par cette signalisation sont NF-?B et NFATc1, qui modulent l’expression de gènes d’importance majeure pour le bon fonctionnement des OCs. Dans la maladie de Paget, caractérisée par une augmentation multifocale du remodelage osseux avec hyperrésorption osseuse, les OCs ont une morphologie anormale, ils sont résistants à l’apoptose et leur activité est augmentée. Des mutations du gène codant pour la protéine p62 (séquestosome 1 ) ont été décrites dans cette maladie, identifiant p62 comme un facteur important de la signalisation de l’OC. Des travaux de notre laboratoire ont montré une augmentation de l’activation de NF-?B induite par RANKL dans les OCs pagétiques, avec même une activité constitutive de NF-?B en présence de la mutation p62 p.P392L. Notre étude a évalué l’expression et l’activation de NFATc1, et le rôle de PKC[C zêta] dans la signalisation NFATc1, cette kinase appartenant au complexe de signalisation TRAF6/p62 induit par RANKL. En culture primaire, des monocytes de sang périphérique de patients pagétiques et de contrôles (tous génotypés pour la mutation p62) ont été différenciés en OCs matures en présence de RANKL et M-CSF. Nous avons évalué l’effet de RANKL sur l’activation de NFATc1 (translocation nucléaire évaluée par immunofluorescence), en présence ou non d'un inhibiteur de PKC[C zêta], ainsi que l’expression protéique (immunobuvardage) et ARNm (RTPCR quantitative). Nous avons observé que RANKL stimulait l’activation de NFATcl dans les OCs pagétiques, porteurs ou non de la mutation p62 p.P392L, et que PKC[C zêta] intervenait dans cette signalisation. Dans un modèle de différenciation OC à partir de monocytes foetaux, nous avons par ailleurs mis au point l’étude de l’activation de NFATc1 par essai luciférase, et les conditions optimales pour évaluer son expression protéique et génique. Nos résultats démontrent pour la première fois dans des OCs humains que RANKL stimule l’activation et l’expression de NFATc1, et que l’activation de NFATc1 est augmentée dans les OCs pagétiques. De manière tout à fait originale, nous montrons également que la PKC[C zêta] contribue à l’activation de NFATc1. [symboles non conformes]

L’oestradiol est l’une des hormones sécrétées par les ovaires. Non seulement impliquée dans le développement des organes sexuels chez les femmes, cette hormone aurait également un rôle important dans la carcinogénèse. En effet, l’oestradiol agit comme facteur de croissance dans le cancer, et c’est pourquoi la thérapie anti-hormone apparaît efficace dans le traitement du cancer du sein. Dans ce projet, nous avons étudié comment une seule molécule pouvait être aussi polyvalente, en modifiant certains cofacteurs altérant ainsi l’expression de certains gènes. L'Œstradiol agit sur l’ADN en recrutant le récepteur aux œstrogènes via les éléments hormonaux-sensibles. La liaison des œstrogènes sur leurs récepteurs induit un changement dans leur conformation et déclenche le recrutement de co-activateurs. Ces co-activateurs, tels CARM1 et CBP qui sont des enzymes épigénétiques majeures, sont recrutés par les gènes cibles des œstrogènes. Bien que ce mécanisme soit connu, la signification fonctionnelle du recrutement d’HAT et d’une méthyltransférase restait toujours non élucidée. Au cours de ma thèse, j’ai démontré que la protéine CBP est spécifiquement et exclusivement méthylée par CARM1 in vivo et qu’il existe plusieurs formes de méthyl-CBP qui recrutent et régulent différents gènes clefs dans la voie de signalisation des œstrogènes. Pour la première fois, nous avons défini un « code pour les modifications des co-activateurs », qui est impliqué dans la réponse endocrinienne et pourrait être dérégulé dans la progression tumorale du cancer du sein. Ces résultats mettent en évidence la régulation croisée entre les deux enzymes épigénétiques CARM1 et CBP comme une réponse essentielle aux œstrogènes et révèlent pour la première fois le mécanisme singulier par lequel les gènes cibles des œstrogènes sont régulés. / Estradiol is one of the hormones secreted by the ovaries. Not only involved in sexual development of women, this hormone would also have a significant role in carcinogenesis. Indeed estradiol acts as growth factor in cancer and this is why anti-hormone therapy is effective in breast cancer. In this project we investigated how a single molecule can be so diverse with respect to modulating certain cofactors and thus altering gene expression. Estradiol acts on DNA by recruiting the estrogen receptor on the hormone responsive elements. The binding of estrogen to its receptor induces a conformation change on the receptor which mediates the recruitment of co-activators. Coactivators such as CARM1 and CBP which are major epigenetic enzymes are recruited on estrogen target genes. Although this mechanism was known, the functional significance of recruiting a HAT and a methyltrasferase was still impending. In my thesis, I have shown that CBP is specifically and exclusively methylated by CARM1 in vivo and that there are several combinations of methyl CBP species which recruit and regulate distinct gene hubs in estrogen signaling. For the first time we define a “code for coactivator modifications”, which is involved in endocrine response and could be deregulated in tumor progression in breast cancer. These results identify the cross regulation between the two epigenetic enzymes CARM1 and CBP as a pivotal response to estrogen and reveal for the first time a distinct mechanism by which estrogen target genes are regulated.

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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.