Objectifs: QSOX1 est une sulfhydrile oxydase spécifiquement induite dans le cœur en cas d’insuffisance cardiaque aiguë (ICA). Nous avons analysé les conséquences cardiovasculaires de l’invalidation de QSOX1 dans un modèle d’ICA. Méthodes: Les souris QSOX1 - / - ont été générées sur un fond génétique C57Bl / 6 J. Les animaux mâles adultes ont été analysés à l’état basal, après un stress cardiaque aigu induit par des injections d'isoprotérénol (ISO, 300 mg / kg / 12h) pendant 2 jours, ou lors d’une hypertension par infusion d'AngII (1 μg /kg /min) pendant 28 jours. Résultats: Les souris QSOX1 - / - présentent une cardiomyopathie dilatée avec une fraction de raccourcissement (FR) plus faible que celle des WT. Les cœurs QSOX1 - / - sont caractérisés par une altération de l'homéostasie calcique, des signes de stress RE avec activation chronique de l’ « unfolding protein response » (UPR). Après un stress ISO, les souris QSOX1 - / - développent une ICA. Au plan artériel, les souris QSOX1 - / - présentent une hypotension artérielle associée à un phénotype « sécrétoire » de quelques CMLVs des média coronaires. L’AngII augmente de façon similaire la pression systolique des 2 souches de souris, mais dès 10 jours les souris QSOX1 - / - présentent des signes d’ICA, une absence d’hypertrophie adaptative de la média et une fibrose périvasculaire plus importantes que chez les WT. Conclusion: Ensemble, les données indiquent que QSOX1 est nécessaire 1 – au repliement protéique approprié dans le réticulum endo / sarcoplasmique (ER / SR), 2- pour la résolution et la réponse protectrice à un stress cardiaque aigu et enfin 3- pour l'adaptation cardiovasculaire à l'hypertension. / Objectives: QSOX1 is a sulphhydryl oxidase specifically induced in the heart in acute heart failure (AHF). We analysed the cardiovascular consequences of QSOX1 invalidation in AHF model.Methods: QSOX1- / - mice were generated on a C57Bl / 6J genetic background. Adult male animals were analysed at baseline, after acute cardiac stress induced by isoproterenol injections (ISO, 300 mg / Kg / 12h) for 2 days, or during hypertension by infusion of AngII (1 μg / kg / min) for 28 days. Results: QSOX1- / - mice exhibit dilated cardiomyopathy with a lower shortening fraction (FR) than that of WT. QSOX1- / - hearts are characterized by altered calcium homeostasis, signs of ER stress with chronic activation of unfolding protein response (UPR). After an ISO stress, QSOX1- / - mice developed an ICA. At the arterial level, QSOX1- / - mice exhibit arterial hypotension associated with a "secretory" phenotype of some VSMCs in coronary media and an F-actin content of media higher than that of WT. AngII similarly increased the systolic pressure of the 2 strains of mice, but from day 10, the QSOX1- / - mice showed AHF signs, absence of adaptive hypertrophy of the media and marked perivascular fibrosis.CONCLUSION: Together, data indicate that QSOX1 is required for 1 - appropriate protein folding in the endo / sarcoplasmic reticulum (ER / SR), 2- resolution and protective response to acute cardiac stress, and 3- cardiovascular adaptation to hypertension.

L'objectif de ces travaux de thèse était d'étudier l'implication de l'autophagie dans le cancer via l'analyse de deux protéines QSOX1 et GABARAPL1. La protéine QSOX1 possède deux isoformes majoritaires QSOX1-S et QSOX1-L et est impliquée dans le repliement correct des protéines par la création de ponts disulfures. Des études de notre laboratoire ont également mis en évidence que QSOX1-S est impliquée dans laprotection contre les stress et le cancer. En effet, l'expression de QSOX1-S est induite suite à un stress oxydant ou un stress du réticulum endoplasmique et protège les cellules contre la mort induite par ces stress. De plus, QSOX1-S réduit les phénotypes des cellules de cancer du sein in vitro et la croissance tumorale in vivo. Néanmoins, le rôle de QSOX1 dans le cancer est complexe et diffère selon les types de cancer, principalement à cause de l'existence de ces différents transcrits. Etant donné le rôle de QSOX1-S dans les stress et le cancer, deux mécanismes étroitement liés à l'autophagie, nous avons étudié le rôle de QSOX1-S dans l'autophagie. Nos résultats ont permis de mettre en évidence que l'expression de QSOX1-S augmente suite à l'induction de l'autophagie et permet le maintien de l'homéostasie cellulaire.Nous avons également démontré que QSOX1-S inhibe le flux autophagique en inhibant la fusion autophagosome/lysosome et pourrait réduire l'invasion des cellules de cancer du sein par sa fonction dans l'autophagie. La protéine GABARAPL1 appartient à la famille ATG8 et sous-famille GABARAP dont les membres sont impliqués dans l'autophagie. Il a été mis en évidence au sein de notre laboratoire que GABARAPL1 est associée aux autophagosomes lors de l'autophagie. Les membres de la famille GABARAP interviendraient lors des étapes tardives de l'autophagie. Un rôle de la protéine GABARAPL1 dans la dégradation du glycogène par autophagie, appelée glycophagie, a également été mis en évidence, suggérant une fonction de cette protéine dans le métabolisme. De plus, GABARAPL1 inhibe les phénotypes des cellules de cancer du sein in vitro et la croissance tumorale in vivo, suggérant un rôle de suppresseur de tumeur de cette protéine. Au vu du rôle de GABARAPL1 dans le cancer et l'autophagie, nous avons poursuivi et approfondi le rôle de cette protéine dans l'autophagie et étudié l'implication de l'autophagiedans les fonctions de GABARAPL1 liées aux cellules cancéreuses. Nous avons mis en évidence que GABARAPL1 agit au niveau des étapes précoces et tardives de l'autophagie de manière dépendante ou indépendante de sa liaison aux autophagosomes. De façon intéressante, nosrésultats montrent que la fonction de suppresseur de tumeur de GABARAPL1 semble indépendante de sa liaison aux autophagosomes. Nos résultats ont également mis en évidence que GABARAPL1 joue un rôle important dans la régulation du métabolisme cellulaire et dansla régulation de l'homéostasie mitochondriale via l'autophagie qui pourrait expliquer son rôle dans le cancer. L'ensemble de ces travaux ont permis de mieux caractériser et d'identifier des liens entre autophagie, stress cellulaire, métabolisme et cancer. / The aim of my thesis was to study the role of QSOX1 and GABARAPL1 (GL1) in autophagy and cancer. QSOX1 protein has been shown to be involved in the regulation of protein folding and is associated with protection against cellular stress and cancer. Given the function of QSOX1 in stress and cancer, two processes which have been previously linked to autophagy, we have studied the role of QSOX1 in autophagy. We showed that QSOX1 protein can maintain cellular homeostasis during amino acids starvation. Our results also indicated that QSOX1 inhibits autophagy through the inhibition of autophagosome/lysosome fusion which could explain the role of QSOX1 on cell invasion. The GL1 protein, belonging to the ATG8 family and GABARAP subfamily, is associated with autophagosomes during autophagy and have a tumor suppressor role. Given the function of GL1 in cancer and autophagy, we aimed to characterize the role of GL1 in autophagy and determine whether GL1 conjugation to autophagosomes is necessary for its tumor suppressive functions. Our results demonstrated that GL1 presents different regulatory functions during early and later stages of autophagy. Sorne of these functions seem to be independent of its conjugation to autophagosomes. Interestingly, GLl tumor suppressive function appeared independent of its conjugation to autophagosomes. Our results also demonstrated that GL1 play an important role in the regulation of metabolism and mitochondrial homeostasis through autophagy, function which could explain its role in cancer. Together, this work allowed us to establish a link between autophagy, cellular stress, metabolism and cancer

abstract: Quiescin sulfhydryl oxidase 1 (QSOX1) is a highly conserved disulfide bond-generating enzyme that represents the ancient fusion of two major thiol-disulfide oxidoreductase gene families: thioredoxin and ERV. QSOX1 was first linked with cancer after being identified as overexpressed in pancreatic ductal adenocarcinoma (but not in adjacent normal ductal epithelia, infiltrating lymphocytes, or chronic pancreatitis). QSOX1 overexpression has been confirmed in a number of other histological tumor types, such as breast, lung, kidney, prostate, and others. Expression of QSOX1 supports a proliferative and invasive phenotype in tumor cells, and its enzymatic activity is critical for promoting an invasive phenotype. An in vivo tumor growth study utilizing the pancreatic tumor cell line MIAPaCa-2 containing a QSOX1-silencing shRNA construct revealed that QSOX1 expression supports a proliferative phenotype. These preliminary studies suggest that suppressing the enzymatic activity of QSOX1 could represent a novel therapeutic strategy to inhibit proliferation and invasion of malignant neoplasms. The goal of this research was to identify and characterize biologically active small molecule inhibitors for QSOX1. Chemical inhibition of QSOX1 enzymatic activity was hypothesized to reduce growth and invasion of tumor cells. Recombinant QSOX1 was screened against libraries of small molecules using an enzymatic activity assay to identify potential QSOX1 inhibitors. Two lead QSOX1 inhibitors were confirmed, 2-phenyl-1, 2-benzisoselenazol-3-one (ebselen), and 3-methoxy-n-[4-(1 pyrrolidinyl)phenyl]benzamide. The biological activity of these compounds is consistent with QSOX1 knockdown in tumor cell lines, reducing growth and invasion in vitro. Treatment of tumor cells with these compounds also resulted in specific ECM defects, a phenotype associated with QSOX1 knockdown. Additionally, these compounds were shown to be active in pancreatic and renal cancer xenografts, reducing tumor growth with daily treatment. For ebselen, the molecular mechanism of inhibition was determined using a combination of biochemical and mass spectrometric techniques. The results obtained in these studies provide proof-of-principle that targeting QSOX1 enzymatic activity with chemical compounds represents a novel potential therapeutic avenue worthy of further investigation in cancer. Additionally, the utility of these small molecules as chemical probes will yield future insight into the general biology of QSOX1, including the identification of novel substrates of QSOX1. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Molecular and Cellular Biology 2015

abstract: Cancer is a disease that affects millions of people worldwide each year. The metastatic progression of cancer is the number one reason for cancer related deaths. Cancer preventions rely on the early identification of tumor cells as well as a detailed understanding of cancer as a whole. Identifying proteins specific to tumor cells provide an opportunity to develop noninvasive clinical tests and further our understanding of tumor biology. Using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS/MS) a short peptide was identified in pancreatic cancer patient plasma that was not found in normal samples, and mapped back to QSOX1 protein. Immunohistochemistry was performed probing for QSOX1 in tumor tissue and discovered that QSOX1 is highly over-expressed in pancreatic and breast tumors. QSOX1 is a FAD-dependent sulfhydryl oxidase that is extremely efficient at forming disulfide bonds in nascent proteins. While the enzymology of QSOX1 has been well studied, the tumor biology of QSOX1 has not been studied. To begin to determine the advantage that QSOX1 over-expression provides to tumors, short hairpin RNA (shRNA) were used to reduce the expression of QSOX1 in human tumor cell lines. Following the loss of QSOX1 growth rate, apoptosis, cell cycle and invasive potential were compared between tumor cells transduced with shQSOX1 and control tumor cells. Knock-down of QSOX1 protein suppressed tumor cell growth but had no effect on apoptosis and cell cycle regulation. However, shQSOX1 dramatically inhibited the abilities of both pancreatic and breast tumor cells to invade through Matrigel in a modified Boyden chamber assay. Mechanistically, shQSOX1-transduced tumor cells secreted MMP-2 and -9 that were less active than MMP-2 and -9 from control cells. Taken together, these results suggest that the mechanism of QSOX1-mediated tumor cell invasion is through the post-translational activation of MMPs. This dissertation represents the first in depth study of the role that QSOX1 plays in tumor cell biology. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Molecular and Cellular Biology 2012

abstract: Quiescin Sulfhydryl Oxidase 1 (QSOX1) generates disulfide bonds in its client substrates via oxidation of free thiols. Localized to the Golgi and secreted, QSOX1 helps to fold proteins into their active form. Early work with QSOX1 in cancer began with the identification of a peptide from the long form of QSOX1 in plasma from patients with pancreatic ductal adenocarcinoma. Subsequent work confirmed the overexpression of QSOX1 in numerous cancers in addition to pancreatic, including those originating in the breast, lung, brain, and kidney. For my work, I decided to answer the question, “How does inhibition of QSOX1 effect the cancer phenotype?” To answer this I sought to fulfill the following goals A) determine the overexpression parameters of QSOX1 in cancer, B) identify QSOX1 small molecule inhibitors and their effect on the cancer phenotype, and C) determine potential biological effects of QSOX1 in cancer. Antibodies raised against rQSOX1 or a peptide from QSOX1-L were used to probe cancer cells of various origins for QSOX1 expression. High-throughput screening was utilized to identify 3-methoxy-n-[4(1pyrrolidinyl)phenyl]benzamide (SBI-183) as a lead inhibitor of QSOX1 enzymatic activity. Characterization of SBI-183 activity on various tumor cell lines revealed inhibition of viability and invasion in vitro, and inhibition of growth, invasion, and metastasis in vivo, a phenotype that was consistent with QSOX1 shKnockdown cells. Subsequent work identified 3,4,5-trimethoxy-N-[4-(1-pyrrolidinyl)phenyl]benzamide (SPX-009) as an SBI-183 analog with stronger inhibition of QSOX1 enzymatic activity, resulting in a more potent reduction in tumor invasion in vitro. Additional work with QSOX1 shKnockdown and Knockout (KO) cell lines confirmed current literature that QSOX1 is biologically active in modulation of the ECM. These results provide evidence for the master regulatory role of QSOX1 in cancer, making it an attractive chemotherapeutic target. Additionally, the small molecules identified here may prove to be useful probes in further elucidation of QSOX1 tumor biology and biomarker discovery. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Molecular and Cellular Biology 2020

La quiescine/sulfhydryl oxydase QSOX1 catalyse la formation de ponts disulfures. In vivo, ses substrats et ses rôles cellulaires restent à déterminer. Les stress oxydants sont notamment impliqués dans les maladies neurodégénératives. L'hormone estradiol-17b (E2) possède des effets neuroprotecteurs. Nos objectifs ont été d'étudier la régulation de l'expression de QSOX1 par E2 et son implication dans les stress oxydants et la neuroprotection par E2.<br />Nous avons tenté d'établir un modèle de protection par E2 des cellules PC12/ERa soumises à un stress oxydant induit par H2O2 ou le complexe Fe(III)-HQ. Malgré différentes conditions testées, aucune protection par E2 n'a pu être obtenue.<br />Nous avons ensuite étudié la régulation de l'expression de QSOX1 dans le cerveau de Rates ovariectomisées traitées ou non par E2. Dans trois aires cérébrales exprimant fortement ERa et ERb, le niveau de messagers QSOX1 diminue en présence de E2.<br />Enfin, nous avons étudié l'implication de QSOX1 dans les stress oxydants. Dans les cellules PC12 soumises au stress oxydant, l'expression des messagers et de la protéine QSOX1 augmente. Suite au stress oxydant, la viabilité des cellules MCF-7 surexprimant QSOX1 diminue moins fortement que celle des cellules contrôles. La diminution de l'apoptose est associée à une moindre dépolarisation des mitochondries dans ces cellules.<br />Nos travaux ont ainsi permis de confirmer l'estrogéno-dépendance de QSOX1 in vivo et de montrer pour la première fois le rôle de QSOX1 dans la protection des cellules contre l'apoptose induite par les stress oxydants. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives et renforcent l'intérêt de l'étude de QSOX1 dans la neuroprotection par E2.