Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) se caractérisent par une inflammation sévère de l'intestin grêle et du côlon et comprennent la maladie de Crohn (MC) et la rectocolite hémorragique (RCH). Les MICI sont des maladies complexes faisant intervenir des facteurs génétiques : certains senseurs bactériens, l'autophagie et le stress du réticulum endoplasmique. Un défaut de barrière de l'épithélium digestif est également fortement impliqué dans la physiopathologie du processus inflammatoire. La fonction barrière de l'épithélium digestif est assurée par plusieurs types cellulaires, synthétisant entre autres, des peptides antimicrobiens (PAM) et des mucines. Dans les MICI, une augmentation de la perméabilité intestinale et une perte de muco-sécrétion ont été décrites. Les protéases jouent un rôle fondamental dans la digestion du bol alimentaire mais également dans le maintien de l'homéostasie intestinale en activant ou dégradant divers motifs moléculaires, ou in induisant des signaux spécifiques aux cellules par l'activation de quatre récepteurs : les PARs (Protease-Activated Receptor). Dans les MICI, un excès d'activité protéolytique de type trypsine est observé. L'origine de cette activité est théoriquement attribuée aux cellules immunitaires, à une surproduction pancréatique ou au microbiote, mais les cellules épithéliales intestinales semblent également être une source majeure de protéases. L'objectif de mon projet de thèse visait à étudier l'impact des principales voies impliquées dans les MICI sur l'homéostasie des protéases épithéliales et le rôle de celles-ci dans la déstabilisation de la fonction de barrière. Nos résultats ont confirmé un excès de protéases à sérine dans les cellules épithéliales de patients atteint de MC ou de RCH. In vitro, sur des monocouches de cellules Caco-2, l'induction de l'autophagie diminuait la libération apicale de protéase de type trypsine, alors que le senseur bactériens NOD2 n'avait aucun effet. A l'inverse, une stimulation du Stress du réticulum endoplasmique (SRE) par la Thapsigargin, induisait une libération accrue de protéases actives de type trypsine au pôle apical des cellules. [...] / Crohn's disease (CD) and Ulcerative colitis (UC) are two forms of Inflammatory Bowel Disease (IBD), a chronic inflammatory pathology affecting the digestive tract. Patients suffer from relapsing flares, diarrhea, abdominal pain and bleeding. Although the molecular mechanisms of IBD are poorly understood, recent data suggest that IBD occurs in genetically predisposed individuals developing an abnormal immune response to intestinal microbes after, being exposed to specific environmental triggers. Genetic studies have reported more than 170 polymorphisms susceptible to be involved in IBD pathogenesis. The strongest associations have highlighted three main pathways altered in IBD including bacterial sensing (NOD2, CD), autophagy (ATG16L1 and IRGM, CD) and endoplasmic reticulum stress (ER-Stress) (XBP1, UC). The role of intestinal barrier function is also strongly implicated in IBD pathogenesis, and is modulated by factors present in the lumen derived from microbiota, food or at a molecular level, by factors such as proteases. In IBD pathophysiology, the inflammatory process is characterized by impaired intestinal biology including disruption of tight junctions and leaky gut, decreased amount of Paneth and Goblet cells, and translocation of luminal antigens triggering inflammation. Previous studies have demonstrated an increased level of active serine proteases in the stools and tissues of IBD patients, supposing that proteases originate from infiltrated immune cells, pancreatic secretion or microbiota. However, our team has reported that intestinal epithelial cells are a major source of serine proteases, in particular trypsin-like enzymes, are released by a stressed epithelium in pathogenic context such as irritable bowel syndrome. In this project, we aimed at better understanding whether the three main pathways involved in IBD (Nod2, autophagy, ER-stress) could be linked to an epithelial release of trypsin and reciprocally, if epithelial trypsin is able to induce or modulate these three IBD pathways. We confirmed that trypsin-like activity was significantly higher in biopsies from UC and CD patients compared to healthy controls. In Caco-2 monolayers cultured in transwells, secreted trypsin-like proteolytic activity remained stable upon NOD2 stimulation but decreased under autophagy induction. Thapsigargin (Tg) stimulation a well-known ER-stress inducer, enhanced the apical release of trypsin-like activity in Caco2 cells. [...]

Le tissue adipeux (TA) est un organe complexe specialisé dans le stockage et la libération d'énergie sous forme de lipides. Cet organe adipeux est essentiel pour le maintien de l'homéostasie énergétique. Les adipocytes sont les cellules prototypiques du TA. Elles se forment durant la différenciation de précurseurs, un processus appelé adipogenèse. L'adipogenèse est intimement associée à la synthèse des acides gras et de triglycérides lors de la lipogenèse. Néanmoins, divers facteurs peuvent perturber l'adipogénèse et la lipogenèse, contribuant au dysfonctionnement du TA et au développement des maladies métaboliques. Le but de cette thèse a été d'étudier la lipogenèse dans le contexte du stress du réticulum endoplasmiques (SRE), de la restriction calorique et du vieillissement. Dans le projet A, nous avons montré que l'exposition d'adipocytes à un SRE aigu inhibe l'expression des gènes liés à la lipogenèse et empêche l'incorporation du glucose dans les lipides. En plus, l'exposition des préadipocytes à un SRE chronique, détériore à la fois la lipogenèse et l'adipogenèse. Par contre, pour les adipocytes, un SRE chronique mais modéré n'a pas d'effet évident sur la lipogenèse. Ces effets du SRE pourraient contribuer à la détérioration de la fonction de TA vue dans l'obésité. La capacité du TA à stocker des lipides diminue avec l'âge, probablement à cause de l'accumulation de cellules sénescentes ou un SRE plus élevé. Dans le projet B, nous avons étudié la capacité lipogénique du TA humain en relation à la sénescence et aux marqueurs du SRE au sein d'une cohorte de femmes obèses jeunes ou âgées. Tandis que l'expression des principaux marqueurs de la sénescence était augmentée dans le TA des femmes âgées, l'expression génique des enzymes de lipogenèse et des chaperonnes était diminuée dans le TA des personnes âgées. Ces résultats étaient partiellement retrouvés dans les adipocytes différenciés in vitro des mêmes individus ce qui suggère une moins bonne capacité à faire face au SRE lors du vieillissement. Le régime à très basses calories (VLCD) est souvent prescrit en première intention pour une rapide perte de poids. L'amélioration de la sensibilité à l'insuline se voit dès 2 jours de VLCD. Néanmoins, on ne sait quasiment rien des modifications métaboliques du TA survenant durant les premiers jours. Dans le projet C, nous avons donc comparé les réponses métaboliques et inflammatoires du TA sous-cutané précocément (2 jours) et plus tardivement (28 jours) lors d'un VLCD. A 2 jours de régime, l'expression des gènes lipolytiques était augmentée, alors que l'expression des gènes lipogéniques était diminuées. Les marqueurs d'inflammation n'étaient pas changés dans le TA. Néanmoins, les changements d'expression dans le TA lors de la phase précoce du régime ne pouvait pas expliquer l'effet de ce régime court à l'amélioration de la sensibilité à l'insuline. Dans la phase tardive, l'expression des gènes impliqués dans la lipogenèse et la ß-oxydation était largement réduite, tandis que l'expression des marqueurs inflammatoires était augmentée. Nous avons donc montré que les réponses métaboliques et inflammatoires du TA sous-cutané à 2 jours et 28 jours de VLCD sont différentes. Dans le projet D, nous avons comparé et défini les effets de la restriction calorique modérée sur la physiologie des préadipocytes et des adipocytes différenciés in vitro chez des jeunes obèses ou des personnes âgées obèses. De façon surprenante, on n'a observé aucun effet de l'intervention sur le métabolisme des préadipocytes dans les deux groupes. Par contre, un effet bénéfique de l'intervention sur le métabolisme adipocytaire n'a été observé que chez les personnes âgées. Nos données montrent donc qu'une restriction calorique modérée peut avoir un effet positif sur le métabolisme adipocytaire des séniors. Pour conclure, cette thèse montre que la lipogenèse dans le TA humain peut être inhibée par le SRE, la restriction calorique sévère et le vieillissement. / Adipose tissue (AT) is a complex organ specialised in safe storage and release of energy as lipids. The adipose organ is therefore essential for the maintenance of energy homeostasis. The prototypical cells of AT are adipocytes, emerging from the precursors in a process called adipogenesis. Adipogenesis itself is tightly connected with lipogenesis, i.e. with the synthesis of fatty acids and triglycerides. Various stimuli can disturb adipocyte differentiation and lipogenesis and thus contribute to AT dysfunction and development of associated metabolic diseases. This thesis was focused on the investigation of lipogenesis in the context of endoplasmic reticulum stress (ERS), calorie restriction and aging. In Project A, we showed that exposition of adipocytes to high acute ERS inhibits expression of lipogenic genes and glucose incorporation into lipids. Moreover, chronic exposure of preadipocytes to ERS impaired both, lipogenesis and adipogenesis. On the other hand, chronic low ERS had no apparent effect on lipogenesis in adipocytes. These effects of ERS could therefore contribute to the worsening of AT function seen in obesity. The capacity of AT to store lipids decreases in aging, possibly due to the accumulation of senescence cells or higher ERS. In Project B, we investigated lipogenic capacity of human AT in relation to senescence and markers of ERS. AT and adipose cells from young and elderly women were investigated. While mRNA expression of major senescent markers was increased in AT from the elderly compared to young individuals, mRNA expression of lipogenic enzymes and chaperones was decreased in AT from elderly individuals. These results were also partly observed in vitro in differentiated adipocytes from AT of the same individuals suggesting the reduced capability to cope with ERS in aging. Very-low calorie diet (VLCD) is first line lifestyle intervention to achieve rapid weight loss. The improvement of whole body insulin sensitivity can be seen as soon as after 2 days of VLCD. However, little is known about AT metabolic changes in those early days. Thus, in Project C, we compared metabolic and inflammation-related characteristics of subcutaneous AT in the early (2 days) and later (28 days) phase of a VLCD. In the early phase of VLCD, the expression of lipolytic genes was increased, whereas the expression of lipogenic genes was suppressed. The inflammatory markers remained unchanged in AT. The changes in AT gene expression in the early phase of VLCD could not explain the effect of short calorie restriction on the improvement of insulin sensitivity. At the later phase, expression of genes involved in lipogenesis and ß-oxidation was markedly suppressed, whereas the expression of inflammatory markers was increased. Thus, we found that the early and later phases of VLCD differ with respect to metabolic and inflammatory responses in subcutaneous AT. In Project D, we compared and defined the effects of moderate calorie restriction on preadipocytes and in vitro differentiated adipocytes in two groups of obese men: juniors and seniors. We did not observe any effect of the intervention on metabolism of preadipocytes in either group. However, we observed an intervention-driven improvement in adipocyte metabolism selectively in the group of seniors. Therefore, our data suggest that moderate calorie restriction could initiate positive changes in metabolism of adipocytes in seniors. In conclusion, this thesis brought several pieces of evidence that lipogenesis in human AT can be inhibited by ER stress, severe caloric restriction and aging.

La fibrose hépatique est la conséquence de toutes les maladies chroniques du foie et se caractérise par un dépôt excessif de matrice extracellulaire synthétisée par les myofibroblastes. Les myofibroblastes portaux (MFP), l'une des sous populations de myofibroblastes, jouent un rôle majeur dans la progression de la fibrose et sont pro-angiogéniques. Des études ont montré un rôle important du stress du réticulum endoplasmique (RE) dans la fibrose du foie. Nos objectifs étaient de déterminer si un stress du RE survient dans les MFP lors de la fibrose et affecte les fonctions de ces cellules, et d'étudier l'effet du TUDCA, une molécule chaperonne utilisée en clinique dans les maladies biliaires, sur le stress du RE. Le phénotype de MFP activés in vivo, isolés à partir de foie de rats fibreux après cholestase, a été comparé à celui de MFP contrôles que nous avons préalablement bien caractérisés. Nos résultats montrent que les MFP activés in vivo subissent un stress du RE se traduisant par l'activation de la voie PERK. Ce stress du RE n'a pas d'effet sur la différenciation myofibroblastique, diminue les capacités de prolifération et de migration des MFP mais augmente leur pouvoir angiogénique. En revanche, le TUDCA n'a aucun effet sur les paramètres étudiés. Les MFP subissent donc un stress du RE lors de leur activation myofibroblastique qui stimule leur propriété pro-angiogénique et pourrait ainsi favoriser la progression de la fibrose. Cependant le stress du RE inhibe également leurs fonctions de prolifération et de migration ce qui pourrait induire une boucle de contrôle négative limitant leur expansion. / Hepatic fibrosis is the consequence of all chronic liver diseases and is characterized by an abnormal extra cellular matrix deposition by myofibroblasts. Portal myofibroblasts (PMF), a subpopulation of hepatic myofibroblasts, play a major role in fibrosis progression and angiogenesis. Accumulating evidences indicate an important role of endoplasmic reticulum (ER) stress in hepatic fibrosis. The aims of this study were to determine whether an ER stress occured in PMF during fibrosis and affected the functions of these cells, and to study the effect of the molecular chaperone TUDCA used in biliary diseases, on ER stress. The phenotype of in vivo activated-PMF obtained from rat fibrotic liver after cholestasis was compared with the phenotype of control PMF that we previously characterized. Our results showed that in vivo activated-PMF underwent ER stress with PERK pathway activation. This ER stress had no effect on myofibroblastic differentiation but reduced PMF proliferation and migration and increased PMF angiogenesis capacity. TUDCA had no effect on these parameters. In conclusion, PMF display ER stress during their activation. ER stress stimulates their pro-angiogenic proprieties and thereby may promote fibrosis progression. However, ER stress also inhibits their proliferation and migration functions, and thereby could provide a negative control loop to restrict their expansion.

Le glioblastome multiforme (GBM) est une tumeur primaire du cerveau dont le pronostic est très sombre, en raison de son caractère infiltrant, de la radiorésistance de ses cellules et de la faible biodisponibilité encéphalique des molécules chimiothérapeutiques. De plus, les cellules souches mésenchymateuses (MSC) de la moelle osseuse sont recrutées au site tumoral et supportent la néovascularisation et le microenvironnement inflammatoire. Ces cellules ont la capacité de se mobiliser et de migrer vers la tumeur, en plus de s'adapter aux conditions hypoxiques tumorales. La métalloprotéase MT1-MMP est principalement responsable du phénotype migratoire des cellules de GBM et des MSC. Toutefois, le développement d'inhibiteurs de la fonction catalytique des métalloprotéases s'est révélé un échec en clinique et n'a pas réussi à améliorer la survie des patients atteints de GBM. De plus en plus d'évidences expérimentales démontrent de nouvelles fonctions non-protéolytiques des métalloprotéases et l'étude de ces fonctions permettra d'envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques. Considérant le rôle que joue le stress du réticulum endoplasmique (RE) dans l'induction de l'apoptose, que les cellules de GBM sont constitutivement stressées et surexpriment une grande quantité de MT1-MMP qui transit par le RE, nous avons émis l'hypothèse que MT1-MMP peut jouer un rôle de premier plan dans le contrôle de la balance survie/mort des cellules de GBM. De plus, considérant le recrutement des MSC au site tumoral hypoxique, leur migration en partie dépendante du domaine cytoplasmique de MT1-MMP et leur contribution à la progression tumorale du glioblastome, nous avons émis l'hypothèse que l'hypoxie et le facteur de transcription HIF-1 régulent l'expression de protéines de signalisation intracellulaires responsables de la signalisation par le domaine cytoplasmique de MT1-MMP et de la migration des MSC. Nos résultats documentent deux nouvelles fonctions non-protéolytiques associées à MT1-MMP. D'une part, l'inhibition pharmacologique du trafic vésiculaire ou la simulation des interactions avec la matrice extracellulaire impose un grand stress endoplasmique et stimule l'apoptose par la voie UPR, mais la répression génique de MT1-MMP permet de renverser ce stress et la signalisation pro-apoptotique qui en découle, mettant en évidence le rôle primordial de MT1-MMP dans ces processus. La balance entre les signaux pro- et anti-apoptotiques découlant de la voie UPR est finement régulée et MT1-MMP participe à cette « décision cellulaire ». Enfin, il existe un axe de signalisation HIF-1/MT1-MMP/3BP2, dans les MSC, qui leur permet de se mobiliser et de migrer. La protéine adaptatrice 3BP2, connue pour son rôle dans la mobilisation des cellules inflammatoires, joue le rôle de médiateur de la signalisation migratoire des MSC en aval de MT1-MMP, en réponse à l'hypoxie. En plus de ses fonctions catalytiques, la MT1-MMP est dotée de fonctions signalétiques dans le contrôle de la survie et de la migration cellulaire. Le ciblage de ces nouvelles fonctions signalétiques de MT1-MMP pourrait être une stratégie prometteuse pour le traitement du GBM. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : glioblastome, cellules souches mésenchymateuses, hypoxie, MT1-MMP, stress du réticulum endoplasmique.

70% des mutations identifiées sur le gène responsable de la mucoviscidose correspondent à la délétion de la phénylalanine en position 508 du domaine NBD1 de la protéine CFTR. Cette mutation est responsable, à 37°C, d'un mauvais repliement, du blocage et de la dégradation rapide de CFTR au niveau du réticulum endoplasmique (RE). Plusieurs études ont montré que CFTR-F508del est dégradée au niveau du cytoplasme par le protéasome après translocation à travers le canal Sec61. Cependant cette dégradation n'est pas affectée par l'ATP et n'est inhibée que partiellement par les inhibiteurs les plus spécifiques du protéasome. Par ailleurs, une série d'observations a suggéré que la dégradation de CFTR-F508del est un processus impliquant d'autres voies protéolytiques dont la nature reste encore inconnue.<br />Au cours de mon doctorat, j'ai essayé de caractériser ces voies de dégradation en approfondissant le rôle de l'ATP et du protéasome et surtout en mettant en évidence l'implication de voies dépendantes du GTP. Mon travail a été réalisé en deux étapes. La première a porté sur l'étude de la dégradation de CFTR mutée au niveau microsomale, et la deuxième sur la caractérisation de cette voie au niveau cellulaire. L'ensemble des résultats montre, pour la première fois, qu'il n'y a pas de corrélation entre l'activité protéasomale et la dégradation de CFTR-F508del au niveau du RE. Cette dernière est dégradée par une voie GTP-dépendante impliquant les protéines G hétérotrimériques et localisée au niveau du RE.

Le développement de l'intolérance au glucose et du diabète de type 2 (DT2) est associé à l'augmentation d'apparition des acides gras non-estérifiés (AGNE) en circulation et à la réduction du stockage des acides gras alimentaires dans les tissus adipeux blancs. Ceci mène à une augmentation des flux lipidiques vers les tissus maigres, conduisant à l'accumulation de métabolites toxiques tels que les glycérolipides, les céramides et les acylcarnitines, qui peuvent induire l'insulino-résistance. D'autre part, le stress du réticulum endoplasmique (RE) est induit suite à une surexposition aux AGNE ainsi qu'une lipogenèse de novo trop active. Cet ouvrage a pour objectif d'étudier les effets d'un traitement au 4phénylbutyrate (4-PBA), un chaperon chimique connu pour augmenter la fonction du RE et prévenir l'induction du stress du RE, sur la sensibilité à l'insuline, la régulation des flux d'AGNE ainsi que leur métabolisme tissulaire. L'hyperinsulinémie, la résistance à l'insuline, l'hypertriglycéridémie et la stéatose hépatique présentes chez les rats sous diète riche en gras et en fructose (high-fat, high-fructose) associé à l'injection d'une petite dose de streptozotocin (rats HFHFS) ne sont pas renversées par le 4-PBA, même si ce traitement réduit la glycémie à jeun tant chez les rats contrôles que les rats diabétiques. Le 4-PBA accélère à la fois l'apparition systémique et la clairance des AGNE. De plus, il normalise l'augmentation du captage fractionnel et le métabolisme non-oxydatif des AGNE par le muscle squelettique. Le 4-PBA augmente l'oxydation hépatique des AGNE et conduit à une augmentation de l'expression génique de Srebpf1 . Les animaux traités présentent une augmentation du captage fractionnel des AGNE par les tissus adipeux sous-cutanés (TASC) malgré que la taille adipocytaire de ce dépôt soit plus importante que celle des animaux contrôles. In vitro, le traitement avec des chaperons chimiques augmente la fonction du RE et inhibe la différenciation des précurseurs adipocytaires. D'autre part, le traitement au 4PBA, mais pas à l'acide tauro-ursodeoxycholique (TUDCA), stimule le captage des acides gras par les adipocytes matures.En dépit de l'amélioration de la glycémie à jeun, le 4-PBA conduit à une augmentation de la lipogenèse hépatique, à l'augmentation des flux systémiques d'AGNE et au remodelage hypertrophique du TASC et n'améliore pas la sensibilité à l'insuline systémique dans un modèle nutritionnel de DT2.

La réponse au stress oxydatif joue un rôle important dans de nombreux processus d’adaptation biologique. Les sélénoprotéines jouent un rôle clef dans le contrôle du stress oxydatif. Des mutations du gène codant pour la sélénoproteine N (SelN) sont la cause de différentes formes de dystrophies musculaires chez l’Homme mais la fonction moléculaire de SelN reste inconnue. Au cours de ma thèse j’ai cherché à déterminer la fonction moléculaire de SelN, et son rôle dans les mécanismes de régulation Rédox. Le modèle de souris Sepn1-/- a constitué l’outil central permettant de répondre à ces objectifs.Les principaux résultats ont révélé une sensibilité particulière des souris Sepn1-/- à certains agents inducteurs de stress oxydatif ou réticulaire. J’ai également caractérisé le modèle Sepn1-/- par séquençage haut débit, en comparant les muscles paravertébraux d’animaux Sepn1-/- et sauvages. Les résultats montrent que malgré l’absence de phénotype musculaire, il y a activation de 580 gènes codant pour des protéines secrétées et mettent en avant l’activation d’un certain nombre de voies métaboliques. Ces résultats participent à une meilleure caractérisation du rôle de la sélénoprotéine N dans le réticulum endoplasmique. / Oxidative stress response plays a major function in the adaptation of biological systems. Selenoproteins have a main role in oxidative stress control. Mutations in the gene coding for the selenoprotein N (SelN) cause different muscular dystrophies in Humans but the molecular function of SelN is still unknown. The main objective of my PhD was to determine the molecular function of SelN, and its role in Redox regulation mechanisms. The Sepn1-/- mouse model was a central tool to reach those objectives.The key results revealed a higher sensibility of Sepn1-/- mice to specific oxidative or reticular stress inducers. Moreover, the Sepn1-/- mouse model was characterized by high throughput sequencing, comparing gene expression of paravertebral muscle of Sepn1-/- and wild type animals. Results showed activation of 580 genes in Sepn1-/- mice despite the absence of muscular phenotype in those conditions. Activated genes are coding for secreted proteins and indicated the activation of several metabolic pathways. Those results participated to Sel N function determination in the endoplasmic reticulum.

La biogénèse des ribosomes consiste à assembler les ARN ribosomiques (ARNr) et les protéines ribosomiques de la petite sous unité (RPSs) ou de la grande sous unité (RPLs) afin de former les sous unités 40S et 60S du ribosome. Ce processus est l’un des plus complexes des cellules dont il utilise une grande quantité des ressources. Un taux élevé de biogénèse des ribosomes est une caractéristique de la prolifération cellulaire dans les conditions physiologiques ou pathologiques. L’inhibition de la biogénèse des ribosomes active un checkpoint du cycle cellulaire qui induit un arrêt du cycle cellulaire, et selon le contexte, l’apoptose. L’activation de ce checkpoint est due au facteur suppresseur de tumeur p53 qui s’accumule lorsque la biogénèse des ribosomes est inhibée grâce à l’inhibition de son facteur de dégradation, l’ubiquitine ligase E3 MDM2. Cette inhibition de MDM2 se fait par la fixation d’un complexe formé par les protéines ribosomiques RPL11 et RPL5 et l’ARNr 5S. Des études ont montré le potentiel thérapeutique de l’activation de ce checkpoint dans des cancers caractérisés par une biogenèse ribosomique élevée. Par contre l’activation de p53 semble avoir un rôle pathologique dans les ribosomopathies, un ensemble de pathologies causées par un défaut dans la biogénèse des ribosomes comme l’anémie macrocytaire de Diamond-Blackfan (ABD). p53 est clairement impliqué dans les effets anti-prolifératifs de l’inhibition de la biogénèse des ribosomes, cependant de nombreuses évidences montrent l’existence de mécanismes indépendants de p53 qui affectent l’homéostasie cellulaire. On observe par exemple dans l’ABD, des mutations de RPL11/RPL5 dont la déplétion in-vitro n’induit pas p53. Mon travail de thèse a consisté à élucider les mécanismes mis en place par les cellules pour répondre à l’inhibition de la biogénèse des ribosomes, dans un modèle in-vitro de lignées cellulaires. Dans ces lignées, nous avons inhibé la biogénèse des ribosomes par déplétion des RPs de la grande ou de la petite sous unité, indépendamment de l’induction ou pas de p53, à savoir, RPs6, RPL7a et RPL11. Nous avons mis en évidence des liens entre l’inhibition de la biogénèse des ribosomes et l’homéostasie du réticulum endoplasmique, ou la régulation de l’expression de gènes du métabolisme tels que l’enzyme oncogénique PHGDH. / Ribosome biogenesis is the process that leads to the assembly of ribosomal RNA (rRNA) and ribosomal proteins of the small (RPS) or the large (RPL) subunit into ribosomal 40S and 60S subunits. This is a highly complex process in the cells which uses a large amount of energy and resources. High rate of ribosome biogenesis is a trait of cell proliferation in physiological or pathogenic conditions. Inhibition of ribosome biogenesis activates a cell cycle checkpoint which induces a cell cycle arrest, and apoptosis. Activation of this checkpoint is due to the inhibition of ubiquitin ligase E3 MDM2, which does not anymore address the tumor suppressor factor p53 to proteasome. The p53 tumor suppressor factor then accumulates in cells and blocks the cell cycle progression. The inhibition of MDM2 is caused by the binding of a complex formed by RPL11, RPL5 and rRNA 5S. Few studies reveal that activation of this checkpoint has a therapeutic effect on cancer cells characterized by high rate of ribosome biogenesis. However, p53 activation seems to have pathogenic effects in ribosomopathies, a set of disorders characterized by ribosome biogenesis impairment, like Diamond-Balckfan macrocytic anemia (DBA). It is clear that p53 has anti-proliferative effects when ribosome biogenesis is inhibited, but evidences show that p53independants mechanisms also exist. In DBA for example, mutations in RPL5 and RPL11 that do not lead to p53 activation are observed. The goal of this study was to investigate the cellular mechanisms induced in response to inhibition of ribosome biogenesis. These investigations have been performed in an in-vitro system of cell lines. In those cell lines, ribosome biogenesis has been inhibited by depletion of RPs of the 40S or 60S ribosomal independently of p53 status. We brought out links between inhibition of ribosome biogenesis and endoplasmic reticulum homeostasis, or metabolic genes expression regulation like oncogene PHGDH.

CONTEXTE: Les " Type I Congenital disorders of glycosylation " (CDG-I) comportent des déficits de biosynthèse de l'oligosaccharide lié au dolichol (DLO) qui est nécessaire pour la N-glycosylation des protéines. Ces déficits induisent : 1) une hypoglycosylation des protéines qui serait à l'origine de la pathologie ; et 2) une accumulation de DLO tronqués à partir desquels, par un mécanisme encore inconnu, des structures oligosaccharidiques libres phosphorylées (OSP) sont générées dans le cytosol. Afin de comprendre le rôle de ce processus dans le CDG, il était donc nécessaire de caractériser l'activité qui est à l'origine des OSP.RESULTATS: J'ai caractérisé biochimiquement une DLO diphosphatase (DLODP) qui génère des OSP et du dolichol phosphate à partir de DLO. L'activité DLODP co-fractionne avec un marqueur de l'appareil de Golgi (AG) mais pas avec les enzymes réticulaires qui utilisent le dolichol phosphate. Cette localisation inattendue de DLODP m'a conduit à étudier la génération des OSP dans les cellules en utilisant la bréfeldine A (BFA) qui fusionne l'AG avec le RE. La BFA ne modifie pas les taux de DLO tronqués ni ceux des OSP cytoplasmiques dans un modèle cellulaire de CDG-I. Cependant, dans ces cellules et dans les cellules témoins, la BFA induit une forte augmentation des OSP dans le système endomembranaire à partir de DLO non-tronqués.CONCLUSION: L'identification de différents pools d'OSP, topologiquement distincts et pouvant être modulés de façon indépendante, révèle la multiplicité des mécanismes pour la génération d'OSP et suggère que la DLODP Golgienne n'est pas forcément l'enzyme responsable de la génération des OSP dans le contexte de CDG-I. / BACKGROUND: Type I congenital disorders of glycosylation (CDG-I) are caused by genetic defects in the biosynthetic pathway for the dolichol-linked oligosaccharide (DLO) that is required for protein N-glycosylation. These mutations result in the accumulation of truncated DLO and protein hypoglycosylation. Although protein hypoglycosylation is thought to be the main pathogenic factor in CDG-I, the role of truncated DLO intermediates in cellular homeostasis is not clear. Truncated DLO intermediates are known to give rise to cytoplasmic oligosaccharyl phosphates (OSP) by an uncharacterized mechanism. To understand this DLO editing process biochemical and molecular characterization of the activity that generate OSP is needed.RESULTS: I biochemically characterized a DLO diphosphatase (DLODP) that generates OSP and dolichol phosphate from DLO. Subcellular fractionation of mouse liver homogenates demonstrated a microsomal activity that co-distributes with a Golgi apparatus (GA) marker but not with endoplasmic reticulum (ER)-situated dolichol phosphate utilizing enzymes. This unexpected localization of DLODP prompted me to study OSP generation in cells using brefeldin A (BFA), which fuses the GA with the ER. BFA did not affect the levels of truncated DLO or cytoplasmic OSP, present in a cellular model of CDG-I. However, in these, and control cells, BFA caused striking increases of OSP within the endomembrane system. CONCLUSION: the identification of topologically distinct, independently modulated, OSP pools indicates multiple mechanisms for OSP generation and suggest that the GA-situated DLODP may not be the enzyme responsible for OSP generation in CDG-I.

Le réticulum endoplasmique (RE) est le premier compartiment intracellulaire traversé par la voie de sécrétion des protéines. Au sein de cet organite, les protéines destinées à la sécrétion, à la membrane ou les protéines résidentes de la voie de sécrétion acquièrent une conformation native, et subissent une multitude de modifications post-traductionnelles incluant la glycosylation et la formation de ponts disulfures intra et intermoléculaires. Généralement, seules les protéines bien conformées sont véhiculées hors du RE grâce à un système de surveillance très fin dont le rôle est de vérifier la conformation correcte des protéines, de retenir les protéines mal conformées jusqu’à ce qu’elles atteignent une conformation adéquate ou de les adresser à la dégradation. Malgré le nombre important de protéines traversant la voie de sécrétion et de pathologies affectant le processus de repliement, seul un petit nombre de protéines ont été décrites dans le système de surveillance du RE et le système de repliement/dégradation qui lui est associé. Au cours de ma thèse, j’ai participé à la mise en place d’une stratégie expérimentale permettant d’isoler des facteurs impliqués dans le système de surveillance du repliement des protéines. Cette méthodologie nous a permis d’identifier et de caractériser la protéine AGR2 (Anterior Gradient 2), un membre putatif de la famille des Protein Disulfide Isomerase (PDI) qui semble interagir très précocement avec les polypeptides en voie de synthèse. Les résultats de notre étude fonctionnelle suggèrent qu’AGR2 joue un rôle dans l’homéostasie basale du RE et intervient spécifiquement dans la régulation de la dégradation des protéines mal conformées. L’étude du rôle moléculaire ce nouvel acteur du système de surveillance du RE pourrait permettre de progresser dans la compréhension de ce processus crucial pour l’homéostasie cellulaire. / The Endoplasmic Reticulum (ER) is the first intracellular compartment encountered by secretory proteins. In this organelle, secretory proteins and integral membrane proteins acquire their correct conformation and undergo many post-translational modifications such as N-glycosylation or disulfide bond formation. To ensure that proteins are properly folded, the ER has evolved a quality control system achieving surveillance on the protein folding status. Partially folded or misfolded proteins are not allowed to escape this compartment and remain in the ER or are taken in charge by the degradation machinery. About one third of the genome products mature in the ER, however thus far an apparently small number of quality control actors have been identified as being responsible for the survey of these proteins’s conformation. The importance of understanding principles regulating this mechanism is highlighted by the number of protein-misfolding human diseases. During my PhD thesis, I participate to a study aiming at discovering novel constituents of the ER quality control system. Our approach led to the identification and the characterization of Anterior Gradient 2 protein (AGR2) a potential member of the PDI-like family that interacts with nascent translocating polypeptides. The results of a functional study show that AGR2 is implicated in basal ER homeostasis and participates in the quality control capacity of the ER by specifically regulating the degradation of terminally misfolded proteins.