Marine environments are under constant pressure from anthropogenic pollution. Chemical pollutants are introduced into the aquatic environment through waste disposal, sewage, land runoff and environmental exploitation (harbours, fisheries, tourism) leading to disastrous effects on the marine wildlife. Developmental malformations, reproduction failure including sex changes and high death rates are commonly observed in aquatic animal populations around the world. Unfortunately, the underlying molecular mechanisms of these pollution effects, in particular for marine invertebrate species, are often unknown. One proposed mechanism through which environmental pollution affects wildlife, is the disruption of nuclear receptors (NRs), ligand-binding transcription factors in animals. Environmental pollutants can directly interact with nuclear receptors, inducing incorrect signals for gene expression and subsequently disrupt developmental and physiological processes. Elucidation of the exact mechanism in invertebrates, however, is sparse due to limited understanding of invertebrate endocrinology and molecular regulatory mechanisms. Here, I have investigated the presence, expression and function of NRs in the Pacific oyster, Crassostrea gigas, and explored their interrelation with known environmental pollutants. Using a suite of molecular techniques and bioinformatics tools I demonstrate that the Pacific oyster possesses a large variety of NR homologs (43 NRs), which display individual expression profiles during embryo/larval development and supposedly fulfil distinct functions in developmental and physiological processes. Functional studies on a small subset of oyster NRs provided evidence for their ability to regulate gene expression, including interactions with DNA, other NRs or small molecules (ligand-binding). Oyster receptors also show a high likeliness to be disrupted by environmental pollutants. Computational docking showed that the retinoid X receptor ortholog, CgRXR, is able to bind and be activated by 9-cis retinoic acid and by the well-known environmental contaminant tributyltin. A potential interaction between tributyltin and the peroxisome proliferator-activated receptor ortholog CgPPAR has also been found. In addition, exposure of oyster embryos to retinoic acids and tributyltin resulted in shell deformations and developmental failure. In contrast, computer modelling of another putative target for pollutants, the retinoic acid receptor ortholog CgRAR, did not indicate interactions with common retinoic acids, supporting a recently developed theory of loss of retinoid binding in molluscan RARs. Sequence analyses revealed six residues in the receptor sequence, which prevent the successful interaction with retinoid ligands. In conclusion, this investigative work aids the understanding of fundamental processes in invertebrates, such as gene expression and endocrinology, as well as further understanding and prediction of effects of environmental pollutants on marine invertebrates.

L'hormone thyroïdienne (T3) contrôle à la fois les processus développementaux et physiologiques. Elle agit via les récepteurs de l'hormone thyroïdienne (TR), membres de la famille des récepteurs hormonaux nucléaires. Ils agissent comme des facteurs de transcription dépendants du ligand. La méthylation de l'ADN en position 5 de la cytosine est une modification épigénétique importante qui affecte la structure de la chromatine et l'expression des gènes. Des études récentes ont établi un rôle important des protéines de la famille TET (Ten-eleven translocation) dans la régulation de la dynamique de la méthylation de l'ADN. Elles convertissent la 5-méthyl-cytosine (5mC) en 5-hydroxyméthylcytosine (5hmC). D’autres études ont démontré que les protéines TET (TET1, TET2 et TET3) possèdent des fonctions de régulation transcriptionnelle dépendantes et indépendantes de leur activité catalytique. Notre étude a identifié TET3 comme une nouvelle protéine interagissant avec TR. Le domaine AF2 de TR ainsi que le domaine catalytique et le domaine CXXC de TET3 sont responsables de cette interaction. Celle-ci permet la stabilisation de TR lié à la chromatine, entraînant une potentialisation de son activité transcriptionnelle. L'effet de modulation de TET3 sur TR présenté ici est indépendant de son activité hydroxylase de TET3. Ainsi, cette étude met en évidence un nouveau mode d'action de TET3 en tant que régulateur non classique de TR, modulant sa stabilité et son accès à la chromatine plutôt que son activité de transcription intrinsèque. Des mutations du gène codant pour TRα provoquent le symptôme RTHα dont la gravité varie en fonction de la mutation. Les différentes capacités d’interaction des mutants TRα, pertinents pour la maladie de RTHα humaine, avec TET3 pourraient expliquer les différences d’effet dominant négatif. La fonction de régulation de TET3 pourrait s’appliquer plus généralement aux facteurs de transcription des récepteurs nucléaires, car différents membres de la superfamille des récepteurs nucléaires présentent la même interaction avec TET3, tels que AR (récepteur des androgènes), ERR (récepteur des œstrogènes) et RAR (récepteur de l'acide rétinoïque). L'interaction entre TET3 et RAR implique le domaine de liaison ADN de RAR. La pertinence fonctionnelle de l'interaction TET3 / RAR a été étudiée plus en détail dans les cellules souches embryonnaire (cellules ES). L’absence combinée des trois TET a entraîné la diminution de 5hmC et la dérégulation des gènes impliqués dans la différenciation des cellules ES. Parmi les gènes dérégulés, nous avons identifié un sous-ensemble de gènes cibles de l’acide rétinoïque, suggérant que les RAR (récepteurs d'acide rétinoïque) et les TET pourraient travailler ensemble pour réguler la différenciation des cellules ES. Une étude supplémentaire a révélé que les protéines TET peuvent jouer un rôle dans la facilitation du recrutement de RAR aux régions promotrices de ses gènes cibles. En outre, nos résultats montrent un rôle potentiel de l'activité hydroxylase des protéines TET dans la modulation de l'activité transcriptionnelle des RAR. En conclusion, notre travail a identifié les protéines TET comme nouveaux régulateurs des récepteurs nucléaires. Les mécanismes exacts impliqués doivent être étudiés plus avant. / Thyroid hormone (T3) controls both developmental and physiological processes. Its nuclear receptors, thyroid hormone receptors (TRs), are members of the nuclear hormone receptor family which act as ligand-dependent transcription factors. DNA methylation at the fifth position of cytosine is an important epigenetic modification that affects chromatin structure and gene expression. Recent studies have established a critical function of the Ten-eleven translocation (TET) family proteins in regulating DNA methylation dynamics by converting 5-methyl-cytosine (5mC) into 5-hydroxymethylcytosine (5hmC). Studies demonstrated that TETs proteins (including TET1, TET2 and TET3) possess catalytic activity dependent and independent transcriptional regulatory functions. Our study identified TET3 as a new TR interacting protein. The AF2 domain of TR and the catalytic domain and CXXC domain of TET3 are responsible for their interaction. This interaction allows the stabilization of chromatin bound TR, resulting in a potentiation of its transcriptional activity. The modulation effect of TET3 on TR presented here is independent of its hydroxylase activity. Thus this study evidences a new mode of action for TET3 as a non-classical regulator of TR, modulating its stability and access to chromatin rather that its intrinsic transcriptional activity. Mutations in TR cause the RTH symptom which severity varies with the particular mutation. The differential ability of different TRα mutants, relevant for the human RTHα disease, to interact with TET3 might explain their differential dominant negative activity. The regulatory function of TET3 might be more general towards the nuclear receptor transcriptional factors since different members of the superfamily present the same interaction with TET3, such as AR (androgen receptor), ERR (Estrogen-related receptor) and RAR (retinoic acid receptor). The interaction between TET3 and RAR involves the DNA binding domain of RAR. The functional relevance of TET3/RAR interaction was further studied in ES cells. Combined deficiency of all three TETs led to depletion of 5hmC and deregulation of genes involved in ES differentiation. Among the deregulated genes, a subset of RA response genes was identified, suggesting that RARs (retinoic acid receptors) and TETs might work together to regulate ES cell differentiation. Further dissection revealed that TET proteins may have a role in facilitating RAR recruitment to the promoter regions of these RAR target genes. Moreover, our results indicated a potential role of the hydroxylase activity of TET proteins in modulating RAR transcriptional activity. Altogether, our work identified TET proteins as new regulators of NR (Nuclear Receptors). The exact mechanisms involved need to be further studied.

L’acide rétinoïque (AR) agit via des récepteurs nucléaires (RAR) qui sont des facteurs de transcription inductibles par le ligand. Il active aussi des cascades de kinases qui ciblent les RAR et modulent leur activité transcriptionnelle. Cependant, l’ensemble des protéines phosphorylées en réponse à l’AR de même que les conséquences des dérégulations du « kinome » sur les effets l’AR et le fonctionnement des RAR demeurent mal connus. J’ai comparé les effets de l’AR sur le phosphoprotéome de deux lignées de cellules de cancer du sein : MCF7, qui est sensible à l’AR, et BT474, qui surexprime le récepteur a activité tyrosine kinase erbB-2 et est résistante à l’AR. De nombreuses différences ont été observées avec des répercussions sur l’expression des gènes de même que sur la phosphorylation, le recrutement aux promoteurs des gènes cibles et la dégradation de RAR alpha par le protéasome. J’ai aussi montré que la dégradation de RAR alpha met en jeu TRIM24 qui contrôle sa déubiquitination. / Retinoic acid (RA) acts by binding to specific nuclear receptors (RARs), which are ligand-dependant transcription factors. RA also has non-genomic effects and activates kinase cascades that target RARs and modulate their transcriptional activity. However, the proteins that are phosphorylated in response to RA remain to be identified. The consequences of dysregulations of the "kinome" on the non-genomic effects of RA and on RAR function also require further investigation. I compared the effect of RA on the phosphoproteome of two breast cancer cell lines: MCF7, which is RA-sensitive, and BT474, a RA-resistant cell line that overexpresses the receptor tyrosine kinase erbB-2. Multiple differences were observed with consequences on gene expression as well as on phosphorylation, recruitment on target genes promoters and RARalpha degradation by the proteasome. In the context or RARalpha degradation, I showed the involvement of TRIM24 which controls RARα deubiquitination.