Les maladies coronariennes sont l'une des principales causes de décès dans le monde. Comment les artères coronaires sont modelées et quelles sont les molécules de signalisation qui régissent ce processus, sont des mécanismes mal compris. Dans la première partie de ma thèse, j'ai identifié le modulateur de signalisation Wnt Rspo3 comme un régulateur crucial de la formation de l'artère coronaire dans le cœur en développement. Rspo3 est spécifiquement exprimé autour des branches coronaires à des moments critiques dans leur développement. L'ablation temporelle de Rspo3 conduit à une diminution de la signalisation de β-caténine et à une réduction de la prolifération spécifique des artères. En conséquence, les branches coronariennes sont défectueuses et l'arbre artériel ne se forme pas correctement. Ces résultats identifient un mécanisme par lequel l'expression localisée de RSPO3 induit la prolifération des artères coronaires à leurs branches permettant leur formation. Le traitement des patients qui se remettent d'un infarctus du myocarde (IM) est difficile car les cardiomyocytes ont une capacité très limitée à régénérer le cœur endommagé. La voie de signalisation de l'acide rétinoïque (AR) est essentielle pour le développement cardiaque et joue un rôle protecteur dans les cœurs endommagés. Pour la deuxième partie de ma thèse, j'ai utilisé une nouvelle lignée rapportrice de l’AR et j'ai observé une réponse spécifique des cardiomyocytes. L'ablation de la signalisation de l’AR par délétion génétique des enzymes Raldh1/2/3 entraîne une augmentation de l'apoptose myocytaire à la fin du développement tardif et après l'IM. Le séquençage des ARNs des cardiomyocytes primaires révèle que le traitement à l’AR réprime l'expression de Ace1, indiquant un nouveau lien entre la signalisation AR et le système Rénine Angiotensine dans le contexte de la réparation cardiaque. / Coronary heart disease is one of the leading causes of death worldwide. How coronary arteries are remodeled and the signaling molecules that govern this process are poorly understood. For the first part of my thesis, I have identified the Wnt-signaling modulator Rspo3 as a crucial regulator of coronary artery formation in the developing heart. Rspo3 is specifically expressed around the coronary stems at critical time-points in their development. Temporal ablation of Rspo3 leads to decreased β-catenin signaling and a reduction in arterial-specific proliferation. As a result, the coronary stems are defective and the arterial tree does not form properly. These results identify a mechanism through which localized expression of RSPO3 induces proliferation of the coronary arteries at their stems and permits their formation. Treating patients recovering from myocardial infarction (MI) is difficult since cardiomyocytes have a very limited capacity to proliferate and regenerate the damaged heart. The Retinoic Acid (RA) signaling pathway is essential for cardiac development and plays a protective role in damaged hearts. For the second part of my thesis, I have utilized a novel RA reporter line and I have observed a cardiomyocyte-specific response. Ablation of RA signaling through genetic deletion of the Raldh1/2/3 enzymes leads to increased myocyte apoptosis both during late development and after MI. RNA sequencing analysis of primary cardiomyocytes reveals atRA treatment represses Ace1 expression, providing a novel link between RA signaling and the Renin Angiotensin System in the context of heart repair.

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Les maladies dégénératives de la rétine sont une des causes principales de cécité. Parmi différentes stratégies thérapeutiques actuellement étudiées, notre équipe s’intéresse au potentiel régénératif de la rétine. Une source cellulaire d'intérêt sont les cellules de Müller, principal type de cellules gliales de la rétine, capables de se réactiver en cas de dégénérescence et d’adopter certaines caractéristiques de cellules souches. Elles entrent alors dans un état appelé gliose réactive. Tandis que chez certaines espèces comme le poisson, elles permettent la régénération de la rétine, elles ont des capacités régénératives très limitées et inefficaces chez les mammifères. Une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires régissant la gliose réactive des cellules de Müller est donc essentielle si l’on veut identifier des cibles thérapeutiques capables de stimuler le potentiel de régénération de ces cellules. Dans ce contexte, le but de mon projet de thèse a été d’étudier le rôle du co-facteur de transcription YAP dans la réactivation des cellules de Müller. Cette protéine est l’effecteur de la voie de signalisation Hippo, connue pour son implication dans la régulation des cellules souches et la régénération de certains organes.Dans un premier temps, nous avons réalisé une analyse transcriptomique qui a montré que la voie Hippo/YAP est une des principales voies dérégulées dans un modèle de dégénérescence rétinienne chez la souris. Nous avons ensuite montré que la protéine YAP est spécifiquement exprimée dans les cellules de Müller et que son expression et son activité transcriptionnelle sont augmentées au cours de la dégénérescence lorsque les cellules de Müller deviennent réactives. Ces données suggèrent pour la première fois un lien entre YAP et la gliose réactive dans la rétine. Par conséquent, dans un second temps, mon projet de thèse a consisté en l’étude fonctionnelle de YAP dans les cellules de Müller. Dans ce but, nous avons généré par croisements chez la souris un modèle inductible de délétion du gène Yap spécifiquement dans ces cellules. Ce modèle a permis de montrer qu’en absence de Yap en conditions physiologiques, plusieurs gènes spécifiques des cellules de Müller sont dérégulés, suggérant un dysfonctionnement de ces cellules. L’étude phénotypique a permis de révéler que ces dérégulations moléculaires conduisent à un vieillissement prématuré des cellules de Müller et à une baisse de la vision chez les souris âgées. Ces données suggèrent que YAP est requis pour le fonctionnement normal des cellules gliales de Müller. Nous avons ensuite examiné l’impact de la perte de Yap dans les cellules de Müller en conditions de dégénérescence des photorécepteurs. Une analyse transcriptomique a permis de montrer que différents aspects de la réponse moléculaire des cellules de Müller réactives sont affectés. Parmi les processus biologiques dérégulés, nous nous sommes intéressés à la régulation de la prolifération cellulaire. Nous avons montré que YAP est nécessaire à l’augmentation de l’expression de gènes associés à la réentrée dans le cycle cellulaire de la glie de Müller. Par ailleurs, nos résultats suggèrent que des composants de la voie de signalisation EGFR, connue pour son rôle central dans la réactivation des cellules de Müller, sont régulés par YAP.Dans l’ensemble, ces résultats révèlent l’importance de YAP (i) dans le fonctionnement des cellules de Müller en conditions physiologiques pour maintenir l’homéostasie rétinienne, et (ii) dans la régulation des processus de réactivation de ces cellules en conditions dégénératives. De plus, ces données permettent de proposer un modèle selon lequel YAP serait impliqué dans le contrôle de la réentrée des cellules de Müller dans le cycle cellulaire via une interaction avec la voie de signalisation EGFR. Ce travail a donc contribué à approfondir nos connaissances du réseau de signalisation impliqué dans la réactivation des cellules de Müller de la rétine des mammifères. / Retinal dystrophies are one of the main causes of blindness. Among the different therapeutic strategies currently studied, our team is interested in the regenerative potential of endogenous retinal cells. A cellular source of interest are Müller cells, which are the main type of glial cells in the retina. These cells are able to reactivate in case of retinal degeneration and adopt various characteristics of stem cells. They enter a state called reactive gliosis. While in some species such as the fish, they allow the complete regeneration of the retina, they have very limited and ineffective regenerative capacities in mammals. Increasing our knowledge of the complex molecular response of Müller cells to retinal degeneration is thus essential for the development of promising new therapeutic strategies. In this context, the aim of my thesis project was to study the role of the co-transcription factor YAP in Müller cells reactivation. This protein is the main effector of the Hippo signaling pathway which is a crucial player in the field of stem cell biology and regeneration.As a first step, we performed a transcriptomic analysis, which revealed that the Hippo/YAP pathway is one of the main signaling deregulated in a mouse model of photoreceptor degeneration. In particular, we found that YAP is specifically expressed in Müller cells and strongly upregulated upon retinal degeneration, when these cells are reactivated. We thus uncovered for the first time a link between the Hippo/YAP pathway and reactive gliosis in the retina. Consequently, the second part of my thesis project was to undertake a functional study of YAP in Müller cells. For this purpose, we generated, by crossing, a mouse model allowing for Yap conditional knockout specifically in these cells. This model allowed us to show that Yap deletion leads to deregulation of several Müller cell specific genes. A phenotypic analysis revealed that these molecular deregulations lead to premature aging of Müller cells and visual defects in old mice. These results suggest that YAP is required for normal function of Müller glial cells. We then studied the impact of Yap deletion in Müller cells under degenerative conditions. A transcriptomic analysis revealed that various aspects of the molecular response of reactive Müller cells are affected in the absence of Yap. Among the deregulated biological processes, we focussed in particular in the regulation of cell proliferation. We found that YAP is required to trigger cell cycle gene upregulation that occurs in Müller glial cells following photoreceptor cell death. Furthermore, our results suggest that some components of the EGFR signaling pathway, which is known for its central role in the reactivation of Müller cells in pathological conditions, are regulated by YAP in Müller cells.Taken together, these results highlight the importance of YAP (i) in Müller cell function under physiological conditions to maintain retinal homeostasis, and (ii) in the regulation of Müller cell reactivation process under degenerative conditions. Moreover, these data allow us to propose a model in which YAP would be involved in the control of Müller glia cell cycle re-entry through its interaction with the EGFR signaling pathway. Therefore, this work has contributed to increase our knowledge of the signaling network involved in the reactivation of Müller cells in the mammalian retina.

De l’organisme unicellulaire aux organismes multicellulaires complexes, la spécification cellulaires est un aspect fondamental de la biologie de l'adaptation et du développement. Les cellules souches pluripotentes (CSP) telles que les embryonnaires (CSE) fournissent un modèle approprié pour étudier les mécanismes de régulation et la spécification du sort des cellules chez les mammifères. Les ESC de souris sont connus pour être de nature hétérogènes et sont rapportées comme étant composées de multiples états de cellules souches ressemblant à des stades distincts du développement embryonnaire précoce, tels que totipotentes, pluripotentes, préparées et endoderme primitif. Malgré des études approfondies sur les CSE, les mécanismes moléculaires régulant leur hétérogénéité et l'état totipotent, en particulier, ne sont pas bien compris. Le travail présenté dans cette thèse utilise les CSE de souris comme modèle intéressant pour déterminer les mécanismes de signalisation et de régulation génique qui conduisent à l'hétérogénéité cellulaire et l'état cellulaire totipotent des CSE. Dans une première étude, nous avons utilisé la cytométrie en flux de masse pour analyser simultanément de multiples protéines régulatrices des cellules souches, en mettant l'accent sur les facteurs de transcription clés, les protéines de signalisation et les modificateurs de la chromatine qui régissent les CSE de souris. Les données de cytométrie en flux de masse ont révélé des variations dans les niveaux protéiques cellulaires individuels des régulateurs des cellules souches et ont souligné la vaste coactivation des voies de signalisation cellulaire dans des conditions de culture définies des CSE. De plus, l'application de la cytométrie en flux de masse a facilité l'identification d'états cellulaires distincts et de leurs caractéristiques moléculaires au sein des CSE, offrant des aperçus de leurs variations selon différentes conditions de culture, validant ainsi la présence d'hétérogénéité cellulaire dans les CSE de souris. Dans une deuxième étude, nous avons identifié la signalisation du facteur de croissance des os (BMP) comme inducteur de l'état totipotent. Nous avons également constaté que le rôle du BMP dans la totipotence est réprimé par la coactivation des voies FGF, NODAL et WNT. En inhibant ces voies coactivées, nous démontrons l'amélioration de l'induction de cellules totipotentes et la suppression des états préparés et d'endoderme primitif. Nous avons validé les changements d'état cellulaire au niveau cellulaire unique grâce à un séquençage d'ARNm à cellule unique. De plus, nous avons également démontré que les cellules totipotentes reprogrammées in vitro imitent les cellules totipotentes de l'embryon préimplantatoire avec la capacité de générer des blastocystes in vitro (Blastoïdes) et de s'intégrer dans les lignées embryonnaires et extra-embryonnaires chez la souris. Ensemble, ces résultats ont révélé les mécanismes de signalisation du BMP pour réguler à la fois l'état totipotent et l'hétérogénéité des CSE. Pour la troisième étude, nous avons utilisé les observations clés de nos données de cytométrie en flux de masse (première étude) pour évaluer le rôle des protéines régulatrices clés pour promouvoir l'état cellulaire totipotent. Ici, nous démontrons que NACC1, un régulateur transcriptionnel des CSE, agit également comme un régulateur important des cellules totipotentes. Après avoir identifié NACC1 comme un régulateur potentiel à partir de données de protéines cellulaires à cellule unique et de transcriptome en vrac, nous avons validé sa fonction en utilisant une suppression médiée par CRISPR en combinaison avec des conditions de reprogrammation cellulaire pluripotente à totipotente. Ensuite, nous avons intégré une combinaison d'approches génomiques pour étudier les changements au niveau du système dépendants de NACC1 dans le transcriptome, l'accessibilité à la chromatine et la liaison à l'ADN génomique. Ensemble, ces données ont révélé que NACC1 induit à la fois les programmes d'expression génique codant et de gènes de rétrotransposons pour promouvoir l'état cellulaire totipotent. Enfin, nous avons montré que NACC1 régule les éléments rétrotransposables MERVL-int et MT2_Mm pour moduler l'expression des gènes codants de l'état totipotent. En conclusion, cette thèse révèle la nature hétérogène des CSE de souris au niveau protéique à cellule unique, élucide le rôle significatif et les mécanismes de la voie de signalisation BMP pour réguler l'état totipotent et l'hétérogénéité des CSE, et dévoile les mécanismes de régulation génique dépendants de NACC1 pour promouvoir l'état totipotent. Ces résultats ouvrent la voie à des études ultérieures visant à comprendre la spécification de l'état des cellules souches et leur transition via la modulation des voies de signalisation / facteurs de transcription. De plus, ces mécanismes peuvent réguler l'état cellulaire totipotent chez l'homme, éclairant l'hétérogénéité cellulaire dans les CSE humaines et dans des contextes pathologiques, tels que le cancer. / From unicellular entities to intricate multicellular organisms, the omnipresent process of cell fate specification is a fundamental aspect of adaptation and developmental biology. Pluripotent stem cells (PSCs) such as embryonic stem cells (ESCs) provide a suitable model to study the regulatory mechanisms and cell fate specification in mammals. Intriguingly, mouse ESCs are known to be heterogenous in nature and are reported to consist of multiple stem cell states resembling distinct stages of early embryogenesis, such as totipotent, pluripotent, primed, and primitive endoderm. Despite extensive study of ESCs, the molecular mechanisms regulating their heterogeneity and the totipotent state in particular are not well understood. The work presented in this thesis utilizes mouse ESCs as an attractive model to delineate the signaling and gene regulatory mechanisms driving the cellular heterogeneity and the totipotent cell state of ESCs. In the first study, we utilized mass cytometry (cytometry by time of flight) to concurrently analyse multiple stem cell regulatory proteins, focusing on key transcription factors, signaling proteins, and chromatin modifiers that govern mouse ESCs. Mass cytometry data revealed variations in the single-cell protein levels of stem cell regulators and highlighted the extensive cross-activation of cell signaling pathways across defined culture conditions of ESCs. Furthermore, the application of mass cytometry facilitated the identification of distinct cell states and their molecular features within ESCs, offering insights into their variations across different culture conditions, thereby validating the presence of cellular heterogeneity in mouse ESCs. In the second study, we identified bone morphogenetic protein (BMP) signaling as an inducer of the totipotent state. We also found that, BMP’s role for totipotency is repressed by the cross-activation of FGF, NODAL, and WNT pathways. Through rational inhibition of these cross-activated pathways, we demonstrate the enhancement in the induction of totipotent cells and suppression of primed and primitive endoderm states. We validated the cell state changes at the single-cell level through single-cell mRNA sequencing. Furthermore, we also demonstrate that the in-vitro reprogrammed totipotent cells mimic the totipotent cells of preimplantation embryo with the potency to generate in-vitro blastocyst (Blastoids) and to integrate into both embryonic and extra-embryonic lineages in the mice. Together these results revealed BMP signaling mechanisms to regulate both the totipotent state and the heterogeneity of ESCs. For our third study, we utilized the key observations from our mass cytometry data (first study) to evaluate the role of key regulatory proteins to promote the totipotent cell state. Here, we demonstrate that NACC1, a transcriptional regulator of ESCs, also acts as an important regulator of totipotent cells. Following identification of NACC1 as a potential regulator from both single-cell protein and bulk transcriptome data, we validated its function using CRISPR-mediated knock-out in combination with pluripotent-to-totipotent cell reprogramming conditions. Next, we integrated a combination of genomic approaches to study the NACC1 dependent system’s level changes in the transcriptome, chromatin accessibility and genomic DNA binding. Together, these data revealed that NACC1 induces both the coding gene and retrotransposon gene expression programs to promote the totipotent cell state. Finally, we showed that NACC1 regulates MERVL-int and MT2_Mm retrotransposable elements to modulate the expression of coding genes of the totipotent state. In conclusion, this thesis reveals the heterogeneous nature of mouse ESCs at the single-cell protein level, elucidates the significant role and mechanisms of BMP signaling pathway to regulate the totipotent state and ESC heterogeneity, and unveils NACC1 dependent gene regulatory mechanisms to promote the totipotent state. These findings open the door for subsequent studies aimed at understanding stem cell state specification and their transition occurring via modulation of signaling pathways / transcription factors. Moreover, these mechanisms may regulate the totipotent cell state in humans, shedding light on the cellular heterogeneity in human ESCs and in disease contexts, such as cancer.

Résumé : Le syndrome du X fragile (SXF) est la première cause de déficience intellectuelle héréditaire et résulte de mutations dans le gène FMR1 menant à l’absence d’expression de la protéine FMRP. Chez la souris déficiente en FMRP (KO-fmr1), des travaux récents ont montré une suractivation de la voie ERK qui jouerait un rôle important dans la physiopathologie du SXF. La lovastatine est un inhibiteur de la HMG-CoA réductase, utilisée pour traiter l’hypercholestérolémie. Parmi ses effets pléiotropes, elle inhiberait également ERK. Nous avons émis l’hypothèse que la lovastatine pourrait compenser en partie l’absence de FMRP et avoir des effets cognitifs positifs chez les individus avec SXF. Objectifs: Évaluer l’efficacité de la lovastatine à réduire le score global de l’ABC-C (Aberrant Behavior Checklist-Community), ainsi que le score de chaque sous-domaine d’ABC-C. Vérifier l’innocuité de la lovastatine pendant le traitement. Méthodes : Une étude prospective, non-randomisée a été réalisée sur une période de 12 semaines. Seize participants avec SXF (âgés de 10 à 31 ans), ont reçu des doses croissantes de la lovastatine (20 mg et 40 mg). Résultats : Des améliorations ont été observées au niveau du comportement aberrant soit le score total de l’ABC-C (p=0.005), ainsi que les sousdomaines: Hyperactivité (p=0.002), Léthargie(p=0.011), Stéréotypie (p=0.025) et Retrait social (p=0.003). Comme attendu, la lovastatine a été bien toléré sans aucun effet indésirable grave observé. Conclusion : Nos résultats suggèrent que la lovastatine peut avoir des effets bénéfices chez les individus avec le SXF. Une étude randomisée, placébocontrôlée est nécessaire pour valider nos trouvailles. / Abstract : Background: Fragile X Syndrome (FXS) results from dynamic mutations leading ultimately to the absence of expression of the Fragile X Mental Retardation Protein (FMRP). It is characterized by synaptic upregulated protein synthesis and immature dendritic spines associated with altered brain plasticity and cognitive functions. Recent work in Fmr1 knockout mice has shown that lovastatin, an inhibitor of Ras-ERK1/2, normalized hippocampus protein synthesis. We hypothesize that lovastatin, as a diseasemodifying drug, would counterweigh the absence of FMRP and improve brain development and learning abilities. Here we report a phase I study to assess the safety and efficacy of lovastatin in individuals with FXS. Methods: A total of 15 subjects (13 males, 6-31 years old) were treated with escalating doses of lovastatin (up to 40 mg) for three months. Their behaviour were assessed before and after treatment using the Aberrant Behavioral Checklist – Community (ABC-C) total score (primary outcome), as well as domains of the FXS validated version of the ABC-C (secondary outcomes). Results: The treatment was well tolerated and minimal adverse effects were reported. Significant improvement in the primary outcome (P < 0.005), as well as in secondary outcomes, were observed in the majority of the subjects (12/15). Conclusions: We believe long-term sustained treatment with diseased-modifying drugs would be necessary in order to improve behaviour and learning. Lovastatin, well known for its long-term security profile, reveals itself as a strong candidate to that purposes. Nevertheless, a larger placebo-controlled trial of lovastatin in this population is warranted in order to confirm its efficacy.

Lors du développement du système nerveux, de nombreux mécanismes moléculaires sont mis en jeu afin que les axones trouvent leur cible et établissent des synapses. Une fois ces synapses établies, elles restent plastiques et peuvent encore être modifiées d'un point de vue morphologique et fonctionnel en fonction de la taille de la cible ou de l'activité de la synapse. La jonction neuromusculaire (JNM) de la larve de drosophile est un modèle idéal pour étudier cette plasticité synaptique développementale. En effet, la cellule musculaire innervée augmente de taille d'un facteur 50, et la JNM croît en conséquence. Cette croissance met en jeu le cystoquelette microtubulaire, composant central de la terminaison synaptique. Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle de la protéine kinase Shaggy dans la croissance de la JNM et avons montré qu'elle joue un rôle inhibiteur dépendant de la protéine associée aux microtubules (MAP) Futsch. Futsch est le représentant d'une des deux familles de MAPs structurales. Ces deux familles comprennent la famille MAP1 (MAP1A, MAP1B et MAP1S) et la famille MAP2/MAP4/Tau. Dans le système nerveux, elles stabilisent les microtubules et favorisent la pousse neuritique. Cependant, lors de synaptogenèse, leur rôle est méconnu. Chez la drosophile, il n'existe qu'un membre de chaque famille : Futsch (MAP1) et Tau (MAP2/MAP4/Tau), ce qui simplifie l'étude d'une famille par rapport à l'autre par l'absence de redondance. Nous avons ensuite étudié le rôle de ces MAPs sur la stabilité des microtubules, ce qu'il en résulte concernant la croissance de la JNM et quels acteurs, notamment ceux de la voie de signalisation Wnt/Wingless, peuvent réguler ces protéines.

L’apurinic/apyrimidic endonuclease 1 (APE1) est une protéine multifonctionnelle qui joue un rôle important dans la voie de réparation de l’ADN par excision de base. Elle sert également de coactivateur de transcription et est aussi impliquée dans le métabolisme de l’ARN et la régulation redox. APE1 peut cliver les sites AP ainsi que retirer des groupements, sur des extrémités 3’ créées suite à des bris simple brin, qui bloquent les autres enzymes de réparation, permettant de poursuivre la réparation de l’ADN, puisqu’elle possède plusieurs activités de réparation de l’ADN comme une activité phosphodiestérase 3’ et une activité exonucléase 3’→5’. Les cellules de mammifères ayant subi un knockdown d’APE1 présentent une grande sensibilité face à de nombreux agents génotoxiques. APE1 ne possède qu’une seule cystéine située au 65e acide aminé. Celle-ci est nécessaire pour maintenir l’état de réduction de nombreux activateurs de transcription tels que p53, NF-κB, AP-1, c-Jun at c-Fos. Ainsi, elle se retrouve impliquée dans la régulation de l’expression génique. APE1 passe également à travers au moins 4 types de modifications post-traductionnelles : l’acétylation, la désacétylation, la phosphorylation et l’ubiquitylation. La façon dont APE1 est recrutée pour accomplir ses différentes fonctions biologiques demeure un mystère, bien que cela puisse être relié à sa capacité d’interaction avec de multiples partenaires différents. Sous des conditions de croissance normales, il a été démontré qu’APE1 interagit avec de nombreux partenaires impliqués dans de multiples fonctions. Nous émettons l’hypothèse que l’état d’oxydation d’APE1 est ce qui contrôle les partenaires avec lesquels la protéine interagira, lui permettant d’accomplir des fonctions précises. Dans cette étude nous démontrons que le peroxyde d’hydrogène altère le réseau d’interactions d’APE1. Un nouveau partenaire d’interaction d’APE1, Prdx1, un membre de la famille des peroxirédoxines responsable de récupérer le peroxyde d’hydrogène, est caractérisé. Nous démontrons qu’un knockdown de Prdx1 n’affecte pas l’activité de réparation de l’ADN d’APE1, mais altère sa détection et sa distribution cellulaire à l’intérieur des cellules HepG2 conduisant à une induction accrue de l’interleukine 8 (IL-8). L’IL8 est une chimiokine impliquée dans le stress cellulaire en conditions physiologiques et en cas de stress oxydatif. Il a été démontré que l’induction de l’IL-8 est dépendante d’APE1 indiquant que Prdx1 pourrait réguler l’activité transcriptionnelle d’APE1. Il a été découvert que Prdx1 est impliquée dans la régulation redox suite à une réponse initiée par le peroxyde d’hydrogène. Ce dernier possède un rôle important comme molécule de signalisation dans de nombreux processus biologiques. Nous montrons que Prdx1 est nécessaire pour réduire APE1 dans le cytoplasme en réponse à la présence de H2O2. En présence de Prdx1, la fraction d’APE1 présent dans le cytoplasme est réduite suite à une exposition au peroxyde d’hydrogène, et Prdx1 est hyperoxydé suite à l’interaction entre les deux molécules. Cela suggère que le signal, que produit le peroxyde d’hydrogène, sur APE1 passe par Prdx1. Un knockdown d’APE1 diminue la conversion de la forme dimérique de Prdx1 vers la forme monomérique. Cette observation implique qu’APE1 pourrait être impliquée dans la régulation de l’activité catalytique de Prdx1 en accélérant son hyperoxydation. / Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) is a multifunctional protein, which play important roles in base excision repair (BER) pathway and serve as transcriptional co-activator. APE1 is also involved in RNA metabolism and redox regulation. APE1 can cleave abasic sites and process 3’-blocking termini into 3’-OH for DNA repair replication as it posseses several DNA repair activities including AP endonuclease, 3’-phosphodiesterase and 3’ to 5’-exonuclease. Mammalian cells knockdown for APE1 are very sensitive to various DNA damaging agents. APE1 has a unique cysteine C65, which is required to maintain the reduced state of several transcriptional activators such as p53, NF-кB, AP-1, c-Jun, and c-Fos and therefore is involved in the regulation of gene expression. APE1 also undergoes at least four types of post-translational modifications that include acetylation, deacetylation, phosphorylation and ubiquitylation. How APE1 is being recruited to execute the various biological functions remains a challenge, although this could be directly related to its ability to interact with multiple different partners. Under normal growth conditions, APE1 has been shown to interact with a number of proteins that are involved in various functions. We propose that the oxidative state of APE1 governs its interacting partners thereby allowing the protein to perform specific functions. In this study we find that APE1 interactome alters in response to hydrogen peroxide. One novel APE1 interacting partner Prdx1, a member of the peroxiredoxin family that can scavenge hydrogen peroxide is characterized. We demonstrate that knockdown of Prdx1 did not impair APE1 DNA repair activity, but alters APE1 detection, and subcellular distribution in HepG2 cells leading to the induction of interleukin 8 (IL-8). IL-8 is a pro-inflammatory chemokine involved in cellular stress, under physiological and iv oxidative stress conditions. It has been shown that the induction of IL-8 is dependent on APE1 indicating Prdx1 may regulate APE1 transcriptional activity. Prdx1 has been discovered to be involved in the redox regulation of cell signaling initiated by hydrogen peroxide, which has important roles as a signaling molecule in the regulation of a variety of biological processes. Prdx1 exists as a dimer in the cells and we show that Prdx1 is required to reduce APE1 in the cytoplasm in response to H2O2. During this process, the dimeric form of Prdx1 is converted to the oxidized monomeric form. Interestingly, the H2O2-induced conversion of Prdx1 to the monomeric form is dependent upon the presence of APE1. These observations imply that there is a tight regulatory network existing between APE1 and Prdx1.

La phosphorylation des protéines constitue la modification post-traductionnelle la plus importante chez les eucaryotes. Réalisée par des protéines kinases, elle intervient dans plusieurs processus cellulaires et en particulier dans la signalisation. La grande famille des kinases est subdivisée en plusieurs groupes dont les MAPKs qui sont caractérisées par un relais de phosphorylation comprenant trois niveaux (MAPKKK-MAPKK-MAPK). Le rôle des MAPKs a été démontré chez un grand nombre d’organismes et est lié fonctionnellement à plusieurs processus biologiques. Dans ce projet, nous avons essayé de mettre en évidence la fonction de trois MAPKKK (MKKK19, MKKK20 et MKKK21) chez Arabidopsis thaliana, une plante modèle dont le génome a été entièrement séquencé en 2000. Ces trois kinases sont similaires aux kinases FRK1 et FRK2 qui sont impliquées dans le développement des gamètes mâles et femelles chez la pomme de terre sauvage Solanum chacoense. Les MKKK19-21 sont fortement exprimées au niveau de la fleur et plus précisément dans le pollen. L’analyse des lignées de plantes simples mutants pour ces trois kinases ne montre aucun défaut développemental évident en conditions normales suggérant fortement une redondance fonctionnelle entre ces gènes. Par contre, les plantes sous-exprimant les MKKK19-21 produisent un grand nombre de grains de pollen déformé et non viable. La croissance des tubes polliniques est aussi affectée dans ces mutants. Les observations microscopiques ont montré que c’est au stade tricellulaire de la microsporogenèse que ces lignées mutantes sont affectées. Ainsi, ces trois kinases joueraient un rôle important dans la phase tardive du développement pollinique chez Arabidopsis. De façon à déterminer les protéines pouvant agir tant en amont qu’en aval des MKKK19-21, un criblage par la méthode de double hybride chez la levure a été réalisé à partir d’une banque d’ADNc des transcrits d’A.thaliana. Ceci nous a permis d’identifier un grand nombre d’interactants, dont plusieurs protéines kinases pouvant former des voies de signalisation avec les trois MKKK19-21. C’est le cas de la MPK18 qui interagit spécifiquement avec la MKKK20 et pour laquelle un rôle dans la régulation des microtubules corticaux (MTC) avait été démontré. Les résultats de l’analyse des mutants MKKK20 ainsi que les essais kinases nous ont permis de placer la MKKK20 en amont de la MPK18 dans la régulation des MTC. De plus, nous avons pu montrer que la MKK3 interagit spécifiquement avec la MKKK20 parmi les dix MKKs d’Arabidopsis et que ces deux kinases peuvent former un module MAPK aussi lié fonctionnellement aux MTC. L’analyse des doubles mutants (mkkk20/mpk18 et mkk3/mpk18) ainsi que les essais kinases et les observations microscopiques des polymères microtubulaires nous ont permis de caractériser deux voies impliquées dans la régulation des MTC. La première voie, celle de la MKKK20 et de la MPK18 est non canonique, ne nécessitant pas la présence d’une MKK entre les deux, alors que la deuxième voie serait canonique et comprend la MKKK20, MKK3 et possiblement d’autre(s) MPK(s) en aval. Nos résultats suggèrent que ces deux voies sont indépendantes et non synergiques jouant un rôle dans l’instabilité dynamique des MT chez Arabidopsis. / Protein phosphorylation is the major post-translational molecular mechanism through which many eukaryotic proteins are regulated. Phosphorylation is involved in several biological processes and is carried out by kinase enzymes. The very large family of kinases is divided into many subgroups including MAPKs which function as a canonical module of three stepwise phosphorylation events (MAPKKK-MAPKK-MAPK). In this project, we aimed to study the function of three MAPKKK, MKKK19, 20 and 21 in Arabidopsis thaliana, as it has been shown that two of their potential orthologues, FRK1 and 2 in Solanum chacoense are involved in male (pollen) and female (embryo sac) gametophyte development. We found that the MKKK19-21 were highly expressed in reproductive organs, more specifically inside pollen grains. MKKK19-21 single mutants showed WT phenotype under normal conditions, suggesting a possible functional redundancy from these genes. To overcome this, down-regulation of endogenous MKKK19-21 expression via transformation of WT A. thaliana with an artificial microRNA (amiRNA) construct was made. This led to the production of plants exhibiting a high number of dead pollen grains, as well as with defects in pollen tube growth for the viable ones. Microscopic observations of microsporogenesis showed that pollen developmental defects occurred at the tricellular stage. Consequently, the three MKKK19-21 are functionally important for the late stage of pollen development in A. thaliana. In order to find proteins acting both upstream and downstream of MKKK20, a yeast two-hybrid screen was performed against an Arabidopsis cDNA library. This led to the identification of a large number of interacting proteins. These proteins belong to several functional categories with some that could act in signaling pathways with MKKK19-21. Among them, MAPK18 that was demonstrated to regulate cortical microtubules (CMT) and that was found to interact specifically with MKKK20. The results of MKKK20 mutant plants analyses and kinase assays indicate that MKKK20 would act upstream of MPK18 in regulating CMT. The MKK3 was also found from a directed Y2H screen, and was shown to specifically interact with MKKK20 among the 10 Arabidopsis MKKs. MKK3 mutant analysis showed that both kinases could form a MAPK signaling pathway functionally linked to CMT. Furthermore, double mutants (mkkk20/mpk18 and mkk3/mpk18) analysis and kinase assays as well as microscopic observations of microtubule polymers allowed us to postulate that two different signaling pathways are involved in the regulation of CMT. The first one, considered as non-canonical MAPK pathway consists of MKK20 and MPK18, bypassing the need of an MKK, while the second one is a canonical pathway that comprises MKKK20, MKK3 and possibly other MPK(s). We concluded from these results that the two pathways are independent and do not work synergistically in MT dynamic instability in Arabidopsis cells.

L’infarctus du myocarde, problème majeur de santé publique, est caractérisé par une nécrose cardiomyocytaire. Des séries d’occlusions-reperfusions courtes, réalisées avant l’ischémie (Préconditionnement (PréC) ischémique) ou au moment de la reperfusion (Postconditionnement (PostC) ischémique), protègent le coeur contre des lésions d’ischémie-reperfusion (IR). Les mécanismes intracellulaires impliqués restent obscurs. Nous avons étudié la signalisation intracellulaire du PréC et du PostC, et la cardioprotection qui en découle, sur un modèle de coeur isolé perfusé de souris. Le PréC ischémique peut être mimé par une activation directe du canal potassique mitochondrial ATP dépendant (mitoKATP), entraînant la mise en place d’une boucle d’auto-amplification incluant l’activation d’Akt, l’inhibition de GSK-3β et l’ouverture du mitoKATP. Cette réponse est liée à la production modérée d’espèces dérivées de l’oxygène par le mitoKATP et aboutie à une cardioprotection. La voie de développement Wnt est capable de moduler le PréC via GSK-3β. La voie de survie mTOR, cible de GSK-3β est aussi impliquée et pourrait induire des modifications traductionnelles lors de la réponse adaptative à l’IR. Le PostC ischémique peut également être mimé par activation directe du mitoKATP lors de la reperfusion, engendrant une protection du coeur et la mise en place d’une boucle d’auto-amplification similaire à celle du PréC, comprenant Akt, GSK-3β et le mitoKATP. Le PostC est dépendant de GSK-3β, mais contrairement au PréC, il n’impliquerait pas les voies Wnt et mTOR. Cette étude est la première démontrant que le PréC implique les voies de survie mTOR et de développement Wnt avec un rôle central de GSK-3β. / Myocardial infarction is a major problem of public health, whose prognosis is related to the extent of the infarcted territory. Transient episodes of ischemia/reperfusion before ischemia (ischemic PreConditioning (PreC)), or at the onset of reperfusion (ischemic PostConditioning (PostC)) confer myocardium resistance to lethal ischemia. However the exact mechanism of PreC and PostC remains obscure. Our objectives were to examine signaling events during PreC and PostC and their effects on cardioprotection in an isolated mouse heart model. We provide evidence that pharmacological PreC by direct activation of mitoKATP, like ischemic PreC, involve an amplification loop involving ROS production and resulting in a sustained down-regulation of GSK-3β via Akt activation and a constant opening of mitoKATP. The mTOR pathway is a target of this loop and participates to cardioprotection. Disruption of Wnt pathway by sFRP1 modulates this loop inducing GSK-3β activation. This is the first evidence that PreC involves both a pro-survival mTOR pathway and an embryonic developmental Wnt pathway targeting GSK-3β. During ischemic and pharmacological PostC, the same amplification loop is activated, including Akt, GSK-3β and the mitoKATP. Unlike PreC, PostC did not induce the mTOR survival pathway: neither phosphorylation of mTOR nor of its targets p70S6K and 4E-BP1 were observed. However, cardiac overexpression of a Wnt antagonist, impairing PreC through GSK3-β, was unable to abolish cardioprotection afforded by PostC. PostC signaling differs from the preC pathway. Despite these discrepancies, GSK-3β plays a key role in both types of cardioprotection.

La ligne latérale postérieure embryonnaire du poisson-zèbre est composée d'un ensemble d'organes sensoriels, appelés neuromastes, qui permet au poisson de détecter les mouvements de l'eau. Le primordium qui génère la ligne latérale postérieure embryonnaire migre de la tête vers l'extrémité de la queue le long d'une piste de cellules sécrétrices de SDF-1, et dépose des groupes de cellules précurseurs des neuromastes. Cette migration dépend de la présence de CXCR4, le récepteur de SDF-1, dans la région en tête du primordium et de la présence du second récepteur de SDF-1, CXCR7, dans la région en queue du primordium. L'objectif de ma thèse est d'identifier des régulateurs de l'expression de cxcr4b au sein du primordium. Nous avons montré que l'inactivation du récepteur des strogènes ESR1 induit l'expression ectopique de cxcr4b dans les cellules de queue du primordium alors que sa surexpression induit une réduction du domaine d'expression de cxcr4b, suggérant que ESR1 agit comme un répresseur de cxcr4b. Cette découverte expliquerait pourquoi les strogènes diminuent la capacité métastatique des cellules du cancer du sein strogéno-dépendants. L'inactivation de ESR1 conduit aussi à l'extinction de l'expression de cxcr7b dans les cellules de queue du primordium, cet effet étant toutefois indirect et induit par la signalisation ectopique SDF-1/CXCR4 dans ces cellules. L'inactivation et la surexpression de ESR1 provoquent toutes deux une migration défectueuse du primordium, confirmant l'importance de ce récepteur dans le contrôle de la migration dépendante de SDF-1. Nous avons aussi montré qu'un effecteur majeur de la signalisation Wnt canonique, LEF-1, contribue au contrôle de l'expression de cxcr4b et de cxcr7b dans les cellules en tête du primordium. Nous montrons que la prolifération cellulaire, qui assure une taille constante du primordium en dépit des dépositions successives de cellules, est réduite en absence de LEF-1, et que cela conduit à une ligne latérale postérieure incomplète. / The zebrafish embryonic posterior lateral line is componed by a set sense organs, called neuromasts, allowing the fish to detect the water movements. The primordium that generates the embryonic posterior lateral line of zebrafish migrates from the head to the tip of the tail along a trail of SDF-1-producing cells, and deposits cell groups that will become the neuromasts. This migration critically depends on the presence of the SDF-1 receptor CXCR4 in the leading region of the primordium and on the presence of a second SDF1 receptor, CXCR7, in the trailing region of the primordium. The aim of my thesis is to identify regulators of the cxcr4b expression within the primordium. Here we show that inactivation of the estrogen receptor ESR1 results in ectopic expression of cxcr4b throughout the primordium, whereas ESR1 overexpression results in a reciprocal reduction in the domain of cxcr4b expression, suggesting that ESR1 acts as a repressor of cxcr4b. This finding could explain why estrogens significantly decrease the metastatic ability of ESR-positive breast cancer cells. ESR1 inactivation alsoleads to extinction of cxcr7b expression in the trailing cells of the migrating primordium; this effect is indirect, however, and due to the down-regulation of cxcr7b by ectopic SDF-1/CXCR4 signaling in the trailing region. Both ESR1 inactivation and overexpression result in aborted migration, confirming the importance of this receptor in the control of SDF-1-dependent migration. We also showed that a major effector of the canonical Wnt signaling, LEF-1, contributes to the control of both cxcr4b and cxcr7b expression in the leading cells of the primordium. We show that cell proliferation, which ensures constant primordium size in spite of sucessive rounds of cell deposition, is reduced upon lef1 inactivation, leading in a truncated posterior lateral line.