Le remodelage cardiaque est le processus par lequel la structure ou la fonction cardiaque change en réponse à un déséquilibre pathophysiologique tel qu'une maladie cardiaque, un contexte d'arythmie prolongée ou une modification de l'équilibre hormonal. Le système rénine-angiotensine (SRA) est un système hormonal largement étudié et il est impliqué dans de nombreuses activités associées au remodelage cardiovasculaire. L’existence d'un système circulatoire couplé à un système de tissus locaux est une représentation classique, cependant de nouvelles données suggèrent un SRA indépendant et fonctionnellement actif à l'échelle cellulaire. La compréhension de l'activité intracellulaire du SRA pourrait mener à de nouvelles pistes thérapeutiques qui pourraient prévenir un remodelage cardiovasculaire défavorable. L'objectif de cette thèse était d'élucider le rôle du SRA intracellulaire dans les cellules cardiaques. Récemment, les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), les protéines G et leurs effecteurs ont été détectés sur des membranes intracellulaires, y compris sur la membrane nucléaire, et les concepts de RCPG intracellulaires fonctionnels sont en voie d'être acceptés comme une réalité. Nous avons dès lors fait l'hypothèse que la signalisation du SRA délimitant le noyau était impliquée dans le contrôle de l'expression des gènes cardiaques. Nous avons démontré la présence de récepteurs d'angiotensine de type-1 (AT1R) et de type-2 (AT2R) nucléaires dans les cardiomyocytes ventriculaires adultes et dans une fraction nucléaire purifiée de tissu cardiaque. Des quantités d'Ang II ont été détectées dans du lysat de cardiomyocytes et des microinjections d'Ang-II-FITC ont donné lieu à des liaisons préférentielles aux sites nucléaires. L'analyse transcriptionnelle prouve que la synthèse d'ARN de novo dans des noyaux isolés stimulés à l'Ang-II, et l'expression des ARNm de NF-κB étaient beaucoup plus importants lorsque les noyaux étaient exposés à de l'Ang II par rapport aux cardiomyocytes intacts. La stimulation des AT1R nucléaires a engendré une mobilisation de Ca2+ via les récepteurs de l'inositol trisphosphate (IP3R), et le blocage des IP3R a diminué la réponse transcriptionnelle. Les méthodes disponibles actuellement pour l'étude de la signalisation intracrine sont limitées aux méthodes indirectes. L'un des objectifs de cette thèse était de synthétiser et caractériser des analogues d'Ang-II cellule-perméants afin d’étudier spécifiquement dans les cellules intactes l'activité intracellulaire du SRA. Nous avons synthétisé et caractérisé pharmacologiquement des analogues photosensibles Ang-II encapsulée en incorporant un groupement 4,5-diméthoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) photoclivable sur les sites actifs identifiés du peptide. Chacun des trois analogues d'Ang II encapsulée synthétisés et purifiés: [Tyr(DMNB)4]Ang-II, Ang-II-ODMNB et [Tyr(DMNB)4]Ang-II-ODMNB a montré une réduction par un facteur deux ou trois de l'affinité de liaison envers AT1R et AT2R dans les dosages par liaison compétitive et une activité réduite dans la contraction de l'aorte thoracique. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans des cellules HEK a augmenté la phosphorylation d'ERK1/2 (via AT1R) et la production de cGMP (via AT2R) alors que dans les cardiomyocytes isolés elle générait une augmentation de Ca2+ nucléoplasmique et initiait la synthèse d'ARNr 18S et d'ARNm du NF-κB. Les fibroblastes sont les principaux générateurs de remodelage cardiaque structurel, et les fibroblastes auriculaires sont plus réactifs aux stimuli profibrotiques que les fibroblastes ventriculaires. Nous avons émis l'hypothèse que l’Ang-II intracellulaire et l'activation des AT1R et AT2R nucléaires associés contrôlaient les profils d'expression des gènes des fibroblastes via des systèmes de signalisation distincts et de ce fait jouaient un rôle majeur dans le développement de la fibrose cardiaque. Nous avons remarqué que les fibroblastes auriculaires expriment l’AT1R et l’AT2R nucléaire et l'Ang-II au niveau intracellulaire. L’expression d'AT1R nucléaire a été régulés positivement dans les cas d’insuffisance cardiaque (IC), tandis que l'AT2R nucléaire a été glycosylé post-traductionnellement. La machinerie protéique des protéines G, y compris Gαq/11, Gαi/3, et Gβ, a été observée dans des noyaux isolés de fibroblastes. AT1R et AT2R régulent l'initiation de la transcription du fibroblaste via les voies de transduction de signal d'IP3R et du NO. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans une culture de fibroblastes auriculaire déclenche la libération de Ca2+ nucléoplasmique, la prolifération, et la synthèse et sécrétion de collagène qui ne sont pas inhibées par les bloqueurs d'AT1R et/ou AT2R extracellulaires. / Cardiac remodelling is the process by which cardiac structure and/or function change in response to pathophysiological imbalances such as hypertension, cardiac disease, prolonged arrhythmia or altered hormonal balance. The renin-angiotensin system (RAS) is an extensively studied hormonal system involved in numerous processes associated with cardiovascular remodelling. Classically viewed as a circulating and a local tissue system, emerging evidence suggests an independent and functionally active RAS within individual cells. Understanding intracellular RAS actions might lead to new therapeutic avenues that could prevent adverse cardiac remodelling. The purpose of this thesis was to elucidate the role of intracellular RAS in cardiac cells. Recently, G protein-coupled receptors (GPCRs), G proteins, and their downstream effectors have been detected on intracellular membranes, including the nuclear membrane, and the concept of functional intracellular GPCRs is slowly being accepted as a reality. We therefore hypothesized that nuclear-delimited angiotensin II (Ang-II) signalling is involved in controlling cardiac gene expression. We demonstrated the presence of nuclear angiotensin-type 1 (AT1R) and angiotensin-type 2 (AT2R) receptors in adult ventricular cardiomyocytes and in a purified nuclear preparation from cardiac tissue. Ang-II was detected in cardiomyocyte lysate and microinjected Ang-II-FITC preferentially bound to nuclear sites. Transcriptional analysis demonstrated that Ang-II enhanced de novo RNA synthesis in isolated nuclei and NF-κB mRNA expression was much greater when nuclei were exposed to Ang-II. Nuclear AT1R-stimulation produced Ca2+ mobilization via nuclear inositol 1,4,5-trisphosphate receptor (IP3R) Ca2+-channels, and IP3R-blockade attenuated the AT1R-mediated transcriptional responses in isolated nuclei. Current methods available to study intracrine RAS signalling are limited to indirect methodologies because of a lack of selective intracellularly-acting probes. An aim of this thesis was to synthesize and characterize cell-permeant Ang-II analogues to probe intracellular RAS action with spatial and temporal precision. Using solid-phase peptide technology we synthesized and pharmacologically characterized light-sensitive caged Ang-II analogues. This was achieved by incorporating a photocleavable 4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) moiety on sites of Ang-II responsible for receptor recognition and activation. All of the three synthesized and purified caged-Ang-II analogues: [Tyr(DMNB)4]Ang-II, Ang-II-ODMNB and [Tyr(DMNB)4]Ang-II-ODMNB, showed two-to-three orders of magnitude reduced binding affinity towards the AT1R and AT2R in competition binding assays and reduced potency in contraction assays using thoracic aorta. Photolysis of [Tyr(DMNB)4]Ang-II in HEK cells increased ERK1/2 phosphorylation (via AT1R) and cGMP production (via AT2R) whereas in isolated cardiomyocytes it induced an increase in nucleoplasmic Ca2+ and increased the abundance of 18S rRNA and NF-κB mRNA. Fibroblasts are the main drivers of cardiac structural remodelling. Atrial fibroblasts are more responsive to pro-fibrotic stimuli than ventricular fibroblasts. We hypothesized that intracellular Ang-II and associated nuclear AT1R and AT2R activation control fibroblast gene-expression patterns via discrete signalling systems and thereby play a key role in cardiac fibrosis. Atrial fibroblasts were found to express Ang-II, and nuclear AT1R and AT2R. The nuclear localisation of AT1R was increased in fibroblasts isolated from failing hearts whereas nuclear AT2R showed alterations in glycosylation. Heterotrimeric G protein subunits including Gαq/11, Gαi/3, and Gβ were observed in isolated fibroblast nuclei. AT1R and AT2R increased fibroblast transcription initiation via IP3R and NO signal transduction pathways, respectively. Photolysis of [Tyr(DMNB)4]Ang-II in cultured atrial fibroblasts induced an increase in nucleoplasmic Ca2+, proliferation, collagen synthesis and secretion that was not prevented by extracellular AT1R and/or AT2R blockers.

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale. / induce the production of nitric oxide (NO), which is critical for vascular permeability and angiogenesis. β-catenin is an essential component of the adherens junction as well as Wnt/β-catenin signaling pathway and it binds T-cell factor (TCF)/lymphoid enhancer factor, regulating expression of numerous genes including those involved in angiogenesis. S-nitrosylation (SNO) is a mechanism used by NO to regulate protein activity by adding a nitroso group to cysteine residues. eNOS derived-NO is capable to induce SNO of β-catenin at cell-cell junction and modulate endothelial permeability. Additionally, NO has been implicated in the transcriptional control of gene expression. Therefore, the goals of our studies were to investigate the regulatory roles of NO on transcription in endothelial cells, in particular to the modulation of the transcriptional activity of β-catenin. The objective of the first study is to investigate whether the SNO of β-catenin affect its transcriptional activity. We found that NO inhibits β-catenin transcriptional activity and endothelial cell proliferation induced by activation of Wnt/β-catenin signaling. Interestingly, VEGF, which can activate eNOS to produce NO in endothelial cells, repressed Wnt3a-induced expression of Wnt target gene AXIN2 in an eNOS-dependent manner. Moreover, we identified that Cys466 on β-catenin is a critical residue for the repressive effects of NO on β-catenin transcriptional activity. Furthermore, we showed that Cys466 is responsible for the disruption iv of β-catenin/TCF4 transcriptional complex, and NO-dependant inhibition of Wnt3a-simulated endothelial cell proliferation. Given the known effects of NO on transcription, whole transcriptome sequencing was performed in order to understand the transcriptional regulation of NO in endothelial cells. By analyzing gene differential expression in cells transfected with control and eNOS siRNA, we show that eNOS knockdown upregulates the expression of genes involved in cell polarization, such as PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 and TJ3. The up-regulation of these genes was confirmed by qRT-PCR analysis, suggesting that NO may regulate cell polarization. The analysis also showed that genes regulated by eNOS knockdown were involved in endothelial cell integrity and immune response. In addition, KEGG signaling pathway analysis showed that genes regulated by eNOS were enriched in many signal pathways including Ras signaling, which are important for endothelial cell migration. Moreover, clustering of differentially expressed genes in VEGF-treated cells and VEGF-treated eNOS-depleted cells revealed that NO may affect expression of genes in angiogenesis in response to VEGF, including those genes involved in chemotaxis. Our studies show that NO affects transcription in endothelial cells and regulates expression of genes involved in angiogenesis and endothelial cell function.

Le syndrome néphrotique idiopathique (SNI) est une néphropathie glomérulaire définie par une protéinurie massive associée à une hypoalbuminémie, sans lésions inflammatoires rénales, ni dépôts de complexes immuns circulants. Les travaux réalisés au cours de ma thèse concernent l’étude du rôle potentiel du gène c-mip dans la physiopathologie du SNI.Dans un premier temps, nous avons étudié la physiopathologie moléculaire de l’association maladie de Hodgkin et SNI. Nous avons démontré que cette association était liée à une forte induction de c-mip à la fois dans les cellules de Reed Sternberg (dont la présence signe le lymphome hodgkinien) et les podocytes qui sont des cellules spécialisées du glomérule rénal (Audard, et al. 2010). Nous avons montré que l’induction de c-mip résultait d’un défaut quantitatif et/ou qualitatif du gène Fyn, à la fois chez les patients et dans un modèle de souris déficiente en Fyn. Nous avons trouvé que c-mip était fortement induit dans les podocytes au cours du SNI ainsi que dans la glomérulopathie extramemenbraneuse (GEM). La surexpression de c-mip par transgénèse chez la souris déclenche une protéinurie néphrotique dont le mécanisme implique une rupture, médiée par c-mip, de la voie de signalisation de la néphrine (Science Signaling, 2010 co-auteur). L’étude de la néphrite de Heyman, le modèle expérimental de la GEM humaine, a permis de montrer que l’induction de c-mip coincidait avec l’apparition de la protéinurie et était associée à l’inhibition de l’activité RhoA, à une perte de la synaptopodine, à une diminution du VEGF tandis que l’expression de la DAPK (death-associated protein kinase) est fortement augmentée (Audard et al, manuscrit soumis 1). Nous avons recherché si l’hypogammaglobulinémie au cours du SNI était associée à des anomalies fonctionnelles des lymphocytes B (LB). Nous avons trouvé que c-mip interagit avec la sous unité régulatrice de la PI3 kinase et empêche la dissociation de la sous unité catalytique, p110, nécessaire à l’activation de la PI3 kinase. Enfin, l’expression de l’IL 21, une cytokine–clé secrétée par les lymphocytes T et intervenant dans la commutation isotypique, était fortement réduite dans le SNI (Audard et al, manuscrit en préparation 2). Ces résultats donnent un éclairage nouveau sur la physiopathologie moléculaire du SNI et suggèrent un rôle crucial de c-mip dans les anomalies lymphocytaires et podocytaires observées chez les patients / Idiopathic nephrotic syndrome comprises several podocyte diseases of unknown origin, affecting the glomerular podocyte, which plays a key role in controlling the permeability of the kidney filter to proteins. It is characterized by massive proteinuria and hypoalbuminemia, with no inflammatory lesions or cell infiltration. This works focused on the potential role of c-mip in the pathogenesis of INS. We showed that occurrence of minimal change nephrotic syndrome in the course of Hodgkin lymphoma (cHL-MCNS) is closely related to the induction of c-mip in both Hodgkin-Reed Sternberg cells and podocytes (Audard, et al. 2010), which is caused by a qualitative and/or quantitative defect in Fyn in both HRS and podocytes cells. We found that c-mip is upregulated in podocytes of patients with membranous nephropathy (MN). Transgenic mice overproducing c-mip in the podocytes developed heavy proteinuria without morphological alterations, inflammatory lesions or cell infiltrations. We showed that c-mip turned off podocyte proximal signaling by preventing the interaction between Fyn and nephrin, resulting in the inhibition of nephrin signaling pathway (Science signaling, 2010 coauthor). Moreover, the induction of c-mip in passive type Heymann nephritis (the experimental model of MN) was concomitant to proteinuria occurrence and is associated with reduction of RhoA activity, downregulation of synaptopodin and VEGF expression whereas DAPK expression is significantly increased (Audard et al manuscript submitted 1).We demonstrated that hypogammaglobulinemia, a common feature in INS patients, may result from a defect in B lymphocytes. We found that c-mip interacts with p85 regulatory subunit and prevent its dissociation from p110 catalytic subunit, resulting in inactivation of PI3 kinase. Finally, the expression of IL21, a key cytokine involved in class switching recombination, is repressed in active phases of INS, which may contribute for immunoglobulin disorders commonly observed in these patients (Audard et al manuscript in progress 2).Altogether, these results suggest that c-mip is a major player of lymphocyte and podocytes dysfunction observed in patients with INS

La cryptogéine, sécrétée par l’oomycète Phytophthora cryptogea, est un éliciteur protéique des réactions de défense qui active chez le tabac un ensemble d’événements de signalisation conduisant à la mise en place d’une mort cellulaire de type réponse hypersensible et d’une résistance systémique acquise. La caractérisation de la modulation de l’activité de kinases cytosoliques, dont SIPK et WIPK, par des événements de phosphorylation en réponse à la cryptogéine, traduit la place majeure que tiennent les modifications post-traductionnelles dans la cascade de signalisation induite dans les cellules de tabac en réponse à la cryptogéine. Il s’avère que la signalisation cellulaire induite par la cryptogéine, et impliquant ces protéines kinases, converge entre autre vers le noyau à travers la modulation de l’activité d’éléments nucléaires par phosphorylation. Dans ce contexte, d’importants travaux de purification/séquencage, visant à identifier les protéines nucléaires cibles de ces activités kinases, ont permis d’identifier deux isoformes redondantes d’histones désacétylases de type 2 nommés NtHD2a et NtHD2b qui sont rapidement phosphorylées en réponse à la cryptogéine dans les cellules de tabac.Ce travail de thèse s’inscrit dans l’étude du rôle de NtHD2a/b dans l’établissement du processus de mort cellulaire des cellules de tabac et de la RH in planta en réponse à la cryptogéine. Par des approches de pharmacologie ainsi que des approches de surexpression ou d’invalidation de l’expression de NtHD2a/b chez le tabac, nous avons d’une part confirmé l’implication de NtHD2a/b en tant que régulateurs négatifs de la mort cellulaire induite par la cryptogéine ou d’autres élicitines, et d’autre part mieux appréhendé les événements de la cascade de signalisation prépondérants dans l’établissement de cette mort cellulaire. Les mécanismes moléculaires sous-jacents à la mise en place de la mort cellulaire apparaissent complexes et semblent notamment impliquer la modulation de l’expression de gènes de défense, la synthèse de novo de protéines ainsi que l’activation de protéines kinases, dont notamment WIPK et SIPK.Des travaux relatifs à l’étude des événements de (dé)/acétylation dans les cellules de tabac traitées par la cryptogéine et invalidées dans l’expression de NtHD2a/b suggèrent le concours de modifications post-traductionnelles de protéines nucléaires telles que l’acétylation dans la mise en place de la mort cellulaire induite par la cryptogéine chez le tabac. / Cryptogein, which is secreted by the oomycete Phytophthora cryptogea, is a proteinaceous elicitor of plant defense reactions that activates a set of signaling events leading to the hypersensitive response and to systemic acquired resistance. Although the early cytosolic signaling events induced by cryptogein are well described, the only nuclear events characterized to date are the variations in free calcium concentrations and defense-related gene expression. The characterization of the activation of cytosolic protein kinases, including WIPK and SIPK, by phosphorylation in response to cryptogein highlights the key-role played by posttranslational modifications in cryptogein-induced signaling events in tobacco cells. In this context, purification/sequencing approaches revealed that two redundant isoforms of type-2 nuclear histone deacetylases, NtHD2a and NtHD2b, were rapidly phosphorylated in cryptogein-treated tobacco cells.This thesis work is part of a comprehensive study of the role of NtHD2a/b in the establishment of the cell death process in tobacco cells and of the hypersensitive response in planta, in response to cryptogein. By using a pharmacological approach and overexpression and RNA interference-based approaches, we confirmed the involvement of NtHD2a/b as negative regulators of elicitin-induced cell death and we achieved a better understanding of cell death signaling events. The molecular events that underly the cell death process appear particularly complex and seem to involve the modulation of defense-related gene expression, de novo protein synthesis and protein kinase activation such as WIPK and SIPK.The study of (de)/acetylation events in tobacco cells treated by cryptogein and invalidated in NtHD2a/b expression suggests a role for posttranslational modifications in cryptogein-induced cell death.

Le développement et l’homéostasie cellulaire de la prostate impliquent le contrôle strict des voies de signalisation induites par les androgènes et les facteurs de croissance. Ces diverses voies sont profondément altérées dans le cancer de la prostate, notamment lors des stades les plus avancés. Dans ce travail, une lignée immortalisée à partir de l’épithélium de prostate humaine, la lignée RWPE-1, a été utilisée pour étudier certains signaux régulant la prolifération cellulaire, ainsi que les connexions entre les voies de signalisation correspondantes. La prolifération des cellules RWPE-1 est sous la dépendance de l’EGF (Epidermal Growth Factor) qui intervient physiologiquement dans le développement épithélial. Les récepteurs apparentés à l’EGF-R sont également impliqués dans la prolifération au cours de la progression tumorale. La prolifération des cellules RWPE-1 en réponse à l’EGF est strictement dépendante de la voie ERK1/2, qui est donc considérée comme un point d’intégration des signaux. L’utilisation d’inhibiteurs du récepteur aux androgènes a permis de montrer le rôle essentiel qu’il joue dans l’activation d’ERK1/2 en réponse à l’EGF. Le récepteur aux androgènes s’associe avec plusieurs molécules de signalisation dans les cellules RWPE-1. Je démontre ici pour la première fois une association entre le récepteur aux androgènes et la kinase Raf-1, activatrice de la voie ERK1/2. Ainsi, le récepteur aux androgènes contrôlerait directement un processus essentiel à la prolifération épithéliale selon un mode d’action non-génomique. Par ailleurs, j’ai montré que la réponse proliférative des cellules RWPE-1 à l’IL-6 requiert l’activation de la voie ERK1/2, et l’activité kinase de l’EGF-R, suggérant la transactivation de ce récepteur par l’IL-6. L’utilisation de divers inhibiteurs chimiques a permis de démontrer que les métalloprotéases de la famille ADAM (a disintegrin and metalloprotease), notamment ADAM17, sont impliquées dans ce processus. Ainsi, l’activation de protéines ADAM par l’IL-6 conduirait au clivage d’un ligand membranaire de l’EGF-R, aboutissant à l’activation de la voie ERK1/2. Ce nouveau mécanisme pourrait être impliqué dans les situations inflammatoires conduisant à une prolifération excessive de l’épithélium prostatique, prélude à la transformation tumorale. En conclusion, les voies de signalisation étudiées sont fortement connectées dans les cellules épithéliales normales. Les deux nouveaux mécanismes décrits ici aboutissent à l’activation des kinases ERK1/2, point d’intégration et de convergence des voies de signalisation dans les cellules épithéliales de prostate normale. / Prostate development and cell homeostasis involve strict control of androgen and growth factors induced signaling pathways. These signaling pathways are deeply altered in prostate cancer, especially during late stages. In this work, the RWPE-1 immortalized cell line derived from human prostate epithelium has been used to study the signaling pathways regulating cell proliferation and their crosstalk. Optimal RWPE-1 proliferation is dependent on EGF (Epidermal Growth Factor), that also controls normal epithelial development. EGF-R family is also involved in cancer cell proliferation. EGF-dependent RWPE- 1 cell proliferation relies strictly on the ERK1/2 pathway which is then seen as a signal integrating node. Specific inhibitors showed essential role of androgen receptor in EGF mediated ERK1/2 activation. Androgen receptor is associated with several signaling molecules in RWPE-1 cells. I show here for the first time the physical interaction between the androgen receptor and the ERK1/2 activating kinase Raf1. Then, the androgen receptor could directly regulate an essential pathway for epithelial cells proliferation through a non-genomic mechanism. In addition, I showed that IL-6 dependent RWPE-1 cells proliferation requires both ERK1/2 and EGF-R kinase activities, suggesting an IL-6 mediated transactivation of EGF-R. By using several inhibitors, I showed that ADAM (a disintegrin and metalloprotease) family metaloproteases, especialy ADAM17, are involved in this process. IL-6-mediated ADAM proteins activation could lead to the cleavage of a membrane bound EGF-R ligand, leading to ERK1/2 pathway activation. This new mechanism could be involved in the inflammatory situations inducing hyperproliferation of the prostate epithelium, the first step of the transformation process. To conclude, the signaling pathways I studied are strongly connected in normal epithelial cells. The two new mechanisms described in this study lead to ERK1/2 kinases activation, an integrating node of signaling pathways in normal prostate epithelial cells.

Les protéines membranaires représentent environ le tiers des gènes dans les différents génomes séquencés. La prépondérance de ce type de protéines en terme de cibles thérapeutiques (50 % des médicaments) ainsi que leur implication dans beaucoup de phénomènes cellulaires tel que la transduction d'énergie, le transport de nutriments et la signalisation reflètent leur importance. Les interactions entre protéines membranaires jouent un rôle primordial dans leur structure, leurs fonctions et leur assemblage en complexes. La fonction de la plupart des protéines membranaires est liée à l'assemblage de leurs segments transmembranaires TMs dans la bicouche lipidique. Les segments TMs sont des morceaux de séquences majoritairement hydrophobes d'environ 20 résidus adoptant une structure en hélice alpha. En fait, les interactions entre hélices TMs sont essentielles pour le repliement des protéines membranaires et leur organisation dans la membrane. Pour cette raison, des interactions qualitatives entre domaines TMs de différentes protéines bitopiques ont été caractérisé en utilisant le système du double hybride bactérien (BACTH) basé sur une complémentation protéique de type adénylate cyclase. Ce système a révélé des interactions homo- et hétérologues entre des domaines TMs appartenant à deux familles de récepteurs humains, la famille des récepteurs du facteur de croissance épidermique à activité tyrosine kinase (EGFRs) et les Neuropilines. / Many cellular and biochemical processes/activities are actually carried out by the complexome, which is defined as a set of protein complexes. Identification and characterization of the complexome are essential for a comprehensive understanding and global visioning of cell functions since protein-protein interactions are the core of an entire interactomics system of any living cell. Membrane proteins make up to 30% of proteomes in eukaryotes and prokaryotes. They form a major class of proteins that are essentially involved in vital processes including bioenergetics, signal transduction, cell adhesion, catalysis and so on. Thus, they also represent more than 50% of all currently available drug targets. The function of most membrane proteins is inextricably linked to the proper packing and assembly of their transmembrane (TM) segments in the lipid bilayer. So, deciphering the contribution of TM domains interaction in the assembly of protein complexes will help to understand the dynamic assembly of membrane proteins complexes which are most important in cell signaling. For this reason, qualitative interactions between the TM domains of different bitopic proteins have been characterized using the bacterial adenylate cyclase complementation assay (BACTH). This system has been successfully adapted in the lab to study the homo- and heteromeric associations of selected TM sequences, using well characterized interactions as controls. Moreover, BACTH has revealed TM interactions of two major classes of mammalian membrane receptors, the family of epidermal growth factor receptors (EGFRs) which belongs to receptor tyrosine kinases (RTKs) superfamily and the neuropilins.

Les voies de transduction du signal cellulaire permettent aux cellules de répondre aux signaux de l'environnement et de les traiter. Les voies de transduction de kinases MAP (MAPK) sont bien conservées dans toutes les cellules eucaryotes et sont impliquées dans la régulation de nombreux processus cellulaires importants. Les régions intrinsèquement désordonnées (RID), présentes dans de nombreuses MAPK, n'étaient pas encore structurellement caractérisées. Les RID de MAPK sont particulièrement importantes car elles contiennent des motifs de liaison qui contrôlent les interactions entre les protéines MAPK elles-mêmes et aussi entre les protéines MAPK et d'autres protéines contenant les mêmes motifs. La résonance magnétique nucléaire (RMN) en combinaison avec d'autres techniques biophysiques a été utilisée pour étudier les RID de kinase des voies de transduction du signal MAPK. La spectroscopie RMN est bien adaptée pour l'étude des protéines intrinsèquement désordonnées à l'échelle atomique. Les déplacements chimiques et couplages dipolaires résiduels peuvent être utilisés conjointement avec des méthodes de sélection d'ensemble pour étudier la structure résiduelle dans les RID. La relaxation de spin nucléaire nous renseigne sur les mouvements rapides. Des titrations par RMN et des techniques de spectroscopie d'échange peuvent être utilisées pour surveiller la cinétique d'interactions protéine-protéine. Cette étude contribuera à la compréhension du rôle des RID dans les voies de transduction du signal cellulaire. / Protein signal transduction pathways allow cells respond to and process signals from the environment. A group of such pathways, called mitogen-activated protein kinase (MAPK) signal transduction pathways, is well conserved in all eukaryotic cells and is involved in regulating many important cell processes. Long intrinsically disordered region (IDRs), present in many MAPKs, have remained structurally uncharacterised. The IDRs of MAPKs are especially important as they contain docking-site motifs which control the interactions between MAPK proteins themselves and also between MAPKs and other interacting proteins containing the same motifs. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy in combination with other biophysical techniques was used to study IDRs of MAPKs. NMR spectroscopy is well suited for studying intrinsically disordered proteins (IDPs) at atomic-level resolution. NMR observables, such as for example chemical shifts and residual dipolar couplings, can be used together with ensemble selection methods to study residual structure in IDRs. Nuclear spin relaxation informs us about fast pico-nanosecond motions. NMR titrations and exchange spectroscopy techniques can be used to monitor kinetics of protein-protein interactions. The mechanistic insight into function of IDRs and motifs will contribute to understanding of how signal transduction pathways work.

L'organisation orientationnelle bio-moléculaire des lipides et des protéines dans la membrane plasmique constitue un facteur important dans les processus biologiques au cours desquelles les fonctions peuvent être reliées aux mécanismes d'orientation et d'organisation. Le concept de séparation transitoire des phases à l'échelle nanométrique dans les domaines ordonnés et désordonnés, aussi appelé « radeau lipidique », est maintenant largement accepté. De plus, les domaines ordonnés contiennent des protéines de signalisation, ce qui souligne l'importance des séparations de phase au cours des processus de signalisation. Dans cette thèse de doctorat, nous avons étudié l'ordre orientationnel moléculaire de la protéine de signalisation MHC Class I et de reporters lipidiques tels que di-8-ANEPPQ et DiI(C18). Nous avons étudié l'ordre orientationnel moléculaire de la protéine de signalisation MHC Class I et des reporters lipidiques par imagerie d'anisotropie de fluorescence résolue en polarisation. Nous avons observé l'influence du cytosquelette d'actine sur l'ordre orientationnel moléculaire de la protéine MHC et des reporters lipidiques dans la membrane plasmique. De plus, nous avons trouvé que l'ordre orientationnel moléculaire des reporters dépend de la morphologie cellulaire. Nous avons examiné les plis membranaires en modifiant la forme des cellules de façon mécanique ou pharmacologique. / Biomolecular orientational organization of lipids and proteins in the plasma membrane is a crucial factor in biological processes where functions can be closely related to orientation and ordering mechanisms. The concept of transient nanosized phase separations in ordered and disordered domains, called "lipid rafts" is now widely accepted. Furthermore, the ordered domains are enriched in signaling proteins, which highlights the crucial impact of phase separation during the signaling processes. While this field has been so far largely addressed by studying the translational diffusion behavior of membrane proteins and lipid reporters by Single Molecule Tracking (SMT) or Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS), only little is known about the orientational behavior of signaling proteins and lipid reporters in the plasma membrane. In this PhD thesis we investigated the molecular orientational order of the signaling molecule MHC Class I protein using fluorescence anisotropy imaging as well as of lipid reporter di-8-ANEPPQ using polarization-resolved fluorescence imaging. Fluorescence anisotropy imaging requires a fluorescent label rigidly attached to the system under study, able to report its orientational order behavior. Thus, MHC Class I protein has been successfully labeled in a rigid way. We analyzed the orientational order of MHC Class I protein quantitatively in the endomembrane and plasma membrane and we found that the orientational order of MHC Class I protein in both membranes depends primarily on the maturation state of the protein and its interaction with the cytoskeleton.

Tous les systèmes biologiques sont formés d’atomes et de molécules qui interagissent et dont émergent des propriétés subtiles et complexes. Par ces interactions, les organismes vivants peuvent subvenir à toutes leurs fonctions vitales. Ces propriétés apparaissent dans tous les systèmes biologiques à des niveaux différents, du niveau des molécules et gènes jusqu’aux niveau des cellules et tissus. Ces dernières années, les physiciens se sont impliqués dans la compréhension de ces aspects particulièrement intrigants, en particulier en étudiant les systèmes vivants dans le cadre de la théorie des réseaux, théorie qui offre des outils d’analyse très puissants. Il est possible aujourd’hui d’identifier deux classes d’approches qui sont utilisée pour étudier ces types de systèmes complexes : les méthodes directes de modélisation et les approches inverses d’inférence. Dans cette thèse, mon travail est basé sur les deux types d’approches appliquées à trois niveaux de systèmes biologiques. Dans la première partie de la thèse, je me concentre sur les premières étapes du développement des tissus biologiques des plantes. Je propose un nouveau modèle pour comprendre la dynamique collective des transporteurs de l’hormone auxine et qui permet la croissance non-homogène des tissu dans l’espace et le temps. Dans la deuxième partie de la thèse, j’analyse comment l’évolution contraint la diversité́ de séquence des protéines tout en conservant leur fonction dans différents organismes. En particulier, je propose une nouvelle méthode pour inférer les sites essentiels pour la fonction ou la structure de protéines à partir d’un ensemble de séquences biologiques. Finalement, dans la troisième partie de la thèse, je travaille au niveau cellulaire et étudie les réseaux de signalisation associés à l’auxine. Dans ce contexte, je reformule un modèle préexistant et propose une nouvelle technique qui permet de définir et d’étudier la réponse du système aux signaux externes pour des topologies de réseaux différentes. J’exploite ce cadre théorique pour identifier le rôle fonctionnel de différentes topologies dans ces systèmes. / All biological systems are made of atoms and molecules interacting in a non- trivial manner. Such non-trivial interactions induce complex behaviours allow- ing organisms to fulfill all their vital functions. These features can be found in all biological systems at different levels, from molecules and genes up to cells and tissues. In the past few decades, physicists have been paying much attention to these intriguing aspects by framing them in network approaches for which a number of theoretical methods offer many powerful ways to tackle systemic problems. At least two different ways of approaching these challenges may be considered: direct modeling methods and approaches based on inverse methods. In the context of this thesis, we made use of both methods to study three different problems occurring on three different biological scales. In the first part of the thesis, we mainly deal with the very early stages of tissue development in plants. We propose a model aimed at understanding which features drive the spontaneous collective behaviour in space and time of PINs, the transporters which pump the phytohormone auxin out of cells. In the second part of the thesis, we focus instead on the structural properties of proteins. In particular we ask how conservation of protein function across different organ- isms constrains the evolution of protein sequences and their diversity. Hereby we propose a new method to extract the sequence positions most relevant for protein function. Finally, in the third part, we study intracellular molecular networks that implement auxin signaling in plants. In this context, and using extensions of a previously published model, we examine how network structure affects network function. The comparison of different network topologies provides insights into the role of different modules and of a negative feedback loop in particular. Our introduction of the dynamical response function allows us to characterize the systemic properties of the auxin signaling when external stimuli are applied.

Objectifs: Malgré leur grande hétérogénéité histologique et moléculaire, la prise en charge clinique des carcinomes ovariens de haut-grade (COHG) reste peu variable. Le pronostic sombre de cette pathologie implique un réel besoin des nouvelles thérapies. Au-delà des marqueurs pronostiques histologiques classiques et des enquêtes oncogénétiques, l’objectif de cette étude a consisté à rechercher des cibles moléculaires pharmacologiquement recrutables afin de pouvoir proposer aux patientes un accès à la thérapie innovante et personnalisée. Méthodes: Cette étude a été réalisée chez 53 patientes (pts) (âge moyen 58,9 ans, intervalle 25-87) de COHG histologiquement prouvés dont 45 pts de sous-type séreux. 19 pts ont fait l’objet d’une consultation et d’un test oncogénétique sur la base d’antécédents familiaux / personnel de cancer de sein/ovaire. chez. L’expression de P53 et de PTEN a été évaluée sur des tissus fixés au formol et inclus en paraffine par immunohistochimie. Les mutations somatiques de KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA et MET ont été recherchées par PCR-HRM (Polymerase Chain Reaction High Resolution Melting) puis vérifiées par NGS (Next Generation Sequencing) sur des extraits d'ADN préparés à partir d'échantillons de tumeurs congelés, prélevés au moment du diagnostic. Résultats: Des mutations germinales de BRCA1 / 2 ont été identifiées chez 7 pts, toutes atteintes des carcinomes séreux. Une mutation du gène KRAS (exon 2), 2 mutations du gène NRAS (exon 3), 6 mutations du gène PIK3CA (exon 5, 10 et 21) et 5 mutations du gène MET (exon 14 et 18) ont été identifiées chez les 53 tumeurs par NGS, dont deux mutations du gène NRAS et 2 mutations du gène PIK3CA détectées précédemment par PCR-HRM. Aucun profil mutationnel multiple n’a été retrouvé. La surexpression de P53 et la perte d’expression de PTEN ont été constatées chez 32 sur 53 (60%) et 19 sur 46 (41%) des tumeurs. L’analyse statistique n’a été réalisée que chez le sous-groupe de pts atteintes des carcinomes séreux à cause de l’effectif de l’étude. Avec un suivi médian de 38 mois (intervalle de 6-93), 35 pts ont eu une rechute de la maladie et 25 pts sont décédées. La survie sans progression à 2 ans est 28%, et la survie globale à 5 ans est 37%. La surexpression de P53 a été trouvée associée à une meilleure chimiosensibilité, une meilleure survie sans progression et une meilleure survie globale. Conclusion: Pour des COHG, au-delà des altérations de P53 et PTEN, des anomalies génétiques somatiques concernant les voies de signalisation PI3K et MAPK ne sont pas rares et peuvent être détectées par NGS. L’identification de ces anomalies somatiques pourrait offrir une possibilité des thérapies ciblées innovantes pour les patientes sur la base d’éléments diagnostics moléculaires. / Objectives: Despite the great histological and molecular heterogeneity, the clinical management of high-grade ovarian carcinoma remains univo-cal. As a major subgroup of ovarian carcinoma, high-grade ovarian carci-nomas (HGOC) need novel therapy. Additionally to conventional histolog-ical prognostic markers and oncogenetic investigations, molecular diag-nostic was performed using PCR-HRM (Polymerase Chain Reaction High Resolution Melting) and NGS (Next Generation Sequencing) to identify "druggable" targets that could provide access to innovative personalized therapy. Methods: This study was performed in 53 patients (pts) (mean age 58.9 years, range 25-87) with histologically proven HGOC of which 45 pts with serous carcinoma. BRCA1/2 germline mutations had been screened in 19 pts with familial/personal history of breast/ovarian cancer justifying on-cogenetic investigations. P53 and PTEN expression was assessed on for-malin fixed paraffin-embedded tissues using immunohistochemistry. So-matic mutations of KRAS, NRAS, BRAF, PIK3CA and MET were screened using PCR-HRM and then confirmed using NGS on DNA extracts from frozen tumor specimens taken at diagnosis. Results: Seven pts had BRCA1 / 2 germline mutations, all had serous carcinomas. One mutation of KRAS (exon 2), 2 mutations of NRAS (exon 3), 6 mutations of PIK3CA (exon 5, 10 and 21) and 5 mutations of MET (exon 14 and 18) were identified using NGS, of which 2 mutations of NRAS and 2 mutations de PIK3CA detected previously by PCR-HRM, no multiple mutation was detected. P53 overexpression and PTEN loss of expression was detected respectively in 32 of 53 (60%) and 19 of 46 (41%) of all the tumors. Because of the efffective of the study, statistical analyses were restricted to pts with serous carcinoma. With a median follow-up of 38 months (range 6-93), 35 pts had disease progression and 25 pts died during the follow-up. The 2-year progression-free survival (PFS) rate was 28% and 5-year overall survival (OS) rate was 37%. Overexpression of mutant P53 was found to be associated with chemosensitivity and longer PFS and OS. Conclusion: In HGOC, beside P53 and PTEN alterations, somatic genetic abnormalities of PI3K and MAPK signaling pathways can be detected us-ing NGS and provide molecular rationale for targeted therapies, potential-ly offering new therapeutic opportunities to the patients.