Les lésions surrénaliennes surviennent dans la population générale à une fréquence d’environ 2-3%. Parmi les anomalies génétiques identifiées jusqu’à présent dans les tumeurs surrénaliennes, les mutations somatiques de β-caténine sont les plus prévalentes. Elles sont présentes dans environ 20% des adénomes et carcinomes cortico-surrénaliens. β-caténine est l’élément central de la voie canonique de WNT qui joue un rôle crucial dans le développement embryonnaire, l’homéostase et la tumourigenèse. Les mutations activatrices de β-caténine conduisent à l’accumulation nucléaire de β- caténine qui interagit avec les TCF/LEF-1 qui active la transcription des gènes cibles. Les gènes cibles de β-caténine, varient et dépendent du contexte cellulaire. Dans la glande surrénale, les gènes cibles de β-caténine sont inconnus. Nous avons effectué des études de microarray qui nous ont permis d’identifier 490 transcrits dérégulés dans les adénomes corticosurrénaliens porteurs de mutations ponctuelles de β-caténine. L’expression aberrante d’ISM1, RALBP1, PDE2A, CDH12, ENC1, PHYHIP et CITED2 dans les adénomes porteurs de mutations de β-caténine a été confirmée par PCR en temps réel. Le traitement des cellules humaines de carcinome cortico-surrénalien H295R (mutation de CTNNB1, Ser45Prol) avec les inhibiteurs de β-caténine/TCF (PKF115-584 et PNU74654) ont confirmé l'implication de β-caténine dans la régulation transcriptionelle d’ISM1, RALBP1, PDE2A, ENC1 et CITED2. En conclusion, nos travaux ont conduit à l’identification de nouveaux gènes cibles de β-catenin impliqués dans la tumourigenèse cortico-surrénalienne. / Adrenal lesions occur in the general population at a prevalence of about 2-3%. Several mutations have been identified in adrenocortical tumours. β-catenin mutations were recently found to be the most frequent genetic alteration in both sporadic adrenocortical adenomas and carcinomas (20-30%). β-catenin is the central player in canonical Wnt signaling which plays a key role in organ/ gland development, maintenance of homeostasis and tumourigenesis. Activation of Wnt signaling by altered regulation of β-catenin levels evokes -catenin accumulation in the nucleus, and interaction with the TCF/LEF-1 proteins that activates the transcription of target genes. These target genes are believed to be highly cell and context specific and are linked to developmental and cell cycling functions. β-catenin target genes in adrenocortical tumours are unknown. Using microarray technology, we found 490 transcripts that are deregulated in adrenocortical adenomas harbouring β-catenin activating mutations in comparison to non mutated adenomas and normal adrenal glands. These genes differ highly in function and many are poorly characterized genes. Differential expression of ISM1, RALBP1, PDE2A, CDH12, ENC1, PHYHIP and CITED2 in adenomas with activating β-catenin mutations was confirmed by real-time PCR. Treatment of human adrenocortical carcinoma cells, H295R (CTNNB1 Ser45Prol), with β-catenin/TCF inhibitors (PKF115-584 and PNU74654) further confirmed the implication of β-catenin on the transcriptional regulation of ISM1, RALBP1, PDE2A, ENC1 and CITED2. In conclusion, we have found new potential β-catenin target genes that may be involved in adrenocortical tumourigenesis.

Une dérégulation de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 est observée dans plus de 30% des cancers et des mutations activatrices de RAS sont observées dans 30% à 50% des adénomes colorectaux. À la suite d’une analyse extensive de biopsies de tumeurs colorectales humaines par micromatrices tissulaires (TMA), nous avons observé que 44% des tissus cancéreux exprimaient MEK1/2 phosphorylés, contre 10% des tissus normaux. L'analyse des TMA a également révélé que 79% des tumeurs arboraient un marquage nucléaire de MEK1/2 phosphorylés, contre 4 % pour les tissus normaux. Bien que la voie MEK/ERK1/2 soit fréquemment activée dans les cancers, le rôle précis des isoformes de MEK1 et de MEK2 n'a jamais été clairement établie. De même, l'impact de cette localisation nucléaire aberrante de phospho-MEK1/2, dans l'initiation et la progression des cancers colorectaux, est inconnu. Lors d'un premier projet, nous avons démontré, que l’expression de MEK1 ou MEK2 activé est suffisante pour transformer in vitro des cellules intestinales épithéliales de rat (IEC-6). L'expression des mutants actifs de MEK1 ou MEK2 est suffisante pour induire une dérégulation de la prolifération cellulaire et engendrer la formation d'adénocarcinomes invasifs dans un modèle de greffe orthotopique du côlon chez la souris. Nous avons également démontré que l'inhibition de MEK2 par shRNA supprime complètement la prolifération des lignées humaines de cancer du côlon, alors que la suppression de MEK1 a peu d'effet sur la capacité de prolifération. Le deuxième projet, nous a permis d'observer que l'expression d'un mutant nucléaire de MEK1 dans les cellules IEC-6 transforme drastiquement les cellules. Une augmentation de prolifération, une résistance à l'anoikose, un dérèglement du cycle cellulaire, de l'instabilité chromosomique (CIN), de la tétra/aneuploïdie sont observés. La caractérisation des mécanismes responsables de cette localisation aberrante de MEK1/2 phosphorylés, a permis d'identifier la protéine Sef, un régulateur de la localisation cytoplasmique de MEK/ERK1/2. Nous avons démontré que l'expression d'une forme oncogénique de Ras (H-RasV12) inhibe l'expression de Sef, engendrant alors une accumulation nucléaire de MEK1/2 activés. Plus encore, la réexpression de Sef restaure la localisation cytoplasmique de MEK1/2 et renverse les propriétés tumorigéniques ainsi que l'aneuploïdie induite par Ras activé. Un troisième projet, visant la caractérisation des mécanismes associés à la CIN et à l'aneuploïde engendrés par l'activation aberrante de la voie de Ras-ERK1/2, a permis d'observer que l'hyperactivation de ERK1/2 induit des anomalies mitotiques menant à la binucléation. Une localisation erronée et une surexpression de la kinase Aurora A, de même que des protéines de passage du complexe chromosomique (CPC), Aurora B, Survivine et INCENP, sont observées. L'inhibition partielle de l'activation de ERK1/2 par de faible dose de PD184352, un inhibiteur de MEK1/2, est suffisante pour renverser la surexpression de ces régulateurs mitotiques, de même que corriger les anomalies de la mitose et réduire la tétra/aneuploïdie engendrée par Ras oncogénique. Ainsi, nous avons démontré, pour la première fois, que la voie des MAP kinases ERK1/2 est impliquée dans la CIN, la tétraploïdie et l'aneuploïdie. Nos résultats suggèrent que la perte de Sef est un événement oncogénique précoce, qui contribue à la localisation nucléaire aberrante de MEK1/2 qui est observée dans les tumeurs colorectales. Cette localisation anormale de MEK1/2 est associée à l'initiation de la transformation, la progression tumorale et la CIN, via l'activité soutenue de ERK1/2. Ces informations sont capitales et démontrent l’importance de la voie de signalisation Ras/Raf/MEK/ERK1/2 dans le processus de tumorigénèse colorectale. / The Ras-dependent Raf/MEK/ERK1/2 signaling pathway is frequently hyperactivated in human cancer as a result of receptor tyrosine kinase overexpression or gain-of-function mutations in RAS or RAF genes. More specificaly, activating mutation in RAS genes are found in ~ 30-50% of colorectal adenomas and phosphorylation of ERK1/2 is frequently observed in human colorectal cancer cells and tumor specimens. In a large TMA analysis, we found that MEK1/MEK2 are aberrantly activated in 44% of human colorectal cancers. In addition, our analysis revealed that 79% of colorectal cancers exhibit aberrant phospho-MEK1/2 staining in the nucleus, as compared to 4% of normal tissue. How dysregulation and mislocalization of MEK1/2 contribute to tumor initiation and progression is not well understood. In order to determine the exact contribution of MEK1 and MEK2 to the pathogenesis of colorectal cancer, wild type and constitutively active forms of MEK1 and MEK2 were ectopically expressed by retroviral gene transfer in the normal intestinal epithelial cell line IEC-6. We found that the expression of activated MEK1 or MEK2 is sufficient to morphologically transform intestinal epithelial cells, dysregulate cell proliferation and induce the formation of high-grade adenocarcinomas after orthotopic transplantation in mice. A large proportion of these intestinal tumors metastasize to the liver and lung. Importantly, we show that silencing of MEK2 expression completely suppresses the proliferation of human colon carcinoma cell lines, whereas inactivation of MEK1 has a much weaker effect. In a second project, we have investigated the impact of the nuclear mislocalization of phosphorylated MEK1/2 observed in colorectal tumors. We show that oncogenic activation of Ras is sufficient to induce the nuclear accumulation of phosphorylated MEK1/2 and ERK1/2 in intestinal epithelial cells. To evaluate the biological impact of the mislocalization of MEK1/2, we have forced the localization of MEK1 in the nucleus of epithelial cells. We found that sustained nuclear MEK1 signaling leads to hyperactivation of ERK1/2 and to enhanced cell proliferation. Nuclear localization of MEK1 also leads to tetraploidization, chromosomal instability (CIN) and tumorigenesis. Importantly, we show that oncogenic Ras downregulates the spatial regulator Sef, concomitant to nuclear accumulation of activated MEK1/2. Moreover, re-expression of Sef is sufficient to restore the normal localization of MEK1/2 and to revert the cell cycle defects and tumorigenesis induced by oncogenic Ras. Another project was initiated to characterize the tetraploidy and CIN observed upon hyperactivation of the Ras-ERK1/2 pathway. Aneuploidy and CIN are observed in the majority of colorectal cancers and are associated with a poorer prognosis. We show that hyperactivation of ERK1/2 by oncogenic Ras or sustained nuclear MEK-ERK1/2 signaling induces mitotic defects that lead to tetraploidy, aneuploidy and CIN. We also found that dysregulation of Ras-ERK1/2 signaling alters the expression and localization of Aurora A and the Chromosomal passenger complex proteins. In conclusion, we show for the first time that the MEK/ERK1/2 signaling pathway is implicated in aneuploidy and CIN. Our results suggest that sustained nuclear ERK1/2 signaling may contribute to the initiation and progression of colorectal cancer by rapidly inducing aneuploidy and CIN. We suggest that loss of Sef is an early oncogenic event that contributes to genetic instability and tumor progression by sustaining nuclear ERK1/2 signaling. These observations are significant and highlight the importance of the Ras-ERK1/2 signaling pathway in colorectal tumorigenesis.

Les récepteurs couplés aux protéines GRCPG sont une des plus grandes familles de récepteur membranaire codifié par le génome humain et certainement la plus grande famille de récepteurs. Localisés au niveau des membranes plasmiques, ils sont responsables d’une grande variété de réponses cellulaires. L’activation de ces derniers par des ligands était traditionnellement associée à un changement de conformation de la protéine, passant d’un état inactif à un état actif. Toutefois, certaines observations entraient en contradiction avec cette théorie et laissaient supposer la présence de plusieurs conformations actives du récepteur. Ces différentes conformations pouvaient être actives pour certaines voies de signalisation ou de régulation et inactives pour d’autres. Ce phénomène, initialement appelé agoniste dirigé ou « biased agonism », est maintenant décrit comme étant la sélectivité fonctionnelle des ligands des RCPG. Cette sélectivité des voies de signalisation et de régulation permettrait en théorie de développer des ligands capables de cibler seulement les voies de signalisation et de régulation responsable des effets thérapeutiques sans activer les voies responsables des effets secondaires ou indésirables. Le récepteur delta opiacé (DOR) est un RCPG impliqué dans la gestion de la douleur chronique. L’action analgésique de ses ligands est toutefois soumise à un effet de tolérance produite lors de leur utilisation à long terme. Cet effet secondaire limite l’utilisation thérapeutique de ces médicaments. Cette thèse s’est donc intéressée à la sélectivité fonctionnelle des ligands du DOR afin d’évaluer la possibilité de réduire les effets de tolérance produits par ces molécules. En premier lieu, nous avons déterminé que le DOR peut être stabilisé dans plusieurs conformations actives dépendantes du ligand qui le lie et ces conformations possèdent différents profils d’activation des voies de signalisation et de régulation. En deuxième lieu, nous avons déterminé que les différents ligands du DOR stabilisent des conformations du complexe récepteur/protéine G qui ne concordent pas avec la théorie des récepteurs à deux états, suggérant plutôt la présence d’une multitude de conformations actives. Finalement, nous avons démontré que ces différentes conformations interagissaient de façon distincte avec les protéines de régulation des RCPG; le ligand favorisant le retour du récepteur à la membrane produisant moins de désensibilisation et moins de tolérance aiguë à l’analgésie que le ligand favorisant la séquestration du récepteur à l’intérieur de la cellule. Les résultats de cette thèse démontrent que la sélectivité fonctionnelle des ligands opiacés pourrait être utilisée dans le développement de nouveau analgésique produisant moins de tolérance. / G protein coupled receptors (GPCRs) are one of the largest families of membrane receptor coded by the human genome and certainly the biggest family of receptors. Localized at the plasma membrane, they are responsible for a wide variety of cellular responses. Activation of GPCRs by ligands has been traditionally associated with change in protein conformation, switching from an inactive to an active state. However, some observations were inconsistent with this theory suggesting the presence of several active conformations of the receptor. These different conformations could be active in some signalling or regulatory pathways and inactive in others. This phenomenon, originally called biased agonism, is now described as the functional selectivity of GPCRs ligands. In theory, this type of selectivity could lead to the development of drugs that therapeutic action without activating signalling pathways responsible for side effect. The delta opioid receptor (DOR) is a GPCR involved in chronic pain management. However, analgesic action of its ligands is subject to tolerance that develops over the course of long-term treatment, limiting their clinical use. This thesis focuses on functional selectivity of DOR ligands to assess the possibility of reducing the effects of tolerance produced by these molecules. First, we determined that DORs adopt ligand-specific active conformations with distinct ability to activate different signalling pathways and regulatory responses. Second, we established that DORs constitutively associate with Gαi heterotrimeric subunits, and that different receptor ligands induce distinct conformational changes within these signalling complexes. These observations are inconsistent with a two-state model of receptor activation, pointing instead the presence of multiple active conformations. Finally, we demonstrated that conformations stabilized by different agonists distinctively interact with βarrestin2, such that the agonist who promoted a transient receptor interaction with this regulatory protein produced more recycling, less desensitization and less acute analgesic tolerance than the ligand who promoted a stable DOR-βarrestin2 interaction. Taken together, the results presented in this thesis show DORs adopt ligand-specific conformations that support ligand-specific profiles of analgesic tolerance. This type of functional selectivity of opioid ligands could be eventually exploited in the development of novel therapeutic agents with longer analgesic actions.

L’athérosclérose est une maladie vasculaire inflammatoire chronique qui se développe progressivement au cours de la vie. Les mécanismes impliqués sont complexes et la recherche de nouveaux candidats impliqués dans l'athérogénèse est toujours d'actualité. L’Angiopoietine-like 2 (Angptl2) est une protéine relativement peu connue, aux propriétés pro-angiogéniques et pro-inflammatoires, qui appartient par homologie à la grande famille des angiopoietines, mais dont le récepteur n'est pas encore clairement identifié. Les situations pathologiques dans lesquelles l’Angptl2 jouerait un rôle crucial sont diverses, mais sa contribution moléculaire dans le développement de l’athérosclérose est inconnue. Par differential display, nous avons initialement identifié l'Angptl2 comme étant surexprimée dans des cellules endothéliales sénescentes, isolées et cultivées à partir d'artères mammaires internes de patients athérosclérotiques ayant subi un pontage coronarien. Cette découverte a été la à base de mon projet, et mes objectifs ont été 1) de déterminer l'implication de l’Angptl2 vasculaire en présence de facteurs de risques tels que le tabagisme et la dyslipidémie, 2) de produire et de purifier une protéine recombinante fonctionnelle de l’Angptl2 afin d'identifier in vitro de nouvelles propriétés cellulaires de l'Angptl2 et 3) d'étudier in vivo le potentiel pro-athérogénique de l'Angptl2 recombinante dans un modèle murin de dyslipidémie sévère. Nous avons montré que l’Angptl2 est sécrétée préférentiellement dans des conditions pro-oxydantes et pro-inflammatoires, avec une augmentation de son expression endothéliale de l’ordre de 6 fois chez des patients coronariens fumeurs atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique. Suite à ces résultats, nous avons émis l’hypothèse que l’Angptl2, en plus de ses fonctions pro-inflammatoires connues, possède des propriétés pro-oxydantes. Nous avons démontré que l’Angptl2 recombinante stimule en effet la production de radicaux libres dans des HUVEC en culture, via l’inhibition partielle de la voie cytoprotectrice antioxydante Nrf2/HO-1 et potentiellement via l'activation de kinase intracellulaire de type p38. A l'aide de souris dyslipidémiques LDLr-/-; hApoB-100+/+, nous avons démontré que le niveau d’Angptl2 plasmatique, vasculaire et dans les plaques athéromateuses, augmente parallèlement avec le développement de l’athérosclérose. De plus, une stimulation avec l’Angptl2 recombinante engendre chez ces souris une réponse inflammatoire évaluée par l’expression endothéliale de cytokines et de molécules d'adhésion et par l’infiltration de leucocytes sur l’endothélium vasculaire. Finalement, l’administration intraveineuse de la protéine recombinante d’Angptl2 pendant quatre semaines à des souris LDLr-/-; hApoB-100+/+ augmente de 10 fois l'expansion de la plaque athérosclérotique et double leur taux de cholestérol circulant. Nous avons aussi montré que chez des patients athérosclérotiques, l'Angptl2 plasmatique est 6 fois plus élevée que chez des sujets sains du même âge. Nos études semblent donc définir l’Angptl2 comme un facteur contribuant directement au développement de l'athérosclérose en favorisant la sénescence, l’inflammation et l’oxydation des cellules endothéliales. Ces propriétés pourraient globalement définir l'Angptl2, non seulement comme un nouveau biomarqueur circulant de l’athérosclérose, mais également comme l'un de ses promoteurs. / Atherosclerosis is a chronic vascular inflammatory disease that develops gradually during life. While the control mechanisms of this disease are complex and variable, research continues to identify new protein candidates involved in atherogenesis. Angiopoietin-like2 (Angptl2) is a relatively unknown protein, recently shown to display angiogenic and pro-inflammatory properties. Based upon structural homology, Angptl2 is a member of the angiopoietin family; however, the Angptl2 receptor has not yet been clearly identified. The reported pathological situations in which Angptl2 may play a crucial role are multiple, but its molecular contribution in the development of atherosclerosis remains unknown. By differential display, we initially identified Angptl2 as being overexpressed in senescent endothelial cells, isolated and cultivated from internal mammary arteries of atherosclerotic patients undergoing coronary bypass. This observation was at the basis of my project. My specific objectives were 1) to determine the abundance of vascular Angptl2 in the presence of risk factors such as smoking and dyslipidemia, 2) to produce and purify a functional recombinant human Angptl2 protein in order to examine its effects on cellular function in vitro, and 3) to study the pro-atherogenic potential of Angptl2 in vivo using a mouse model of severe dyslipidemia. We showed that Angptl2 is preferentially secreted under pro-oxidant and pro-inflammatory conditions, with a 6-fold increase in endothelial Angptl2 expression in smoker coronary patients with chronic obstructive pulmonary disease. Based on these results, we hypothesized that, in addition to its known pro-inflammatory functions, Angptl2 has pro-oxidant properties. Accordingly, we demonstrated that recombinant Angptl2 stimulates the production of free radicals by HUVEC, an action exerted, at least in part, by the inhibition of the cytoprotective antioxidant pathway, Nrf2/HO-1, and potentially via the activation of the intracellular p38 MAPK pathway. In dyslipidemic LDLr-/-; hApoB-100+/+ mice, we showed that the levels of endogenous Angptl2 in plasma, vascular tissue and atherosclerotic lesions increase in parallel with the development of atherosclerosis. In addition, stimulation with recombinant Angptl2 induces an inflammatory response, as assessed by the expression of cytokines and adhesion molecules and by infiltration of leukocytes into the vascular endothelium. Furthermore, intravenous infusion of purified recombinant Angptl2 for four weeks promoted a 10-fold increase in the formation of atherosclerotic plaques in LDLr-/-; hApoB-100+/+ mice and doubled their circulating cholesterol levels. Finally, we also demonstrated that plasma Angptl2 is 6-fold higher in atherosclerotic patients than in age-matched healthy subjects. These studies therefore strongly suggest that Angptl2 could directly contribute to the development of atherosclerosis by promoting senescence, inflammation and oxidation in endothelial cells. Such properties indicate that Angptl2 may be both a new biomarker of atherosclerosis, as well as one of its contributors.

Le récepteur V2 (V2R) de la vasopressine est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), jouant un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie hydrosodique. À l’instar de nombreux RCPGs, il est capable d’interagir avec plusieurs types de protéines G hétérotrimériques et possède des voies de signalisation peu explorées aux mécanismes mal compris. Ces voies non canoniques font l’objet des travaux exposés dans ce mémoire. Il s’agit d’explorer les caractéristiques et mécanismes de la signalisation de V2R via G12, et de la voie d’activation d’ERK 1/2 par transactivation du récepteur de l’insulin-like growth factor 1, IGF1R. Par des études de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), nous exposons la capacité de V2R à interagir avec la sous-unité Gα12 ainsi que la modulation de la conformation de l’hétérotrimère G12 par l’agoniste de V2R, l’arginine-vasopressine. Ces travaux dévoilent également la modulation de l’interaction entre Gα12 et son effecteur classique RhoA, suggérant un engagement de RhoA, ainsi que la potentialisation via Gα12 de la production d’AMP cyclique. À l’aide de diverses méthodes d’inhibition sélective, nos résultats précisent les mécanismes de la transactivation. Ils supportent notamment le rôle initiateur de l’activation de Src par V2R et l’absence d’implication des ligands connus d’IGF1R dans la transactivation. La métalloprotéase MMP 3 apparaît par ailleurs comme un bon candidat pour réguler la transactivation. Ce projet met en lumière des modes de signalisation peu explorés de V2R, dont l’implication physiologique et physiopathologique pourrait s’avérer significative, au-delà d’un apport fondamental dans la compréhension de la signalisation des RCPGs. / Vasopressin V2 receptor is a G protein coupled receptor (GPCR) responsible for the homeostatic regulation of water and sodium recapture from the urine to the bloodstream. Akin to numerous GPCRs, this receptor can interact with more than one heterotrimeric G protein subtype, and is still associated with some poorly explored signaling pathways with indefinite mechanisms. These non-canonical pathways are the focus of this project. This work aims at unveiling the characteristics and mechanisms underlying G12 mediated signaling by V2R and ERK 1/2 activation through the transactivation of the tyrosine kinase Insulin-like growth factor 1 receptor (IGF1R). Using bioluminescence resonance energy transfer (BRET) experiments, we reveal V2R’s ability to interact with the Gα12 subunit, as well as the modulation of G12 heterotrimer’s conformation in response to V2R agonist arginine vasopressin (AVP). AVP-induced modulation of Gα12’s interaction with its classical effector RhoA upon stimulation with AVP suggests the engagement of RhoA, and our data also reveals that Gα12 potentiates AVP-induced cAMP production. Using diverse selective inhibition strategies, our results further define the mechanism of transactivation. Our data support a starter position of AVP-induced Src activation and discard IGF1R known agonists as the potential autocrine/paracrine factor responsible for IGF1R activation. Furthermore, our results suggest that the metalloproteinase MMP 3 is a good candidate for IGF1R transactivation. This project sheds light on lesser known signaling pathways involving V2R, which could reveal important on a physiological and pathophysiological scale, besides bringing a better understanding of the principles of GPCR signaling.

L’hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT) est la condition endocrinienne néonatale la plus fréquemment rencontrée, avec une incidence d’un cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT comprend toutes les anomalies du développement de la thyroïde. Parmi ces anomalies, le diagnostic le plus fréquent est l’ectopie thyroïdienne (~ 50% des cas). L’HCDT est fréquemment associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdisme) pouvant conduire à un retard mental sévère si non traitée. Le programme de dépistage néonatal assure un diagnostic et un traitement précoce par hormones thyroïdiennes. Cependant, même avec un traitement précoce (en moyenne à 9 jours de vie), un retard de développement est toujours observé, surtout dans les cas les plus sévères (c.-à-d., perte de 10 points de QI). Bien que des cas familiaux soient rapportés (2% des cas), l’HCTD est essentiellement considérée comme une entité sporadique. De plus, plus de 92% des jumeaux monozygotiques sont discordants pour les dysgénésies thyroïdiennes et une prédominance féminine est rapportée (spécialement dans le cas d’ectopies thyroïdiennes), ces deux observations étant clairement incompatible avec un mode de transmission héréditaire mendélien. Il est donc cohérent de constater que des mutations germinales dans les facteurs de transcription thyroïdiens connus (NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des cas sporadiques testés et furent, de plus, exclues lors d’analyse d’association dans certaines familles multiplex. Collectivement, ces données suggèrent que des mécanismes non mendéliens sont à l’origine de la majorité des cas de dysgénésie thyroïdienne. Parmi ces mécanismes, nous devons considérer des modifications épigénétiques, des mutations somatiques précoces (au stade du bourgeon thyroïdien lors des premiers stades de l’embryogenèse) ou des défauts développementaux stochastiques (c.-à-d., accumulation aléatoire de mutations germinales ou somatiques). Voilà pourquoi nous proposons un modèle «2 hits » combinant des mutations (épi)génétiques germinales et somatiques; ce modèle étant compatible avec le manque de transmission familial observé dans la majorité des cas d’HCDT. Dans cette thèse, nous avons déterminé si des variations somatiques (épi)génétiques sont associées à l’HCTD via une approche génomique et une approche gène candidat. Notre approche génomique a révélé que les thyroïdes ectopiques ont un profil d’expression différent des thyroïdes eutopiques (contrôles) et que ce profil d’expression est enrichi en gènes de la voie de signalisation Wnt. La voie des Wnt est cruciale pour la migration cellulaire et pour le développement de plusieurs organes dérivés de l’endoderme (p.ex. le pancréas). De plus, le rôle de la voie des Wnt dans la morphogénèse thyroïdienne est supporté par de récentes études sur le poisson-zèbre qui montrent des anomalies du développement thyroïdien lors de la perturbation de la voie des Wnt durant différentes étapes de l’organogénèse. Par conséquent, l’implication de la voie des Wnt dans l’étiologie de la dysgénésie thyroïdienne est biologiquement plausible. Une trouvaille inattendue de notre approche génomique fut de constater que la calcitonine était exprimée autant dans les thyroïdes ectopiques que dans les thyroïdes eutopiques (contrôles). Cette trouvaille remet en doute un dogme de l’embryologie de la thyroïde voulant que les cellules sécrétant la calcitonine (cellules C) proviennent exclusivement d’une structure extrathyroïdienne (les corps ultimobranchiaux) fusionnant seulement avec la thyroïde en fin de développement, lorsque la thyroïde a atteint son emplacement anatomique définitif. Notre approche gène candidat ne démontra aucune différence épigénétique (c.-à-d. de profil de méthylation) entre thyroïdes ectopiques et eutopiques, mais elle révéla la présence d’une région différentiellement méthylée (RDM) entre thyroïdes et leucocytes dans le promoteur de FOXE1. Le rôle crucial de FOXE1 dans la migration thyroïdienne lors du développement est connu et démontré dans le modèle murin. Nous avons démontré in vivo et in vitro que le statut de méthylation de cette RDM est corrélé avec l’expression de FOXE1 dans les tissus non tumoraux (c.-à-d., thyroïdes et leucocytes). Fort de ces résultats et sachant que les RDMs sont de potentiels points chauds de variations (épi)génétiques, nous avons lancé une étude cas-contrôles afin de déterminer si des variants génétiques rares localisés dans cette RDM sont associés à la dysgénésie thyroïdienne. Tous ces résultats générés lors de mes études doctorales ont dévoilé de nouveaux mécanismes pouvant expliquer la pathogenèse de la dysgénésie thyroïdienne, condition dont l’étiologie reste toujours une énigme. Ces résultats ouvrent aussi plusieurs champs de recherche prometteurs et vont aider à mieux comprendre tant les causes des dysgénésies thyroïdiennes que le développement embryonnaire normal de la thyroïde chez l’homme. / Congenital hypothyroidism from thyroid dysgenesis (CHTD) is the most common congenital endocrine disorder with an incidence of 1 in 4,000 live births. CHTD includes multiple abnormalities in thyroid gland development. Among them, the most common diagnostic category is thyroid ectopy (~ 50 % of cases). CHTD is frequently associated with a severe deficiency in thyroid hormones (hypothyroidism), which can lead to severe mental retardation if left untreated. The newborn biochemical screening program insures the rapid institution of thyroid hormone replacement therapy. Even with early treatment (on average at 9 d), subtle developmental delay is still be observed in severe cases (i.e., IQ loss of 10 points). Although there have been some reports of familial occurrence (in 2% of the cases), CHTD is mainly considered as a sporadic entity. Furthermore, monozygotic (MZ) twins show a high discordance rate (92%) for thyroid dysgenesis and female predominance is observed in thyroid dysgenesis (especially thyroid ectopy), these two observations being incompatible with simple Mendelian inheritance. In addition, germline mutations in the thyroid related transcription factors NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5 have been identified in only 3% of sporadic cases and linkage analysis has excluded these genes in some multiplex families with CHTD. Collectively, these data point to the involvement of non-Mendelian mechanisms in the etiology of the majority of cases of thyroid dysgenesis. Among the plausible mechanisms are epigenetic modifications, somatic mutations occurring in the thyroid bud early during embryogenesis, or stochastic developmental events. Hence, we proposed a two-hit model combining germline and somatic (epi)genetic variations that can explain the lack of clear familial transmission of CTHD. In this present thesis, we assessed the role of somatic (epi)genetic variations in the pathogenesis of thyroid dysgenesis via a genome-wide as well as a candidate gene approach. Our genome wide approach revealed that ectopic thyroids show a differential gene expression compared to that of normal thyroids, with enrichment for the Wnt signalling pathway. The Wnt signalling pathway is crucial for cell migration and for the development of several endoderm-derived organs (e.g., pancreas). Moreover, a role of Wnt signalling in thyroid organogenesis was further supported by recent zebrafish studies which showed thyroid abnormalities resulting from the disruption of the Wnt pathway during different steps of organogenesis. Thus, Wnt pathway involvement in the etiology of thyroid ectopy is biologically plausible. An unexpected finding of our genome-wide gene expression analysis of ectopic thyroids was that they express calcitonin similar to normally located (orthotopic) thyroids. Such a finding, although in contradiction with our current knowledge of the embryological development of the thyroid attributes C cell origins to extrathyroidal structures (ultimobrachial bodies) upon fusion with a fully-formed, normally situated gland. Using a candidate gene approach, we were unable to demonstrate any differences in the methylation profile between ectopic and eutopic thyroids, but nevertheless we documented the presence of a differentially methylated region (DMR) between thyroids and leukocytes in the promoter of FOXE1, a gene encoding the only thyroid related transcription factor known to play a crucial role in regulating the migration of the thyroid precursors during development as shown by animal studies. We demonstrated by in vivo and in vitro studies that the methylation status of this DMR is correlated with differential expression of FOXE1 in non-tumoral tissues (thyroids and leukocytes). Knowing that DMRs are hotspots for epi(genetic) variations, its screening among CTHD patients is justifiable in our search for a molecular basis of thyroid dysgenesis, currently underway in a case-control study. The results generated during my graduate studies represent unique and novel mechanisms underlying the pathogenesis of CHTD, the etiology of which is still an enigma. They also paved the way for many future studies that will aid in better understanding both the normal and pathogenic development of the thyroid gland.

Lors d’une infection par un pathogène, des lymphocytes T CD8+ naïfs (LTn) spécifiques de l’antigène sont activés, prolifèrent et se différencient en LT effecteurs (LTe). Les LTe produisent différentes cytokines et acquièrent une activité cytotoxique menant à l’élimination du pathogène. Seulement 5 à 10 % des LTe survivront et se différencieront en LT mémoires (LTm), qui sont capables de répondre plus rapidement lors d’une seconde infection par le même pathogène, contribuant au succès de la vaccination. Toutefois, la compréhension de l’ensemble des mécanismes régulant le développement des LTe et des LTm demeure incomplète. Afin de mieux comprendre les signaux requis pour la différenciation des LT CD8+ lors de la réponse immune, nous avons posé deux hypothèses. Nous avons d’abord proposé que différentes cellules présentatrices d’antigène (CPA) fournissent différents signaux au moment de la reconnaissance antigénique influençant ainsi le devenir des LT CD8+. Vu leur potentiel d’utilisation en immunothérapie, nous avons comparé la capacité d’activation des LT CD8+ par les lymphocytes B activés via le CD40 (CD40-B) et les cellules dendritiques (CD). Nous avons montré que l’immunisation avec des CD40-B induit une réponse effectrice mais, contrairement à l’immunisation avec des CD, pratiquement aucun LTm n’est généré. Les LTe générés sont fonctionnels puisqu’ils sécrètent des cytokines, ont une activité cytotoxique et contrôlent une infection avec Listeria monocytogenes (Lm). Nous proposons qu’une sécrétion plus faible de cytokines par les CD40 B ainsi qu’une interaction plus courte et moins intime avec les LT CD8+ comparativement aux CD contribuent au défaut de différenciation des LTm observé lors de la vaccination avec les CD40-B. Ensuite, nous posé l’hypothèse que, parmi les signaux fournis par les CPA au moment de la reconnaissance antigénique, la voie de signalisation Notch influence le développement des LTe, mais aussi des LTm CD8+ en instaurant un programme génétique particulier. D’abord, grâce à un système in vitro, le rôle de la signalisation Notch dans les moments précoces suivant l’activation du LT CD8+ a été étudié. Ce système nous a permis de démontrer que la voie de signalisation Notch régule directement l’expression de la molécule PD-1. Ensuite, grâce à des souris où il y a délétion des récepteurs Notch1 et Notch2 seulement chez les LT CD8+ matures, un rôle de la voie de signalisation Notch dans la réponse immune des LT CD8+ a été démontré. Nos résultats démontrent que suite à une infection avec Lm ou à une immunisation avec des CD, la signalisation Notch favorise le développement de LTe, exprimant fortement KLRG1 et faiblement CD127, destinés à mourir par apoptose. Toutefois, la signalisation Notch n’a pas influencé la génération de LTm. De façon très intéressante, l’expression des récepteurs Notch influence la production d’IFN- en fonction du contexte d’activation. En effet, suite à une infection avec Lm, l’absence des récepteurs Notch n’affecte pas la production d’IFN- par les LTe, alors qu’elle est diminuée suite à une immunisation avec des CD suggérant un rôle dépendant du contexte pour la voie de signalisation Notch. Nos résultats permettent une meilleure compréhension des signaux fournis par les différentes CPA et de la voie de signalisation Notch, donc des mécanismes moléculaires régulant la différenciation des LT CD8+ lors de la réponse immunitaire, ce qui pourrait ultimement permettre d’améliorer les stratégies de vaccination. / Following an infection with a pathogen, antigen-specific naive CD8+ T lymphocytes (Tn) will proliferate and differentiate into effector (Te) cells. Those Te cells will produce different cytokines and acquire a cytotoxic activity, leading to pathogen clearance. Only 5 to 10 % of Te cells will survive and differentiate into memory CD8+ T lymphocytes (Tm) able to respond rapidly following a second encounter with the same pathogen, contributing to the success of vaccination. However, the mechanisms regulating Te and Tm cells development remain incompletely understood. To better understand the signals required for CD8+ T lymphocytes during an immune response, we proposed two hypotheses. First, we propose that different antigen presenting cells (APCs) can deliver different signals to CD8+ T lymphocytes at the time of priming leading to different outcome. Given their potential for use in immunotherapy, we compared the ability of CD40 activated B lymphocytes (CD40-B) and dendritic cells (DCs) to activate CD8+ T lymphocytes. We have shown that CD40-B cell immunisation leads to an effector response but very few Tm cells are generated compared to DC immunisation. The Te cells generated following CD40-B cell immunisation are functional because they secrete cytokine, are cytotoxic and control a Listeria monocytogenes (Lm) infection. We propose that CD40-B cells secrete less cytokines and interact during shorter period of time with the CD8+ T lymphocytes, without engulfment, contributing to the decreased Tm generation observed following immunisation with CD40-B cells. Second, among the signals provided by APC at the time of CD8+ T lymphocyte priming, we have hypothesised that the Notch signalling pathway influences Te and Tm cell differentiation by inducing a particular genetic program. Using an in vitro system, we first studied the role of the Notch signalling pathway in the hours following CD8+ T lymphocyte priming. We demonstrated that Notch signalling directly regulates PD-1 expression. Then, studying mice where Notch1 and Notch2 receptor genes are deleted only in mature CD8+ T lymphocytes, we characterised the role of the Notch signalling pathway on Te and Tm differentiation during an immune response. Our results show that following Lm infection or a DC immunisation, the Notch signalling pathway promotes the differentiation of short lived effector cells Te cells (KLRG1highCD127low) meant to die by apoptosis. However, the Notch signalling pathway did not influence the generation of CD8+ Tm cells. Most interestingly, IFN- regulation by the Notch signalling pathway depends on the activation context. Indeed, following Lm infection, lack of Notch receptors does not impact IFN- secretion by Te cells while it is significantly decreased following a DC immunisation suggesting a context dependant role for the Notch signalling pathway. Our findings provide a better understanding of the key signals provided by APC as well as the Notch signalling pathway, and thus the molecular mechanisms leading to CD8+ lymphocyte effector and memory generation which is crucial as this knowledge may ultimately lead to improved vaccination.

Le gène par-4 code pour une kinase à sérine/thréonine très conservée qui régule la polarisation précoce et la division cellulaire asymétrique de l’embryon de C. elegans. Une mutation de par-4 entraîne la létalité embryonnaire en perturbant trois processus: la ségrégation asymétrique des déterminants cellulaires, la régulation asynchrone de la progression du cycle cellulaire et la contractilité du réseau d’actomyosine. Pour identifier des régulateurs des voies de signalisation de PAR-4, nous avons procédé à un criblage pour des suppresseurs de la létalité embryonnaire associée à une mutation de par-4. Nous avons identifié 6 gènes qui codent pour des homologues conservés avec des activités définies telles que la phosphorylation, l’ubiquitination, la protéolyse et l’échafaudage. En employant l’imagerie quantitative pour suivre des événements cellulaires dépendants de PAR-4, nous avons déterminé quels processus sont contrôlés par chaque suppresseur durant le développement embryonnaire de C. elegans. Des analyses moléculaires de ces suppresseurs ont révélé des détails sur le mécanisme par lequel PAR-4 régule la polarisation cellulaire et promeut la division cellulaire asymétrique. / The gene lkb1 codes for a highly conserved serine/threonine kinase. The orthologue of lkb1 in the nematode Caeonorhabditis elegans, termed par-4, regulates early polarization and asymmetric cell division in the embryo. A mutation in par-4 causes embryonic lethality by perturbing three main cellular processes: asymmetric segregation of cell fate determinants, asynchronic regulation of cell cycle progression and contractility of the actomyosin network. To identify regulators of the PAR-4/LKB1-dependent pathways, we performed a screen for suppressors of the embryonic lethality associated with a mutation in par-4. We identified 6 genes that have conserved homologs with defined activities including protein phosphorylation, ubiquitination, proteolysis and scaffolding. We used quantitative imaging of specific PAR-4-dependent cellular events to determine which of these are controlled by each suppressor during early C. elegans embryonic development. Molecular analysis of these suppressors revealed details on the mechanism through which PAR-4 regulates cell polarization and promotes asymmetric cell division.

La thèse porte sur la problématique de l’efficience du financement intermédié des processus de croissance et de développement économiques. Elle s'intéresse d’une part à la résolution des problèmes d’inefficience liés à la présence d’asymétries informationnelles et de l’incertitude sur les marchés du crédit grâce aux mécanismes réputationnels mis en œuvre dans le cadre des relations de long terme banques-emprunteurs et d’autre part, aux conditions dans lesquelles ces mécanismes peuvent émerger et se développer, en particulier dans un pays en développement comme le Cameroun.La thèse a donc une portée à la fois conceptuelle, empirique et normative.En premier lieu, nous avons cherché à alimenter le débat théorique sur la pertinence et l'intérêt du mécanisme réputationnel dans le processus d’intermédiation bancaire. Nous montrons que, contrairement aux modèles habituels d’intermédiation de la théorie d’agence, où les mécanismes de sanctions ou de coercitions judiciaires restent souvent inefficaces et coûteuses, le caractère auto-exécutoire du mécanisme de la réputation suffit seul à garantir l’efficacité de son fonctionnement. De plus, le mécanisme réputationnel nous semble mieux concilier deux conceptions opposées du comportement des acteurs que sont l’homo economicus et l’homo sociologicus. De ce fait, ce mécanisme est susceptible de constituer un cadre d'analyse intéressant pour la modélisation des comportements bancaires notamment dans le contexte des PED africains où les incertitudes restent exacerbées et où prédominent des rationalités économiques beaucoup plus fondées sur les valeurs. En second lieu, les résultats de notre enquête statistique de terrain permettent de montrer qu'au Cameroun, par rapport aux Institutions Financières Décentralisées (IFD) comme la MicroFinance, les Institutions Financières Formelles (IFF) semblent accorder une moindre importance aux pratiques réputationnelles dans leur comportement d'allocation des capitaux, en particulier aux PME. Ceci est susceptible d'apporter une des meilleures explications au différentiel de performance micro-économique, se situant ici à l'avantage des IFD.Enfin, la même enquête nous permet de mettre fortement en évidence l'existence de nombreux facteurs à la fois internes et externes empêchant aux deux catégories de banques une meilleure prise en compte du mécanisme réputationnel. Ce constat nous conduit à proposer des axes ou pistes de réflexion, à formuler et à justifier un ensemble de recommandations à la fois organisationnelles, institutionnelles et réglementaires associées. Ceci dans l’objectif de construire un système bancaire camerounais plus fiable et plus solide en incitant les banques à mieux intégrer les pratiques réputationnelles dans leur jugement d'octroi de crédit aux emprunteurs. / This thesis focusses on the problematic of the efficiency of intermediate finance on the economic growth and development processes. It concerned, on one hand, the resolution of inefficiency problems resulting from the presence of asymmetric information and uncertainty involved credit markets when reputational mechanisms implemented through banks-borrowers long-term relationships are used and, on the other hand, the conditions in which these mechanisms could emerged and expanded, in particular in a developing country such as Cameroon.The thesis thus has, at the same time, conceptual, empirical and normative purpose First of all, we tried to enrich the theoretical debate about relevance and interest of the reputational mechanism relating banking intermediation process. We show that, while in the models of agency where judicial penalties and pressures mechanisms are often ineffective and expensive, only the auto-enforceable character of the reputational mechanism is enough to guarantee its efficacious functioning. Furthermore, for us, the reputational mechanism seems better to reconcile the two usual opposite conceptions of agents behaviors that are homoeconomicus and homosociologicus. Therefore, this mechanism might constitute an interesting analysis framework for modeling banking behavior, in particular in the context of African economies where uncertainties remain aggravated and where much more economic rationalities based on the values prevail.Secondly, our statistical survey issues clearly shows that in Cameroon, with regard to decentralized financial institutions (DFIs) like Microfinance unities, formal financial institutions (FFI) seem to attach less importance to reputational practices in their capital allowance behaviour, especially to small and medium-sized enterprises (SMEs). This is likely to provide a better explanation of the differential micro-economic performance, situated here to the advantage of DFI.Finally, the same above mentioned survey strongly reveal the existence of many both internal and external factors preventing both categories of banks in a better consideration of reputational mechanisms. We then proposed axes or lines of reflection, formulated and justified a set of corporate, institutional and regulatory associated recommendations. This with the aim to build a more reliable and more solid Cameroonian banking system by inciting banks to better integrate reputational practices in their judgment of granting credits to borrowers.

De nombreuses études ont montré que l'exposition de cultures cellulaires à des particules α conduit à des changements biologiques importants autant dans les cellules irradiées que dans les cellules bystander non-irradiées. L'étude des réponses biologiques non-ciblées dans des cultures cellulaires exposées à de faibles fluences d’ions lourds permet d’estimer les risques pour la santé du rayonnement spatial et de la radiothérapie. Nous avons caractérisé les mécanismes sous-jacents de l'induction d'effets stressants dans des cultures confluentes de fibroblastes normaux humains exposés à de faibles fluences d’ions fer de 1000 MeV/u (transfert d'énergie linéique (TEL) ~151 keV/µm), d’ions silicium de 600 MeV/u (TEL ~50 keV/µm) ou d’ions carbone de 290 MeV/u (TEL ~13 keV/µm). Nous avons comparé ces résultats avec ceux obtenus dans des cultures cellulaires exposées, en parallèle, à de faibles fluences de particules α de 0,92 MeV/u (TEL ~109 keV/µm). L'induction de dommages à l'ADN, les changements dans l'expression des gènes, la carbonylation des protéines et la peroxydation lipidique durant les 24 h suivant l'exposition de cultures confluentes à de faibles doses (0,2 cGy et plus) d’ions fer ou d'ions silicium ont très largement contribué à la propagation d’effets stressants des cellules irradiées aux cellules bystander non-irradiées. Pour une dose moyenne de 0,2 cGy, seules ~1 et 3 % des cellules seraient irradiées dans le noyau par un ion, respectivement, fer ou silicium. Les immunoblots ont révélés des augmentations significatives des niveaux de phospho-TP53 (sérine 15), p21Waf1 (CDKN1A), HDM2, phospho-ERK1/2, de carbonylation des protéines et de peroxydation lipidique dans les 24 h suivant l’exposition. L'ampleur de ces réponses suggère la participation de cellules non ciblées dans les effets observés. De plus, lorsque les populations cellulaires irradiées ont été ré-ensemencées dans un milieu de culture frais peu après l'irradiation, les niveaux de ces marqueurs ont aussi augmentés durant 24 h. Ensemble, ces résultats montrent un effet rapidement propagé et persistant. Des analyses in situ réalisées dans des cultures cellulaires confluentes ont montré que la formation de foyers de la protéine 53BP1, marqueur de dommages à l'ADN, touchait un nombre de cellules plus important que celui auguré par la fraction de cellules traversées dans le noyau par un ion fer ou silicium. Cet effet est exprimé dès 15 min suivant l'exposition, atteint son maximum 1 h après l’exposition puis diminue jusqu’à 24 h. Une tendance similaire s'est produite après exposition à une dose moyenne absorbée de 0,2 cGy de particules α de 3,7 MeV, mais non après 0,2 cGy d’ions carbone de 290 MeV/u.Des analyses utilisant des puits de cultures intégrant une fine épaisseur de CR-39, détecteur solide de traces nucléaires, et permettant ainsi l’identification des cellules irradiées aux ions fer ou silicium, confirment la participation de cellules bystander dans la réponse au stress. Des études mécanistiques ont, de plus, indiqué que les jonctions gap permettant la communication intercellulaire, certaines voies de la réparation de l’ADN, ainsi que le métabolisme oxydatif participent à la propagation des effets non ciblés induit par des radiations de haut TEL. Nous avons également examiné la contribution possible des particules secondaires produites le long des traces d’ions primaires dans les réponses biologiques. Les simulations réalisées avec le code de transport de particules FLUKA ont révélé que la dose due aux produits de fragmentation, autres que les électrons, est inférieure à 1 % de la dose absorbée dans les cultures cellulaires exposées à des ions lourds. De plus, la dose radiale des ions lourds secondaires est limitée à ~10-20 µm autour de l’ion primaire. Ainsi, ces derniers sont peu susceptibles de contribuer de manière significative à la réponse biologique observée dans des cellules non ciblées par des ions lourds primaires / Widespread evidence indicates that exposure of cell cultures to α particles results in significant biological changes in both the irradiated and non-irradiated bystander cells in the population. The induction of non-targeted biological responses in cell cultures exposed to low fluences of high charge (Z) and high energy (E) particles is relevant to estimates of the health risks of space radiation and to radiotherapy. Here, we investigated the mechanisms underlying the induction of stressful effects in confluent normal human fibroblast cultures exposed to low fluences of 1000 MeV/u iron ions (linear energy transfer (LET) ~151 keV/µm), 600 MeV/u silicon ions (LET ~50 keV/µm) or 290 MeV/u carbon ions (LET ~13 keV/µm). We compared the results with those obtained in cell cultures exposed, in parallel, to low fluences of 0.92 MeV/u α particles (LET ~109 keV/µm).Induction of DNA damage, changes in gene expression, protein carbonylation and lipid peroxidation during 24 h after exposure of confluent cultures to mean doses as low as 0.2 cGy of iron or silicon ions strongly supported the propagation of stressful effects from irradiated to bystander cells. At a mean dose of 0.2 cGy, only ~1 and 3 % of the cells would be targeted through the nucleus by an iron or silicon ion, respectively. Within 24 h post-irradiation, immunoblot analyses revealed significant increases in the levels of phospho-TP53 (serine 15), p21Waf1 (also known as CDKN1A), HDM2, phospho-ERK1/2, protein carbonylation and lipid peroxidation. The magnitude of the responses suggested participation of non-targeted cells in the response. Furthermore, when the irradiated cell populations were subcultured in fresh medium shortly after irradiation, greater than expected increases in the levels of these markers were also observed during 24 h. Together, the results imply a rapidly propagated and persistent bystander effect. In situ analyses in confluent cultures showed 53BP1 foci formation, a marker of DNA damage, in more cells than expected based on the fraction of cells traversed through the nucleus by an iron or silicon ion. The effect was expressed as early as 15 min after exposure, peaked at 1 h and decreased by 24 h. A similar tendency occurred after exposure to a mean absorbed dose of 0.2 cGy of 3.7 MeV α particles, but not after 0.2 cGy of 290 MeV/u carbon ions.Analyses in dishes that incorporate a CR-39 solid state nuclear track detector bottom identified the cells irradiated with iron or silicon ions and further supported the participation of bystander cells in the stress response. Mechanistic studies indicated that gap junction intercellular communication, DNA repair, and oxidative metabolism participate in the propagation of the induced effects.We also considered the possible contribution of secondary particles produced along the primary particle tracks to the biological responses. Simulations with the FLUKA multi-particle transport code revealed that fragmentation products, other than electrons, in cells cultures exposed to HZE particles comprise <1 % of the absorbed dose. Further, the radial spread of dose due to secondary heavy ion fragments is confined to approximately 10-20 µm Thus, the latter are unlikely to significantly contribute to the stressful effects in cells not targeted by primary HZE particles.