Parmi les voies de signalisation, la voie hedgehog (HH) intervient dans la formation de la polarité segmentaire. Si elle est défectueuse, elle entraine plusieurs malformations. De nombreux cancers présentent une suractivation de cette voie. La voie HH activée par la fixation du ligand HH sur le récepteur Patched (hPtc) et fait intervenir plusieurs partenaires cytoplasmiques dont Supressor of Fused (SUFU).Peu de données moléculaires et structurales sont disponibles pour cette voie et pourtant, ces données sont nécessaires pour comprendre sans ambiguïté son fonctionnement. De plus, la voie HH a été proposée comme pouvant être la cible de traitements chimio thérapeutiques mais, la protéine hPtc est impliquée dans l’efflux des drogues anticancéreuses. Une inhibition de hPtc par la fixation de son ligand entraine l’inhibition de l’efflux de drogues. Néanmoins, le site de fixation de HH sur son récepteur n’a pas encore été déterminé.Durant cette thèse, les travaux effectués ont permis l’étude structurale de la protéine hPtc notamment la détermination du site de fixation de HH. Dans un deuxième volet de cette thèse, j’ai effectué des études structurales de certaines protéines SUFU.Dans un premier temps, je me suis concentrée sur les domaines extracellulaires de hPtc qui ont été décrits comme nécessaires pour la fixation du ligand HH. J’ai cloné une protéine chimère constituée de ces deux domaines liés par le lysozyme du phage T4 (hPtcD1D2). Cette construction a été exprimée dans la bactérie E.coli. Les conditions d’expression testées permettent d’obtenir la protéine sous forme de corps d’inclusion dans le cytoplasme de la bactérie. Dans un deuxième temps, j’ai cloné la protéine dans un vecteur d’expression en levure. De manière concomitante, j’ai exprimé la protéine hPtc tronquée de ses régions N et C terminales (hPtcΛNΛC). Ce sont des régions intrinsèquement désordonnées qui ne permettraient pas une bonne cristallisation de la protéine. L’expression a été effectuée dans la levure. La solubilisation de cette protéine membranaire est en cours d’expérimentation.Ce travail a permis de poser les bases de l’expression de hPtcD1D2 et de hPtcΛNΛC. Ceci va notamment permettre la surexpression de la protéine et sa cristallisation afin de déterminer sa structure 3D et de caractériser le site de fixation de son ligand.Enfin, j’ai entrepris des études structurales des protéines SUFU. Un nouveau site de fixation du Zn a été caractérisé. En effet, après purification de la protéine, j’ai effectué des mesures d’affinité à l’aide d’un composé colorimétrique, le PAR et des expériences de spectroscopie d’émission atomique dans lesquelles j’ai fait varier le pH et la concentration en Zn. Ainsi, j’ai pu déterminer que SUFU a une affinité nanomolaire pour le Zn meilleure à pH 8 qu’à pH 6,5. La fixation du Zn se ferait donc sur un site basique. La structure de SUFU a été publiée en 2013 par deux équipes, je me suis inspirée des conditions de cristallisation de ces deux articles, pour cristalliser SUFU en présence de Zn. Les expériences de dichroïsme circulaire ont permis d’affirmer que ces protéines sont organisées en hélices α et en feuillets β. De plus, grâce à la diffusion des rayons X aux petits angles, j’ai pu déterminer que dSUFU, hSUFU et zSUFU n’ont pas la même conformation en solution. Alors que SUFU de drosophile est un monomère globulaire, les protéines humaine et de poisson zèbre seraient plutôt allongées et dimériques. La région N-terminale potentiellement impliquée dans la dimérisation de hSUFU a été tronquée et hSUFUΛ30 présente des différences d’état d’oligomérisation. / The hedgehog (HH) signalling pathway is involved in the segmentary polarity formation. A dysfunction of this pathway is involved in several malformations. Many cancers are caused by an overactivation of this pathway. The HH signalling pathway is activated by the binding of HH on the receptor Patched (hPtc) and included many cytoplasmic partners such as Suppressor of Fused (SUFU). Few molecular and structural data are available on this pathway even if these data are important to fully understand the pathway functioning. Furthermore, the HH signalling pathway maybe be the target of chemotherapy treatments. However, hPtc is involved in drugs efflux. Inhibition of hPtc by the binding of its ligand HH may lead to this efflux inhibition. Yet, the binding site of HH on its receptor hPtc is not yet determined.During this thesis, the structural study of hPtc have been engaged especially the study of the binding site of HH. On the second hand, I have structurally studied some SUFU proteins.First of all, I have expressed the extracellular domains of hPtc. These domains have been described as necessary for HH binding. I have cloned a chimeric protein made by the extracellular domains of hPtc associated with the lysozyme T4 (hPtcD1D2). This protein have been expressed in the E.Coli bacteria. The protein expressed in inclusion bodies in the cytoplasm of the bacteria. In the other hand, I have cloned the protein in a yeast expression vector. Part of this, I have also expressed the protein hPtc without its N and C terminus regions (hPtcNC). These regions are intrinsically disrupted. They may lead to crystallization problems. The protein has been expressed in yeast.This work permits to expressed hPtcD1D2 and hPtcΛNΛC. This will lead to the expression of the protein and its crystallisation in order to determine its 3D structure and to characterize its ligand binding site.Finally, I structurally studied the protein SUFU. A novel Zn binding site has been characterized. In fact, after the protein purification, I have made affinity measures using a colorimetric compound, PAR. I also performed spectroscopic experiments in which I varied the pH and the Zn concentration. I determined the SUFU has a nanomolar affinity for the Zn best at pH 8 than pH 6.5. Indeed, the Zn binding site may be basic.The SUFU 3D structure has been published in 2013 by two teams. Inspired by their crystallization conditions, I crystallized SUFU with Zn. Circular dichroism experiments permitted to know that the proteins are organized in  helices and  sheets. Moreover, small angles X ray spectroscopy experiments show that dSUFU, hSUFU and zSUFU did not have the same conformation in solution. Drosophila SUFU is globular and human and zebrafish SUFU are long and dimeric. The N-terminal region involved in hSUFU has been removed and hSUFUΛ30 is present in different oligomerization forms.

Le cancer de vessie représente la sixième cause de mortalité par cancer en France. Son incidence a augmenté ces 20 dernières années, mais les taux de survie restent inchangés. La carcinogénèse vésicale fait intervenir différents mécanismes moléculaires qui agissent en réseau comme c’est le cas dans de nombreux cancers. Le développement récent de nouveaux traitements prenant spécifiquement pour cible certaines voies de signalisation apportent de nouveaux espoirs thérapeutiques. Nous nous sommes intéressés dans ce travail à trois axes de recherche pour tenter d’identifier, dans les carcinomes urothéliaux, de nouveaux marqueurs pronostiques moléculaires et de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles: l’angiogénèse, la voie de signalisation Hedgehog et les microARNs. Nous avons choisi la RT-PCR quantitative en temps réel à grande échelle permettant d’évaluer le niveau d’expression de nombreux gènes, avec une quantification précise et reproductible des transcrits. L’expression de ces gènes a été corrélée aux données de suivi clinique afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs moléculaires prédictifs de l’évolution des tumeurs de vessie.Nous avons ainsi pu démontrer que les niveaux d’expression de certains de ces gènes variaient de façon significative dans les tumeurs de vessie, confirmant le rôle de l’angiogénèse dans la carcinogénèse urothéliale, et plus particulièrement de la voie du VEGF, et suggérant une implication majeure de la voie de signalisation Hedgehog et des microARNs. Par ailleurs, nous avons également pu identifier plusieurs biomarqueurs ayant une valeur pronostique en terme de survie globale dans les tumeurs infiltrantes. C’est le cas du VEGF, qui semble être un biomarqueur moléculaire particulièrement intéressant puisqu’il existe des thérapies ciblées spécifiquement dirigées contre ce ligand ou ses récepteurs avec plusieurs essais cliniques actuellement en cours dans le cancer de vessie. C’est également le cas d’une signature moléculaire associant 3 miARNs (miR-9, miR-182 et miR-200b) ayant une valeur péjorative dans les tumeurs infiltrantes, ouvrant la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques.L’ensemble de ces études confirment l’intérêt majeur d’une meilleure compréhension des bases moléculaires de la carcinogénèse urothéliale vésicale débouchant sur l’utilisation rationnelle de nouvelles thérapies ciblées dans le cancer de vessie, avec l’espoir d’en améliorer la prise en charge et l’évolution. / Bladder cancer is the sixth cause of cancer mortality in France and its incidence is increasing since the last 20 years, with no improvement in survival outcomes. Bladder carcinogenesis involves different molecular mechanisms such as in many cancers. The recent development of new targeted therapies targeting signaling pathways provides new therapeutic hopes.In this work, we choose to study three molecular pathways in order to identify new prognostic markers and new therapeutic targets in urothelial carcinoma: angiogenesis, Hedgehog signaling pathway, and microRNAs. Real-time quantitative RT-PCR was performed to measure simultaneously expression levels of several genes with precise and reproductible RNA quantification. Our results were correlated with clinical outcomes to identify new molecular markers associated with bladder cancer evolution and to guide the potential use of targeted therapies.We were able to demonstrate that expression levels of several transcripts differ significantly in bladder tumors as compared to normal bladder and that some of them may have a prognostic implication. This is the case of VEGF, which appears to be an interesting molecular marker since there are targeted therapies specifically targeting the pathway and several ongoing trials in bladder cancer. The Hedgehog pathway also appears to be altered in bladder tumors, with a ligand-dependent activation. Then, we were able to identify several deregulated microRNAs and describe a molecular 3 miRNA-signature (miR-9, miR-182 and miR-200b) having a prognostic value in muscle-invasive bladder tumors. All these studies confirm the major interest of molecular biology and new targeted therapies in the treatment of bladder cancer, with the hope of improving management and evolution.

Nous avons récemment démontré que le récepteur du morphogène Hedgehog, Patched, qui est exprimé dans de nombreux cancers, est un transporteur de multiples drogues qui contribue à la résistance des cellules cancéreuses à la chimiothérapie. Le criblage d'une banque de molécules nous a permis d'identifier deux molécules qui inhibent l'activité d'efflux de doxorubicine de Patched. Nous avons montré que ces molécules renforcent les effets cytotoxiques, proapoptotiques, antiprolifératifs et anticlonogéniques de la doxorubicine sur les cellules de cancer de la glande surrénale (surrénalome) qui expriment de façon endogène Patched. De plus, nous avons observé que l’ajout de la molécule P375 au traitement à la doxorubicine inhibe le développement des tumeurs chez des souris ayant reçu une xénogreffe de cellules de surrénalome de façon plus significative que la doxorubicine seule. Nos résultats suggèrent que l'utilisation d'un inhibiteur de l'activité d'efflux de drogues de Patched en association avec la doxorubicine est une option thérapeutique prometteuse pour le surrénalome, et très probablement pour d'autres cancers exprimant Patched. Nous avons découvert qu'une petite fraction seulement des cellules de la lignée de surrénalome exprime Patched au niveau de la membrane plasmique (cellules PM-Patched). Les cellules PM-Patched sont plus résistantes à la doxorubicine, et présentent une expression plus élevée de Patched mais aussi de la protéine ABCG2. ABCG2 étant un marqueur de cellules souches cancéreuses (CSC), nous pensons que les cellules PM-Patched pourraient être des CSC.D'autres expériences sont nécessaires pour valider cette hypothèse. / We recently demonstrated that the Hedgehog receptor Patched, which is expressed in many recurrent and metastatic cancers, is a multidrug transporter contributing to chemotherapy resistance. The screening of a chemical library allowed us identifying two molecules which inhibit the doxorubicin efflux activity of Patched. We showed that these molecules enhance the cytotoxic, proapoptotic, antiproliferative and anticlonogenic effects of doxorubicin on adrenocortical carcinoma (ACC) cells which endogenously express Patched. Moreover, we reported that the addition of the drug-like molecule P375 to doxorubicin treatment prevents the development of xenograft ACC tumours in mice much more significantly than the doxorubicin alone. Our results suggest that the use of an inhibitor of Patched drug efflux activity in combination with doxorubicin is a promising therapeutic option for ACC and most likely for other Patched-expressing cancers. We discovered that only a small fraction of the ACC cell line expressed Patched at the plasma membrane (PMPatched cells). We observed that these cells are more resistant to doxorubicin treatment than ACC cells that express Patched only in intracellular compartments. Moreover, we estimated that PMPatched cells have higher expression of Patched but also of ABCG2/BCRP proteins. Based on the fact ABCG2/BCRP is a cancer stem cell (CSC) marker and that Hedgehog signaling is involved in maintenance of CSC, we think that PM-Patched cells could be CSCs. More experiments are needed to confirm this hypothesis.

La barrière hémato-encéphalique (BHE) protège le système nerveux central (SNC) en contrôlant le passage des substances sanguines et des cellules immunitaires. La BHE est formée de cellules endothéliales liées ensemble par des jonctions serrées et ses fonctions sont maintenues par des astrocytes, celles ci sécrétant un nombre de facteurs essentiels. Une analyse protéomique de radeaux lipidiques de cellules endothéliales de la BHE humaine a identifié la présence de la voie de signalisation Hedgehog (Hh), une voie souvent liées à des processus de développement embryologique ainsi qu’au niveau des tissus adultes. Suite à nos expériences, j’ai déterminé que les astrocytes produisent et secrètent le ligand Sonic Hh (Shh) et que les cellules endothéliales humaines en cultures primaires expriment le récepteur Patched (Ptch)-1, le co-récepteur Smoothened (Smo) et le facteur de transcription Gli-1. De plus, l’activation de la voie Hh augmente l’étanchéité des cellules endothéliales de la BHE in vitro. Le blocage de l’activation de la voie Hh en utilisant l’antagoniste cyclopamine ainsi qu’en utilisant des souris Shh déficientes (-/-) diminue l’expression des protéines de jonctions serrées, claudin-5, occcludin, et ZO-1. La voie de signalisation s’est aussi montrée comme étant immunomodulatoire, puisque l’activation de la voie dans les cellules endothéliales de la BHE diminue l’expression de surface des molécules d’adhésion ICAM-1 et VCAM-1, ainsi que la sécrétion des chimiokines pro-inflammatoires IL-8/CXCL8 et MCP-1/CCL2, créant une diminution de la migration des lymphocytes CD4+ à travers une monocouche de cellules endothéliales de la BHE. Des traitements avec des cytokines pro-inflammatoires TNF-α and IFN-γ in vitro, augmente la production de Shh par les astrocytes ainsi que l’expression de surface de Ptch-1 et de Smo. Dans des lésions actives de la sclérose en plaques (SEP), où la BHE est plus perméable, les astrocytes hypertrophiques augmentent leur expression de Shh. Par contre, les cellules endothéliales de la BHE n’augmentent pas leur expression de Ptch-1 ou Smo, suggérant une dysfonction dans la voie de signalisation Hh. Ces résultats montrent que la voie de signalisation Hh promeut les propriétés de la BHE, et qu’un environnement d’inflammation pourrait potentiellement dérégler la BHE en affectant la voie de signalisation Hh des cellules endothéliales. / The blood-brain barrier (BBB), composed of tightly bound endothelial cells (ECs), regulates the entry of blood-borne molecules and immune cells into the CNS. Recent studies indicate that the Hedgehog (Hh) signaling pathway in adult tissues plays an important role in vascular proliferation, differentiation and tissue repair. Using a lipid membrane raft-based proteomic approach, I have identified the Hedgehog (Hh) pathway as a signaling cascade involved in preserving and upkeeping BBB functions. My study shows that human astrocytes express and secrete Sonic Hh (Shh) and conversely, that human BBB-ECs bear the Hh receptor Patched-1 (Ptch-1), the signal transducer Smoothened (Smo) as well as transcription factors of the Gli family. Furthermore, activation of the Hh pathway in BBB-ECs restricts the passage of soluble tracers in vitro. By blocking the Hh signaling in vitro and by using Shh knock-out (-/-) embryonic mice, I demonstrate a reduced expression of TJ molecules claudin-5, occludin and ZO-1. Hh activation also decreases the surface expression of cell adhesion molecules ICAM-1 and VCAM-1, and decreases BBB-ECs secretion of pro-inflammatory chemokines IL-8/CXCL8 and monocytes chemoattractant protein 1 MCP-1/CCL2, resulting in a reduction of migrating CD4+ lymphocytes across human BBB-EC monolayers. In vitro treatment with inflammatory cytokines TNF-α and IFN-γ, upregulates the production of astrocytic Shh and the BBB-EC surface expression of Ptch-1 and Smo. In active Multiple Sclerosis (MS) lesions, in which the BBB is disrupted, Shh expression is drastically upregulated in hypertrophic astrocytes, while Ptch-1 and Smo expression is down-regulated or left unchanged, suggesting that a deregulation in the Hh signaling pathway may prevent the barrier stabilizing properties of Hh. Our data demonstrate an anti-inflammatory and BBB-promoting effect of astrocyte-secreted Hh and suggest that a pro-inflammatory environment disrupt the BBB by impacting, at least in part, on Hh signaling in brain ECs.

La barrière hémato-encéphalique (BHE) protège le système nerveux central (SNC) en contrôlant le passage des substances sanguines et des cellules immunitaires. La BHE est formée de cellules endothéliales liées ensemble par des jonctions serrées et ses fonctions sont maintenues par des astrocytes, celles ci sécrétant un nombre de facteurs essentiels. Une analyse protéomique de radeaux lipidiques de cellules endothéliales de la BHE humaine a identifié la présence de la voie de signalisation Hedgehog (Hh), une voie souvent liées à des processus de développement embryologique ainsi qu’au niveau des tissus adultes. Suite à nos expériences, j’ai déterminé que les astrocytes produisent et secrètent le ligand Sonic Hh (Shh) et que les cellules endothéliales humaines en cultures primaires expriment le récepteur Patched (Ptch)-1, le co-récepteur Smoothened (Smo) et le facteur de transcription Gli-1. De plus, l’activation de la voie Hh augmente l’étanchéité des cellules endothéliales de la BHE in vitro. Le blocage de l’activation de la voie Hh en utilisant l’antagoniste cyclopamine ainsi qu’en utilisant des souris Shh déficientes (-/-) diminue l’expression des protéines de jonctions serrées, claudin-5, occcludin, et ZO-1. La voie de signalisation s’est aussi montrée comme étant immunomodulatoire, puisque l’activation de la voie dans les cellules endothéliales de la BHE diminue l’expression de surface des molécules d’adhésion ICAM-1 et VCAM-1, ainsi que la sécrétion des chimiokines pro-inflammatoires IL-8/CXCL8 et MCP-1/CCL2, créant une diminution de la migration des lymphocytes CD4+ à travers une monocouche de cellules endothéliales de la BHE. Des traitements avec des cytokines pro-inflammatoires TNF-α and IFN-γ in vitro, augmente la production de Shh par les astrocytes ainsi que l’expression de surface de Ptch-1 et de Smo. Dans des lésions actives de la sclérose en plaques (SEP), où la BHE est plus perméable, les astrocytes hypertrophiques augmentent leur expression de Shh. Par contre, les cellules endothéliales de la BHE n’augmentent pas leur expression de Ptch-1 ou Smo, suggérant une dysfonction dans la voie de signalisation Hh. Ces résultats montrent que la voie de signalisation Hh promeut les propriétés de la BHE, et qu’un environnement d’inflammation pourrait potentiellement dérégler la BHE en affectant la voie de signalisation Hh des cellules endothéliales. / The blood-brain barrier (BBB), composed of tightly bound endothelial cells (ECs), regulates the entry of blood-borne molecules and immune cells into the CNS. Recent studies indicate that the Hedgehog (Hh) signaling pathway in adult tissues plays an important role in vascular proliferation, differentiation and tissue repair. Using a lipid membrane raft-based proteomic approach, I have identified the Hedgehog (Hh) pathway as a signaling cascade involved in preserving and upkeeping BBB functions. My study shows that human astrocytes express and secrete Sonic Hh (Shh) and conversely, that human BBB-ECs bear the Hh receptor Patched-1 (Ptch-1), the signal transducer Smoothened (Smo) as well as transcription factors of the Gli family. Furthermore, activation of the Hh pathway in BBB-ECs restricts the passage of soluble tracers in vitro. By blocking the Hh signaling in vitro and by using Shh knock-out (-/-) embryonic mice, I demonstrate a reduced expression of TJ molecules claudin-5, occludin and ZO-1. Hh activation also decreases the surface expression of cell adhesion molecules ICAM-1 and VCAM-1, and decreases BBB-ECs secretion of pro-inflammatory chemokines IL-8/CXCL8 and monocytes chemoattractant protein 1 MCP-1/CCL2, resulting in a reduction of migrating CD4+ lymphocytes across human BBB-EC monolayers. In vitro treatment with inflammatory cytokines TNF-α and IFN-γ, upregulates the production of astrocytic Shh and the BBB-EC surface expression of Ptch-1 and Smo. In active Multiple Sclerosis (MS) lesions, in which the BBB is disrupted, Shh expression is drastically upregulated in hypertrophic astrocytes, while Ptch-1 and Smo expression is down-regulated or left unchanged, suggesting that a deregulation in the Hh signaling pathway may prevent the barrier stabilizing properties of Hh. Our data demonstrate an anti-inflammatory and BBB-promoting effect of astrocyte-secreted Hh and suggest that a pro-inflammatory environment disrupt the BBB by impacting, at least in part, on Hh signaling in brain ECs.