La schistosomiase représente actuellement la seconde endémie parasitaire mondiale après le paludisme. Annuellement, cette pathologie est responsable de 280 000 décès et 700 millions d’individus y sont exposés dans 74 pays à travers le monde. Actuellement, le traitement de la schistosomiase repose sur l’utilisation d’un seul médicament, le Praziquantel®. Ainsi, le développement de nouveaux médicaments est devenu une priorité absolue pour l’OMS. Dans cette étude, notre objectif a été d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques afin de développer de nouveaux précurseurs de médicaments. Au cours de ce projet, nous avons focalisé nos recherches sur les enzymes impliquées dans la modification des histones et plus particulièrement sur les sirtuines, qui sont des lysines désacétylases NAD+ dépendantes.Dans une première partie, nous avons caractérisé 5 orthologues de sirtuines de mammifères chez Schistosoma mansoni (SmSirt1, 2, 5, 6 et 7). De plus, nous avons étudié le potentiel des sirtuines comme cibles thérapeutiques pour le traitement de la schistosomiase en évaluant la toxicité d’inhibiteurs génériques de sirtuines humaines sur des parasites maintenus en culture. Ainsi, nous avons montré que les inhibiteurs de sirtuines humaines affectent in vitro la viabilité des schistosomules ainsi que la stabilité de l’accouplement et la production d’oeufs des vers adultes. De plus, ces inhibiteurs induisent des changements morphologiques de l’appareil génital du ver femelle.Dans une seconde partie, nous avons entrepris d’étudier plus spécifiquement le rôle de SmSirt2 en tant que cible thérapeutique. Ainsi, l’expression de la protéine recombinante en bactérie E. coli (collaboration: C. Romier, IGBMC, Illkirch) ainsi que l’optimisation d’un dosage fluorimétrique nous ont permis de montrer que SmSirt2 présente une activité lysine désacétylase in vitro (collaboration: M. Jung, Université Albert-Ludwigs, Freibourg). De plus, l’utilisation de ce dosage nous a permis de mettre en place le criblage à haut débit d’une chimiothèque de plus de 80 000 composés afin d’identifier de nouvelles molécules inhibitrices de l’enzyme SmSirt2 (collaboration: J. Schultz, Kancera AB, Stockholm). Les composés les plus prometteurs, ont été testés in vitro sur des parasites en culture. Les résultats obtenus démontrent que les inhibiteurs de SmSirt2 affectent également la viabilité des schistosomules ainsi que la stabilité de l’accouplement et la production d’oeufs des vers adultes.Dans une dernière partie, nous avons mis en place un criblage d’une banque d’ADNc de vers adultes par la technique du double hybride en levure dans le but d’identifier les partenaires protéiques de Sirt1 chez S. mansoni. L’analyse partielle des résultats nous a permis de mettre en évidence que SmSirt1 interagit avec plusieurs protéines impliquées dans la régulation des gènes chez le schistosome. Au cours de ce projet, nous avons également développé et optimisé un protocole permettant d’étudier l’activité enzymatique de SmSirt1 par injection d’ARNm dans des ovocytes de Xénope. Ainsi, nous avons pu montrer que le sirtinol et la salermide, deux inhibiteurs de Sirt1 humaine, présentent également une activité inhibitrice sur l’enzyme du parasite (collaboration: K. Cailliau, Université des Sciences et Technologies, Lille).L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce projet de thèse suggère que les sirtuines sont des cibles thérapeutiques potentielles dans le traitement de la schistosomiase. Parmi les 5 orthologues identifiés chez S. mansoni, SmSirt2 semble une cible prometteuse. De plus, le criblage à haut débit que nous avons réalisé sur l’enzyme recombinante a permis d’identifier des molécules qui, après bio-optimisation, pourront être des candidats médicaments. Pour finir, ces résultats participent à une meilleure compréhension du rôle biologique des sirtuines chez S. mansoni et plus particulièrement sur leur implication dans la survie et la reproduction du parasite. / Schistosomiasis is the second most important parasitic disease worldwide after malaria. It is responsible for about 280 000 deaths annually and 700 million people in 74 countries are exposed to infection. Treatment of schistosomiasis currently depends on the use of the only available drug, praziquantel, and for this reason the development of new drugs is a strategic priority of the W.H.O. In this study, our objective was to identify novel therapeutic targets in order to develop new lead molecules for drug development. During this project we have focused our research on enzymes involved in histone modification, and more particularly on sirtuines, which are NAD+-dependent lysine deacetylases.In the first part of the project, we have identified 5 homologues of mammalian sirtuins in Schistosoma mansoni (SmSirt1, 2, 5, 6 and 7). Moreover, we studied the potential of sirtuins as therapeutic targets for the treatment of schistosomiasis by evaluating the toxicity for parasites maintained in culture of generic inhibitors of human sirtuins. In this way we showed that these inhibitors affect the viability of schistosomula and the stability of pairing and egg production of adult worms. Moreover, these inhibitors caused major morphological changes, particularly to the female worm genital apparatus.A second part of our work was devoted to the more detailed study of SmSirt2 as a therapeutic target. Immunisation of mice with the recombinant protein allowed us to obtain specific antibodies and to show that SmSirt2 protein is expressed at all parasite developmental stages. Furthermore, the use of the recombinant SmSirt2 expressed in E. coli (collaboration: C. Romier, IGBMC, Illkirch) and the optimization of a fluorimetric assay allowed us to show that SmSirt2 possesses a lysine deacetylase activity (collaboration: M. Jung, University Albert-Ludwigs, Freibourg). Moreover, the use of this assay allowed the setting up of a high-throughput screen (collaboration: J. Schultz, Kancera AB, Stockholm) of more than 80 000 compounds in order to identify novel inhibitors. The most promising candidates were tested on parasites in culture and the results obtained showed that SmSirt2 inhibitors also affect the viability of schistosomula, as well as the stability of pairing and egg production of adult worms.In parallel, we have carried out screening of a yeast two-hybrid cDNA library in order to identify protein partners of Sirt1 in S. mansoni. The partial analysis of the results obtained shows that SmSirt1 interacts with several proteins involved in gene regulation. In the course of this project, using the enzyme expressed in Xenopus oocytes we were able to show that both sirtinol and salermide, inhibitors of human Sirt1, also inhibit the schistosome enzyme (Collaboration: K. Cailliau, University of Sciences and Technologies, Lille).Taken together, the results of this thesis project suggest that sirtuins are potential therapeutic targets for the treatment of schistosomiasis. Of the five orthologues of human sirtuins identified in S. mansoni, SmSirt2 seems to be a promising target. Moreover, high-throughput screening using the recombinant enzyme identified inhibitors that, after bio-guided optimization, could be drug candidates. Finally, these results contribute to a better understanding of the biological role of S. mansoni sirtuins and in particular their importance in parasite survival and reproduction.

La schistosomiase est la deuxième endémie parasitaire mondiale après le paludisme; 200 millions d'individus sont infectés à travers le monde et la morbidité reste élevée (environ 200 000 morts par an) malgré l'utilisation du praziquantel, seule drogue disponible. Cinq espèces de schistosomes infectent l'Homme dont celle que nous étudions, Schistosoma mansoni. Ce parasite possède un cycle de vie complexe, comportant 4 stades de développement morphologiquement distincts et 2 hôtes successifs, un hôte intermédiaire, le mollusque Biomphalaria glabrata et un hôte définitif, l'Homme. Afin de déterminer les mécanismes mis en jeu dans le contrôle du développement du schistosome et de caractériser des cibles potentielles de nouveaux agents chimiothérapeutiques, nous nous intéressons à certains acteurs impliqués dans la régulation génique, et plus particulièrement, les histones déacétylases, ou HDACs. Les HDACs sont des enzymes bien conservées dans le règne du vivant. Elles contrôlent l'expression de 5 à 10% des gènes, majoritairement en réprimant la transcription via la déacétylation des histones. Elles sont réparties en 3 classes, les classes I et II sont composées d'enzymes dont le site catalytique comporte un ion de zinc ; tandis que la classe III est composée des sirtuines, dépendantes du NAD+. Chez le parasite, une partie de nos études porte sur les 3 enzymes de classe I que nous avons identifiées et caractérisées au niveau moléculaire, SmHDAC1, 3 et 8. Ensuite nous avons réalisé une étude fonctionnelle de SmHDAC1 et mis en évidence sa capacité de répression de la transcription en système hétérologue. Puis nous nous sommes intéressés à l'inhibition de l'activité HDAC chez le parasite, grâce à l'utilisation de différents inhibiteurs des classes 1 et 2 des HDACs. Nous avons montré que des parasites cultivés en présence de trichostatine A (TSA) mouraient de manière dose dépendante. Nous avons approfondi notre étude au niveau moléculaire et avons étudié la variation d'acétylation des histones des parasites en présence de TSA et d'acide valproique. Nous avons montré une augmentation de l'acétylation de manière dose-dépendante de l'histone H4. Le traitement par la TSA entraîne la mort de nombreux types cellulaires par apoptose et provoque une surexpression de certains gènes impliqués dans ce processus. Nous avons démontré que ce traitement induit l'apoptose chez des larves maintenues en culture, ainsi qu'une activation des Caspases 3/7. Ensuite, la caractérisation des ADNc des Caspases 3 et 7 nous a permis de montrer par RT-PCR en temps réelle que les transcrits correspondants sont surexprimés après traitement par la TSA, tandis que celle-ci n'a aucun effet sur la transcription de SmHDAC1 et 3. Par la suite, nous avons corrélé cette augmentation avec le taux d'acétylation de H4 sur le promoteur de caspase7. Cette étude sera poursuivie à l'avenir par l'investigation de la relation structure/fonction des HDACs afin de développer des inhibiteurs spécifiques. En parallèle, nous étudions une HDAC de classe III, SmSirt1, que nous avons identifiée et caractérisée. La présence d'une grande insertion dans son domaine catalytique présage des fonctions modifiées par rapport à ses orthologues chez d'autres espèces. Nous souhaitons nous focaliser sur les conséquences de cette insertion spécifique chez S. mansoni. En effet, elle semble être la cible de potentielles modifications post-traductionnelles (site de phosphorylation par PKB/Akt), que nous voulons mettre en évidence. De plus, l'une des fonctions de Sirt1 est l'interaction avec le facteur de transcription FoxO et la régulation de la voie de signalisation insuline dépendante (impliquant PKB/Akt). Par ce biais FoxO et Sirt1 contrôlent le métabolisme, des mécanismes de survie cellulaire et la longévité. Une modification de la fonction de SmSirt1 pourrait être à la base de la durée de vie anormalement longue de S. mansoni. Nous avons donc également réalisé la caractérisation moléculaire de SmFoxO, afin de mettre en évidence son interaction avec Sirt1 ainsi que l'implication de cette interaction dans le contrôle de la transcription de gènes cibles. Par la suite nous étudierons le rôle de Sirt1 et FoxO dans la régulation de la signalisation insuline dépendante sur des parasites en culture

Un estil de vida saludable, on la pràctica d’exercici físic hi és present, millora diferents aspectes relacionats amb el deteriorament cognitiu i fisiològic associat a l’envelliment. Malgrat que els estudis en rosegadors confirmen aquests beneficis, els mecanismes moleculars implicats tant a nivell cerebral com a nivell perifèric no estan del tot ben establerts. Per aquest motiu en aquesta tesi doctoral s’ha volgut avaluar tant a nivell cerebral (hipocamp i còrtex cerebral) com a nivell perifèric (múscul esquelètic, fetge i cor) en rates mascle Sprague-Dawley als 10 mesos de vida (rates adultes) el procés d’envelliment sobre algunes de les vies moleculars que s’han relacionat i resulten alterades amb l’edat, com són la via de sirtuïna 1, el procés d’autofàgia i la via Wnt (via canònica). D’altra banda, s’ha volgut determinar la possible modulació de les anteriors vies amb la realització d’exercici físic moderat de llarg termini (dut a terme durant 36 setmanes des de les 5 setmanes de vida, 4-5 dies a la setmana, durant 30 minuts al dia). Els resultats obtinguts a nivell cerebral mostren com l’exercici físic és capaç d’activar la via de sirtuïna 1 (via de supervivència cel•lular) i la biogènesi mitocondrial, el que contribuiria tot plegat al manteniment de la supervivència, la funcionalitat i l’estructura neuronal. També l’exercici, al disminuir els nivells de tau fosforilada a més d’augmentar els nivells de sinaptofisina, estaria implicat en el manteniment de la transmissió sinàptica. D’altra banda, l’activació tant del procés d’autofàgia a nivell del còrtex cerebral com de la via de la Wnt a nivell de l’hipocamp, contribuiria al manteniment de l’homeòstasi i supervivència neuronal. Cal destacar la implicació de sirtuïna 1 en l’activació tant del procés d’autofàgia com de la via Wnt. Així, amb els nostres resultats podem considerar a sirtuïna 1 com un dels elements clau en la regulació de les diferents vies moleculars i processos estudiats en aquesta tesi doctoral, i que la pràctica d’exercici moderat de llarg termini és capaç de modular. Pel que fa als resultats obtinguts a nivell perifèric (múscul esquelètic, fetge i cor), també es va determinar una activació de la via de sirtuïna 1 amb l’exercici en tots els teixits. En canvi, l’estimulació de la biogènesi mitocondrial tan sols es va produir a nivell muscular. També l’exercici va augmentar els nivells proteics dels enzims SOD i CAT en el múscul, revertint així l’augment del dany oxidatiu de proteïnes i lípids amb l’edat a nivell muscular (també en el fetge l’exercici va disminuir el dany oxidatiu de proteïnes), contribuint així tot plegat a la millora funcional a nivell perifèric. L’exercici físic també va incrementar els nivells de VEGF en fetge i cor, fet que podria estimular l’angiogènesi en aquests òrgans. I pel que fa al mecanisme d’autofàgia, solament es van observar alguns canvis destacats a nivell hepàtic, els quals podrien estar relacionats amb la disminució del contingut lipídic en aquest òrgan. Com a conclusió que se’n deriva d’aquesta tesi doctoral és que la realització d’exercici físic des que un és jove, sinònim d’un estil de vida saludable, podria ser una bona estratègia terapèutica amb l’objectiu de prevenir i/o retardar el deteriorament cognitiu i fisiològic que es produeix amb l’envelliment, el qual conduiria al desenvolupament de les malalties neurodegeneratives i metabòliques, ambdues molt presents actualment en la societat actual dels països desenvolupats. / Exercise is known to have beneficial effects on the organism and is increasingly recognized as determinant of successful aging. However, the molecular and cellular mechanisms underlying these effects remain to be elucidated. For this reason, we studied the effects of the aging process on the sirtuin 1 pathway, the autophagy (macroautophagy) and the canonical Wnt pathway, all of which related with the aging process, in adult male Sprague-Dawley rats (10 months), both in the brain (hippocampus and cortex) and peripheral tissues (skeletal muscle, liver and heart). Moreover, we examined the effects of long-term moderate treadmill exercise (30 min, 4-5 days per week for 36 weeks from 5 weeks) on the above pathways. At cerebral level, our results showed a sirtuin 1 pathway activation and an increase in mitochondrial biogenesis induced by exercise. In addition, exercise increased synaptophysin levels and reduced both levels of phospho-tau and GSK3β activation. On the other hand, exercise induced the macroautophagy in the cortex and Wnt signaling pathway in the hippocampus. Thus, in our rodent model, long-term moderate exercise leads to neuroprotection trough the upregulation of several pathways related with homeostasis and neuronal survival, and also the prevention of signs of neurodegeneration. It is noteworthy to consider the important role of sirtuin 1 modulating the different pathways studied. In peripheral tissues, long-term moderate exercise induced the sirtuin 1 pathway activation in all rat tissues studied, but only increased mitochondrial biogenesis in the muscle. On the other hand, SOD and CAT protein levels were increased by exercise in the muscle, together with a reduction of oxidative damage of lipids and proteins (the latter also reduced in liver with exercise). Increased VEGF protein levels were found in the liver and the heart, which could induce the angiogenic process in these organs. As for macroautophagic process, only important changes were observed in liver, which could be related with metabolic effects, reducing lipid content. Therefore, these results support that exercise also contributes to functional improvement in peripheral tissues. To conclude, our results show several benefits related to long-term moderate exercise from young ages on different pathways and parameters related with aging, which reinforce the beneficial role of exercise to prevent or delay the age-related cognitive and physiological impairments.

La schistosomiase représente actuellement la seconde endémie parasitaire mondiale après le paludisme. Annuellement, cette pathologie est responsable de 280 000 décès et 700 millions d'individus y sont exposés dans 74 pays à travers le monde. Actuellement, le traitement de la schistosomiase repose sur l'utilisation d'un seul médicament, le Praziquantel®. Ainsi, le développement de nouveaux médicaments est devenu une priorité absolue pour l'OMS. Dans cette étude, notre objectif a été d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques afin de développer de nouveaux précurseurs de médicaments. Au cours de ce projet, nous avons focalisé nos recherches sur les enzymes impliquées dans la modification des histones et plus particulièrement sur les sirtuines, qui sont des lysines désacétylases NAD+ dépendantes.Dans une première partie, nous avons caractérisé 5 orthologues de sirtuines de mammifères chez Schistosoma mansoni (SmSirt1, 2, 5, 6 et 7). De plus, nous avons étudié le potentiel des sirtuines comme cibles thérapeutiques pour le traitement de la schistosomiase en évaluant la toxicité d'inhibiteurs génériques de sirtuines humaines sur des parasites maintenus en culture. Ainsi, nous avons montré que les inhibiteurs de sirtuines humaines affectent in vitro la viabilité des schistosomules ainsi que la stabilité de l'accouplement et la production d'oeufs des vers adultes. De plus, ces inhibiteurs induisent des changements morphologiques de l'appareil génital du ver femelle.Dans une seconde partie, nous avons entrepris d'étudier plus spécifiquement le rôle de SmSirt2 en tant que cible thérapeutique. Ainsi, l'expression de la protéine recombinante en bactérie E. coli (collaboration: C. Romier, IGBMC, Illkirch) ainsi que l'optimisation d'un dosage fluorimétrique nous ont permis de montrer que SmSirt2 présente une activité lysine désacétylase in vitro (collaboration: M. Jung, Université Albert-Ludwigs, Freibourg). De plus, l'utilisation de ce dosage nous a permis de mettre en place le criblage à haut débit d'une chimiothèque de plus de 80 000 composés afin d'identifier de nouvelles molécules inhibitrices de l'enzyme SmSirt2 (collaboration: J. Schultz, Kancera AB, Stockholm). Les composés les plus prometteurs, ont été testés in vitro sur des parasites en culture. Les résultats obtenus démontrent que les inhibiteurs de SmSirt2 affectent également la viabilité des schistosomules ainsi que la stabilité de l'accouplement et la production d'oeufs des vers adultes.Dans une dernière partie, nous avons mis en place un criblage d'une banque d'ADNc de vers adultes par la technique du double hybride en levure dans le but d'identifier les partenaires protéiques de Sirt1 chez S. mansoni. L'analyse partielle des résultats nous a permis de mettre en évidence que SmSirt1 interagit avec plusieurs protéines impliquées dans la régulation des gènes chez le schistosome. Au cours de ce projet, nous avons également développé et optimisé un protocole permettant d'étudier l'activité enzymatique de SmSirt1 par injection d'ARNm dans des ovocytes de Xénope. Ainsi, nous avons pu montrer que le sirtinol et la salermide, deux inhibiteurs de Sirt1 humaine, présentent également une activité inhibitrice sur l'enzyme du parasite (collaboration: K. Cailliau, Université des Sciences et Technologies, Lille).L'ensemble des résultats obtenus au cours de ce projet de thèse suggère que les sirtuines sont des cibles thérapeutiques potentielles dans le traitement de la schistosomiase. Parmi les 5 orthologues identifiés chez S. mansoni, SmSirt2 semble une cible prometteuse. De plus, le criblage à haut débit que nous avons réalisé sur l'enzyme recombinante a permis d'identifier des molécules qui, après bio-optimisation, pourront être des candidats médicaments. Pour finir, ces résultats participent à une meilleure compréhension du rôle biologique des sirtuines chez S. mansoni et plus particulièrement sur leur implication dans la survie et la reproduction du parasite.

Les sirtuines sont une famille conservée de déacétylases NAD+-dépendantes qui sont impliquées dans divers processus. Les humains possèdent 7 sirtuines (SIRT1-7) qui jouent un rôle dans plusieurs voies cellulaires, tandis que la levure Saccharomyces cerevisiae possède 5 membres (Sir2, Hst1-4) qui influencent plusieurs voies comme le cycle cellulaire ou le vieillissement. Une absence d’activité des sirtuines mène toutefois à des défauts de croissance, une thermosensibilité et l’apparition de dommages spontanés à l’ADN par des mécanismes mal élucidés. Pour mieux caractériser ce phénomène, ce mémoire met en lumière certains résultats venant d’un crible chimiogénétique réalisé par traitement au nicotinamide (NAM), un pan-inhibiteur des sirtuines. Nos résultats indiquent que le NAM entraîne chez la levure Saccharomyces cerevisiae une forte activation des voies de réponses aux dommages à l’ADN, et que les défauts de croissance sont principalement dus à l’hyperacétylation de la lysine 56 de l’histone H3 (H3K56), une modification post-traductionnelle qui est renversée par les sirtuines Hst3 et Hst4. Lors d’hyperacétylation de H3K56, la protéine Slx4 et le complexe PP4 sont requis pour la croissance de la levure en modulant les niveaux d’activation de la kinase Rad53 lors de la RDA. Également, certains résultats préliminaires inclus dans ce mémoire mettent en évidence un rôle de l’activité des sirtuines dans la régulation de la recombinaison homologue, l’une des voies de réparation de l’ADN. Ensemble, nos résultats suggèrent que la déacétylation des histones par les sirtuines permet de moduler la réponse aux dommages à l’ADN en présence de stress réplicatif. / Sirtuins are a conserved family of NAD+-dependent deacetylases that are involved in various processes. Humans have seven sirtuins (SIRT1-7) and play a role in several cellular pathways, while the budding yeast Saccharomyces cerevisiae has 5 members (Sir2, Hst1-4) and influence several pathways, such as the cell cycle or aging. Lack of sirtuin activity however leads to growth defects, thermosensitivity and spontaneous DNA damage by poorly understood mechanisms. To further characterize this phenomenon, this thesis highlights results obtained from a chemogenetic screen realized by treatment with nicotinamide (NAM), a pan-inhibitor of all sirtuins. Our results indicate that NAM causes strong activation of DNA damage-induced signaling in budding yeast Saccharomyces cerevisiae, and that growth defects are mainly due to histone H3 lysine 56 (H3K56) hyperacetylation, a post-translational modification reversed by sirtuins Hst3 and Hst4. During H3K56 hyperacetylation, the Slx4 protein and PP4 complex are both required for yeast growth by modulating the activation levels of Rad53 kinase during the DDR. Also, preliminary results included in this thesis highlight that proper regulation of homologous recombination, one of DNA repair pathways, is essential for growth in the presence of NAM-induced sirtuin inhibition. Together, our results suggest that chromosome-wide histone deacetylation by sirtuins can modulate DNA damage response in presence of replicative stress.