Le cancer du poumon est le troisième cancer le plus fréquent chez les femmes et le deuxième chez les hommes, il est la cause principale de décès par cancer dans le monde, avec une mortalité annuelle supérieure à 1 million. Malgré des progrès remarquables dans la thérapie ciblée, la majorité des patients atteints de cancer du poumon sont diagnostiqués dans un stade avancé où ils ne connaissent pas d'amélioration significative de leur survie globale. Les récepteurs à domaine tyrosine kinase, tels que le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR), traduisent les informations du microenvironnement dans la cellule en activant des voies de signalisation homéostatiques. L'internalisation et la dégradation de l'EGFR suite à la liaison du ligand limitent l'intensité de la signalisation proliférative, ce qui contribue à maintenir l'intégrité cellulaire. Dans les cellules cancéreuses, la dérégulation du trafic de l’EGFR aboutit à des effets divers sur la progression tumorale. Dans cette étude, nous avons identifié la sortiline comme un régulateur clé de l'internalisation de l'EGFR à partir de la membrane plasmique. La perte de l’expression de la sortiline dans les cellules tumorales augmente la prolifération cellulaire en soutenant la signalisation de l’EGFR à la surface de la cellule, ce qui accélère la croissance tumorale. Chez les patients atteints de cancer du poumon, l'expression de la sortiline diminue avec l’augmentation du grade pathologique et l’expression de son gène, SORT1, est fortement corrélée à une meilleure survie globale, en particulier chez les patients présentant une forte expression de l'EGFR. Ainsi, la sortiline représente un nouveau régulateur du trafic intracellulaire de l’EGFR, elle agit en contrôlant l'internalisation de ce récepteur et en limitant la croissance tumorale. / Lung cancer is the third most common cancer in women and the second in men, it is the leading cause of cancer-related death worldwide, with an annual mortality of more than 1 million. Despite remarkable advances in targeted therapy, the majority of patients with lung cancer are diagnosed at an advanced stage where they do not experience a significant improvement in overall survival. Tyrosine kinase receptors such as the epidermal growth factor receptor (EGFR) transduce information from the microenvironment into the cell and activate homeostatic signalling pathways. Internalisation and degradation of EGFR after ligand binding limits the intensity of its proliferative signalling, thereby helping to maintain cell integrity. In cancer cells, deregulation of EGFR trafficking has a variety of effects on tumour progression. Here, we report that sortilin is a key regulator of EGFR internalisation. Loss of sortilin in tumour cells promotes cell proliferation by sustaining EGFR signalling at the cell surface, ultimately accelerating tumour growth. In lung cancer patients, sortilin expression decreases with increased pathologic grade, and the expression of SORT1 (the gene encoding sortilin) is strongly correlated with a better survival, notably in patients with high EGFR expression. Thus, sortilin is a novel regulator of EGFR intracellular trafficking acting by controlling receptor internalisation and limiting tumour growth.

Schizophrenia, bipolar disorder and major depressive disorder are devastating psychiatric conditions with a complex, overlapping genetic and environmental architecture. Previously, a family has been reported where a balanced chromosomal translocation between chromosomes 1 and 11 [t(1;11)] shows significant linkage to these disorders. This translocation transects three genes: Disrupted in schizophrenia- 1 (DISC1) on chromosome 1, a non-coding RNA, Disrupted in schizophrenia-2 (DISC2) antisense to DISC1, and a non-coding transcript, DISC1 fusion partner-1 (DISC1FP1) on chromosome 11, all of which could result in pathogenic properties in the context of the translocation. This thesis focuses on the genome-wide effects of the t(1;11) translocation, primarily examining differences in gene expression and DNA methylation, using various biological samples from the t(1;11) family. To assess the genome-wide effects of the t(1;11) translocation on methylation, DNA methylation was profiled in whole-blood from 41 family members using the Infinium HumanMethylation450 BeadChip. Significant differential methylation was observed within the translocation breakpoint regions on chromosomes 1 and 11. Downstream analysis identified additional regions of differential methylation outwith these chromosomes, while pathway analysis showed terms related to psychiatric disorders and neurodevelopment were enriched amongst differentially methylated genes, in addition to more general terms pertaining to cellular function. Using induced pluripotent stem cell (iPSC) technology, neuronal samples were developed from fibroblasts in a subset of individuals profiled for genome-wide methylation in whole blood (N = 6) with an aim to replicate the significant findings around the breakpoint regions. Here, methylation was profiled using the Infinium HumanMethylation450 BeadChip’s successor: the Infinium MethylationEPIC BeadChip. The results from the blood-based study failed to replicate in the neuronal samples, which could be attributed to low statistical power or tissue-specific factors such as methylation quantitative trait loci. The differences in methylation in the most significantly differentially methylated loci were found to be driven by a single individual, rendering further interpretation of the findings from this analysis difficult without additional samples. Cross-tissue analyses of DNA methylation were performed on blood and neuronal DNA from these six individuals, revealing little correlation between cell types. DISC1 is central to a network of interacting protein partners, including the transcription factor ATF4, and PDE4; both of which are associated with the cAMP signalling pathway. Haploinsufficiency of DISC1 due to the translocation may therefore be disruptive to cAMP-mediated gene expression. In order to identify transcriptomic effects which may be related to the t(1;11) translocation, genome-wide expression profiling was performed in lymphoblastoid cell line RNA from 13 family members. No transcripts were found to be differentially expressed at the genome-wide significant level. A post-hoc power analysis suggested that more samples would be required in order to detect genome-wide significant differential expression. However, imposing a fold-change cut-off to the data identified a number of candidate genes for follow-up analysis, including SORL1: a member of the brain-expressed Sortilin gene family. Sortilin genes have been linked to multiple psychiatric disorders including schizophrenia, bipolar disorder and Alzheimer’s disease. Follow-up analyses of Sortilin family members were performed in a Disc1 mouse model of schizophrenia, containing an amino acid substitution (L100P). Here, developmental gene expression profiling was performed with an additional aim to optimise and validate work performed by others using this mouse model. However, results from these experiments were variable between two independent batches mice tested. Additional investigation of Sortilin family genes was performed using GWAS data from human samples, using machine learning techniques to identify epistatic interactions linked to depression and brain function, revealing no statistically significant interactions. The results presented in this thesis suggest a potential mechanism for differential DNA methylation in the context of chromosomal translocations, and suggests mechanisms whereby increased risk of illness is conferred upon translocation carriers through dysregulation of transcription and DNA methylation.

En France, l’obésité touche 15% de la population et est en perpétuelle augmentation. Elle est une cause majeure du diabète de type 2. Elle se traduit par un accroissement du nombre de cellules de stockage du gras (adipocytes) et une résistance périphérique à l’insuline. Chez des individus obèses, l’augmentation du nombre d’adipocytes est associée à une diminution de l’expression de la sortiline, protéine transmembranaire dont le clivage entraine la formation du propeptide (PE) et sa libération dans la circulation sanguine. L’analogue synthétique du PE, la spadine, est connu pour moduler l’activité du canal potassique TREK-1. Ce canal étant exprimé dans la cellule bêta pancréatique qui sécrète l’insuline, une hormone participant à la régulation du taux de glucose dans le sang, il est possible que la spadine joue un rôle dans l’homéostasie du glucose. Mes résultats confirment cette hypothèse. En effet, la spadine améliore la tolérance au glucose des souris, en favorisant la libération d’insuline. La spadine est également connue pour interagir avec sortiline, indispensable au trafic du transporteur de glucose Glut4 vers la membrane des adipocytes. Cette interaction spadine-sortiline suggère que la spadine pourrait moduler l’entrée du glucose dans les adipocytes via la sortiline. Mes résultats montrent que la spadine ne modifie pas les capacités de stockage du glucose des adipocytes. En conclusion, la spadine joue un rôle dans la sécrétion de l’insuline et dans la régulation de la glycémie, ce qui peut présenter un intérêt pharmaceutique / In France, approximately 15% of the population is obese and this number keeps rising up every year. Obesity is a major cause of diabetes, inducing an increase of the number of fat-filled cells, called the adipocytes, and a peripheral insulin resistance. This increase of the number of adipocytes is associated with a decrease of sortilin expression, a transmembrane protein which is involved in the release of a propeptide (PE) in the blood circulation. Spadin, a synthetic PE analog, is known to modulate the potassium TREK-1 channel activity. Since, this channel is expressed in pancreatic beta cells which secrete insulin, a hormone involved in blood glucose regulation, spadin may play a role in glucose homeostasis. Consistent with this hypothesis, spadin improves glucose tolerance in mice, by stimulating insulin release. Spadin is a natural peptide derived from sortilin, which is known to control the glucose transporter Glut4 trafficking to the plasma membrane of adipocytes. This suggests that spadin may regulate glucose storage in adipocytes by affecting the sortilin function. However, my results show that spadin has no effect on glucose storage. In summary, spadin is involved in insulin secretion and glucose homeostasis and may be an alternative treatment against obesity and diabetes

Le trouble dépressif majeur est une pathologie qui atteint 20% de la population et qui représente le premier facteur de morbidité et d’incapacité au niveau mondial. Récemment, le canal potassique TREK-1 est une cible potentielle avérée dans le traitement de la dépression. La délétion de ce canal ou son blocage par un peptide dérivé résultant de la maturation de la sortiline, le propeptide (PE) ou son analogue synthétique la Spadine, résulte en un phénotype de résistance à la dépression. La sortiline est une protéine capable de s’associer à TREK-1 mais également au facteur neurotrophique BDNF important pour la viabilité neuronale et la régulation de l’état dépressif. La sortiline est donc impliquée dans la régulation de l’adressage intracellulaire de TREK-1 et du BDNF. Mes travaux se sont d’abords focalisés sur les conséquences de la délétion du gène codant pour la sortiline (Sort1-/-) sur l’adressage de TREK-1 et du BDNF, et également sur le système neurotensinergique. Les résultats révèlent au niveau cérébral une diminution de l’expression membranaire de TREK-1 et une augmentation de BDNF. L’ensemble de ces modifications conduisent les souris Sort1-/- à développer un phénotype de résistance à la dépression. De plus, ces souris présentent une augmentation de la concentration en neurotensine cérébrale ainsi que de son récepteur 2, ce qui entraine une résistance à la douleur. Par la suite, nous avons montré une diminution de la concentration sérique du PE chez les personnes dépressives, un niveau restauré après traitement avec des antidépresseurs. En conclusion, la sortiline joue un rôle prépondérant dans la régulation du trouble dépressif et aussi dans la nociception. / Major depressive disorder is a condition that affects 20% of the population and is the leading cause of morbidity and disability worldwide. Recently, the TREK-1 potassium channel has been shown to be a potential target in the treatment of depression. The deletion of this channel or its blocking by a derived peptide resulting from the maturation of Sortilin, propeptide (PE), or its synthetic analogue Spadin, results in a phenotype of resistance to depression in mice. Sortilin is a protein able to bind with TREK-1 but also with the neurotrophic factor BDNF, an important factor for neuronal viability and depressive state regulation. Sortilin is therefore involved in regulating the intracellular addressing of TREK-1 and BDNF. Initially, my work focused on the consequences of the deletion of the Sortilin gene (sort1-/-) on the TREK-1 and BDNF addressing, and the neurotensinergic system. The results showed a decrease in TREK-1 membrane expression at the cerebral level and an increase in BDNF. All of these changes lead the Sort1-/- mice to develop a phenotype of resistance to depression. In addition, these mice show an increase in brain neurotensin concentration and its receptor 2, leading to increased resistance to pain perception. In a second phase, I was interested in whether PE, a potential antidepressant, showed serum variations in depressed patients and could be an indicator of depressive syndrome. We showed that the serum PE level is significantly reduced in depressed people, a level restored after treatment with antidepressants. In conclusion, Sortilin plays a major key in the regulation of depressive disorder and also in nociception.

Le cancer colorectal (CCR) représente la seconde cause de mortalité par cancer dans le monde. Les tumeurs sont classées selon les grades histologiques (état de différenciation cellulaire), en bas et haut grades. Les grades les plus avancés sont associés à de faibles taux de survie globale après chimiothérapie à base de 5-Fluorouracile (5-FU). Les taux de réponse aux traitements basés sur l’utilisation du 5-FU en première ligne de traitement demeurent relativement faibles (20–30%) et associés à de mauvais pronostics et des échappements thérapeutiques, dus à la résistance des cellules cancéreuses. Ces données soulignent donc la nécessité d’identifier de nouveaux biomarqueurs de résistance des cellules de CCR au 5-FU. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont porté sur l’étude de la sortiline, une protéine « multi-tâches » appartenant à la famille des récepteurs à domaine VPS10P avec sorLA et sorCS1-3, qui agit comme un (co)récepteur et un régulateur du traffic et de la sécrétion de protéines. La sortiline (et non sorLA), constitue un biomarqueur d’agressivité dans le CCR et est de mauvais pronostique. In vivo et in vitro, au sein des tumeurs et des cellules de CCR (lignées cellulaires et cultures primaires) résistantes au 5-FU, seule la sortiline apparait surexprimée au niveau transcriptomique et protéique. Ces données indiquent que la sortiline constitue également un biomarqueur de résistance au 5-FU, quels que soient les grades, stades et statuts mutationnels. Cette surexpression de la sortiline est majoritairement localisée au sein de l’appareil de Golgi des cellules résistantes et semble être régulée transcriptionnellement via une down-régulation d’ATF-3. L’inhibition génétique (shRNA) ou pharmacologique (CADA) de la sortiline potentialise les effets cytotoxiques du 5-FU, résultant en une forte augmentation de la mort cellulaire. La sortiline semble donc être également impliquée dans la résistance des cellules de CCR au 5-FU ; l’expression de sorLA ne variant pas après son inhbition. Ces résultats suggèrent que la sortiline pourrait constituer un biomarqueur d’agressivité et de résistance des cellules de CCR au 5-FU, mais aussi une nouvelle cible thérapeutique potentielle. / Worldwide, colorectal cancer (CRC) is the second leading cause of cancer-related deaths. Colorectal adenocarcinomas are divided into low and high grades. More advanced tumor grade is associated with poorer global survival following 5-fluorouracil (5-FU)-based systemic chemotherapy. Even when 5-FU is used as the first-line molecule, responsiveness is only 20–30%, and drug resistance contributes to both poor patient prognosis and relapses, emphasizing the need to identify biomarkers involved in this process. In this study, we focused on sortilin, a multifunctional protein among VPS10P domain-related receptors with sorLA and sorCS1-3, that acts as a receptor and co-receptor as well as a regulator of intra- and extracellular protein sorting and trafficking. We obtained evidence that sortilin, but not sorLA, is a biomarker of CRC aggressiveness associated with poor clinical outcomes. In vivo and in vitro, in both 5-FU–resistant CRC cell lines and primary cultures, only sortilin was overexpressed at both protein and mRNA levels, indicating that it could serve as a biomarker of 5-FU resistance regardless of tumor grade and mutational status. Sortilin overexpression is especially localized in Golgi apparatus of 5-FU resistant cells and seems to be transcriptionally regulated through ATF-3 downregulation. Genetic (shRNA) and pharmacological (CADA) inhibition of sortilin potentiated 5-FU–induced cytotoxicity, resulting in a significant increase in cancer cell eradication, implying that sortilin is also actively involved in 5-FU resistance. Moreover, sorLA expression is unchanged upon sortilin inhibition. Our findings indicate that sortilin is a promising biomarker of 5-FU resistance in CRC, as well as a potential therapeutic target for overcoming 5-FU resistance.

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Le tri et le transport efficace des hydrolases acides vers le lysosome jouent un rôle critique pour la fonction des cellules. Plus de 50 maladies humaines sont dues à des mutations des enzymes lysosomales, des protéines régulant des processus-clés du transport vers le lysosome ou des enzymes effectuant des modifications posttraductionnelles importantes pour la fonction du lysosome. L’objectif de cette thèse est d’identifier des protéines et des mécanismes permettant à la cellule de réguler le transport des enzymes vers le lysosome. Nous avons formulé l’hypothèse que des protéines mutées dans des maladies lysosomales et dont les fonctions étaient inconnues pouvaient jouer un rôle dans le transport vers le lysosome. Les céroïdes-lipofuscinoses neuronales forment une famille de maladies lysosomales rares mais sont aussi les maladies neurodégénératives infantiles les plus fréquentes. Plusieurs gènes impliqués dans les NCL encodent des protéines aux fonctions inconnues. Les travaux présentés dans cette thèse ont identifié la protéine « ceroid lipofuscinosis neuronal-5 » (CLN5) qui est localisée à l’endosome et au lysosome comme élément nécessaire au recrutement et à l’activation de rab7. Rab7 est une protéine Rab-clé qui contrôle le trafic à l’endosome tardif. Cette petite GTPase est impliquée dans le recrutement de retromer, un complexe protéique qui régule le trafic de l’endosome vers l’appareil de Golgi des récepteurs de tri lysosomal comme sortilin et le récepteur du mannose-6-phosphate. Dans les cellules où CLN5 est déplété, les récepteurs de tri lysosomal sont moins recyclés plus rapidement dégradés. En utilisant des expériences de photomarquage nous avons aussi pu démontrer que Rab7 est moins activées en l’absence de CLN5. Pour exécuter leur fonction les protéines rabs doivent être recrutée à la membrane et activées par l’échange d’une molécule de GDP pour une molécule de GTP. Le recrutement des Rabs à la membrane nécessite une modification posttraductionnelle lipidique pour être facilités. En utilisant un modèle de levures nous avons démontré que l’homologue de Rab7, Ypt7 est palmitoylée. Nous avons aussi démontré que la palmitoyltransférase Swif1 est nécessaire au recrutement de Ypt7 à la membrane. Nous avons aussi remarqué que les sous- unités de retromer chez la levure sont moins recrutées lorsque les palmitoyltransférases sont déplétées. Dans les cellules de mammifères nous avons démontré que Rab7 est également palmitoylé et que cette palmitoylation est possiblement effectuée par les palmitoyltransférases DHHC1 et DHHC8. La palmitoylation de Rab7 a lieu sur les cystéines en C-terminal qui sont nécessaires au recrutement membranaire et qui auparavant étaient uniquement décrites comme prénylées. En utilisant la méthode de « click chemistry » nous avons découvert que lorsque la prénylation de Rab7 est bloquée le niveau de palmitoylation augmente. Pour caractériser l’interaction entre CLN5 et Rab7 nous avons performé des expériences afin d’établir définitivement la topologie de cette protéine. Nous avons ainsi démontré que CLN5 est une protéine hautement glycosylée qui est initialement traduite en protéine transmembranaire et subséquemment clivée par un membre de la famille des peptidase de peptide signal (SPP). Cette protéine soluble peut alors possiblement interagir avec CLN3 qui est aussi palmitoylée pour recruter et activer Rab7. Nos études suggèrent pour la première fois que CLN5 pourrait être un recruteur et un activateur de Rab7 qui agirait avec la protéine CLN3 pour séquestrer Rab7 avec les autres récepteurs palmitoylés et permettre leur recyclage vers l’appareil de Golgi. / The proper sorting and trafficking of acid hydrolases plays a critical role in the normal function of cells. Over 50 known human diseases are caused by mutations of lysosomal enzymes, of proteins that regulate key processes of transport to the lysosome or of enzymes that perform posttranslational modifications which are important for the function of the lysosome. The main objective of this thesis is to identify proteins and mechanisms that allow the cell to regulate the transport of enzymes toward the lysosome. We formulated the hypothesis that proteins mutated in lysosomal diseases and that have no known functions could play a role in transport toward the lysosome. Neuronal ceroid-lipofuscinoses form a family of lysosomal storage disorders that are very rare but are also the most frequent infantile neurodegenerative diseases. The work presented in this thesis identified ceroid-lipofuscinosis neuronal-5 (CLN5), which is located at the late-endosomal/lysosomal compartment as a necessary element for the recruitment and activation of Rab7. Rab7 is an important GTPase that controls traffic from the late-endosome to the trans-Golgi network. Rab7 has been implicated in the recruitment of the retromer complex, which regulates retrograde transport of the lysosomal sorting receptor such as sortilin and the mannose-6-phosphate receptor. In the cells where CLN5 is depleted, the lysosomal sorting receptors are less recycled and degraded more rapidly. Using photolabelling assays we were also able to show that Rab7 is less activated in the absence of CLN5. To perform their function, Rab proteins have to be recruited to membranes and activated by the exchange of a GDP nucleotide for GTP. The recruitment of Rabs to membranes necessitates a lipidic posttranslational modification to raise the affinity. Using yeast as a model we demonstrated that the Rab7 homolog, Ypt7 is palmitoylated. We have also showed that the yeast palmitoyltransferase Swif1 is required for Ypt7 membrane recruitment. We have also observed that retromer subunits in yeast are less recruited when palmitoyltranferases are depleted. In mammals we have shown that Rab7 is also palmitoylated and that this palmitoylation may be done by palmitoyltransferases DHHC1 and DHHC8. The palmitoylation of Rab7 occurs on the C-terminal cysteines that are required for membrane recruitment and were previously only shown to be prenylated. By using Click chemistry we have discovered that when Rab7 prenylation is blocked the level of palmitoylation is augmented. To characterize the interaction of Rab7 and CLN5 we performed experiments to definitively establish the topology of this latter protein. Our results show that CLN5 is a heavily glycosylated protein that is initially translated as a type II transmembrane protein and subsequently cleaved by a member of the signal-peptide peptidase (SPP) family. This protein can then possibly interact with another member of the CLN family, CLN3 that is predicted to be palmitoylated to recruit and activate Rab7. Our studies establish for the first time that CLN5 is required for the recruitment and activation of Rab7 and may cooperate with the possibly palmitoylated protein CLN3 to sequester Rab7 in specific membrane domains with sorting receptors to allow their recycling toward the trans-Golgi network.