Cette enquête épidémiologique porte sur l'impact sanitaire de la décharge de Mbeubeuss, réceptacle de l'ensemble des déchets ménagers et industriels de Dakar (Sénégal), sur la population résidant à proximité. Les déchets, stockés sans être recouverts, sont source de pollution atmosphérique et des sols, notamment par le plomb et le cadmium. Les répercussions sanitaires sont d'autant plus préoccupantes que de nombreux riverains de cette décharge sont directement ou indirectement exposés. L'objectif de cette étude était de déterminer, après caractérisation chimique des échantillons de sol et de particules atmosphériques, l'imprégnation de la population (enfants et adultes) à ces deux métaux et de rechercher leur éventuel impact sur la fonction rénale. Nos résultats ont mis en évidence des teneurs atmosphériques et telluriques en plomb et en cadmium plus élevées sur le site de la décharge (teneurs 20 à 80 fois plus élevées que celles de la zone témoin). L'imprégnation saturnine, déterminée au travers des plombémies, plomburies et des marqueurs biologiques d'effet (PPZ, AlaU), de même que les teneurs sanguines et urinaires en cadmium étaient significativement plus importantes chez les individus résidant au voisinage de la décharge. La production excessive d'espèces réactives de l'oxygène induite par cette imprégnation s'est traduit par une diminution du système de défenses antioxydantes (SOD, GPx, Sélénium, GSH) et une peroxydation lipidique (MDA) accrue chez les sujets exposés. En outre, les variations de certains des marqueurs sensibles et spécifiques de néphrotoxicité (concentrations urinaires élevées en protéines totales, en RBP et en CC16 ; et augmentation des activités GSTα et LDH) suggèrent l'apparition de signes discrets et précoces d'altération de la fonction rénale chez les individus résidant à proximité de la décharge. L'exposition aux émissions de la décharge de Mbeubeuss constitue donc une véritable source de risques pour l'environnement et la santé des populations environnantes. Cette étude pourrait sans doute contribuer à conscientiser les acteurs de la santé sur les risques liés à cette décharge et à placer ces problèmes environnementaux, qui constituent un nouveau défi pour les pays pauvres, au cœur des futurs programmes de développement. / This case-control study dealt with adverse health effects on the population living near Mbeubeuss landfill in Dakar (Senegal). All household and industrial waste arising from Dakar are stored in this open landfill without being covered and are therefore possible sources of air pollution and soil contamination by heavy metals, especially Pb and Cd. Health impacts are of particular concern since many of the neighboring residents of this discharge are directly or indirectly exposed. The objective of this study was to determine Pb and Cd concentrations in both environment and humans, and to evaluate possible renal function alteration within the adult and child populations. Our results showed that lead and cadmium concentrations of soils and atmosphere were higher in the landfill (20 to 80 times) than those of the control area. The lead impregnation, evaluated through the blood and urine lead levals, and the biomarkers of exposure (PPZ, ALAU) as well as blood and urine cadmiums levels, were significantly higher in the subjects neighboring the landfill. Excessive production of reactive oxygen species induced by the metal impregnation conducted in exposed subjects to a decrease in antioxidant defense system (SOD, GPx, Selenium, GSH) and an increase in lipid peroxidation (MDA). Moreover, changes in several sensitive and specific markers of nephrotoxicity (high urinary concentrations of total protein, RBP and CC16, as well as GSTα and increased activities) suggested the occurence of discrete and early signs of impaired renal function for the landfill neighboring population. Exposure to emissions from the Mbeubeuss landfill is therefore a source of risk for the environment and the health of people who live and/or work within it. This study could undoubtedly help to raise awareness of landfill-related health risks amoung stakeholders, and to place these environmental problems, wich constitute a new challenge for poor countries, at the heart of future development programs.

Les particules fines atmosphériques (PF) sont capables de pénétrer dans les poumons où certains composés transportés peuvent interagir avec les cellules pulmonaires et atteindre la circulation sanguine. L'exposition aux PF affecte particulièrement les populations sensibles telles que les personnes agées. Cette thèse s'inscrit dans une démarche d'identification des effets des PF sur les lymphocytes T humains (LT) tout en visant à déterminer des biomarqueurs liés à l'exposition et à évaluer la variation de la réponse cellulaire en fonction de l'âge. Des LT ont été isolés de prélèvements sanguins de 91 volontaires appartenant à trois classes d'age (20-30, 45-55, 70-85 ans) puis exposés ex vivo pendant 72h à 45 µg/µl de PF collectées à Dunkerque. Les étapes d'isolement, purification et activation des LT ont d'abord été optimisées. Suite à la caractérisation de la population échantillonnée, une population d'étude homogène a été sélectionnée ( 10 sujets / classe d'âge). Nous avons mis en évidence une induction génique d'enzymes impliquées dans l'activation métabolique des HAP identifiés dans l'échantillon de PF. La caractérisation du profil des Lt a permis de proposer un profil mixte Th1/Th2 causé par l'exposition. L'étude transcriptomique des miARN a mis en évidence une surexpression de miR-124-3p impliqué dans la régulation de plusieurs fonctions au niveau du système immunitaire et de miR-1290 impliqué dans plusieurs types de cancer. Quant à l'influence de l'âge, une surexpression des gènes codant pour les enzymes antioxydantes (NQO1 et HMOX1), une augmentation de la concentration des cytokines (IL-4 et IL-13) ainsi qu'une modification du profil d'expression de certains miARN ont été notées chez les sujets les plus âgés. / Atmospheric fine particulate matter (FP) are able to enter the lungs where some compounds can interact with lung cells and reach the bloodstream . Exposure to FP affects in particular susceptible populations such as the elderly. This thesis is part of a project aiming to identify the effects of FP on human T lymphocytes (LT) while attempting to determine biomarkers related to exposure and to evaluate the variation of the cellular response as a function of age. LT were isolated from blood samples of 91 volunteers belonging to three age groups (20-30, 45-55, 70-85 years) then exposed ex vivo for 72h to 45 µg/µl of FP collected in Dunkirk. The steps of isolation, purification and activation of LT were first optimized. Following the characterization of the sampled population, a homogeneous study population was selected (10 subjects/age class). We have demonstrated an induction of the genes coding for the enzymes involved in the metabolic activation of PAH identified in the PF sample. Characterization of the LT profile made it possible to propose a mixed th1/th2 profile cause by the exposure. Teh transcriptomic study of miRNAs revealed an overexpression of miR-124-3p involved in the regulation of several functions in the immune system and miR-1290 involved in several types of cancer. As for the influence of age, overexpression of the genes coding for the antioxidant enzymes (NQO1 and HMOX1), an increase in the concentration of cytokines (IL-4 and IL-13) as well as a modification of the expression profile of some miRNAs were noted on the elderly.

La pollution atmosphérique est un problème de santé publique. En 2013, le Centre International de Recherche sur le Cancer a classé la pollution de l'air, ainsi que les particules fines (PM₂.₅), de taille inférieure à 2,5 µm, comme cancérogène de groupe I pour l'homme. Les PM₂.₅ ont la capacité de pénétrer en profondeur dans l'appareil respiratoire. En se déposant au niveau des alvéoles pulmonaires, elles entraînent une réponse inflammatoire importante notamment via la libération de médiateurs de l'inflammation et des vésicules extracellulaires (EV) par les cellules immunitaires infiltrantes ou résidentes. Dans ce contexte, ce projet de thèse comportait deux objectifs majeurs : i) déterminer les caractéristiques chimiques des PM₂.₅ collectées en milieu industrialo-urbain, en identifier les origines et la variabilité saisonnière de leur composition chimique ; ii) étudier la réponse et les EV produites par les macrophages suite à l'exposition aux PM₂.₅ et observer les effets des EV sur les cellules pulmonaires.Pour cela, des macrophages primaires ont été exposés aux PM₂.₅ prélevées à Dunkerque et leur réponse cellulaire (stress oxydant, inflammation, polarisation, miARN) a été mesurée. Les EV produites en réponse à cette exposition ont été isolées et caractérisées. Enfin, des cellules épithéliales pulmonaires, les BEAS-2B, ont été exposées aux EV libérées en réponse à l'exposition aux PM₂.₅ et les effets de cette exposition (inflammatoire, stress oxydant, miARN) ont été mesurés. Nous avons mis en évidence une inflammation et une réponse anti-oxydante dans les macrophages, ainsi qu'une modification de leur polarisation. Les PM₂.₅ entrainent une libération plus importante d'EV. / Air pollution is a major public health problem. In 2013, The International Agency for Research on Cancer classified air pollution and fine particle (PM₂.₅), with size lower than 2.5 µm, as carcinogenic to humans (group I). PM₂.₅ are able to penetrate deeply in lungs. When PM₂.₅ settle in pulmonary alveolar, they lead to strong inflammatory response, with inflammatory mediators ans extracellular vesicles release by infiltrating or resident immune cells. In this context, this thesis included two major aims : i) evaluate the physico-chemical characteristics of PM₂.₅ sampled in an industrial-urban site, identify their origin and study the seasonal variability of their composition ; ii) investigate the cellular response and EV produced by macrophages in response to PM₂.₅ and study EV's effects on epithelial cells. To achieve this, macrophages are exposed to PM₂.₅ collected in Dunkerque, and cellular response (oxidative stress, inflammation, polarization, miRNA) was quantified. EV released in response to PM₂.₅ exposition was isolated and characterized. Finally, epithelial cells, BEAS-2B, are exposed to EV released by exposed and non exposed macrophages to evaluate effects from this exposure (inflammation, oxidative stress, miRNA). We observed inflammation and anti-oxidant response in macrophages after PM₂.₅ exposure, as well as polarization modification. PM₂.₅ lead to increased number of EV by macrophages.

La réponse et l’adaptation des plantes à un stress métallique mettent en jeu de nombreux mécanismes afin de limiter les effets néfastes des éléments toxiques. Bien que certains de ces mécanismes soient bien caractérisés, de nombreux acteurs cellulaires et moléculaires restent à identifier pour mieux comprendre la diversité des stratégies mises en œuvre dans ces processus complexes et vitaux pour les plantes.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle de deux modifications post-traductionnelles, la phosphorylation et la méthylation des protéines non-histone dans la réponse à un stress induit par deux éléments non essentiels et toxiques, le cadmium (Cd) et l’uranium (U). Nous avons analysé la dynamique de ces modifications chez trois espèces du genre Arabidopsis : A. thaliana et A. lyrata, deux espèces sensibles au Cd, et A. halleri, espèce naturellement capable de tolérer et d’hyper-accumuler ce métal toxique dans ses feuilles. En utilisant une combinaison d’analyses par Western blot et par spectrométrie de masse nous avons montré que les patterns de méthylation des protéines changent au cours de stress métalliques. Puis, nous avons analysé l’expression des gènes codant les enzymes impliquées dans les réactions de phosphorylation et méthylation des protéines dans différentes conditions de stress. Ces analyses ont montré qu’un grand nombre de protéines kinases sont régulés au niveau transcriptionnel par un stress métallique tandis que seules quelques une en ce qui concerne la méthylation. Pour finir, nous avons mis en place un criblage génétique de mutants d’A. thaliana et identifié deux gènes codant des protéines lysine méthyltransférases impliqués dans la tolérance au Cd.Dans un deuxième temps, nous avons étudié les mécanismes cellulaires de la réponse du système racinaire d’A. thaliana lors d’une exposition à l’U. L’utilisation de différents systèmes rapporteurs et la mesure de différents paramètres physiologiques nous ont permis de mettre en évidence que l’architecture racinaire est fortement modulée en réponse à l’U et ceci de façon dose dépendante. Cet effet est lié à l’inhibition du cycle cellulaire et à la synthèse d’espèces réactives de l’oxygène et d’oxyde nitrique dont l’accumulation provoque la mort cellulaire. Ces changements sont associés à une perturbation du transport et de la distribution de l’auxine dans les racines. Ces événements sont temporellement corrélés avec l’accumulation de polymères de défense (callose et lignine) impliqués dans l’imperméabilisation des cellules et des parois. Cette étude confirme enfin que le stress induit par l’U est intimement lié à une perturbation de l’homéostasie de certains macronutriments (phosphate et fer) et partage les cascades de signalisation d’une carence en phosphate.Ce travail met en évidence des mécanismes de réponse et d’adaptation aux métaux toxiques à travers la régulation fine des phénomènes de méthylation des protéines non-histone et l’identification de processus cellulaires impliqués dans la réponse à la toxicité de l’U dans le système racinaire. / Plant response and adaptation to metallic stress are involving numerous mechanisms limiting the toxic effect of metals. Although a large number of these mechanisms are well characterized, many processes are in need to be identified in order to have a better understanding of strategies involved in plant response to toxic elements.In first instance, we investigated the role of two post-translational modifications, phosphorylation and methylation of non-histone proteins in response to stress induced by two toxic metals, cadmium and uranium. We analyzed the dynamic of these modifications in three species of Arabidopsis: A. thaliana, A. lyrata two species sensitive to cadmium and A. halleri, a species which naturally tolerate and hyperaccumulate toxic metals in her leaves. By using Western blots and mass spectrometry in parallel, we showed that lysine methylation pattern were changing during metallic stresses. Next, we analyzed the gene expression of enzymes involved in phosphorylation and lysine methylation processes in plants exposed to different adverse conditions. These analyses showed that numerous kinases expressions were differentially regulated in response to metallic stress. Concerning protein lysine methyltransferases, only a few enzymes were differentially regulated. Finally, through a mutant genetic screening we identified two genes coding for protein lysine methyltransferases involved in tolerance to a stress induced by cadmium.Secondly, we studied the physiological and cellular processes involved in the response of A. thaliana root system to uranium. Through the utilization of several reporters and the measure of physiological parameters, we demonstrated that the root architecture was strongly modulated in response to a stress induced by uranium and that in a dose dependent manner. These effects are linked to a cell cycle inhibition and the synthesis and accumulation of reactive oxygen species and nitric oxyde wich participated in the root apex cell death. These changes were associated with perturbation in auxin transport and distribution at the root apex and were temporally correlated to the deposition of defense polymers (callose and lignin) involved in cell proofing and cell wall stiffness. This study is confirming the fact that uranium induced stress is intimately linked to a disruption of phosphate and iron homeostasis. Furthermore, uranium-signaling cascade are sharing a part of the phosphate starvation-signaling cascade.Together, these two studies are revealing mechanisms involved in plant response and adaptation to metallic trace elements through the thin tuning of non-histone methylation and the identification of cellular process involved in the toxicity of uranium in roots.

Le rôle crucial du tractus gastrointestinal dans la pathogenèse et la pathophysiologie des troubles cardiométaboliques (TCM) et du syndrome métabolique (SM) est actuellement bien établi. Plusieurs facteurs, incluant le stress oxydatif (SOx), l'inflammation et la résistance à l'insuline (RI), perturbent l'homéostasie intestinale et causent des TCM. Les polyphénols (PP) ont des effets biologiques bénéfiques dans la prévention de pathologies métaboliques. Cependant, leurs mécanismes d'actions, surtout au niveau de l'axe intestin-foie, ne sont pas bien compris. Par ailleurs, malgré les nombreuses études sur les effets biologiques et la biodisponibilité des PP, il existe encore des zones d’ombres concernant les interactions entre le microbiote intestinal et les PP et les conséquences subséquentes sur la santé intestinale et métabolique. Dans ce travail de recherche, nous favorisons l’axiome selon lequel les PP, notamment ceux de grande taille moléculaire tels que les proanthocyanidines (PACs), pourraient être utile pour combattre les maladies métaboliques grâce à leurs actions antioxydante et anti-inflammatoire. Toutefois, ces actions précitées des PACs dépendraient d’une régulation en amont du microbiote intestinal. L’objectif central consiste à démontrer les effets bénéfiques des PACs dans la prévention des dérèglements métaboliques dans deux modèles distincts, l’un cellulaire et l’autre animal et d’en étudier les mécanismes. Les effets des PACs sur la RI, les dérangements métaboliques intestinaux grâce à la production de métabolites ont été étudiés. Dans une première étape, nous avons étudié les mécanismes d’actions des PACs et de l’un de leurs métabolites majeurs, le 4,5-dihydroxyphenyl valerolactone (DHPVL), dans la prévention des maladies métaboliques et dans le maintien de l’homéostasie intestinale en utilisant la lignée cellulaire intestinale Caco-2/15. Ces cellules constituent un outil de choix pour l’investigation du SOx, la défense antioxydante et l’inflammation en relation directe avec nos objectifs. Les résultats suggèrent que la capacité des PACs à augmenter la défense antioxydante et anti-inflammatoire et à améliorer l’homéostasie intestinale passeraient en partie probablement par leurs métabolites microbiens. Dans une deuxième étape, en utilisant le modèle murin C57BL6, nous avons déterminé l’impact des PACs sur l’homéostasie métabolique intestinale et hépatique, via l’atténuation du SOx et l’inflammation, le maintien de l’intégrité de la barrière intestinale, la prévention de l’endotoxémie métabolique et les modifications du profil lipidique et de la fonction du microbiote intestinal. Cette partie a évalué les aspects préventifs et thérapeutiques des PACs en spécifiant leurs bénéfices biologiques et voies mécanistiques dans des organes métaboliques clés. Pour étudier ces mécanismes et les comprendre, nous avons utilisé le modèle dysmétabolique de souris C57BL6 soumises à une diète riche en lipides et en sucrose (HFHS), servant à développer le SM et les complications cardio-métaboliques afin d’examiner l’action des PACs. Le développement de l’obésité, de la RI ainsi que la survenue d’autres altérations métaboliques ont été prévenus par l’administration de PACs. Les résultats de cette thèse permettent une meilleure compréhension des mécanismes d’actions qui sous-tendent les effets préventifs et thérapeutiques des PACs dans les désordres métaboliques, en particulier dans l’axe intestin-foie. / The crucial role of the gastrointestinal tract in the pathogenesis and pathophysiology of cardiometabolic disorders (CMD) and metabolic syndrome (MetS) is currently recognized. Several factors, including oxidative stress (OxS), inflammation and insulin resistance (IR), disrupt intestinal homeostasis and cause CMD. Polyphenols (PP) have beneficial biological effects in the prevention of metabolic pathologies. However, their mechanisms of action, especially in the gut-liver axis, are not well understood. Moreover, despite numerous studies on the biological effects and bioavailability of PP, there are still grey areas concerning the interactions between the intestinal microbiota and PP and the subsequent consequences for intestinal and metabolic health. In this research work, we promote the axiom that PP, particularly those of large molecular size such as proanthocyanidins (PACs), could be useful in combating metabolic diseases thanks to their antioxidant and anti-inflammatory actions. However, the aforementioned actions of PACs would depend on upstream regulation of the intestinal microbiota. The central objective is to demonstrate the beneficial effects of PACs in preventing metabolic disorders in two distinct models, one cellular and the other animal, and to study the mechanisms involved. The effects of PACs on IR and intestinal metabolic disturbances through metabolite production were studied. In a first step, we investigated the mechanisms of action of PACs and one of their major metabolites, 4,5-dihydroxyphenyl valerolactone (DHPVL), in the prevention of metabolic diseases and in the maintenance of intestinal homeostasis using the Caco-2/15 intestinal cell line. These cells are a tool of choice for investigating OxS, antioxidant defense and inflammation in direct relation to our objectives. The results suggest that the ability of PACs to enhance antioxidant and anti-inflammatory defense and improve intestinal homeostasis is probably partly mediated by their microbial metabolites. In a second step, using the C57BL6 mouse model, we determined the impact of PACs on intestinal and hepatic metabolic homeostasis, via attenuation of OxS and inflammation, maintenance of intestinal barrier integrity, prevention of metabolic endotoxemia and changes in lipid profile and gut microbiota function. This section assessed the preventive and therapeutic aspects of PACs, specifying their biological benefits and mechanistic pathways in key metabolic organs. To investigate and understand these mechanisms, we used the dysmetabolic model of C57BL6 mice subjected to a high-fat, high-sucrose diet (HFHS), used to develop MetS and cardio-metabolic complications to examine the action of PACs. The development of obesity, IR and other metabolic alterations was prevented by the administration of PACs. The results of this thesis provide a better understanding of the mechanisms of action underlying the preventive and therapeutic effects of PACs in metabolic disorders, particularly in the intestine-liver axis.

Afin de répondre correctement aux nombreux changements se produisant à chaque instant dans leur environnement, les cellules utilisent une panoplie de messagers moléculaires dont la synchronisation est essentielle à la signalisation cellulaire appropriée. La superfamille des récepteurs nucléaires compte quarante-huit membres impliqués dans ces processus de signalisation et influence ainsi plusieurs fonctions physiologiques. Les récepteurs nucléaires de la sous-famille NR4A composée de Nur77/NR4A1, Nurr1/NR4A2 et Nor1/NR4A3 sont des facteurs critiques du développement et de la maintenance du système nerveux. Nor1/NR4A3 en particulier est essentiel aux processus de guidage axonal et de survie neuronale au niveau de l’hippocampe. Les NR4A se démarquent des autres récepteurs nucléaires puisqu’ils sont considérés comme des récepteurs orphelins constitutivement actifs, ce qui veut dire qu’ils ne nécessitent pas d’interaction avec un ligand afin d’être activés. Il devient ainsi important d’identifier de nouveaux mécanismes de régulation pour cette sous-famille de récepteur afin d’améliorer notre compréhension et potentiellement contrôler leurs activités dans un contexte neuronal. L’activité des récepteurs nucléaires peut être régulée de plusieurs façons, indépendamment de leur association avec un ligand endogène. Les modifications post-traductionnelles représentent un aspect crucial de la signalisation cellulaire permettant de réguler la fonction des protéines cibles de manière spécifique au contexte. La SUMOylation et la phosphorylation sont des exemples de modifications post-traductionnelles avec le potentiel de réguler l’activité transcriptionnelle, la stabilité et l’expression des gènes cibles des récepteurs nucléaires. Dans cette thèse, l’impact de la SUMOylation retrouvée sur un motif consensus ainsi que sur un motif non-consensus de SUMOylation phosphorylé du récepteur Nor1 est étudié. Dans la première étude, un motif de SUMOylation non-consensus nouvellement découvert sur Nor1 est décrit. Ce nouveau motif nommé pSuM a été identifié pour la première fois sur le récepteur nucléaire des estrogènes ERβ et sur le récepteur farnésoÏde FXR. Nous avons identifié un motif pSuM situé à la lysine 137 de Nor1 qui sert de cible fonctionnelle de SUMO2. Le pSuM se démarque du motif de SUMOylation consensus puisqu’il nécessite une phosphorylation afin d’être SUMOylé. Dans le cas de Nor1, nos résultats démontrent que la sérine 139 est phosphorylée par la voie des MAPK. La SUMOylation sur ce site mène à une réduction de l’activité transcriptionnelle et du recrutement à la chromatine de Nor1 ainsi que de l’expression des gènes sensibles à Nor1. Une particularité intéressante du pSuM de Nor1 est qu’il possède également une extension phosphorylable par la kinase CK2 qui est essentielle au processus de SUMOylation. Cette extension a également un effet sur la stabilité et la compétence transcriptionnelle de Nor1. En utilisant des lignées SH-SY5Y exprimant de manière stable différents mutants SUMO de Nor1, il est démontré que la SUMOylation du pSuM diminue la prolifération et la survie cellulaire en réponse au stress oxydant. Dans la seconde étude, la SUMOylation de Nor1 sur un motif de SUMOylation canonique situé sur la Lysine 89 est caractérisée. Il est démontré que ce site de SUMOylation est ciblé principalement par SUMO1 et qu’il est important afin de maintenir une compétence transcriptionnelle et une stabilité optimale du récepteur. Cette SUMOylation régule également la prolifération et la survie en réponse à un traitement au nocodazole des lignées stables ainsi que la stabilité des microtubules. En conclusion, ces études identifient de nouveaux mécanismes de SUMOylation et phosphorylation utilisés dans la régulation de l'activité du récepteur nucléaire Nor1. Elles permettent également d’approfondir nos connaissances des rôles joués par Nor1 dans la neuroprotection en réponse au stress oxydant ainsi que dans la régulation de la stabilité du réseau de microtubules, ce qui apporte une nouvelle fonction de Nor1. Puisque Nor1 et les autres NR4A sont fortement impliqués dans la formation et maintenance du système nerveux et que les modifications post-traductionnelles peuvent réguler ces fonctions, la découverte et la caractérisation de nouveaux mécanismes de régulation de ces récepteurs ont le potentiel de nous fournir des nouvelles connaissances utiles dans le cadre des maladies neurodégénératives et autres conditions pathologiques. / To answer the many changes happening every instant in its surroundings, cells require a fine-tuned array of molecular messengers to carry on proper signal transduction and homeostasis. The superfamily of nuclear receptors contains forty-eight members implicated in a wide variety of cellular and physiological functions. The nuclear receptors of the NR4A subfamily containing Nur77/NR4A1, Nurr1/NR4A2 and Nor1/NR4A3 are heavily implicated in the development and maintenance of the nervous system. In particular, Nor1/NR4A3 has been shown to be essential for axonal guidance and neuronal survival in the hippocampus. This subfamily also operates differently from other nuclear receptors as they are considered constitutively active orphan nuclear receptors without known endogenous ligand. Therefore, there is an increasing need to identify critical mechanisms that regulate NR4A nuclear receptors and to better understand the control of their activities in a neuronal context. Nuclear receptor activity can be regulated in various ways independently of their interaction with an endogenous ligand. One is through post-translational modifications which allow the regulation of protein function depending on the cellular context. SUMOylation and phosphorylation are post-translational modifications with the potential to regulate nuclear receptor activity, stability and target gene expression. In this thesis, the impact of a canonical SUMOylation site and a phosphorylation dependant SUMOylation motif on the orphan nuclear receptor Nor1 are studied. In the first study, a newly identified non-canonical SUMOylation motif on Nor1 was described. This new motif named pSuM was first identified on the nuclear estrogen receptor ERβ and farnesoid X receptor FXR. We report that this pSuM is located at Lys-137 on Nor1 and is a target of SUMO2. The pSuM differs from traditional SUMOylation motif since it requires to be phosphorylated for SUMOylation to occur. For Nor1, our evidence showed that the obligate phosphorylation of the pSuM on Ser-139 occurred through the MAPK pathway. SUMOylation of Nor1 pSuM reduced Nor1 transcriptional competence, responsive gene expression and chromatin binding. Interestingly, the pSuM of Nor1 also possesses an extension phosphorylated by the CK2 kinase, which is essential to achieve the SUMOylation process. This extension also affected Nor1 protein stability and transcriptional activity. Using stable SH-SY5Y cell lines expressing different SUMO mutants of Nor1, we also showed that Nor1 pSuM SUMOylation reduced cell proliferation and survival to oxidative stress. In the second study, the SUMOylation of Nor1 on a canonical SUMOylation site found at Lys-89 was characterized. This SUMOylation site was found to be targeted mainly by SUMO1 and to be important in maintaining optimal transcriptional competency and stability of the receptor. This SUMOylation also regulated proliferation and survival to a nocodazole treatment of stable cell lines, as well as microtubule network stability. In conclusion, these studies provide novel mechanisms in the regulation of Nor1 activity by SUMOylation and phosphorylation. They also helped to expand our knowledge on the role played by Nor1 in neuroprotection in response to oxidative stress, as well as in the regulation of microtubule stability, which identified a new function of Nor1. Since Nor1 and other NR4A receptors are implicated in the formation and maintenance of the nervous system, the identification of post-translational modifications as a regulatory mechanism uncovers novel opportunities in our understanding of these receptors and provide new insights for neurodegenerative diseases and other neuropathological conditions.

Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin sont caractérisées par une inflammation anormale et récurrente du tractus digestif. De nombreuses études ont démontré des effets bénéfiques de souches probiotiques anti-inflammatoires recombinantes ou non. La première partie de cette thèse décrit différentes stratégies d'optimisation de souches de bactéries lactiques en tant que vecteurs de protéines d'intérêt santé. Nous avons ainsi démontré qu'une modification du peptidoglycane de la paroie de Lactococcus lactis influençant la lyse bactérienne ne permettait pas de moduler l'immunogénicité de l'antigène E7 délivré par L. lactis. Nous avons également démontré que la nature du vecteur bactérien était un paramètre essentiel dans la vectorisation de la protéine délivrée : ainsi l'espèce Bifidobacterium infantis induit une réponse immunitaire spécifique à l'antigène E7 supérieure à celle obtenue avec les vecteurs L. lactis et Lactobacillus plantarum. La deuxième partie de cette thèse porte sur l'étude des effets anti-inflammatoires de bactéries recombinantes ou non. Nous avons ainsi démontré que la souche Lb. casei BL23 produisant une superoxyde dismutase à manganèse permettait de diminuer significativement des colites murines induites par administration de dextran sodium sulfate. Enfin, nous avons mis en évidence des propriétés anti-inflammatoires sur divers modèles d'inflammation in vitro / in vivo de Faecalibacterium prausnitzii, première bactérie commensale anti-inflammatoire identifiée sur la base de données cliniques humaines.

La métalloprotéine PerR (Peroxyde resistance Regulator), homodimère de 2 fois 16,5 kDa, est un facteur de la transcription. PerR est le senseur du peroxyde d'hydrogène chez plusieurs microorganismes. PerR de Bacillus subtilis a été isolée sous sa forme apo avec la présence d'un ion Zn2+ par monomère. Dans des conditions de culture non contrôlées, PerR est en partie oxydée de manière aléatoire. La spectrométrie de masse et la spectroscopie RPE nous ont permis de relier la capacité de fixation du métal régulateur (Fe2+ ou Mn2+) et l'oxydation de PerR. Notre travail a permis de mettre au point un protocole d'expression conduisant de manière reproductible à une forme totalement réduite. Ceci a permis la détermination précise de l'affinité de la protéine pour le métal régulateur et l'ADN. La forme apo-PerR-Zn a été cristallisée et cette structure révèle un site structural à zinc avec une coordination tétraédrique par les quatre cystéines de la protéine (motif Zn(Cys)4). Ce site verrouille le domaine de dimérisation, favorisant ainsi la stabilité du dimère. Le rôle structural de ce site a été confirmé par des expériences biochimiques qui mettent en évidence une réactivité faible vis-à-vis d'H2O2. Des études en spectroscopie de fluorescence ont montré des changements conformationnels de PerR en solution après métallation et fixation à l'ADN. La formation du complexe ADN-PerR a été étudiée de manière détaillée et a permis de mettre en évidence deux nucléotides et trois acides aminés essentiels dans cette interaction. Enfin, nos travaux sur la forme oxydée de PerR ont mis en évidence que le résidu 2-oxo-histidine est le marqueur biologique de l'oxydation de PerR.

Les adduits exocycliques à l’ADN paraissent être la conséquence indirecte, sous la médiation de la peroxydation lipidique, du stress oxydant cellulaire induit par les composés aromatiques nitrés (CANs) de l’environnement. Ces derniers, formés le plus souvent in situ dans les environnements complexes sont un sujet de préoccupation croissante en santé environnementale. Le but étant de comprendre les mécanismes de formation et de dégradation de ces adduits afin d’en apprécier leur place dans la toxicité des CANs et leur intérêt en tant que biomarqueurs du stress oxydant induit par l’environnement.Nous avons réalisé la synthèse de deux adduits exocycliques : le 1,N²-éthéno-2’-déoxyguanosine (εdG) et le 1,N²-propano-2’-déoxyguanosine (pdG-HNE) et étudié leurstabilité en présence d’une oxydation radicalaire. Il est apparu que le pdG-HNE semble être lemeilleur candidat en tant que biomarqueur du stress oxydant.Pour approcher au mieux la chimie du vivant, nous nous sommes posés la question dela stabilité de ces adduits en milieu cellulaire. Une étude préliminaire de génotoxicité a étéréalisée et montre que seuls les hydrocarbures aromatiques polycycliques nitrés présententune potentialité mutagène significative. Nous avons donc étudié le pyrène et ses dérivés nitrés(1-Nitropyrène/1,3-Dinitropyrène/1,6-Dinitropyrène/1,8-Dinitropyrène) afin d’étudier leurcapacité à générer des adduits dans les lymphocytes humains.Nos résultats montrent que le 1-Nitropyrène génère in vitro des adduits stables dans letemps ; ce qui pose la question de leur réparabilité par les systèmes cellulaires et de leurspotentialités cancérogènes pour l’homme. / Exocyclic DNA adducts seem to be the indirect consequence, mediated by lipidperoxidation, of oxidative stress induced by nitro aromatic compounds (NACs). The latterusually formed in situ in environmental complex mixtures are a matter of concern inenvironmental health. The aim is to understand the mechanisms of formation and degradationof these adducts to assess their place in toxicity of NACs and their importance as oxidativestress biomarkers induced by the environment.We synthesized two exocylic adducts: 1, N²-etheno-2’-deoxyguanosine (εdG) and 1,N²-propano-2'-deoxyguanosine (pdG-HNE) and studied their stability when a radicaloxidation is present. It appeared that pdG-HNE seems a suitable biomarker of oxidative stress.To come close to life chemistry, we were wondering whether these adducts are stablein cellular environment. A preliminary study of genotoxicity was carried out and showed thatonly nitro polycyclic aromatic hydrocarbons have a significant mutagenic potency. Thereforewe studied pyrene and nitropyrenes (1-Nitropyrene/1,3-Dinitropyrene/1,6-Dinitropyrene/1,8-Dinitropyrene) to examine their ability to produce adducts in human lymphocytes.Our results show that 1-Nitropyrene give rise to stable adducts in vitro, which raisesthe question of their repairability by cellular systems and their potential carcinogenic tohumans.

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP. / Bronchopulmonary dysplasia (BPD) is a major complication of preterm newborns, affecting nearly 50% of infants born before 29 weeks of gestation. BPD is characterized by an arrest in alveolar development. The onset of BPD is related to oxidative stress. Research has shown that parenteral nutrition (PN), which is given to preterm newborns to bypass an immature gastrointestinal system, is a major source of oxidative stress. Indeed, PN is contaminated with peroxides, including ascorbylperoxide, an oxidized form of dehydroascorbic acid. Ambient light is a catalyst for the generation of peroxides. Photo-protection of PN, although difficult to apply in the clinical situation, is associated with a lower incidence of BPD in premature infants and with better alveolar outcomes in animal models of neonatal PN. We hypothesized that the ascorbylperoxide in PN disrupts alveolar development. The main mechanism of action is an inhibition of the transformation of methionine into cysteine in the liver, leading to a lower glutathione synthesis in the liver as well as in peripheral tissues such as lung. Lower glutathione (GSH) concentrations favour a shift of redox potential to a more oxidized state and consequently, to exaggerated apoptosis. If our hypothesis is correct, the addition of glutathione to PN would help detoxify ascorbylperoxide through the action of glutathione peroxidase and prevent the deleterious impact of PN. Objectives: The aims of my research project were to investigate the biochemical mechanisms linking PN to the development of BPD in premature newborns and to propose a nutritional alternative that would prevent the occurrence of this frequently observed complication. Specific objectives were: 1) to assess the effect of intravenously infused ascorbylperoxide on the metabolic axis redox potential of glutathione in the lung; specifically, apoptosis and the alveolarization index; 2) to study the impact of ascorbylperoxide and the redox potential on the activity of methionine adenosyltransferase (MAT) in the liver; methionine adenosyltransferase is the first enzyme in the metabolic cascade from methionine to cysteine; and 3) to try to prevent the deleterious impact of PN or ascorbylperoxide infusions on the lung by improving glutathione status. Methods: Through a catheter in the jugular vein, 3-day-old guinea pigs (n = 8 per group) received continuous infusions of PN or a simple solution (dextrose + NaCl) enriched with different molecules for testing. The first objective was achieved by enriching the basic solution with ascorbylperoxide at concentrations of 0, 20, 60 and 180 M. To mimic clinical conditions, these solutions contained, or not, 350 M H2O2. The second objective was achieved by investigating the mechanisms of MAT inhibition in animals infused, or not, with solutions consisting of the basic solution, peroxides, glutathione, and PN (dextrose + amino acids + multivitamins + lipids). The third objective was achieved by adding, or not, 10 M of glutathione (GSSG) to the ascorbylperoxide or PN solution until a normal plasma concentration of glutathione was obtained. After 4 days, the lungs were removed. GSH and GSSG levels in the lungs were determined by capillary electrophoresis. The redox potential was calculated using the Nernst equation. The activation and the concentration of active caspase-3 (marker of apoptosis) were determined by Western blot, and the alveolarization index quantified by the number of intercepts between histological structures and a calibrated straight line. Data were compared by ANOVA; effects were considered significant if p was less than 0.05. Results: The infusion of ascorbylperoxide, independently of H2O2, induced hypoalveolarization, activation of caspase-3, and oxidation of the redox potential, in a dose-dependent manner. These effects were prevented by the addition of GSSG to the ascorbylperoxide (180 M) or PN solutions. Ascorbylperoxide and H2O2 inhibited MAT activity in the liver. Hepatic MAT activity was linearly modulated by the value of the redox potential. Conclusion: Our results suggest that ascorbylperoxide is the active ingredient in PN that leads to the development of BPD. Correcting the low glutathione levels induced by peroxides in PN solutions would promote the detoxification of peroxides and re-establish proper pulmonary redox potentials. Glutathione correction further protects the lungs from the deleterious effects of PN by bypassing hepatic MAT inhibition. This result is of great importance because it gives hope for the possible prevention of BPD.