Dans le cadre de situations pathologiques, le rein peut être soumis à de multiples agressions toxiques, ischémiques et immunologiques pouvant favoriser la survenue d’une maladie rénale chronique et le développement d’une insuffisance rénale. En réponse à ces stress, les cellules du parenchyme rénal vont activer des processus biologiques adaptatifs permettant le maintien de la viabilité cellulaire et l’homéostasie de l’organe. Ces réponses adaptatives peuvent également activer l’immunité innée et induire le remodelage tissulaire (fibrogenèse et angiogenèse). Cependant, les mécanismes précis de cette régulation sont mal connus. L’objectif de ce travail a été de caractériser les mécanismes de régulation et les conséquences microenvironnementales (inflammation et angiogenèse) de l’activation de la réponse UPR (Unfolded Protein Response) et de l’autophagie, en réponse à des stress ischémiques et immunologiques. Dans un premier travail, nous avons montré que la réponse UPR est impliquée dans la génération d’une réponse inflammatoire induite par un stress métabolique dans des cellules tubulaires rénales. Le stress métabolique, caractérisé par une carence en glucose, induit un stress du RE et active la réponse UPR. Ce stress active le facteur NF-.B et favorise la transcription de cytokines et chimiokines pro-inflammatoires. La voie PERK/eIF2 : - n’est pas nécessaire à l’activation de l’inflammation mais amplifie l’expression des cytokines alors que la voie IRE1 - est impliquée dans la génération de cette réponse inflammatoire. De plus, l’ischémie aigue active le stress du RE et l’inflammation dans les reins de rat. Enfin, à partir de biopsies de déclampage de greffons rénaux, l’expression de GRP78, marqueur du stress du RE, et de NF-.B p65/RelA dans les tubules rénaux, est significativement plus élevée en comparaison avec des biopsies de greffons rénaux stables, à distance de la greffe. Dans un second travail, nous avons montré que la réponse UPR régule l’angiogenèse dans les cellules tubulaires rénales lors d’une carence en glucose. La voie PERK est un régulateur majeur de l’expression des facteurs angiogéniques (VEGFA, bFGF et angiogénine). De plus, l’expression de l’angiogénine est modulée par les voies PERK et IRE1.. Enfin, l’ischémie aigue induite chez le rat, active la réponse UPR parallèlement à l’augmentation de l’expression de VEGFA, bFGF et de l’angiogénine. Dans un troisième travail, nous avons mis en évidence un nouveau mécanisme par lequel l’interféron. (IFN.) active l’autophagie dans les cellules tubulaires rénales. Nous avons montré que l’IFN. entraine une déplétion en tryptophane, active la voie GCN2, une kinase eIF2., ce qui conduit à l’augmentation du flux autophagique. De plus, la supplémentation entryptophane et l’utilisation d’ARN interférence dirigés contre GCN2 inhibent l’autophagie induite par l’IFN. Enfin, l’autophagie intervient dans la régulation de la sécrétion de cytokines inflammatoires et de facteurs de croissance en réponse à l’IFN.. En conclusion, nous avons caractérisé dans ce travail des mécanismes originaux de régulation d’une réponse inflammatoire et angiogénique par la réponse UPR et l’autophagie en réponse à des stress ischémiques et immunologiques au sein de l’épithélium tubulaire rénal humain. / Under pathological conditions, kidney is subjected to multiple toxic, ischemic and immunological failures that promote the occurrence of chronic kidney disease and the development of acute kidney injury. In response to stress, renal parenchymal cells activate biological adaptive processes permitting the maintenance of cell viability and renal homeostasis. These adaptive responses can also activate innate immunity and induce tissue remodeling (fibrogenesis and angiogenesis). However, accurate mechanisms of this regulation are still unclear. The aim of this work was to characterize regulation mechanisms and micro environmental consequences(inflammation and angiogenesis) of the activation of the UPR (Unfolded Protein Response) and autophagy, in response to ischemic and immunological stress. In a first study, we demonstrated that the UPR is involved in the generation of inflammatory response induces by metabolic stress in tubular renal cells. Metabolic stress, characterized by glucose deprivation, induces an ER stress and activates the UPR. This stress activates NF-.B and promotes the transcription of pro inflammatory cytokines and chemokines. The PERK signaling is not required for the induction of inflammation but amplifies cytokine expression whereas IRE1 is involved in the generation of inflammatory response. Moreover, acute ischemia activates ER stress and inflammation in rat kidneys. Finally, from kidney transplant biopsies performed before implantation, the expression of GRP78, an ER stress marker, and NF-.B p65/RelA in renal tubules is significantly increased in comparison with stable human kidney transplant biopsies. In a second study, we showed that the UPR regulates angiogenesis in tubular renal cells during glucose deprivation. The PERK pathway is a major regulator of angiogenic factors expression (VEGFA, bFGF and angiogenin). Furthermore, angiogenin expression is modulated by PERK and IRE1. pathways. Finally, acute ischemia activates the UPR and, in parallel, increases VEGFA, bFGF and angiogenin expression in rat kidneys. In a third work, we identified a novel mechanism by which IFN. activates autophagy in human kidney epithelial cells. We showed that IFN. promotes tryptophan depletion, activates the eIF2. kinase GCN2, and leads to an increase of the autophagic flux. Moreover, tryptophan supplementation and RNA interference directed against GCN2 inhibit IFN.-induced autophagy. Finally,autophagy regulates the secretion of inflammatory cytokines and growth factors in response to IFN..In conclusion, we characterized in this work original mechanisms that regulate inflammatory and angiogenic responses by the UPR and autophagy in response to ischemic and immunological stress in tubular renal human epithelium.

La stéaroyl Co-A désaturase (SCD) est l’enzyme clé du métabolisme des acides gras mono-insaturés (AGMI). Son activité 9 désaturase introduit une double liaison cis en position 9 des acides gras saturés (AGS), formant des AGMI. Une altération de la voie de biosynthèse des AGMI est impliquée dans de nombreuses pathologies, telles que le cancer et les maladies cardiovasculaires. Les cellules cancéreuses présentent une synthèse de novo en acide gras accrue avec une accumulation d'AGMI. Ce changement dans le métabolisme des acides gras est associé à la surexpression de la SCD1. Plusieurs études ont démontré que l'inhibition de SCD1 conduit au blocage de la prolifération et l'induction de l'apoptose dans les cellules cancéreuses. Néanmoins, les mécanismes d'activation mort cellulaire restent à être mieux compris. Dans cette étude, nous avons démontré que l’extinction de SCD1 par siRNA, inhibiteur synthétique ou naturel induit l’abolition de la synthèse de novo AGMI dans les cellules cancéreuses ou non. L’activation de la mort cellulaire par apoptose lors de l’inhibition de SCD1 n’est observée que dans les cellules cancéreuses. En outre, la déplétion en SCD1 induite un stress du réticulum endoplasmique, ces caractéristiques étant l’épissage de l'ARNm XBP1, la phosphorylation de eIF2α et augmentation de l'expression CHOP. Toutefois, l'activation du stress du RE lors de l’abolition de SCD1 est particuliers puisque nous ne mettons pas en évidence de modification de l’expression de la protéine chaperonne GRP78, une autre caractéristique du stress du RE. Enfin, nous avons montré que l'induction de CHOP participe à l’activation de la mort cellulaire lors de l’extinction de SCD1. En effet, la surexpression de constructions dominants négatifs et anti-CHOP restaure partiellement la viabilité des cellules cancéreuses déplétées en SCD1. Pour conclure, ces résultats suggèrent que l’inhibition de la synthèse de novo en AGMI via l’extinction de SCD1 pourrait être une cible thérapeutique prometteuse contre le cancer en induisant la mort cellulaire par l’activation de la voie du stress du réticulum endoplasmique et du facteur de transcription CHOP. Nous nous sommes également intéressés à la régulation de SCD par différents AGMI dans un modèle cellulaire en lien avec la pathologie athéromateuse. De nombreux facteurs de risque participent au développement de cette pathologie, parmi lesquels les acides gras trans (AGT). En effet, des études épidémiologiques ont mis en corrélation la consommation d’AGT d’origine industrielle et le risque de maladie cardiovasculaire. Les AGT pourraient jouer leurs effets athérogènes par l’altération du métabolisme lipidiques des cellules vasculaires. L'accumulation de lipides dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CML) est une caractéristique de l'athérosclérose et une conséquence de la lipogenèse accrue. L’expression de la SCD est associée à l'induction de la lipogenèse et développement de l'athérosclérose. Nous nous sommes intéressés à la régulation de l'activité SCD1 dans les CML exposés à des isomères d’AGMI en C18 [l’acide cis-9oléique(OL), l'acide trans-11 vaccénique (TVA) ou l’acide trans-9 élaïdique (ELA)]. Nous avons montré que la SCD, présente dans les CML était régulée différemment selon l’isomère en C18 :1. En effet, nous observons une augmentation de l’expression et de l’activité de SCD1 sous l’effet d’un traitement par ELA et une diminution importante pour le traitement par OL. L’effet du TVA sur l’expression et l’activité dans les CML reste modeste mais une diminution est néanmoins trouvée. Nous avons corrélé l'activité de SCD avec son niveau d'expression protéique. En effet, celle-ci est augmentée par l’ELA et diminuée par l'OL. Cette régulation n’est pas post-traductionnelle et l’expression de SCD1 lors des traitements par l’OL et l’ELA est moduler au niveau transcriptionnel.Pour conclure, nous avons démontré une modulation de l'activité SCD par des AGMI (C18: 1) de configuration cis et [...] / Stearoyl Co-A desaturase (SCD) is the key enzyme of the metabolism of mono-unsaturated fatty acids (MUFA). Its activity  9 desaturase introduces a double bond cis in position 9 of saturated fatty acids (SFA), induced formation of MUFA. Impaired biosynthesis of MUFA is involved in many diseases such as cancer and cardiovascular disease. Cancer cells have a de novo synthesis of fatty acids increased with an accumulation MUFA. This change in the metabolism of fatty acids is associated with overexpression SCD1 which catalyzes the conversion of saturated fatty acids, monounsaturated fat. Several reports have shown that inhibition of SCD1 leads to blockage of proliferation and induction of apoptosis in cancer cells. However, the mechanism of cell death activation remains to be understood. In this study, we demonstrated that the extinction of SCD1 by siRNA, synthetic or natural inhibitor induces the abolition of de novo MUFA synthesis in cancer cells or not. SCD1 inhibition activates cell death by apoptosis only in cancer cells. In addition, depletion of SCD1 induced endoplasmic reticulum stress, these features being XBP1 mRNA splicing, phosphorylation of eIF2α and increased expression of CHOP. However, activation of ER stress in the abolition of SCD1 is special because we do not show changes in expression of the chaperone protein GRP78, another characteristic of ER stress. Finally, we showed that induction of CHOP is involved in activation of cell death during shutdown of SCD1. Indeed, overexpression of dominant negative constructs and anti-CHOP partially restores the viability of cancer cells depleted of SCD1. In conclusion, these results suggest that inhibition of de novo synthesis of MUFA through the extinction of SCD1 could be a promising therapeutic target against cancer by inducing cell death through the activation of the stress and endoplasmic reticulum transcription factor CHOP. We are also interested in the regulation of SCD by different MUFA in a cellular model linked with atherosclerotic disease. Many risk factors contribute to the development of this disease, including trans fatty acid (TFA). Indeed, epidemiological studies have correlated the consumption of TFA from industrial sources and the risk of cardiovascular disease. TFA could play their atherogenic effects by altering the lipid metabolism of vascular cells. The accumulation of lipids in vascular smooth muscle cells (SMC) is a feature of atherosclerosis and a consequence of increased lipogenesis. The expression of SCD is associated with the induction of lipogenesis and development of atherosclerosis. We are interested in the regulation of SCD1 activity in SMCs exposed to isomers of MUFA C18 [cis-9 oleic (OL), trans-11 vaccenic acid (TVA) and acid trans -9 elaidic (ELA)]. We showed that SCD which is present in SMC was regulated differently depending on the isomer C18: 1. Indeed, we observed an increase in the expression and activity of SCD1 as a result of treatment with ELA and a significant decrease for treatment with OL. The effect of the TVA on the expression and activity in SMCs remains modest decrease is nevertheless found. We correlated the activity of SCD with its level of protein expression. Indeed, it is increased by the ELA and decreased by OL. This regulation is posttranslational and expression of SCD1 during treatment with the OL and the ELA is modulated at the transcriptional level. To conclude, we demonstrated a modulation of SCD activity by MUFA (C18: 1) cis and trans-mediated regulation of SCD1 gene transcription.

Les néoplasmes neuroendocrines gastro-entéro-pancréatiques (NNE GEP) représentent un groupe de tumeurs rares se développant à partir des cellules neuroendocrines de l'organisme. L'arsenal thérapeutique disponible aujourd'hui pour les NNE GEP reste faible, même s'il s'est étoffé au cours de ces dix dernières années avec l'arrivée des thérapies ciblées (inhibiteurs de mTOR et de tyrosine-kinase). Cependant, ces traitements présentent des résistances qui conditionnent leur efficacité et aucun biomarqueur permettant de sélectionner les patients répondeurs à ces traitements ou d'anticiper le développement de résistances n'est connu. Identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et comprendre les mécanismes de résistance est donc un enjeu dans le traitement des NNE GEP. Nos travaux montrent que les cellules de NNE GEP soumises à l'hypoxie ou la déplétion en glucose activent l'Unfolded Protein Response (UPR) et que la voie PERK favorise la survie cellulaire. De plus, la modulation de la réponse UPR (via des inhibiteurs ou inducteurs de l'UPR) diminue la croissance tumorale dans un modèle murin de dissémination métastatique de NNE GEP. Nous avons également découvert qu'un inhibiteur de mTOR, la rapamycine, permet d'activer préférentiellement la voie PERK de l'UPR, favorisant la survie des cellules traitées par la rapamycine. Ces résultats montrent l'intérêt de cibler la réponse UPR dans le traitement des NNE GEP. De plus, nous suggérons la mise en place d'un mécanisme de résistance aux inhibiteurs de mTOR impliquant la voie PERK. Si ces résultats se confirment in vivo et ex vivo, l'association d'un inhibiteur de mTOR et d'un inhibiteur de PERK pourrait palier aux phénomènes de résistance rencontrés avec les inhibiteurs de mTOR dans les NNE GEP / Gastroenteropancreatic neuroendocrine neoplasms (GEP NEN) are defined as rare neoplastic lesions developing from neuroendocrine cells. Therapeutic options available for GEP NEN are scarce, although targeted therapies such as mTOR or tyrosine-kinase inhibitors provide new opportunities. However, tumor cells develop resistances to these treatments, which reduce their effectiveness. To date, no biomarker is available to select patients responding to these treatments or to anticipate the development of resistances. Identifying new therapeutic targets and understanding mechanisms of resistance are therefore a relevant issue in the treatment of GEP NEN.We found that GEP NEN cells induce the Unfolded Protein Response (UPR) when subjected to hypoxia or glucose depletion, and that PERK pathway promotes cell survival. Modulation of the UPR thanks to UPR inhibitors or inducers decreases tumor growth in a murine model of metastatic dissemination of GEP NEN. Moreover, the mTOR inhibitor rapamycin preferentially induces PERK arm of the UPR, thereby promoting survival of rapamycin-treated cells. These results show the interest in targeting the UPR in the treatment of NNE GEP. In addition, we here suggest a new resistance mechanism to mTOR inhibitors involving PERK pathway. If these results are confirmed in vivo and ex vivo, the combination of mTOR inhibitor and PERK inhibitor could overcome mTOR inhibitors resistances in GEP NEN

La progression tumorale repose sur l'acquisition progressive d'anomalies génétiques qui vont conduire à la prolifération dérégulée de ces cellules. Il existe cependant des systèmes de protection contre cette progression tumorale que l'on appelle systèmes de sauvegarde. Ainsi, pour se transformer, la cellule tumorale doit franchir ces barrières anti-tumorales. Les résultats de mon travail de thèse, qui avait pour objectif initial d'identifier les altérations moléculaires précoces de l'oncogenèse, m'ont permis de mettre en évidence un nouveau mécanisme de sauvegarde anti-tumoral. Pour cette étude, un modèle d'étude in vitro de l'initiation et de la progression tumorale déclenchée par l'oncogène RET développé par notre équipe a été utilisé. Grâce à l'utilisation de ce système, nous avons pu montrer que le Réticulum Endoplasmique (RE) est un senseur efficace de l'altération du métabolisme glucidique déclenchée par les signalisations oncogéniques, et que le stress qu'il subit alors, conduit à l'apoptose. Ce travail a permis de mettre mis en évidence que les cellules malignes qui franchissent cette barrière peuvent alors bénéficier d'un effet pro-tumorale du SRE. Ainsi, les résultats présentés dans ce manuscrit offrent une meilleure compréhension du rôle complexe que joue le SRE dans la cancérogénèse / Carcinogenesis involves not only inactivation of tumourigenesis barriers, but also alterations in energy metabolism to fulfil the synthetic and bioenergetic requirements for fast and uncontrolled growth. Our study supports a model in which the ER acts as a node between altered glucose metabolism and tumourigenesis barriers. This major site in the cell for protein folding and maturation, can sense glucose limitation that results from oncogenic-mediated increased glucose demand, and consequently trigger unfolded protein response-dependent apoptosis. As such, the ER functions as a surveillance mechanism that suppresses the emergence of tumour cells. Overcoming this early barrier involves a specific attenuation of the pro-apoptotic PERK-CHOP branch of the unfolded protein response, a cellular adaptation that in turn may favour malignant progression. These observations bring new insights into the complex role of the unfolded protein response during tumourigenesis

Dans la mucoviscidose (CF), Pseudomonas aeruginosa colonise les voies respiratoires, conduisant à une inflammation chronique de l’épithélium bronchique. Une analyse transcriptomique antérieure nous a permis d’identifier CHAC1 comme un gène différentiellement exprimé entre les cellules épithéliales bronchiques primaires de patients CF et non-CF, au niveau basal et au cours de l’infection à P. aeruginosa. CHAC1 est une protéine dégradant le glutathion et associée au stress du réticulum endoplasmique et à l’apoptose. L’objectif principal de ce travail était de comprendre la contribution de CHAC1, en particulier dans la réponse inflammatoire et l’apoptose des cellules épithéliales pulmonaires. Nous avons donc, dans un premier temps, confirmé que CHAC1 est surexprimé au niveau ARNm dans les cellules épithéliales bronchiques primaires non-CF par rapport aux cellules CF. Nous avons observé que P. aeruginosa et deux de ses facteurs de virulence, le LPS et la flagelline, induisent l’expression de CHAC1 dans les cellules non-CF. L’expression de CHAC1 induite par le LPS est indépendante de PERK mais implique ATF4. De plus, nous avons observé qu’une réduction de l’expression de CHAC1 est associée, après stimulation par du LPS et de la flagelline, à une modulation des marqueurs inflammatoires notamment l’IL-8, l’IL-6, CCL2 et PGE2. Enfin, nous avons montré que P. aeruginosa n’est pas capable d’induire de l’apoptose dans la lignée de cellules épithéliales bronchiques NCI-H292. Ces résultats suggèrent que la régulation de l’expression de CHAC1 dans les cellules CF pourrait contribuer à la réponse inflammatoire excessive et chronique observée chez les patients atteints de mucoviscidose. / In cystic fibrosis (CF), Pseudomonas aeruginosa colonizes the airways, leading to chronic inflammation of the bronchial epithelium. A previous transcriptomic analysis allowed us to identify CHAC1 as a gene differentially expressed between primary bronchial epithelial cells of CF and non-CF patients at the basal level and during P. aeruginosa infection. CHAC1 is a glutathione-degrading protein associated with endoplasmic reticulum stress and apoptosis. The main objective of this work was to understand the contribution of CHAC1, particularly in the inflammatory response and apoptosis of pulmonary epithelial cells. We therefore first confirmed that CHAC1 is overexpressed at the mRNA level in non-CF primary bronchial epithelial cells relative to CF cells. We observed that P. aeruginosa and two of its virulence factors, LPS and flagellin, induce CHAC1 expression in non-CF cells. The expression of CHAC1 induced by LPS is independent of PERK but involves ATF4. Moreover, we have observed that a reduction in the expression of CHAC1 is associated, after stimulation by LPS and flagellin, with a modulation of the inflammatory markers, in particular IL-8, IL-6, CCL2 and PGE2. Finally, we have shown that P. aeruginosa is not capable of inducing apoptosis in the NCI-H292 bronchial epithelial cell line. These results suggest that CHAC1 is involved in the regulation of bronchial cell inflammation during P. aeruginosa infection and the regulation of CHAC1 expression in CF cells may contribute to the observed excessive and chronic inflammatory response in patients with cystic fibrosis.

Comme décrit dans la partie But du Travail, les tumeurs gliales sont particulièrement agressives d’un point de vue clinique. Le glioblastome, qui correspond au grade de malignité le plus élevé des gliomes, est associé à un pronostic très sombre car aucun patient atteint de ce cancer n’a pu être guéri à ce jour. Ces tumeurs envahissent de manière diffuse (par essaimage de cellules tumorales isolées) le parenchyme cérébral, ce qui empêche une résection chirurgicale complète de la tumeur. De plus, les cellules tumorales gliales d’origine astrocytaire sont souvent résistantes à l’apoptose et donc aux thérapies adjuvantes telles que la chimiothérapie et la radiothérapie. La galectine-1 est une petite protéine intervenant directement dans les processus migratoires des cellules gliales tumorales. Nous avons donc poursuivi la caractérisation des rôles biologiques que pourrait exercer la galectine-1 au sein des gliomes.<p>Nous avons tout d’abord montré que la galectine-1 est impliquée dans la chimiorésistance des gliomes. En effet, nous avons démontré que la diminution du taux d’expression de la galectine-1, au moyen d’un siRNA au sein d’un modèle de gliome expérimental, permet d’augmenter le bénéfice thérapeutique du témozolomide in vivo sans toutefois induire d’apoptose, d’autophagie ou de perméabilisation de la membrane des lysosomes. Nous avons également montré que la diminution du taux d’expression de la galectine-1 au sein de ce modèle de gliome expérimental affecte les processus d’angiogenèse in vivo et de « vasculogenic mimicry » in vitro. Nous avons identifié la protéine ORP150 comme l’une des principales cibles de l’effet pro-angiogénique de la galectine-1, sachant que la protéine ORP150 contrôle la maturation du facteur VEGF. Nous avons ensuite montré que le rôle de la galectine-1 dans la chimiorésistance des gliomes et dans l’angiogenèse est directement lié à l’implication de la galectine-1 dans le processus de réponse au stress du réticulum endoplasmique. Via ce processus, la galectine-1 modulerait l’expression d’un certain nombre de gènes tels que ATF3, DUSP5 et HERP, qui sont impliqués dans la chimiorésistance et des gènes tels que ORP150 et MDG1 qui sont impliqués dans l’angiogenèse. <p>Enfin, nous avons également montré que la galectine-1 régule l’expression du gène BEX2 et que celui-ci joue un rôle important dans la biologie des gliomes, notamment dans les processus d’angiogenèse et de migration cellulaire. <p>En conclusion, notre travail suggère que l’étiquette « biomarqueur » pourrait être attribuée à la galectine-1 pour qualifier l’agressivité biologique des gliomes malins et que la galectine-1 pourrait représenter une nouvelle cible thérapeutique dans le combat contre les gliomes malins en général, et le glioblastome en particulier.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’impératif d’une aquaculture durable conduit à orienter l’alimentation des poissons vers la substitution de la farine de poisson par des produits végétaux renouvelables. Toutefois, ce remplacement est souvent limité par des niveaux trop faibles en méthionine dans les matières premières végétales. Ainsi la supplémentation en méthionine de ces nouveaux régimes à base de végétaux est essentielle, mais requière une bonne connaissance de son rôle pour adapter les apports aux conditions physiologiques des poissons tout en prenant en compte les contraintes économiques et environnementales de production. Dans ce contexte, cette thèse avait pour principal objectif de caractériser les effets induits par une carence en méthionine sur le métabolisme mitochondrial de la truite arc en ciel. Les résultats obtenus dans notre première étude montrent que l'alimentation de truites avec un régime déficient en méthionine entraîne une baisse des performances de croissance associée à une baisse de l’intégrité mitochondriale et une diminution du statut oxydatif dans le foie. Nous démontrons également que ces perturbations s’accompagnent de l’induction d’un processus de dégradation des mitochondries par autophagie (appelé mitophagie) ainsi que d’une augmentation du stress du Réticulum Endoplasmique (RE) et de l’apoptose. Ces données originales publiées dans le journal Scientific Reports mettent ainsi en évidence les liens étroits qui existent entre différentes fonctions cellulaires pour faire face à un déséquilibre nutritionnel en méthionine. Outre cet effet à court terme, nous démontrons également, dans un seconde étude, qu’une carence en méthionine alimentaire pendant une courte période (2 semaines) lors des premiers repas des alevins entraîne une induction à long terme de facteurs liés à la mitophagie. Ces résultats, soumis à publication dans Journal of Experimental Biology, démontrent ainsi pour la première fois la mise en place d’un processus de programmation de cette fonction cellulaire par une carence précoce en méthionine. L’enrichissement en H3K4me3 et H3K36me3 des foies des poissons issus d’alevins carencés en méthionine par rapport aux poissons témoins suggère une implication de mécanismes épigénétiques dans ces effets. Enfin, dans une troisième étude qui se détache de la thématique principale de la thèse et qui a fait l’objet d’une publication dans le journal Frontiers in Physiology, nous nous sommes attachés à préciser les interactions existante entre l’autophagie, l’homéostasie du RE et le métabolisme intermédiaire. Dans l’ensemble, ces données approfondissent notre compréhension du rôle de la méthionine alimentaire au niveau cellulaire et soulignent le potentiel de cet acide aminé en tant que levier pour appliquer de nouvelles stratégies alimentaires, comme la programmation nutritionnelle, afin d’optimiser la nutrition et la santé des poissons d'élevage. / The expansion of the aquaculture industry in combination with limited availability and high prices of fishmeal has prompted feed producers to include more plant proteins in the aquaculture feeds. However, replacement of fish meal with plant proteins is often limited by the level of methionine in the alternative plant protein sources. Understanding of the different roles of methionine in fish is therefore essential to develop new diets and/or feeding strategies that are in tune with optimal fish growth, environmental and economic constraints. In this context, the main objective of this thesis was to characterize the effects induced by methionine deficiency on the hepatic mitochondrial metabolism in rainbow trout. The results obtained in our first study show that feeding trout with a methionine deficient diet leads to a decrease in growth performance associated with a decrease in both mitochondrial integrity and oxidative stress in the liver. We also demonstrate that these defects are accompanied by the induction of an autophagy-dependent mitochondrial degradation process (called mitophagy) as well as an increase in Endoplasmic Reticulum (ER)-stress and apoptosis. These original data published in Scientific Reports thus highlight the existence of close interactions between different cellular functions to cope to a dietary methionine deficiency. In addition to this short-term effect, we also demonstrate in a second study (submitted for publication in the Journal of Experimental Biology), that early nutritional stimulus during two weeks with a methionine deficient diet resulted in a long term programming of mitophagy. The enrichment of H3K4me3 and H3K36me3 in the liver of fish from methionine-deficient fry compared to their control counterparts suggests that epigenetic mechanisms are involved in these effects. Finally, in a third and last study, recently accepted for publication in Frontiers in Physiology, we sought to clarify, in primary culture of trout hepatocytes, the existing interactions between autophagy, ER homeostasis and intermediate metabolism under amino acid deprived conditions. Together, the results obtained in the present thesis extended our understanding of the role of dietary methionine at cellular level and emphasize the potential of this amino acid to apply new feeding strategies, such as nutritional programming, to optimize the nutrition and health of farmed fish.

Le stress du Réticulum Endoplasmique (RE) est impliqué dans la physiopathologie des maladies rénales, et la réponse UPR (Unfolded Protein Response), qui est activée en réponse à ce stress, joue un rôle important dans l'homéostasie des cellules tubulaires rénales et des podocytes. L’étude des mécanismes moléculaires et des conséquences de l'activation de cette voie est donc importante dans la compréhension de la physiopathologie des maladies rénales et dans la caractérisation de biomarqueurs de lésions évolutives. L’Angiogénine (ANG, appelée également RNase 5) est une ribonucléase secrétée, qui est impliquée dans la réponse à certains stress cellulaires, et permet une adaptation cellulaire et tissulaire.
L'objectif de ce travail a été de mettre en évidence les mécanismes de régulation et les fonctions biologiques de l'ANG en réponse au stress du RE. A partir d'un modèle de cellules tubulaires rénales humaines en culture, nous avons montré que le stress du RE induisait l’expression de l’Angiogénine ainsi que sa sécrétion. Cette observation a été également faite sur différents modèles murins de lésions rénales. Le facteur transcriptionel sXBP1, activé par le transducteur de la réponse UPR, IRE1a, est directement impliqué dans la régulation de l'expression de l'Angiogénine.
Nous avons mis en évidence que l'Angiogénine participait à l’inhibition de la traduction protéique en réponse au stress du RE en produisant des fragments d'ARN de transfert appelés tiRNAs (stress-induced tRNA fragments) qui répriment la traduction des protéines en interférant avec le complexe initiateur de la traduction. L'Angiogénine favorise la survie cellulaire en réduisant l'apoptose induite par le stress du RE, et des souris invalidées pour le gène codant l'Angiogénine sont plus sensibles aux lésions de nécrose tubulaire aigues induites par la Tunicamycine. Outre les propriétés cellulaires "intrinsèques" de l'Angiogénine, nous avons également caractérisé les mécanismes de sécrétion de l'Angiogénine par l'épithélium rénal en situation de stress du RE. La sécrétion épithéliale de l'Angiogénine est sous le contrôle des facteurs transcriptionnels NF-κB et sXBP1, et se produit sous un mode conventionnel, c’est-à-dire dépendant du transit par l'appareil de Golgi. A ce titre, la régulation de l'Angiogénine est similaire à celle de l'Interleukine 6. L'Angiogénine induit une polarisation des macrophages vers un phénotype pro-inflammatoire. Enfin, considérant que l'Angiogénine est secrétée par l'épithélium rénal en situation de stress, nous avons montré que l’Angiogénine peut être un marqueur non invasif de souffrance rénale. L'Angiogénine peut être quantifiée dans les urines de patients porteurs de maladies rénales, et sa concentration est corrélée à la concentration urinaire de Retinol Binding Protein (une protéine de petit poids moléculaire, marqueur de dysfonction tubulaire), mais pas avec celle de l'Albumine. En outre, la concentration urinaire d'Angiogénine est significativement plus élevée dans les urines de patients transplantés rénaux dont la biopsie rénale met en évidence des lésions de tubulite (rejet aigu cellulaire et néphropathie associée au BK virus) que dans les urines de patients indemnes de lésions tubulaires (rejet humoral, ou absence de lésions histologiques). Nous avons mis en évidence par immuno-histochimie un marquage nucléaire du facteur transcriptionnel sXBP1 dans les tubules de reins porteurs de lésions de tubulite, suggérant un lien potentiel entre sécrétion d'Angiogénine et activation du facteur transcriptionnel sXBP1 dans un environnement inflammatoire. En conclusion, nous avons intégré la régulation l'Angiogénine dans la réponse épithéliale rénale au stress du RE, et caractérisé ses fonctions biologiques intracellulaires et paracrines. Notre travail a identifié l'Angiogénine urinaire en étant que potentiel marqueur de lésions rénales tubulaires. / The Endoplasmic Reticulum (ER) stress is involved in the pathophysiology of renal diseases ; the UPR (Unfolded Protein Response), which is activated in response to that stress plays an important role in renal tubular cells and podocytes homeostasis and consequently in tissu homeostasis. Understanding the molecular mechanisms and the consequences of the activation of this pathway is important to characterize the pathophysiology of renal diseases and identification of biomarkers of ongoing lesions. Angiogenin (ANG, also known as RNase 5) is a secreted ribonuclease, which is involved in the cellular stress response, it allows cell and tissue adaptation. The goal of this work was to clarify and identify the mechanisms regulating Angiogenin’s expression and its biological functions during ER stress. Using a human renal tubular cell line, we have shown that ER stress induces the expression of angiogenin and its secretion. This observation was also made on several murine models of renal injury. The transcriptional factor sXBP1 activated by the UPR transducer, IRE1α, is directly involved in regulating the expression of angiogenin. We have shown that angiogenin participates in the inhibition of protein translation in response to ER stress by cleaving transfer RNA and generating tiRNAs (stress-induced tRNA fragments) that suppress protein translation by interfering with the translation initiation complex. Angiogenin promotes cell survival by reducing ER stress-induced apoptosis, ANG knockout mice are more sensitive to acute tubular necrotic lesions induced by tunicamycin. In addition to the cell-autonomous effects of angiogenin, we also characterized the mechanisms by which Angiogenin is secreted by the renal epithelium under ER stress. Angiogenin is secreted in a conventional manner under the control of the transcriptional factors NF-kB and sXBP1. As such, the regulation of angiogenin is similar to Interleukin-6. We also demonstrated that Angiogenin induces macrophage polarization to a pro-inflammatory phenotype. Finally, considering that angiogenin is secreted by the renal epithelium under stress, we have shown that angiogenin may be a noninvasive marker of kidney injury. Angiogenin can be quantified in the urine of patients with kidney disease, its urinary concentration is correlated to the urinary concentration of Retinol Binding Protein (a low molecular weight protein marker of tubular dysfunction), but not with that of Albumin . In addition, the urinary concentration of angiogenin is significantly higher in the urine of renal transplant patients whose renal biopsy highlights tubulitis lesions (cell acute rejection and BK virus associated nephropathy) than in the urine of patients without histological tubular damage (antibody-mediated rejection, or no visible histological lesions). We have demonstrated by immuno-histochemistry a tubular nuclear localization of the activated transcriptional factor sXBP1 in the biopsies of patients with high tubulitis score, suggesting a potential relationship between the secretion of Angiogenin and the activation of transcriptional factor sXBP1 within an inflammatory environment. To conclude, we have described Angiogenin as a new mediator of the integrated ER stress response, and characterized its cell- and non-cell-autonomous biological functions. Our study have identified urinary angiogenin as a potential marker of ongoing kidney tubular injuries.

Le métabolisme des lipides joue un rôle prépondérant dans le cancer. Ce métabolisme a pour effet, particulièrement grâce à la production de phospholipides (PLs), de supporter le niveau accru de prolifération mais aussi de réguler finement des mécanismes intra-cellulaires et extra-cellulaires qui promeuvent le maintien et la progression des cellules cancéreuses. Parmi tous ces acteurs, les gouttelettes lipidiques (GLs), connues pour leur fonction de réservoir, commencent à dévoiler leurs côtés sombres. Notre premier projet nous a permis de mettre en avant l’accumulation de GLs par des cellules de cancer colorectal (CCR) chimiorésistantes. La formation de GLs est régie par l’expression de l’enzyme lysophosphatidylcholine acyltransférase 2 (LPCAT2), permettant la production de phosphatidylcholine. Elle a pour effet de protéger le réticulum endoplasmique (RE) de l’induction d’un stress prévenant l’activation d’une mort cellulaire immunogène. Ces modulations lipidiques peuvent également se retrouver dans le plasma, où elles font l’objet de l’identification de biomarqueurs. Dans ce contexte, nous avons montré dans un second projet, que certains PLs pouvaient diagnostiquer la présence d’un carcinome hépatocellulaire (CHC) sur un foie cirrhotique. Ces deux aspects soulignent l’importance du métabolisme des PLs dans les cancers digestifs. / Among all altered cancer metabolic pathways, lipid metabolism has a preponderant role in cancer development. This metabolism, especially through the production of phospholipids, supports high level of proliferation and carefully regulates intra-cellular and extra-cellular mechanisms promoting maintenance and progression of cancer cells. Among all metabolic players, lipid droplets (LD), known for their storage function, begin to reveal dark sides. Our first project led us to highlight LD involvement in the chemoresistance of colorectal cancer (CRC) cells. This resistance carries out thanks to LD accumulation during chemotherapy treatment. Their accumulation is regulated by the expression of lysophosphatidylcholine acyltransferase 2 (LPCAT2), leading to the production of phosphatidylcholine. It causes the protection of the endoplasmic reticulum (ER) stress induction preventing the activation of immunogenic cell death. These lipid modulations can also be found in plasma where they can be identified as biomarkers. In this context, we have shown that some phospholipids could prognosticate hepatocellular carcinoma (HCC) upon cirrhotic liver. These two aspects highlight the significance of phospholipid metabolism in digestive cancers.

La stéaroyl Co-A désaturase (SCD) est l'enzyme clé du métabolisme des acides gras mono-insaturés (AGMI). Son activité 9 désaturase introduit une double liaison cis en position 9 des acides gras saturés (AGS), formant des AGMI. Une altération de la voie de biosynthèse des AGMI est impliquée dans de nombreuses pathologies, telles que le cancer et les maladies cardiovasculaires. Les cellules cancéreuses présentent une synthèse de novo en acide gras accrue avec une accumulation d'AGMI. Ce changement dans le métabolisme des acides gras est associé à la surexpression de la SCD1. Plusieurs études ont démontré que l'inhibition de SCD1 conduit au blocage de la prolifération et l'induction de l'apoptose dans les cellules cancéreuses. Néanmoins, les mécanismes d'activation mort cellulaire restent à être mieux compris. Dans cette étude, nous avons démontré que l'extinction de SCD1 par siRNA, inhibiteur synthétique ou naturel induit l'abolition de la synthèse de novo AGMI dans les cellules cancéreuses ou non. L'activation de la mort cellulaire par apoptose lors de l'inhibition de SCD1 n'est observée que dans les cellules cancéreuses. En outre, la déplétion en SCD1 induite un stress du réticulum endoplasmique, ces caractéristiques étant l'épissage de l'ARNm XBP1, la phosphorylation de eIF2α et augmentation de l'expression CHOP. Toutefois, l'activation du stress du RE lors de l'abolition de SCD1 est particuliers puisque nous ne mettons pas en évidence de modification de l'expression de la protéine chaperonne GRP78, une autre caractéristique du stress du RE. Enfin, nous avons montré que l'induction de CHOP participe à l'activation de la mort cellulaire lors de l'extinction de SCD1. En effet, la surexpression de constructions dominants négatifs et anti-CHOP restaure partiellement la viabilité des cellules cancéreuses déplétées en SCD1. Pour conclure, ces résultats suggèrent que l'inhibition de la synthèse de novo en AGMI via l'extinction de SCD1 pourrait être une cible thérapeutique prometteuse contre le cancer en induisant la mort cellulaire par l'activation de la voie du stress du réticulum endoplasmique et du facteur de transcription CHOP. Nous nous sommes également intéressés à la régulation de SCD par différents AGMI dans un modèle cellulaire en lien avec la pathologie athéromateuse. De nombreux facteurs de risque participent au développement de cette pathologie, parmi lesquels les acides gras trans (AGT). En effet, des études épidémiologiques ont mis en corrélation la consommation d'AGT d'origine industrielle et le risque de maladie cardiovasculaire. Les AGT pourraient jouer leurs effets athérogènes par l'altération du métabolisme lipidiques des cellules vasculaires. L'accumulation de lipides dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CML) est une caractéristique de l'athérosclérose et une conséquence de la lipogenèse accrue. L'expression de la SCD est associée à l'induction de la lipogenèse et développement de l'athérosclérose. Nous nous sommes intéressés à la régulation de l'activité SCD1 dans les CML exposés à des isomères d'AGMI en C18 [l'acide cis-9oléique(OL), l'acide trans-11 vaccénique (TVA) ou l'acide trans-9 élaïdique (ELA)]. Nous avons montré que la SCD, présente dans les CML était régulée différemment selon l'isomère en C18 :1. En effet, nous observons une augmentation de l'expression et de l'activité de SCD1 sous l'effet d'un traitement par ELA et une diminution importante pour le traitement par OL. L'effet du TVA sur l'expression et l'activité dans les CML reste modeste mais une diminution est néanmoins trouvée. Nous avons corrélé l'activité de SCD avec son niveau d'expression protéique. En effet, celle-ci est augmentée par l'ELA et diminuée par l'OL. Cette régulation n'est pas post-traductionnelle et l'expression de SCD1 lors des traitements par l'OL et l'ELA est moduler au niveau transcriptionnel.Pour conclure, nous avons démontré une modulation de l'activité SCD par des AGMI (C18: 1) de configuration cis et [...]