Le rein natif et le greffon rénal peuvent être soumis à de multiples agressions conduisant à la détérioration progressive du parenchyme. Ces agressions peuvent être spécifiques (stress toxique, immunologique) et/ou non spécifiques (stress ischémique) et vont engendrer des réponses pouvant entraîner à la fois une diminution de la consommation d’énergie, une augmentation des apports afin de maintenir l’homéostasie tissulaire et la survie mais aussi une réaction inflammatoire et l’apoptose pouvant conduire à la fibrose. Parmi celles-ci, on peut nommer les voies HIF1α, mTOR, le stress du réticulum endoplasmique (RE), l’autophagie, l’activation de l’immunité innée et acquise. La réponse adaptative qui suit le stress du RE, la réponse UPR (Unfolded protein response), est une voie adaptative dont les implications sont actuellement encore peu connues dans le domaine de la pathologie rénale. Celle-ci se compose de trois effecteurs principaux : Perk, Ire1 et ATF6. A l’aide de deux modèles de stress toxique (ciclosporine) et ischémique (carence en glucose) sur deux modèles cellulaires distincts (cellulaires endothéliales artérielles et cellules tubulaires rénales), et dans des modèles in vivo, nous avons montré que le stress du RE était impliqué à la fois dans l’apparition de modifications phénotypiques endothéliales évocatrices de transition endothélio-mésenchymateuse induites par la ciclosporine et à la fois dans l’induction de réponses inflammatoire (régulation de NF-κB par Ire1) et angiogénique (régulation distincte de VEGF, bFGF et angiogénine par Perk et Ire1) induites par la carence en glucose. La réponse UPR semble modulée de façon subtile au cours de ces stress car les trois effecteurs n’engendrent pas des réponses identiques. Ces travaux apportent ainsi une meilleure compréhension des mécanismes d’adaptation au cours de stress variés, montrent que le stress du RE est impliqué dans ces réponses adaptatives et que la réponse peut être différente selon les effecteurs de la réponse UPR. Cette meilleure compréhension pourra permettre de valider des biomarqueurs précoces et des modulateurs de la réponse UPR afin de prévenir la dégradation du parenchyme rénal. / Native and grafted kidneys are stressed by multiple specific or non-specific insults leading to progressive structural deterioration. Responses to these insults are adaptive and preserve cell survival but may also promote inflammation, fibrosis and apoptosis. The most important of these adaptive pathways are HIF1α pathway, mTOR pathway, autophagy, unfolded protein response (UPR). The consequences of the UPR in kidney injuries are not well known. The objective of this study is to delineate the mechanisms and consequences of the activation of the UPR in response to toxic (cyclosporine) and ischemic (glucose starvation) stresses in two distinct cellular models (arterial endothelial cells and renal tubular cells). Here, we showed that UPR was engaged in cyclosporine-induced endothelial phenotypic changes, glucose starvation-induced inflammatory and angiogenic responses: NF-κB regulation by Ire1; distinct VEGF, bFGF and angiogenin regulation by Perk and Ire1. UPR is subtly modulated since its transducers do not induce identical processes. In conclusion these comprehensive works, we demonstrate the UPR is implicated in stress-induced adaptive pathways with different downstream responses according to the effector. Renal tissue degradation could be prevented by discovering and validating early biomarker and UPR modulators.

Les connaissances actuelles en pathologie hépatique suggèrent que HCV n'est pas directement oncogénique mais expose les patients au risque de cancer du foie dans un contexte inflammatoire associé à une réponse UPR (Unfolded Protein Response) et une régénération hépatique. La nétrine-1, le ligand canonique de la famille des DRs (Récepteurs à dépendance), est une protéine anti-apoptotique impliquée dans le développement, l'inflammation et la tumorigenèse. Les DRs induisent l'apoptose en absence de leurs ligands. A ce jour, il n'existe aucune donnée reliant le concept de DR et les virus oncogènes. Au cours de ma thèse, j'ai contribué à démontrer que la fonctionnalité des DRs était altérée au cours de l'infection par HCV in vitro et in vivo. Nous avons montré que la surexpression de la nétrine-1 augmente l'infectivité des virions et promeut leur entrée via l'activation et la diminution du recyclage de l'EGFR. De son coté, HCV augmente l'expression de la nétrine-1 suite à l'activation de l'épissage de son ARN pré-messager. Nous avons aussi montré que l'expression du récepteur à la nétrine-1, UNC5A, était diminuée au cours de l'infection suite à des diminutions transcriptionnelle et traductionnelle. Dans ce cadre, la nétrine-1 joue le rôle de facteur proviral en inhibant une potentielle voie de signalisation antivirale induite par le récepteur UNC5A non lié. Nous avons ensuite voulu savoir quelles conséquences cette surexpression de nétrine-1 pourrait avoir en physiopathologie hépatique en contexte non infectieux. Un stress du RE (Réticulum Endoplasmique) est observé au cours de l'infection par HCV. Le stress du RE entraîne l'activation de la réponse UPR qui induit l'apoptose médiée par la DAPK1 en cas de stress prolongé. Le fait que le récepteur UNC5B active aussi l'apoptose via l'activation de la DAPK1 nous a conduit à étudier l'implication de la nétrine-1 dans la survie cellulaire au cours de la réponse UPR en contexte hépatique. Nous avons démontré à la fois in vitro et in vivo que l'expression de la nétrine-1 pourrait protéger les cellules contre l'apoptose induite par la réponse UPR suite à sa liaison aux récepteurs UNC5A et C qui entraîne l'inhibition de la DAPK1. De nombreuses études ont également reporté des rôles de la nétrine-1 dans l'inflammation et la néoangiogenèse. Nous avons montré que la nétrine-1 inhibe la migration transendothéliale hépatique des PBMCs (Peripheral Blood Mononucleated Cells) et accélère la tubulogenèse des cellules endothéliales intrasinusoïdales hépatiques. Dans leur ensemble, mes travaux de thèse suggèrent que la nétrine-1 via ses récepteurs UNC5s joue des rôles délétères en pathophysiologie hépatique favorables à la persistance virale et à la résistance à la mort cellulaire / Current knowledge in hepatic pathology suggests that HCV is not directly oncogenic but puts patients at risk for liver cancer in a context associated with a chronic inflammation, UPR (Unfolded Protein Response) and liver regeneration. Netrin-1, the canonical ligand of the DR (Dependence Receptor) family, is an antiapoptotic secreted factor implicated in development, cancer and cancer-associated inflammatory diseases. DRs induce cell death when unbound. No data linking the DR system to oncogenic viruses are available to date. During the first part of my PhD, I contributed to demonstrate that HCV infection alters DR functionality both in vitro and in vivo. We found that Netrin-1 conditions HCV virion infectivity and promotes virion entry by increasing the activation and decreasing the recycling of the EGFR. In turn, HCV increases Netrin-1 expression through enhanced Netrin-1 pre-mRNA splicing. The Netrin-1 UNC5A receptor expression was decreased upon HCV infection through diminished transcription and translation. In this setting, Netrin-1 acts as a proviral factor by inhibiting a putative antiviral signaling pathway conveyed by the unbound UNC5A receptor. In this context, we wanted to determine what consequences such Netrin-1 up-regulation could induce in non-infectious hepatic pathophysiology. Chronic ER (endoplasmic reticulum) stress is observed during HCV infection. ER stress leads to UPR activation which triggers apoptosis via DAPK1 activation upon prolonged stress. The fact that the UNC5B receptor induces apoptosis through DAPK1 activation led us to investigate Netrin-1 implication in cell survival upon UPR in the liver. During the second part of my PhD, I have demonstrated both in vitro and in vivo in mice that Netrin-1 translation during UPR could protect cells against UPR-related cell death after binding to UNC5A and C, in a DAPK1-mediated fashion. Several studies have also identified Netrin-1 roles in inflammation and neo-angiogenesis. We found that Netrin-1 inhibits hepatic transendothelial migration of PBMCs (Peripheral Blood Mononucleated Cells) and accelerates tubulogenesis of liver sinusoidal endothelial cells. Netrin-1’s role in a hepatic inflammation and neoangiogenesis, both events being tightly associated with viral hepatitis, remains to be thoroughly elucidated. Altogether, our results suggest that Netrin-1 plays UNC5-dependent deleterious roles in hepatic pathophysiology, leading to viral persistence as well as resistance to cell death

Le métabolisme de la cellule cancéreuse s’adapte aux besoins en macromolécules de cette cellule en prolifération et en réponse aux signaux du microenvironnement tumoral. Ainsi, la biosynthèse des acides gras monoinsaturés (AGMI), est augmentée dans les cellules cancéreuses coliques et associée à une augmentation de l’activité de la stéaroyl-CoA désaturase (SCD), enzyme limitante de cette synthèse. Les acides gras polyinsaturés (AGPI) comme les isomères conjugués de l’acide linoléique (CLA), c9,t11 CLA et t10,c12 CLA possèdent à la fois un effet inhibiteur sur l’activité SCD et un effet anti-tumoral dont les mécanismes moléculaires restent à préciser. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail furent d’évaluer le rôle de SCD-1 dans la survie de la cellule cancéreuse colique (CCC) et les mécanismes de régulation sous-jacents mais également d’apporter des éléments nouveaux sur les régulations à l’origine de l’effet anti-prolifératif des CLA. Nous avons tout d’abord montré que l’extinction de l’expression de SCD-1 conduit à l’apoptose des CCC dépendante de CHOP. En revanche l’extinction de SCD 1 n’affecte en rien les cellules non cancéreuses. Par ailleurs, nous avons étudié les effets sur la viabilité des CCC de deux isomères de l’acide linoléique le c9,t11-CLA et le t10,c12-CLA in vitro. Nos résultats montrent que seul le t10,c12-CLA induit une mort cellulaire par apoptose des CCC sans affecter la survie de cellules coliques non transformées. Il apparait aussi être le seul isomère à réduire la biosynthèse des AGMI dans les CCC. La mort induite par le t10,c12 CLA dans les CCC est dépendante de l’activation d’un stress du RE via la production d’espèces réactives de l’oxygène.Nos travaux apportent des éléments nouveaux dans la compréhension du rôle de SCD 1 dans la survie des cellules cancéreuses coliques et les mécanismes d’action du t10,c12 CLA. Notre étude soutient l’hypothèse de faire de la biosynthèse des AGMI une cible thérapeutique possible dans le traitement des cancers colorectaux / Cancer cells adapt their metabolism in response to signals from the microenvironment and proliferation. Thus, MonoUnsaturated Fatty Acid (MUFA) synthesis is increased in colon cancer cells, and associated with increased Stearoyl-CoA Desaturase (SCD) activity, the rate limiting enzyme of MUFA biosynthesis. Polyunsaturated Fatty Acid (PUFA), as isomers of conjugated linoleic acid (CLA), exert inhibitor activity on SCD-1 and have anti-cancer properties, but their mechanisms are not yet clear. In this context, the aim of this work was first to evaluate the role of SCD-1 in the proliferation of colon cancer cells (CCC) and to define the underlying mechanisms. In a second time, we provide new information about regulation of the anti-proliferative effect of CLA. In a first time we showed that extinction of SCD-1 induces CCC apoptosis through CHOP expression. In contrast, the extinction of SCD-1 has no effect on viability of non cancerous cells. In addition, we studied effects of two isomers of CLA, c9,t11-CLA and t10,c12 CLA, on CCC viability in vitro. We showed that only t10,c12 CLA induces apoptotic CCC death without affecting survival of untransformed colon cells. t10,c12 CLA seems to be also the only to repress MUFA synthesis. It is also shown that cell death induced by t10,c12 CLA is ER stress dependent through reactive oxygen species generation. This work provides new information about SCD 1 role in colon cancer cells survival and mechanism of t10,c12 CLA. This study supports the hypothesis to consider MUFA biosynthesis as a potential therapeutic target in colorectal cancer treatment.

Le syndrome métabolique est constitué d'une constellation d'anomalies métaboliques telles que l'obésité centrale, une altération de la glycémie à jeun, une hypertriglycéridémie, un faible taux de cholestérol HDL et de l'hypertension artérielle. Les maladies cardiovasculaires caractérisées par une dysfonction endothéliale sont le résultat clinique primaire du syndrome métabolique. De plus, les microparticules (MP), de petites vésicules membranaires libérées de la membrane plasmique des cellules activées et / ou apoptotiques ont été décrites comme étant impliquées dans la pathogenèse du syndrome métabolique car elles induisent une dysfonction endothéliale par la diminution du monoxyde d’azote (NO). D'autre part, des MPs générées à partir de cellules T apoptotiques sont capables induire une dysfonction endothéliale par la diminution de la production de NO. Cependant, les mécanismes par lesquels les MPs humaines induisent cette dysfonction endothéliale ne sont pas complétement élucidés. Ainsi, l'objectif de cette étude est d'étudier les mécanismes par lesquels les MPs humaines induisent une dysfonction endothéliale. / Metabolic syndrome (MetS) consists of a constellation of metabolic abnormalities such as central obesity, impaired fasting glucose, hypertriglyceridemia, low HDL cholesterol and hypertension. Cardiovascular diseases are the primary clinical outcome of MetS whereas endothelial dysfunction represents a primary disturbance in cardiovascular events. Recently, it has been shown that microparticles (MPs), small membrane vesicles released from the plasma membrane of activated and/or apoptotic cells, are involved in the pathogenesis of MetS by inducing endothelial dysfunction through the decrease of nitric oxide (NO) production. Also, MPs from apoptotic T cells induce endothelial dysfunction by decreasing NO production. However, the mechanism through which this endothelial dysfunction takes place is not completely elucidated. Thus, the objective of this study is to study the mechanisms through which human MPs induce endothelial dysfunction.

No description available.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est un problème de santé publique majeur qui est considéré comme un facteur indépendant de risque de survenue d’un infarctus du myocarde (IM). Les altérations cardiovasculaires associées au SAOS sont principalement dues à l’hypoxie intermittente (HI) chronique. En particulier, l’HI induit l’activation du facteur de transcription hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1), susceptible d’être impliqué dans la vulnérabilité accrue du myocarde à l’ischémie-reperfusion. L’objectif de cette thèse était d’étudier le rôle de HIF-1 dans les mécanismes induits par l’HI et impliqués dans l’augmentation de la taille de l’infarctus suite à une ischémie-reperfusion. Ces travaux ont mis en évidence deux nouveaux effets délétères de l’HI, à savoir l’induction d’un stress du réticulum endoplasmique (RE) et d’altérations mitochondriales. A travers, l’inhibition génétique et/ou pharmacologique de HIF-1, nous avons montré que HIF-1 apparaît comme un acteur primordial dans l’ensemble des mécanismes délétères de l’HI, incluant ceux découverts lors de cette thèse. De plus, HIF-1 joue un rôle majeur dans l’augmentation de la taille de l’IM induite par l’HI chronique. Parallèlement, son activation myocardique est corrélée à l’index d’apnées-hypopnées chez des patients apnéiques atteints d’une maladie coronarienne (comparativement aux non-apnéiques). Par conséquent, l’activation de HIF-1 pourrait être utilisée comme marqueur diagnostic du SAOS chez les patients à risque cardiovasculaire. HIF-1 pourrait également représenter une cible pour le développement de nouvelles thérapies complémentaires ou substitutives aux traitements actuels. / Obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) is a major public health problem that is considered an independent risk factor for the occurrence of myocardial infarction (MI). The cardiovascular alterations associated with OSA are mainly due to the chronic intermittent hypoxia (IH). In particular, activation by IH, the hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) transcription factor likely contributes to enhance myocardial vulnerability to ischemia-reperfusion injury. The aim of this thesis was to study the role of HIF-1 in the mechanisms involved in the increase in MI induced by chronic IH. This work has highlighted two new deleterious consequences of IH exposure, namely endoplasmic reticulum (ER) stress and mitochondrial alterations. Through genetic and/or pharmacological inhibition of HIF-1, we have shown that HIF-1 appears to be a primordial actor in all the deleterious mechanisms of IH, including those discovered during this thesis. HIF-1 also appears to play a major role in the IH-induced increase in MI size. In parallel, its myocardial activation is correlated with the apnea-hypopnea index in apnoeic, compared to non-apnoeic, patients with coronary heart disease. Therefore, HIF-1 activation could serve as a diagnostic marker of OSA in patients with cardiovascular risk. HIF 1 could also be a target for new therapeutic approaches, in complement or replacement of standard treatments.

L'obésité est un facteur de risque majeur de cancer. Il est connu qu’une adiposité élevée prédispose à un stress inflammatoire accru et potentialise la croissance tumorale. Néanmoins, les mécanismes restent mal définis. De façon intéressante, la sénescence cellulaire, ou le programme moléculaire causant l’arrêt du cycle cellulaire suite à un stress insurmontable, favorise l'inflammation chronique et délétère pendant l'obésité. Nous avons donc émis l’hypothèse que l'obésité puisse être un inducteur de sénescence protumoral qu’il est possible d’exploiter, via une stratégie sénolytique, pour ralentir ou même bloquer le développement de tumeurs. Grâce à des marquages de coupes histologiques de tumeurs métastatiques, nous avons montré que les masses malignes de patients ayant un indice de masse corporelle (IMC)>35 sont associées à des marqueurs de sénescence. Cette découverte suggère une charge élevée de cellules sénescentes chez ses patients. Alors que la sénolyse, ou l’élimination thérapeutique des cellules sénescentes, s'est révélée très prometteuse dans le traitement de plusieurs maladies liées à l'âge, son efficacité en tant que traitement du cancer est souvent mitigé et dépend des antécédents du patient. Dans notre étude, nous avons utilisé un modèle murin d'obésité induit par la diète combinée avec un modèle d’injections syngéniques de différentes lignées cancéreuses occasionnant des réponses immunogéniques faibles, légères ou hautes. Chez les souris sur une diète riche en gras, nous avons identifié des cellules cancéreuses sénescentes spécifiquement dans les tumeurs faiblement immunogènes, soit faiblement reconnue par le système immunitaire et donc difficile à traiter. Un traitement sénolytique avec l'inhibiteur de la famille BCL-2 ABT-263 abolit la réponse protumorale observée via l'ablation des cellules cancéreuses sénescentes. Ainsi, nous proposons que les thérapies combinatoires avec des agents sénolytiques devraient être envisagées pour traiter les patients cancéreux présentant une adiposité accrue. De plus, dans la même cohorte de patients où nous avons rapporté des marqueurs de sénescence dans les tissus malins, les patients obèses ont aussi montré une expression importante de Toll-like receptor 4 (TLR4). Nous avons donc émis l’hypothèse que le récepteur TLR4 joue un rôle important dans l’établissement d’un microenvironnement tumoral qui favorise la sénescence cellulaire et la croissance tumorale de souris en surplus de poids. Dans notre étude, nous rapportons que l'expression systémique de TLR4 est importante pour la croissance tumorale induite par l'obésité. Nous montrons également que l’induction d’un stress du réticulum endoplasmique médié par Inositol requiring enzyme 1a (IRE1ɑ) dans les cellules myéloïdes associées à une tumeur, favorise la sénescence des cellules cancéreuses, dans un contexte de faible immunogénicité, via TLR4. Ce travail établit les fondements d’une compréhension moléculaire du lien entre les régimes à forte teneur calorique et l'immunité protumorale. / Obesity is a major risk factor for cancer. High adiposity predisposes to increased inflammatory stress, which potentiates tumor growth. However, the mechanisms remain poorly defined. Interestingly, cellular senescence, or the molecular program causing cell cycle arrest following insurmountable stress, is known to promote chronic and deleterious inflammation during obesity. We therefore hypothesized that obesity could be an inducer of a protumoral senescence that can be exploited, via a senolytic strategy, to slow down or even block tumor development. Through histological sections of metastatic tumor, we show that malignant masses from patients with a body mass index (BMI)>35 are associated with markers of senescence, suggesting a high burden of senescent cells in these patients. While senolysis, or the therapeutic elimination of senescent cells, has shown great promises in the treatment of several age-related diseases, its efficacy as a treatment for cancer is often elusive and depends on patients’ history. In our study, we used a mouse model of diet-induced obesity (DIO) combined with a model of syngeneic injections of different cancer cell lines causing low, mild, or high immunogenic responses. In mice under a DIO, we have identified senescent cancer cells specifically in weakly immunogenic tumors, or tumors poorly recognized by the immune system, and therefore difficult to treat. Moreover, a senolytic treatment with the BCL-2 family inhibitor ABT-263 abolishes the protumor response seen in these mice via the ablation of senescent cancer cells. Thus, combination therapies using senolytic agents should fall into consideration to treat cancer patients with increased adiposity. In addition, in the same cohort of patients where we reported markers of senescence in malignant tissues, obese patients also showed significant expression of TLR4. We therefore hypothesized that the TLR4 receptor plays an important role in establishing a tumor microenvironment that promotes cellular senescence and tumor growth in mice subjected to experimental obesity. In our second study, we report that systemic expression of TLR4 is important for obesity-induced tumor growth. Moreover, we show that the induction of an IRE1ɑ-mediated endoplasmic reticulum stress, in tumor-associated myeloid cells, promotes the senescence of cancer cells, in a context of low immunogenicity, via TLR4. This work lays the foundation for a molecular understanding of the link between high-calorie diets and protumoral immunity.

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens. / Type 2 diabetes is characterized by insulin resistance and impaired insulin secretion from the pancreatic β-cell. Endoplasmic reticulum (ER) stress and innate immunity have both been reported to alter pancreatic β-cell function. However, it is not clear whether these factors can affect the transcription of the insulin gene. The aim of this thesis was to assess the role of ER stress and innate immunity in the regulation of the insulin gene. Pancreatic β-cells have a well-developed endoplasmic reticulum (ER) due to their highly specialized secretory function to produce insulin in response to glucose and nutrients. In a first study, using several approaches we showed that ATF6 (activating transcription factor 6), a protein implicated in the ER stress response, directly binds to the A5/Core of the insulin gene promoter in isolated rat islets. We also showed that overexpression of the active (cleaved) fragment of ATF6α, but not ATF6β, inhibits the activity of an insulin promoter-reporter construct. However, the inhibitory effect of ATF6α was insensitive to mutational inactivation or deletion of the A5/Core. Therefore, although ATF6 binds directly to the A5/Core of the rat insulin II gene promoter, this direct binding does not appear to contribute to its repressive activity. In recent years, the gut microbiota was proposed has an environmental factor increasing the risk of type 2 diabetes. Subjects with diabetes have higher circulating levels of lipopolysaccharides (LPS) than non-diabetic patients. Recent observations suggest that the signalling cascade activated by LPS binding to Toll-Like Receptor 4 (TLR4) exerts deleterious effects on pancreatic β-cell function; however, the molecular mechanisms of these effects are incompletely understood. We showed that exposure of isolated human, rat and mouse islets of Langerhans to LPS dose-dependently reduced insulin gene expression. This was associated in mouse and rat islets with decreased mRNA expression of two key transcription factors of the insulin gene, PDX-1 (pancreatic duodenal homeobox 1) and MafA (mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). LPS repression of insulin, PDX-1 and MafA expression was not observed in islets from TLR4-deficient mice and was completely prevented in rat islets by inhibition of the NF-kB signalling pathway. These results demonstrate that LPS inhibits β-cell gene expression in a TLR4-dependent manner and via NF-kB signaling in pancreatic islets, suggesting a novel mechanism by which the gut microbiota might affect pancreatic β-cell function. Our findings provide a better understanding of the molecular mechanisms underlying insulin gene repression in type 2 diabetes, and suggest potential therapeutic targets that might prevent or delay the decline of β-cell function in the course of type 2 diabetes, which affects more than two million Canadians.

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens. / Type 2 diabetes is characterized by insulin resistance and impaired insulin secretion from the pancreatic β-cell. Endoplasmic reticulum (ER) stress and innate immunity have both been reported to alter pancreatic β-cell function. However, it is not clear whether these factors can affect the transcription of the insulin gene. The aim of this thesis was to assess the role of ER stress and innate immunity in the regulation of the insulin gene. Pancreatic β-cells have a well-developed endoplasmic reticulum (ER) due to their highly specialized secretory function to produce insulin in response to glucose and nutrients. In a first study, using several approaches we showed that ATF6 (activating transcription factor 6), a protein implicated in the ER stress response, directly binds to the A5/Core of the insulin gene promoter in isolated rat islets. We also showed that overexpression of the active (cleaved) fragment of ATF6α, but not ATF6β, inhibits the activity of an insulin promoter-reporter construct. However, the inhibitory effect of ATF6α was insensitive to mutational inactivation or deletion of the A5/Core. Therefore, although ATF6 binds directly to the A5/Core of the rat insulin II gene promoter, this direct binding does not appear to contribute to its repressive activity. In recent years, the gut microbiota was proposed has an environmental factor increasing the risk of type 2 diabetes. Subjects with diabetes have higher circulating levels of lipopolysaccharides (LPS) than non-diabetic patients. Recent observations suggest that the signalling cascade activated by LPS binding to Toll-Like Receptor 4 (TLR4) exerts deleterious effects on pancreatic β-cell function; however, the molecular mechanisms of these effects are incompletely understood. We showed that exposure of isolated human, rat and mouse islets of Langerhans to LPS dose-dependently reduced insulin gene expression. This was associated in mouse and rat islets with decreased mRNA expression of two key transcription factors of the insulin gene, PDX-1 (pancreatic duodenal homeobox 1) and MafA (mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). LPS repression of insulin, PDX-1 and MafA expression was not observed in islets from TLR4-deficient mice and was completely prevented in rat islets by inhibition of the NF-kB signalling pathway. These results demonstrate that LPS inhibits β-cell gene expression in a TLR4-dependent manner and via NF-kB signaling in pancreatic islets, suggesting a novel mechanism by which the gut microbiota might affect pancreatic β-cell function. Our findings provide a better understanding of the molecular mechanisms underlying insulin gene repression in type 2 diabetes, and suggest potential therapeutic targets that might prevent or delay the decline of β-cell function in the course of type 2 diabetes, which affects more than two million Canadians.

Le métabolisme de la cellule cancéreuse s'adapte aux besoins en macromolécules de cette cellule en prolifération et en réponse aux signaux du microenvironnement tumoral. Ainsi, la biosynthèse des acides gras monoinsaturés (AGMI), est augmentée dans les cellules cancéreuses coliques et associée à une augmentation de l'activité de la stéaroyl-CoA désaturase (SCD), enzyme limitante de cette synthèse. Les acides gras polyinsaturés (AGPI) comme les isomères conjugués de l'acide linoléique (CLA), c9,t11 CLA et t10,c12 CLA possèdent à la fois un effet inhibiteur sur l'activité SCD et un effet anti-tumoral dont les mécanismes moléculaires restent à préciser. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail furent d'évaluer le rôle de SCD-1 dans la survie de la cellule cancéreuse colique (CCC) et les mécanismes de régulation sous-jacents mais également d'apporter des éléments nouveaux sur les régulations à l'origine de l'effet anti-prolifératif des CLA. Nous avons tout d'abord montré que l'extinction de l'expression de SCD-1 conduit à l'apoptose des CCC dépendante de CHOP. En revanche l'extinction de SCD 1 n'affecte en rien les cellules non cancéreuses. Par ailleurs, nous avons étudié les effets sur la viabilité des CCC de deux isomères de l'acide linoléique le c9,t11-CLA et le t10,c12-CLA in vitro. Nos résultats montrent que seul le t10,c12-CLA induit une mort cellulaire par apoptose des CCC sans affecter la survie de cellules coliques non transformées. Il apparait aussi être le seul isomère à réduire la biosynthèse des AGMI dans les CCC. La mort induite par le t10,c12 CLA dans les CCC est dépendante de l'activation d'un stress du RE via la production d'espèces réactives de l'oxygène.Nos travaux apportent des éléments nouveaux dans la compréhension du rôle de SCD 1 dans la survie des cellules cancéreuses coliques et les mécanismes d'action du t10,c12 CLA. Notre étude soutient l'hypothèse de faire de la biosynthèse des AGMI une cible thérapeutique possible dans le traitement des cancers colorectaux