La SLA est une maladie neurodégénérative se caractérisant par la perte progressive et sélective des neurones moteurs. une mutation dans le gène codant pour VAPB a été associée avec la SLA. VAPB est une protéine du réticulum endoplasmique (RE) qui jouerait un rôle dans le transport de protéines et dans la réponse du RE aux protéines mal repliées. J'ai utilisé la technique de transfert viral de gène pour induire l'expression de VAPB humaine (hVAP-Bwt et hVAP-BP56S) dans les neurones moteurs in vitro. Nous avons observé que hVAPBP56S forme des agrégats cytoplasmiques et que la surexpression de hVAPBwt et hVAPBp56s induit la mort des neurones via un mécanisme dépendant du RE et du calcium. Dans les cellules Cos-7, l'expression de hVAP-Bwt et hVAP-Bp(-s bloque l'activité du protéasome via l'activation d'un stress du RE et la séquestration de la sous-unité 20S. Enfin, nous avons développé des souris transgéniques hVAPBp56s mais elles ne développent aucun phénotype moteur / ALS is a neurodegenerative disease characterized by a selective loss of motor neurons. A mutation in VAPB protein has been associated with ALS. VAPB, an endoplamic reticulum (ER) resident protein is proposed to play a role in protein transport and in the unfolded protein response. To manipulate VAPB (hVAPBwt and hVAPBp56s) expression in motor neurons in vitro, I used the viral gene transfer technology. hVAPBp56s induces selective motor neuron death which involved an ER-related pathway dependent on calcium signals. Studies on Cos-7 cells showed that hVAPBwt and hVAPBp56s impair the proteasome activity through the activation of ER stress and the sequestration of the 20S subnit. Moreover, we developed transgenic mice overxpressing hVAPBp56s which do not display any motor disorder.

En réponse aux inducteurs de la mort cellulaire immunogénique, la calréticuline (CRT) est transportée depuis sa localisation orthotopique dans la lumière du réticulum endoplasmique (RE) vers la surface cellulaire où elle va jouer un rôle de signal puissant d’endocytose à l’endroit des cellules présentatrices d’antigène. Ici nous rapportons qu’une autre protéine, la lysyl-ARNt-synthétase (KRS), est exposée à la surface des cellules stressées où elle colocalise avec la CRT au niveau des radeaux lipidiques. La déplétionde KRS à l’aide d’ARNs interférents annihile l’exposition de la CRT induit par les anthracyclines ou les rayonnements UVC. A l’inverse de la CRT, KRS est aussi retrouvée dans le surnageant des cellules stressées. De plus, la protéine KRS recombinante (KRSr) est ici incapable d’influencer la liaison de laCRT recombinante à la surface cellulaire. Et KRSr ne possède pas la capacité de stimuler des macrophages in vitro. Enfin nous révélons que le statut de phosphorylation d’eIF2α constitue un critère différentiel entre l’oxaliplatine et la cisplatine, capable de rendre compte de l’incapacité de cette dernière à entrainer l’exposition de la CRT, et ce malgré une très grande ressemblance chimique entre ces deux composés. Ces résultats mettent donc en exergue la contribution respective de KRS et du stress du RE dans l’émission du signal prototypique de la mort immunogénique. / In response to immunogenic cell death inducers, calreticulin (CRT) translocates from its orthotopiclocalization in the lumen of the endoplasmic reticulum (ER) to the surface of the plasma membrane where it serves as a potent engulfment signal for antigen-presenting cells. Here, we report that another protein, the lysyl-tRNA-synthetase (KRS), was exposed on the surface of stressed cells, on which KRS co-localized with CRT in lipid rafts. Depletion of KRS with small interfering RNAs suppressed CRT exposure induced by anthracyclines or UVC light. In contrast to CRT, KRS was also found in the supernatant of stressed cells. Recombinant KRS (rKRS) protein was unable to influence the binding of recombinant CRT to the cell surface. Moreover, rKRS protein was unable to stimulate macrophages invitro. Finally, we reveal that the phosphorylation status of eIF2α constitute a differential criteria between oxaliplatin and cisplatin (CDDP), accounting for the incapacity of CDDP to trigger the exposure ofCRT, despite their structural and chemical similarities. These results underscore the respective contribution of KRS and ER stress to the emission of the prototypic signal of immunogenic cell death.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La carence en vitamine B12 est fréquente chez les sujets âgés et produit un vieillissement cérébral par des mécanismes malconnus. La vitamine B12 joue un rôle majeur dans les régulations épigénomiques dépendantes de la S-adénosyl méthionine (SAM). Nous avons établi un modèle de cellules neuronales dopaminergiques NIE115 carencé en vitamine B12 par l'expression stable d'une protéine chimère : la transcobalamine-oléosine (TO) réduisant la disponibilité cellulaire en B12, la SAM et la prolifération cellulaire. La protéine chimère oléosine-transcobalamine (OT) ne lie pas la B12 et constitue un contrôle. Les cellules TO ont une diminution B12-dépendante de la déacétylase SIRT1 (sirtuin1) et un stress du réticulum endoplasmique (RE) avec une augmentation des transducteurs transmembranaires, une diminution des protéines chaperonnes et une augmentation des marqueurs pro-apoptotiques. La diminution de l'expression de SIRT1 déclenche le stress du RE en réponse au stress nutritionnel. Cette diminution produit une augmentation de HSF1 acétylé diminuant l'expression des protéines chaperons. L'ajout de B12, des activateurs de SIRT1 et HSF1, la surexpression de SIRT1 et HSF1 réduisent le stress du RE. Dans les cellules contrôles, le traitement par la thapsigargin, l'inhibition de SIRT1 et HSF1 induisent également un stress du RE réversible en présence de B12. Le traitement des cellules OT par Adox (inhibiteur des méthyltransférases) induit les mêmes effets que la carence. En conclusion, la carence en B12 induit un stress du RE via la diminution de SIRT1 et l'augmentation de HSF1 acétylé, l'ajout de B12 induit des effets neuro-protecteurs sur les cellules soumises à un stress du RE. Ces résultats suggèrent d'évaluer les effets des agonistes de SIRT1 sur les complications cérébrales de la carence / Vitamin B12 deficiency is common in elderly population and produces neurodegenerative disorders by elusive mechanisms. B12 is a key determinant for the S-adenosyl methionine-dependent epigenomic regulations. We have established a B12-deficient cell model via the stable expression of transcobalamin-oleosin chimera (TO), which impairs cellular availability of vitamin B12, reduces SAM level and cell proliferation. Since the expression of oleosin transcobalamin chimera (OT) does not modify the phenotype of the transfected cells, these cells serve as control cells. TO cells present a B12-dependant decrease of deacetylase SIRT1 (sirtuin1) and an endoplasmic reticulum stress (ER stress) reflected by the increased expression of ER stress tranducers, decreased chaperon proteins and increased pro-apoptotic markers. We propose that the decreased expression of SIRT1 triggers cell response to nutritional stress through ER stress. This decrease results in a greater acetylation of heat-shock factor protein 1 (HSF1) and thus reducing the expression of heat shock proteins (HSP). Adding B12, SIRT1, or HSF1 activators as well as overexpressing SIRT1 or HSF1 reduce ER stress. In OT cells, thapsigargin treatment or impairing SIRT1 and HSF1 leads to B12-reversible ER stress. Treating OT cells with AdoX, an inhibitor of methyltransferase activities, produces effects similar to those observed in cells with decreased B12 availability.In summary, the impaired cellular availability of vitamin B12 induces ER stress by increasing HSF1 acetylation through a decreased SIRT1 expression and adding vitamin B12 produces neuro-protective effects in cells subjected to prior ER stress. These results suggest evaluating the effects of SIRT1 agonists on cerebral complications due to a B12 deficiency

Le mélanome est le cancer cutané le plus meurtrier. Il est issu de la transformation maligne des mélanocytes et se dissémine rapidement dans l'organisme sous forme de métastases. A ce stade, ce cancer est réfractaire à pratiquement toutes les thérapies. Ainsi, l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques est donc incontournable pour la mise en place de biothérapies spécifiques dans le mélanome. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés au facteur de transcription E2F1 qui joue un rôle prépondérant dans le cycle cellulaire. Plus récemment, il lui a été identifié divers rôles dans les fonctions cellulaires. Ainsi, nous avons cherché à caractériser son implication dans le mélanome. Nous avons observé que E2F1 est faiblement exprimé dans les cellules saines de la peau. En revanche, elle est fortement exprimée dans le mélanome, et est corrélée à un mauvais pronostic clinique. Ainsi, nous avons montré que son inhibition réduisait la viabilité de cellules de mélanomes in vitro et in vivo dû à un arrêt du cycle cellulaire de la sénescence et d'une apoptose. Ces processus semblent être dépendants de la voie p53. Ce travail a permis de caractériser E2F1 comme une potentielle cible thérapeutique dans le mélanome non muté p53. En parallèle, nous avons initié une collaboration avec le Dr Slama-Schwok dont l'étude portait sur un composé appelé NS1, un inhibiteur de la NO-Synthase. Ce composé présente une activité anti-mélanome in vitro. En effet, il induit un stress du réticulum endoplasmique lui même conduisant à une autophagie partielle et une mort des cellules par apoptose. Ce projet ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement du mélanome métastatique. / Melanoma is the most deadly form of skin cancer. It originates from malignant transformation of melanocytes and quickly disseminates as metastasis through the body. At this stage, this cancer is refractory to almost all therapies. Thus, new therapeutic target identification is needed for setting up specific biotherapies against melanoma. In this context, we focused on E2F1 transcription factor which plays a critical role in cell cycle. Recently, it was also implicated in several cell functions. So we aimed at characterizing its implication in melanoma. We observed that E2F1 is weakly expressed in normal skin cells. On the contrary, it is strongly expressed in melanoma and its expression correlates with a bad clinical prognosis. We also showed that E2F1 inhibition decreased melanoma cell viability in vitro and in vivo, as a result of cell cycle arrest, senescence and apoptosis. These processes seem to depend on p53 pathway. With this work we characterized E2F1 as a potential therapeutic target in non-mutated p53 melanoma. In parallel, we initiated a collaboration with Dr Slama-Schwok for studying NS1 compound, a NO-synthase inhibitor. This compound presents an in vitro anti-melanoma activity. Indeed, it induces endoplasmic reticulum stress, which leads to partial autophagy and cell death by apoptosis. This work opens new perspectives for metastatic melanoma treatment.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les maladies à expansion de polyglutamine sont un ensemble de troubles neurodégénératives héréditaires se développant lorsqu’il y a répétitions de trinucléotides CAG dans les gènes causatifs au-delà d’un certain seuil. L’expansion des répétitions de trinucléotides CAG entraîne des désordres neurologiques héréditaires précoces, dont de multiples formes d’ataxie spinocérébelleuse (SCA). Parmi celles-ci, le type le plus commun et dominant est l’ataxie spinocérébelleuse de type 3 (SCA3), aussi connue sous le nom de la maladie de Machado-Joseph (MMJ). Ce dernier est un désordre neurologique progressif autosomique dominant. Le gène causatif de MMJ est ATXN3 (ATAXINE-3). Plusieurs études récentes suggèrent une association entre ce gène et la modulation du stress du réticulum endoplasmique (RE). Lors de ce travail de maîtrise, des souches transgéniques de C. elegans exprimant les formes sauvage et mutante du gène ATXN3 humain ont été générées. Les résultats suggèrent des phénotypes importants chez la souche transgénique mutante associés à la pathologie humaine: défaut de motilité, longévité réduite et profil neurodégénératif considérable. Ceci dit, ces résultats nous ont poussé à vouloir déterminer si l’utilisation des composés chimiques, connus en tant que modulateurs du stress du RE et possédant des rôles neuroprotecteurs, sont capables de restaurer les phénotypes notés. Les composés utilisés, c’est-à-dire le Bleu de Méthylène, le Salubrinal et le Guanabenz, ont démontré une capacité de corriger les phénotypes rapportés dans la souche transgénique mutante. De plus, ces composés ont aussi été en mesure de prévenir une augmentation du niveau du stress oxydatif et de la réponse au stress du RE exhibé chez les vers mutants. Par le développement de nouveaux modèles C. elegans pour la MMJ, où il y a expression du gène ATXN3 complet dans les motoneurones, il a été possible de trouver qu’une modulation chimique du stress du RE peut réduire considérablement la neurodégénérescence et par conséquent, être une possible nouvelle approche thérapeutique pour traiter cette pathologie. / Polyglutamine expansion diseases are a class of dominantly inherited neurodegenerative disorders that develop when a CAG repeat in the causative genes is unstably expanded above a certain threshold. The expansion of trinucleotide CAG repeats causes hereditary adult-onset neurodegenerative disorders such as multiple forms of spinocerebellar ataxia (SCA). The most common dominantly inherited spinocerebellar ataxia is the type 3 (SCA3) also known as Machado-Joseph disease (MJD), an autosomal dominant, progressive neurological disorder. The gene causing MJD is ATXN3 (ATAXIN-3): MJD is caused by an abnormal CAG trinucleotide repeat expansion in the ATXN3 gene. Several recent studies have shown that this gene is associated with endoplasmic reticulum (ER) stress. In this study, we generated transgenic C. elegans strains expressing wild type or mutant human ATXN3 genes and tested them for recovery of locomotor phenotype, lifespan and neurodegeneration phenotypes upon treatment with compounds known to modulate ER stress and having neuroprotective roles. We observed differences between both transgenic lines and found that the motility defects, the reduced lifespan and the neurodegeneration can be rescued by methylene blue, guanabenz and salubrinal. These compounds were also able to prevent the oxidative stress and the ER stress response induced by mutant transgenic worms. We introduce novel C. elegans models for MJD based on the expression of full-length ATXN3 in GABAergic motor neurons. Using these models we discovered that chemical modulation of the ER unfolded protein response reduced neurodegeneration and could be a new therapeutic approach for the treatment of MJD.

La mort cellulaire programmée (PCD pour Programmed Cell Death) est un processus essentiel aux cellules. Le PCD a d’abord été caractérisé dans le développement cellulaire et peut être divisé en plusieurs groupes selon les caractéristiques observées. L’apoptose, un sous-groupe du PCD, est caractérisé par plusieurs distinctions morphologiques et signalétiques attribué tout d’abord aux organismes complexes pour son rôle dans le développement et dans le maintien de l’intégrité tissulaire. Depuis la dernière décennie, de nombreuses études font état de l’existence d’un programme apoptotique dans des organismes unicellulaires comme les levures. Ce programme apoptotique a surtout été étudié chez les levures Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe et partage certaines caractéristiques avec l’apoptose des mammifères. Par contre, l’apoptose associé aux levures est distinct à certains égards entre autre par l’absence de certains homologues présents chez les mammifères. L’intérêt au niveau de l’étude du phénomène apoptotique chez les levures est sans cesse grandissant par la facilité avec laquelle les levures peuvent être utilisées comme système modèle. L’apoptose peut être induit dans les cellules de différentes façons en réponse à des stimuli internes ou externes. L’accumulation de protéines mal repliées au niveau du réticulum endoplasmique (RE) causant un stress est un inducteur bien caractérisé de la voie apoptotique. La signalisation de l’apoptose dans un cas de stress au RE fait appel aux transducteurs des signaux de la voie du UPR ( Unfolded Protein Response). Récemment, il a été montré que la calnexine, une chaperone transmembranaire du RE connue et caractérisée surtout pour ses fonctions d’aide au repliement des protéines et au contrôle de qualité, joue un rôle dans la transduction du signal apoptotique en réponse au stress du RE chez mammifères. Le rôle de la calnexine dans ce cas consiste principalement en l’échafaudage pour le clivage par la caspase 8 de la protéine apoptotique Bap31. Nous avons tout d’abord démontré que le stress du RE et que la déficience en inositol, un précurseur essentiel de nombreuses molécules signalétiques, sont deux inducteurs de l’apoptose chez la levure S. pombe. Ces deux voies semblent induire l’apoptose par deux voies distinctes puisque seule la voie de la déficience en inositol induit l’apoptose de façon dépendante à la métacaspase Pca1p. La calnexine, essentielle à la viabilité chez la levure S. pombe, est impliquée dans ces deux phénomènes apoptotiques. L’apoptose induit par le stress du RE nécessite une version de la calnexine ancrée à la membrane du RE pour être optimal. De façon opposée, l’apoptose induit par une déficience en inositol nécessite la présence de la queue cytosolique ancrée à la membrane de la calnexine pour être retardé. Ces deux actions différentes imputables à une même protéine laisse croire à une double fonction pro et anti-apoptotique de celle-ci. Suite à la découverte de l’existence d’un clivage endogène de la calnexine en situation normale de croissance, un modèle a été élaboré expliquant les rôles distincts de la calnexine dans ces deux voies apoptotiques. Ce modèle fait état d’un rôle associé au clivage de la calnexine dans l’apoptose. / Programmed Cell Death (PCD) is an essential process to the cells. PCD was first characterized in cell development and can be separated in sub-groups depending of cell death characteristics observed. Apoptosis is one of the PCD sub-groups that was first associated to complex organisms for its roles in cell development and in maintenance of tissues integrity. The apoptotic pathway is characterized by specific morphological and signalization characteristics. In the last ten years, numerous studies demonstrated the existence of apoptosis in unicellular organisms such as yeast. This apoptotic program was extensively studied in the two yeast Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe and share characteristics with the mammalian one. However, yeast apoptosis is distinctive at many points as yeast do not encodes all the mammalian homologues of the apoptotic pathway. Although yeast and mammalian apoptosis seems to differs, the interest about yeast apoptosis is growing given that yeast is an excellent and easily tractable model system. External and internal stimuli can induce apoptosis by different ways. Accumulation of unfolded or incompletely folded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) causing ER stress is a well-known inducer of the apoptotic pathway. Signalization of ER-stress induced apoptosis involves the same transducers than the UPR (Unfolded Protein Response) pathway. It was recently shown that calnexin, a transmembrane chaperone of the ER, is implicated in ER-stress apoptosis in mammalian cells. In this particular case, it was demonstrated that calnexin acts as a scaffold in the cleavage of the apoptotic protein Bap31 by caspase 8. We demonstrated that ER stress and inositol deficiency, a precursor of many important signalization molecules, are two situations leading to apoptosis in the yeast S. pombe. These two pathways leading to apoptosis seems to differ as only inositol deficiency is dependant of the yeast metacaspase Pca1p. We also demonstrated that S. pombe calnexin, essential for cell viability of this yeast, takes part in these two apoptotic process. ER stress induced apoptosis needs a calnexin anchors to the ER membrane to be efficient. However, apoptosis induced by inositol starvation needs the calnexin C-terminal tail with the transmembrane domain to be delayed. These two opposite actions from the same protein lead to the hypothesis that calnexin encodes both pro and anti-apoptotic functions. By the discovery that calnexin is cleaved under normal culture conditions, a model was elaborated explaining the distinctive roles of calnexin in these two apoptotic pathways. This model proposed a role of calnexin cleavage to apoptosis.

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Les acides gras saturés (AGS) altèrent la fonctionnalité des organites dans de nombreux types cellulaires. Il a été proposé que ce processus, également nommé lipointoxication, puisse être responsable de plusieurs pathologies humaines telles que le diabète de Type 2.Au niveau cellulaire, l'accumulation d'AGS est associée à une augmentation du taux de saturation des phospholipides (PL) membranaires, les composants majoritaires des membranes des organites, mais également du taux de céramides, impliqués dans l'induction de l'apoptose.Dans une première partie de ce travail, nous avons étudié, chez le modèle cellulaire simple Saccharomyces cerevisiae, la contribution relative des PL saturés et des céramides à la cytotoxicité des AGS. Nous avons pu démontrer que les céramides agissaient à des étapes précoces de la voie de sécrétion, alors que les PL saturés impactaient des étapes plus tardives en altérant en particulier la formation de vésicules de sécrétion.Parallèlement, nous avons également constaté que le taux d'AGS était significativement augmenté dans les PL membranaires des patients atteints d'une maladie génétique, la mucoviscidose. La mutation la plus fréquente responsable de cette maladie, résulte en la rétention de la protéine correspondante dans le réticulum endoplasmique. Des molécules pharmacologiques, capables de corriger le trafic de la protéine à sa destination finale ont été isolées in vitro, mais des limitations importantes ont pu être observées lors des tests cliniques. Nous proposons dans le présent manuscrit que la lipointoxication liée aux AGS pourrait être un écueil important à l'utilisation des correcteurs actuels pour le traitement de la mucoviscidose. / Saturated fatty acids (SFA) have been reported to alter organelle integrity in many cell types. This process, also known as lipotoxicity, has been proposed to be responsible for several human pathologies such as type 2 diabetes.At the cellular level, SFA accumulation is associated with an increase of the saturation rate of membrane phospholipids (PL), the major components of organelle membranes, and an increase of ceramides levels, implicated in apoptosis induction.In the first part of this work, we took advantage of a simple yeast-based model to study the relative contributions of saturated PL and ceramides to SFA cytotoxicity. We demonstrated that ceramides act early in the secretory pathway, while saturated PL impact the later steps, and particularly the formation of secretory vesicles.In parallel, we observed that SFA amounts were significantly increased in the membrane PL of cystic fibrosis (CF) patient cells. The most common mutation responsible for this genetic disease results in the retention of the corresponding protein in the endoplasmic reticulum. Pharmacological agents, which correct the mistrafficking of the protein, have been isolated in vitro, but they did not show significant improvements in clinical trials. We propose in the present manuscript, that SFA-related lipointoxication could be an important bottleneck for the use of these pharmacological agents in clinical trials.