The global prevalence of chronic kidney disease (CKD) has risen at an accelerating rate, increasing the global healthcare burden for long-term and chronic care costs. Multiple risk factors including hypertension, diabetes, and dyslipidemia synergistically induce the progression of CKD. Chief among these factors are dyslipidemia and obesity; increased free fatty acid uptake due to excess consumption of lipid-rich diets has been shown to promote intra-renal lipid accumulation in several in vivo models and in patients in various stages of CKD. Furthermore, patients with renal disease are also at a substantially higher risk for atherosclerotic cardiovascular disease (CVD). In the general population, as well as in patients with renal disease, circulating low-density lipoprotein cholesterol (LDLc) is a well-established driver of atherosclerotic lesion development and CVD progression. In 2003, the proprotein convertase subtilisin/kexin type-9 (PCSK9) was identified as the third locus of familial hypercholesterolemia and was further characterized for its ability to enhance the degradation of the low-density lipoprotein receptor (LDLR). Since this seminal discovery, the development of monoclonal antibodies targeted against PCSK9 demonstrated a significant reduction in LDLc and subsequent CVD risk, establishing the remarkable ‘bench to bedside’ transition. However, the inherent role of PCSK9 in regulating lipid homeostasis remained unknown in different pathological conditions. In the first chapter of my thesis, I demonstrate that PCSK9 regulates the LDLR as a feedback mechanism to protect against non-alcoholic steatohepatitis (NASH) progression induced by a high-fat diet (HFD) challenge. Since its seminal discovery, PCSK9 was also characterized to modulate a wide variety of receptors known to play a crucial role in lipid metabolism including the cluster of differentiation 36 (CD36), the very low-density lipoprotein receptor (VLDLR), and the apolipoprotein E receptor 2 (ApoER2). Previously, we have demonstrated that the absence of PCSK9 promotes diet-induced non-alcoholic steatohepatitis and liver injury through increased surface expression of CD36. Given that these same receptors are well-expressed on renal epithelia, the second chapter of my thesis demonstrates that PCSK9 is also able to modulate renal lipid metabolism by attenuating tubular lipid accumulation and subsequent renal injury. Furthermore, when PCSK9 was first characterized by Seidah and colleagues in 2003, in situ hybridization of murine PCSK9 demonstrated that it was primarily expressed in the liver, but also well-expressed in the kidney cortex, cerebellum, and small intestines. Despite its expression in a wide range of tissues, the secretion of PCSK9 was exclusive to the liver, thus, questioning what the intracellular role of PCSK9 may be. Hence, my last chapter of my masters studies lies in establishing the role of intracellular PCSK9 expression in a cellular process known as endoplasmic reticulum (ER) stress in the kidney. ER stress is a phenomena which primarily occurs due to increased accumulation of misfolded polypeptides, and has been implicated in numerous metabolic diseases including hepatic steatosis, CKD, and neurodegenerative pathologies. Previously, we have demonstrated that overexpressing wild-type and variants of PCSK9 in a Pcsk9-/- mouse does not induce the activation of the unfolded protein response (UPR) and attenuates hepatic ER stress. Using a well-established CKD model, I show that Pcsk9-/- mice exhibit increased renal ER stress and injury relative to wild-type controls. Overall, my findings demonstrate for the first time that both extracellular and intracellular PCSK9 has the ability to modulate renal injury using two distinct mechanism to protect against CKD progression. / Thesis / Master of Health Sciences (MSc)

In this study, we have used genetic, cell biological and transcriptomic methods in the nematode C. elegans as a model to examine the impact of glucose supplementation during development. We show that a glucose-supplemented diet slows the rate of developmental progression (termed "glucose-induced developmental delay" or GIDD) and induces the mitochondrial unfolded protein response (UPRmt) in wild-type animals. Mutation in the insulin receptor daf-2 confers resistance to GIDD and UPRmt in a daf-16-dependent manner. We hypothesized that daf-2(e1370) animals alter their metabolism to manage excess glucose. To test this, we used RNA-sequencing which revealed that the transcriptomic profiles of glucose-supplemented wildtype and daf-2(e1370) animals are distinct. From this, we identified a set of 27 genes which are both exclusively upregulated in daf-2(e1370) animals fed a glucose-supplemented diet and regulated by daf-16, including a fatty acid desaturase (fat-5), and two insulin-like peptides (ins-16 and ins-35). Mutation of any of these genes suppresses the resistance of daf-2(e1370) to GIDD. Additionally, double mutation of ins-16 and ins-35 in a daf-2(e1370) background results in an increase in constitutive dauer formation which is suppressed by glucose supplementation. Further investigation of the insulin-like peptides revealed that ins-16 mutation in a wild-type background results in upregulation of ins-35 and DAF-16 nuclear translocation regardless of diet; however, unlike daf-2(e1370), this translocation is not associated with resistance to GIDD. Taken together, these data suggest that glucose-supplemented daf-2(e1370) animals maintain developmental trajectory in part through upregulation of specific insulin-like peptide genes and fatty acid desaturation and contribute to a deeper understanding of the mechanisms underlying the resistance of daf-2(e1370) animals to GIDD. We also showed another fascinating aspect of GIDD: it becomes more pronounced in subsequent generations exposed to a glucose-supplemented diet, suggesting that the parental glucose diet has an impact on the developmental progression of their offspring.

The establishment of non-resolving inflammation underlies the pathogenesis of chronic inflammatory diseases in humans. Super low dose (SLD) endotoxin has been associated with exacerbating inflammation and the pathogenesis of chronic inflammatory diseases. However, the underlying molecular mechanisms are not well studied. In this study, I tested the hypothesis that SLD endotoxin may potentiate non-resolving innate immune cell inflammation through disrupting cellular endoplasmic reticulum (ER) homeostasis. We chose to study the dynamics of ER homeostasis in macrophages stimulated with SLD endotoxin. In naïve cells, ER stressor such as tunicamycin (TM) not only will induce cellular stress and inflammation through JNK and NFkβ activation, but also will cause subsequent compensatory homeostasis through inducing homeostatic molecules such as XBP1 and GRP78/BiP. We observed that cells challenged with SLD endotoxin have significantly reduced expression of homeostatic molecules XBP1 and BiP. Mechanistically, we observed that SLD-LPS increases phosphorylated HCK expression in TM treated cells. Phosphorylated HCK activation resulted in the phosphorylation of Golgi protein GRASP, leading to unstacking of Golgi cisterna and overall dysfunction of the Golgi apparatus. Dysfunctional Golgi apparatus and its effect on protein transport and secretion, may account for decreased levels of Site 2 Protease, reduced generation of ATF6 and its transcriptional target BiP. Taken together, our study reveal that super low dose endotoxin exacerbates low grade inflammation through increasing phosphorylation of HCK, inducing Golgi dysfunction, and decreasing BiP /homeostatic protein expression in innate immune cells. / Ph. D.

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Le vieillissement normal s’accompagne d’une diminution du contenu du cholestérol cérébral. Au contraire, une accumulation de cholestérol est associée aux processus toxiques dans plusieurs pathologies dégénératives (maladie d’Huntington, maladie de Parkinson, épilepsie, maladie de Niemann Pick de type C, maladie d’Alzheimer). De plus, les parallèles étroits existent entre la physiopathologie moléculaire de la maladie d’Alzheimer et celle de la maladie de Niemann Pick de type C, maladie de l’homéostasie du cholestérol. Ainsi on retrouve dans ces deux pathologies une hyperphosphorylation de la protéine Tau, associée à une augmentation des endosomes élargis et à la production de peptides A. L’ensemble de ces éléments évoque le rôle potentiel de la surcharge en cholestérol cérébral comme facteur favorisant le développement de la maladie d’Alzheimer. L’objectif de mon travail de doctorat a été de déterminer si une surcharge en cholestérol in vivo dans les neurones de l’hippocampe, région précocement touchée par la maladie d’Alzheimer, pouvait être à l’origine de processus neurotoxiques et de modifications biochimiques et neuropathologiques proches de ceux qui sont observés dans cette pathologie. La quasi-totalité du cholestérol cérébral est synthétisée in situ, la barrière hémato-encéphalique ne permettant qu’un apport minime du cholestérol périphérique. L’excès de cholestérol est exporté de la circulation sanguine sous la forme du 24-hydroxycholestérol, un métabolite produit exclusivement dans les neurones par la cholestérol-24-hydroxylase codée par le gène Cyp46a1.La surcharge en cholestérol a été induite in vivo par inhibition de la cholestérol-24-hydroxylase, dans l’hippocampe par une stratégie d’ARN interférence délivré par une injection stéréotaxique d’un vecteur AAV5. Nous avons étudié, d’une part la capacité d’une accumulation de cholestérol à induire chez la souris normale, un phénotype clinique et neuropathologique proche de la maladie d’Alzheimer et d’autre part si cette même accumulation de cholestérol neuronal pouvait aggraver ou compléter le phénotype Alzheimer d’un modèle murin de la maladie, la souris APP23. L’injection du vecteur AAV5-shCYP46A1 dans la stratum lacunosum moleculare de l’hippocampe conduit à une inhibition significative de l'expression du gène Cyp46a1, associée à une diminution de la concentration du 24-hydroxycholestérol et une augmentation du contenu en cholestérol dans les neurones de l’hippocampe, 3 semaines après l’injection. En réponse à cet excès de cholestérol, des mécanismes régulateurs permettent de diminuer, d’une part l’import et d’augmenter l’export du cholestérol de la cellule et d’autre part d’augmenter le contenu en phosphatidylcholine afin de rétablir un ratio phospholipide/cholestérol physiologique. Cependant, l'accumulation majeure de cholestérol intracellulaire conduit, 3 semaines après l’injection, à une activation de la réponse UPR (Unfolded Protein Response ou stress du réticulum endoplasmique) caractérisée par l'expression des gènes codant les facteurs XBP1s, ATF6, GRP78 associée à celles des protéines PERK phosphorylée, CHOP et caspase 12, entraînant l'activation des caspases 9 et 3. Elle est associée à la phosphorylation des protéines GSK3 (Tyr216) et Tau (Thr231). En parallèle, l’augmentation du cholestérol induit, 3 semaines après l’injection, une augmentation de l’expression de la protéine Rab5 (marqueur des endosomes précoces) et une relocalisation de la protéine APP dans les fractions de radeaux lipidiques associées à l'activation de la voie amyloïdogénique (production des fragments-CTF et des peptides A42). L’étude lipidomique met en évidence, 4 semaines après l’injection, une augmentation du contenu en céramide à longues chaînes et à une augmentation des gangliosides. Tous ces éléments aboutissent à un processus de perte neuronale associée à un recrutement des astrocytes dès la quatrième semaine après l’injection.... / An increasing number of arguments suggest a close and complex link between cholesterol metabolism and neurodegenerative diseases, particularly with Alzheimer’s disease. Normal ageing is associated with a decrease of brain cholesterol content. Conversly, accumulation of brain cholesterol is associated with several neurodegenerative diseases (Huntington disease, Parkinson disease, epilepsy, Niemann Pick C disease, Alzheimer’s disease). Moreover, close connections exist between molecular physiopathology of AD and that of Niemann Pick, a disease of cholesterol homeostasis. Altogether, these results suggest that cholesterol overload might play a role, as an initiating factor for the development of AD.In the brain, cholesterol metabolism is tightly controlled. In adults, cholesterol is mainly synthetized by astrocytes, then shuttles to neurons where it is used. All cholesterol excess must be eliminated. Cholesterol cannot cross freely the blood-brain-barrier. To be metabolized, brain cholesterol must be converted in 24-hydroxy-cholesterol by the cholesterol-24 hydroxylase enzyme, coded by CYP46A1 gene. The objective of my PhD project was to determine if cholesterol accumulation in vivo in hippocampal neurons, a region early involved in AD pathology, could trigger neurotoxic processes with biochemical and neuropathological modifications close to what is observed in AD. Cholesterol overload in vivo was induced by inhibiting cholesterol 24-hydroxylase enzyme activity, using an RNA interference strategy. Stereotactic injection of an AAV5- shCYP46A1 vector in the stratum lacunosum moleculare of the hippocampus led to significant and rapid (as soon as 3 weeks after injection) inhibition of the Cyp46a1 gene in the hippocampus with an absence of RNA interference off-target effect. This inhibition was associated with a decrease of 24-hydroxycholesterol content and an increase of the cholesterol content. In response to this cholesterol excess, cell control mechanisms were initiated leading to decrease import and increase export of cholesterol, accompanied with an increase of phosphatidylcholine content to restore a physiological ratio of phospholipide/cholesterol. However, major accumulation of cholesterol led to neuronal death with activation of caspases 9 et 3, suggesting an apoptotic process. The cholesterol overload drives to an endoplasmic reticulum stress, with activation of the unfolded protein response (UPR) and expression of spliced XBP1, ATF6, GRP78, phosphorylated PERK, CHOP and caspase 12. These modifications were associated with phosphorylation of GSK3 (Tyr 216) and tau (Thr 231) proteins. In parallel, cholesterol accumulation led to increased expression of Rab5 (early endosome marker) and relocalization of APP in rafts domains associated to activation of amyloid pathway (production of -CTF fragments and A42 peptides). Lipidomic analysis showed an increase of ceramides and gangliosides content. All these modifications were associated with neuronal death 4 weeks after injection and astrocytosis, leading to an EEG theta rhythm accelerated to beta frequencies, memory deficits and hippocampal atrophy. In a mouse model of Alzheimer disease, the APP23 mouse, cholesterol accumulation led to major aggravation of the phenotype, with increased production of A peptides, occurring of tau phosphorylation and UPR response, leading to accelerated neuronal death. Altogether, these results suggest a direct link between cholesterol accumulation in the brain and Alzheimer’s disease. Brain cholesterol accumulation could seed the sows to the development of Alzheimer’s pathology. Reducing cerebral cholesterol could thus be a relevant therapeutic strategy to prevent the development, or at least slow down the evolution of the pathology in Alzheimer’s disease.

Les biopuces à ADN permettent d’étudier à une échelle génomique une très grande variété de questions sur la physiologie et la différenciation cellulaires. Elles ont ainsi contribué de manière considérable aux progrès récents de nombreux domaines de la biologie et occuperont bientôt une place de choix dans le secteur du diagnostic médical. C’est la levure Saccharomyces cerevisiae qui a servi de modèle pour le développement de la première biopuce génomique. L’application de cette approche à la levure a permis d’explorer sous un angle nouveau l’étude de ses différents états de différenciation, de son cycle cellulaire, et de sa capacité d’adaptation à diverses conditions nutritionnelles ou à des conditions environnementales induisant un stress cellulaire. Plusieurs études ont plus particulièrement examiné la réponse des cellules de levure à une carence en azote ou en acides aminés. Cependant, une étude systématique de la réponse transcriptionnelle de la cellule aux différentes sources d’azote n’a jamais été entreprise en croissance confinée à l'état de régime. S. cerevisiae est capable d’utiliser plus d’une vingtaine de substances en tant que sources uniques d’azote pour la croissance. On distingue parmi les sources d’azote celles qui permettent une croissance optimale, appelées « bonnes » sources d’azote, des autres, appelées « mauvaises » sources d’azote. La levure possède plusieurs systèmes de régulation lui permettant de s'adapter à la condition azotée. Au niveau transcriptionnel, on recense trois régulations générales – la NCR (répression catabolique azotée), le GAAC (le contrôle général de la biosynthèse des acides aminés) et le système SPS (Ssy1-Ptr3-Ssy5) – et une multitude de régulations plus spécifiques. En utilisant la technique des puces à ADN, nous avons généré une matrice d'expression de l'ensemble des gènes de la levure en croissance confinée à l'état de régime dans un milieu de culture contenant une parmi 21 sources d'azote différentes. Nous avons pu ainsi recenser systématiquement 506 gènes soumis à une régulation transcriptionnelle dépendante de l'azote. En nous basant sur ces résultats, nous avons pu décrire l'ensemble des régulations transcriptionnelles engagées dans l'adaptation à la source d'azote fournie dans le milieu de culture. Parallèlement, nous avons défini deux grands groupes de sources d'azote en fonction du transcriptome de S. cerevisiae. Le premier groupe rassemble les composés qui exercent une répression catabolique azotée forte et dont la liste a été complétée. Fait nouveau, nous montrons que ces mêmes composés enclenchent aussi l'activation de la réponse aux protéines mal repliées (UPR). Au contraire, lorsque la source d'azote appartient au second groupe que nous avons défini, non seulement la croissance des levures est plus lente, la NCR levée et la réponse aux protéines mal repliées réprimée, mais nous montrons de façon inattendue que le contrôle général de la biosynthèse des acides aminés est activé. Plusieurs autres régulations qui ne sont pas impliquées dans le métabolisme azoté présentent un comportement différent en fonction de la source d'azote fournie. C'est le cas notamment des gènes dont l’expression est régulée selon l’apport en zinc et qui sont moins exprimés sur le milieu urée. De même, les gènes impliqués dans les résistances multiples aux drogues sont activés par le tryptophane. En confrontant nos résultats à ceux obtenus dans le cadre de travaux indépendants, nous avons proposé plus d'une cinquantaine de nouveaux gènes cibles de la NCR. Beaucoup d'entre eux n'ont jamais été caractérisés expérimentalement. En utilisant des techniques avancées d'analyse de séquences primaires de protéines, nous avons pu proposer une fonction pour plusieurs de ces gènes. Ces analyses bioinformatiques et la réalisation d’expériences complémentaires à l’aide de biopuces à ADN nous ont permis de proposer que l'un d'entre eux code pour une protéine impliquée dans la déstabilisation d'ARN messagers lors de la carence azotée. Nous avons aussi identifié plusieurs nouveaux gènes appartenant à des régulons spécifiquement activés en réponse à un nombre restreint de sources d'azote. Il est probable que ces gènes soient impliqués dans le catabolisme des sources d'azote sur lesquelles ils sont activés.

Colorectal cancer (CRC) is the second most common cause of cancer-related death in the UK and Western world. More than 90% of sporadic CRCs harbour mutations in the multi-functional tumour suppressor gene Adenomatous polyposis coli (<i>Apc</i>). The most commonly studied function of APC is its role as a scaffold for the β-catenin destruction complex involved in Wnt signalling. However, APC binds many other proteins. For example, it directly binds to and stabilises microtubules and actin. These non-Wnt related functions of APC are poorly understood. My PhD examines non-Wnt functions of APC. To this end, I created degron-tagged APC in DT40 cells that allowed for the rapid, conditional degradation of endogenous APC. The aim was to identify the immediate effects on cellular processes. Then, to identify the contribution of different APC domains by measuring the ability to rescue any defects when reintroducing fragments of APC. However, creation of these degron-tagged <i>Apc </i>knock-in cell lines resulted in hypomorphic phenotypes and auxin-associated off-target effects. Nonetheless, I compared the response of APC^high, APC^low, and APC^minimal cells to DNA damaging agents and Taxol® but found no significant differences. Subsequently, I focused on the relationship between APC and apoptosis. Previous observations suggested that deficiency in <i>Apc </i>rendered cells less sensitive to low doses of Taxol®. However, <i>Apc </i>deficient cells were more readily killed when Taxol® was combined with the Bcl-2 inhibitor, ABT-737. One possible explanation is the increase in Bcl-2 protein upon <i>Apc </i>depletion. However, I found that ABT-737, Taxol® and <i>Apc </i>depletion each cause activation of the unfolded protein response. This suggests that these treatments elicit a stress response that can stimulate apoptosis. Moreover, the same treatments also cause changes in mitochondria. Importantly, all of these effects do not require an increase in the β-catenin protein. Together, my data reveal novel links between APC and apoptosis that could be exploited clinically.

Le processus aléatoire des recombinaisons V(D)J permet d’obtenir un répertoire d’anticorps (Ac) ou immunoglobulines (Ig) hautement diversifié. En revanche, le caractère imprécis des jonctions V(D)J conduit à l’apparition de décalages du cadre de lecture dans deux tiers des cas. Ainsi, la plupart des cellules B hébergent des allèles d’Ig avec des réarrangements V(D)J non-productifs au sein de leur génome. Plusieurs études incluant celles menées au laboratoire ont montré que ces allèles non-productifs sont transcrits mais subissent une régulation post-transcriptionnelle impliquant le mécanisme de dégradation des ARNm appelé NMD « Nonsense-Mediated mRNA Decay ». Cette surveillance ARN diminue ainsi le taux d’ARNm codant pour des chaînes d’Ig tronquées. En revanche, l’impact de l’épissage alternatif des transcrits d’Ig non-productifs sur la production d’Ig aberrantes reste jusqu’ici peu exploré. L’étude de ce processus appelé NAS (« Nonsense-associated Altered Splicing »), et en particulier du phénomène de saut d’exon, présente un grand intérêt car cet épissage alternatif peut permettre la synthèse d’Ig tronquées présentant des délétions internes. Les projets développés lors de cette thèse ont révélé la toxicité des chaînes d’Ig dépourvues de domaine variable (V) dans les plasmocytes, et mis en évidence l’existence d’un nouveau point de contrôle au cours de la différenciation plasmocytaire. Ce phénomène nommé TIE-checkpoint (Truncated-Ig Exclusion) conduisant à l’élimination des plasmocytes exprimant des Ig tronquées, est la conséquence d’un saut d’exon lors de l’épissage des transcrits Ig non-productifs. Pour étudier les évènements de NAS lors de l’épissage des transcrits d’Ig dans les plasmocytes, il faut par conséquent limiter l’activation du TIE-checkpoint. A l’aide d’un modèle murin présentant un exon non-sens additionnel au locus IgH, nous avons pu analyser in vivo l’épissage alternatif par « saut d’exon » des transcrits d’Ig non-productifs. En effet, l’élimination de cet exon addtionnel aboutit à la synthèse d’une chaîne d’Ig normale et non à la production de chaînes tronquées. Cette étude a été menée dans des cellules B primaires et des plasmocytes. Les résultats obtenus ont révélé que l’hypertranscription des gènes d’Ig, qui accompagne la différenciation plasmocytaire, favorise l’épissage alternatif des transcrits d’Ig non-productifs, par un phénomène de saut d’exon. Nous avons également étudié les éventuelles connexions entre le mécanisme de NMD, impliqué dans la surveillance des ARNm, et l’UPR (« Unfolded Protein Response ») permettant de réguler l’homéostasie protéique dans les plasmocytes. De façon originale, nous avons identifié une boucle de régulation positive entre les processus de surveillance ARN (NMD) et protéique (UPR, autophagie, protéasome). La mise en évidence de cette coopération dans les plasmocytes constitue un exemple unique au vue de la littérature et, aurait pour effet de limiter la synthèse d’Ig tronquées tout en autorisant la synthèse massive d’Ig. Enfin, nous avons étudié le rôle de l’épissage des transcrits d’Ig non-codants (appelés transcrits I « germinaux ») au cours du processus de CSR « Class Switch Recombination ». Cette étude a apporté des précisions sur le rôle des sites donneurs d’épissage des exons I et révélé que la reconnaissance de ces sites d’épissage module l’intensité de la transcription de la région « switch » S adjacente, et par conséquent, son accessibilité à AID « Activation-Inducedcytidine Deaminase » lors de la CSR. / The random V(D)J recombination process contributes to the generation of a vast immunoglobulin (Ig) repertoire. However, imprecise V(D)J junctions lead to the appearance of frameshift mutations in two-third of the cases. Hence, numerous B-lineage cells retain non-productively V(D)J rearranged Ig alleles in their genome. Several studies including ours have shown that these non-productive alleles are transcribed but rapidly degraded by NMD « Nonsense-Mediated mRNA Decay », thus decreasing the level of mRNA encoding truncated Ig. However, less is known about the impact of alternative splicing on non-productive Ig transcripts, and especially « exon skipping », with regard to the production of truncated Ig with internal deletions. During my thesis, we have shown that truncated Ig chains lacking variable (V) domain exhibted toxic effects in plasma cells revealing a new « Truncated-Ig Exclusion » (TIE-) checkpoint during plasma cell differentiation. The TIE-checkpoint eliminates plasma cell-expressing truncated Ig, as a consequence of exon skipping during splicing of non-productive Igκ transcripts. However, the TIE checkpoint activation limits the analysis of NAS (« Nonsense associated Altered Splicing ») of Ig transcripts in plasma cells. Using a mouse model harboring an additional frameshift-inducing V exon at the IgH chain locus, we could analyze NAS of non-productive Ig transcripts in primary B cells and plasma cells. This study revealed that hypertranscription of Ig genes accompanying plasma cell differentiation favors alternative splicing of non-productive Ig transcripts. We also investigated potential connections between the NMD mechanism, involved in mRNA surveillance, and the UPR (« Unfolded Protein Response ») pathway that regulates protein homeostasis in plasma cells. Interestingly, we identified a positive regulatory loop between RNA (NMD) and protein (UPR, autophagy, proteasome) surveillance processes. In view of the literature, the occurrence of such cooperation is unique to plasma cells, and this should help to limit the expression of truncated Ig while allowing massive Ig synthesis. Finally, we studied other aspects of Ig RNA splicing, and investigated the role of splice donor site on non-coding « germline » I transcripts during CSR (« Class Switch Recombination »). Using dedicated mouse models, we found that the deletion of Iƴ1 splice donor site drastically decreased CSR to IgG1. Overall, this study demonstrated that the recognition of I exon donor splice site enhances transcription of « switch » regions S, facilitating their opening and the subsequent recruitment of AID « Activation-Induced cytidine Deaminase » during CSR.

Plusieurs arguments de la littérature suggèrent l’importance de l’alimentation dans le développement tumoral et l’efficacité des traitements anti-cancereux. Dans différents modèles animaux, la restriction calorique (CR) supprime la prolifération des cellules tumorales et les sensibilise aux thérapies ciblées. Par conséquent, des approches non-pharmacologiques comme la restriction calorique ont un intérêt grandissant en clinique. Considérant l’addiction des cellules tumorales aux nutriments, nous nous sommes demandé quels macronutriments pouvaient avoir des propriétés anticancéreuses. A partir d’un modèle murin de lymphomes B (modèle transgénique Eµ-Myc) nous avons testé l’impact de deux régimes alimentaires : l’un pauvre en glucides (Low CHO, 25% de réduction en glucides) et l’autre pauvre en protéines (Low PROT, 25% de réduction en protéines). Des souris syngéniques C57BL/6 ont été injectées par voie intraveineuse avec des cellules primaires Eμ-Myc. Malgré un apport alimentaire équivalent entre les groupes, nous avons observé que le régime pauvre en protéines augmente la survie globale des souris C57BL/6 développant un lymphome B Eµ-Myc. De manière intéressante, nous avons démontré que cet effet pro-survie est dépendant du système immunitaire. En effet, la déplétion des cellules T CD8+ ou l’utilisation d’un modèle murin immunodéficient NSG (NOD-SCID il2rγ), empêche l’effet bénéfique du régime pauvre en protéines sur le développement tumoral. Nous avons reproduit et étendu nos observations en utilisant des lignées modèles de cancéreuses colorectaux (CT26) et de mélanome (B16) injectée dans des souris syngéniques, immunocompétente. Les cellules tumorales étant fortement dépendantes des nutriments, nous avons émis l’hypothèse qu’un régime pauvre en protéines pourrait induire un stress du réticulum endoplasmique (RE) dans ces dernières. En effet, nous avons observé une augmentation des protéines impliquées dans la signalisation du RE : CHOP et sXBP1. Par conséquent, nous avons traité les souris nourries en régime pauvre en protéines avec deux inhibiteurs du stress du RE : TUDCA, inhibiteur générique et MKC4485 qui cible l’activité ribonucléase d’IRE1. Dans les deux cas, ces inhibiteurs ont bloqué l’effet du régime faible en protéines sur le développement tumoral et l’infiltration des T CD8+ au sein de la tumeur. Pour s’affranchir, des potentiels effets secondaires des inhibiteurs chimiques, nous avons invalidé IRE1 dans la lignée CT26 et nous avons obtenus des résultats similaires, démontrant que la voie IRE1 dans les cellules tumorales est une voie centrale dans la réponse immunitaire anticancéreuse induite par un régime pauvre en protéines. En outre, nous avons découvert que l’activation de RIG-I est un événement en aval de l’activation d’IRE1 et que, par analyse bio-informatique nous avons pu corréler une signature IRE1 à une infiltration immunitaire élevée et à une immunogénicité accrue du cancer chez les patients atteints de mélanome, glioblastome et cancer colorectal. De ce fait, nous avons démontré que la réponse du système immunitaire induite par un régime pauvre en protéines est une conséquence de l’activation accrue de IRE1 dans les cellules cancéreuses. / Several arguments from the literature suggested the importance of diets in cancer development and in the efficacy of anti-cancer therapies. Calorie restriction (CR) suppresses cancer growth in various animal models and sensitizes tumor cells to targeted therapies (Meynet & Ricci, 2014). Thus, non-pharmacologic approaches such as CR have a growing interest in the clinic. Considering the nutrient addiction of cancer cells, we wondered which specific macronutrients contribute the most to anti-cancer effects. Therefore, we tested the reduction in specific macronutrient without decrease in general calorie intake on tumor development. We used two diets: reduced in carbohydrates (Low CHO, -25% carbohydrates) and diet reduced in protein (Low PROT, -25% proteins) on the Eµ-Myc transgenic mouse model of B-cell lymphoma. Syngeneic C57BL/6 mice were intravenously injected with primary Eμ-Myc cells. We observed that low PROT-diet, in spite of equal calorie intake among the groups, resulted in increase of the overall survival of Eµ-Myc-bearing C57BL/6 mice. Very importantly, we established that this pro-survival effect is immune system-dependent as both depletion of CD8+ T cells and use of immunodeficient NSG (NOD-SCID il2rγ) mouse model prevented the beneficial effect of the low PROT-diet on the tumor development. We reproduced and further extended our observations using subcutaneous injection of CT26 colorectal cancer cells in syngeneic immunocompetent BALB/c mice and B16 melanoma in C57BL/6 mice. As tumor cells are highly dependent on nutrients, we speculated that low PROT diet could induce ER stress in tumor cells. Indeed, we observed increase in proteins implicated in ER stress signaling – CHOP and sXBP1. Therefore, we treated low PROT-diet fed mice with two ER stress inhibitors, the general inhibitor TUDCA or MKC4485, which targets IRE1 RNAse activity. In both cases, inhibitors significantly prevented the effect of the Low PROT-diet on tumor development and on intratumoral number of CD8+ T cells. To eliminate any side effects of chemical inhibitors, we invalidated IRE1 in CT26 cells and obtained similar results, demonstrating that IRE1 signaling in tumor cells is a central event in the low PROT-diet induced anti-cancer immune response. In addition, we have uncovered RIG-I activation as a downstream event of IRE1 activation and by bioinformatic analysis correlated high-IRE1 signature with high immune infiltration and enhanced immunogenicity of cancer in patients bearing melanoma, glioblastoma and colorectal cancer. Hence, we have shown that the immune system response elicited under a Low PROT diet is a consequence of increased IRE1 activation in cancer cells.

CELLULAR MECHANISMS BY WHICH ALCOHOL PROMOTES HIV PROTEASE INHIBITOR-INDUCED HEPATOTOXICITY Michael Hinton, B.S. A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy at Virginia Commonwealth University Virginia Commonwealth University, 2019 Major Director: Huiping Zhou Professor, Department of Microbiology and Immunology The development of highly-active-antiretroviral therapy(HAART) has allowed management of HIV and extended the lives of those infected. Alcohol abuse, which is very common in HIV-1 infected patients, is one of the most important co-morbid risk factors for liver injury and has been associated with the occurrence of serious metabolic syndrome and subsequent discontinuation of HAART in HIV patients. We have identified endoplasmic reticulum (ER) stress-induced proapoptotic factor CCAAT-element-binding protein homologous protein (CHOP) as an important mechanism underlying HIV PI-induced inflammation and hepatic lipotoxicity. However, little is known about the mechanistic pathways by which alcohol promotes HIV PI-induced hepatic lipotoxicity. The aim of this study was to determine if inhibition of CHOP expression prevents alcohol- and HIV PI-induced apoptosis and dysregulation of lipid metabolism. We demonstrated that co-administration of alcohol and HIV PIs induced unfolded protein response (UPR) activation, ER stress, and CHOP upregulation in rodent hepatocytes. Both alcohol and HIV PI-induced lipid accumulation and apoptosis were significantly reduced in CHOP-/- hepatocytes. Also, CHOP-/- hepatocytes treated with alcohol and HIV PIs showed inflammation.. Activation of the ER stress-induced proapoptotic factor CHOP is a key cellular mechanism underlying alcohol and HIV PI-induced hepatotoxicity. CHOP expression is key for alcohol and HIV PI-induced dysregulation of key genes involved in lipid metabolism in hepatocytes. Limitations of the study include the usage of global CHOP-/- in lieu of tissue-specific conditional knockout mouse models, nonobservance of the effects of alcohol and HIV PIs on extra-hepatic tissues, and incomplete investigation of the interplay of hepatocytes and resident macrophages.