Les kinases de la famille Pim sont impliquées dans de nombreux cancers hématologiques dont la leucémie aigüe myéloïde (LAM) et le myélome multiple. Contrairement à la plupart des autres protéines kinases dont l’activation nécessite la phosphorylation préalable du domaine catalytique, l’activité des Pim kinases est constitutive. Les mécanismes de régulation de l’expression de Pim2 ainsi que ses mécanismes d’action sont très peu connus. Une partie de mon projet a consisté en l’étude de l’expression et de la stabilité de Pim dans des cellules de LAM et de myélome. J’ai montré que l’expression de Pim2 est régulée au niveau transcriptionnel par STAT5. Les trois isoformes de Pim2 ont une demi-vie très courte. Leur rapide dégradation semble constitutive et indépendante des relais de signalisation intracellulaire. Elle implique la machinerie du protéasome mais ne semble pas nécessiter l’ubiquitination préalable de la protéine. Les formes de Pim2 qui s’accumulent dans les cellules sous l’action des inhibiteurs du protéasome sont constitutivement actives. Ces premières données m’ont conduit à envisager l’intérêt d’inhibiteurs de Pim dans le myélome multiple, où l’inhibition du protéasome comme traitement favorise l’accumulation de cette kinase oncogénique. La seconde partie de mon projet a consisté en l’identification de substrats et de partenaires potentiels de Pim2 dans les LAM. Pour cela, j’ai mis au point une méthode de marquage métabolique couplée à une analyse phosphoprotéomique quantitative globale, ainsi qu’une analyse de l’interactome de Pim2 après avoir produit un anticorps contre cette protéine. Les informations obtenues m’ont permis de montrer l’activation de la voie mTORC1 par Pim2 et d’identifier la Polo-Like Kinase (PLK1) comme un nouveau substrat et partenaire de Pim2. Mes résultats montrent une colocalisation de Pim2 et de PLK1 au cours des différentes phases de la mitose et en particulier au niveau du corps intermédiaire lors de la séparation des cellules filles. / The kinases of Pim family are implicated in many haematological cancers, whose Acute Myeloid Leukemia (AML) and multiple myeloma. Contrary of the most others proteins kinases which needs activation by the preliminary phosphorylation of catalytic domain, the activity of Pim kinases is constitutive. The regulation of Pim2 expression and its mechanisms of action are not well-known. One part of my project consisted in the study of the expression and stability of Pim2 in AML and myeloma cells. I have shown that the expression of Pim2 is regulated at transcriptional level by STAT5. The three isoforms of Pim2 have very short half-lives. Theirs fast degradations seem to be constitutive and independent of intracellular pathway. It involves the proteasome machinery but not seems to need the preliminary ubiquitination of the protein. Forms of Pim2 accumulated in the cells when the proteasome is inhibited are actives. These firsts data drove me to think about the interest of Pim inhibitor in multiple myeloma, where the using of proteasome inhibitor as treatment increase the accumulation of this oncogenic kinase. The second part of my project was to identify the potentials substrates and partners of Pim2 in AML. In this aim, I developed a method of metabolic labelling coupled with a global quantitative phosphoproteomic approach, as well as a specific antibody targeted against this protein to realize an interactome analysis of Pim2. The informations obtained allowed me to show the activation of mTORC1 pathway by Pim2 and to identify the Polo-Like Kinase (PLK1) as a new substrate and partner of Pim2. My results show that Pim2 and PLK1 are colocalized during the differents mitotic phases, particularly at the midbody level during the separation of cell.

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) sont considérés comme la pathologie neurologique la plus sévère en termes de mortalité et d’infirmité. Ils touchent plus de 140 000 personnes chaque année. L’AVC ischémique, qui représente 80% des AVC, est causé par l’occlusion localisée d’un vaisseau conduisant à un arrêt de l’apport en oxygène et en glucose au cerveau. Il est ainsi responsable de déficits moteurs, sensitifs et cognitifs qui peuvent gravement compromettre l’autonomie et la qualité de vie des patients. Les patients qui ont subi un AVC ischémique développent notamment une atrophie musculaire qui se produit principalement dans le membre parétique, mais aussi dans une moindre mesure dans le membre non parétique. Toutefois, les mécanismes moléculaires à l’origine de cette atrophie musculaire sont méconnus. Dans une première étude, l’objectif a été d’identifier les déterminants moléculaires mis en jeu dans l’atrophie musculaire induite par une ischémie cérébrale. Pour répondre à cet objectif, les travaux ont été menés sur un modèle d'ischémie cérébrale chez la souris qui consiste en l’occlusion de l'artère cérébrale moyenne par un monofilament en nylon. Nous avons montré que l’ischémie cérébrale entraînait, 3 jours après son induction, une atrophie musculaire des muscles quadriceps, soleus et tibialis anterior du côté parétique. Cette atrophie musculaire était associée à des déficits moteurs touchant l’équilibre, la coordination, la force musculaire, la posture ou la marche. Au niveau moléculaire, nous avons reporté un déséquilibre de la balance entre la synthèse et la dégradation des protéines musculaires en faveur d’une augmentation de la dégradation dans les muscles parétique et non parétique des souris ischémiées. Nous avons notamment montré que l’expression de la myostatine, un régulateur négatif majeur de la masse musculaire, était significativement augmentée. Dans une seconde étude, l’objectif a été d’identifier une cible d’intervention thérapeutique pour préserver la masse musculaire suite à une ischémie cérébrale. Au vu des résultats obtenus dans la première étude, nous avons ciblé la myostatine. Nous avons montré que l’inhibition de la myostatine entraînait, une meilleure récupération du poids de corps et du poids de divers muscles, 15 jours après une ischémie cérébrale. De plus, l’inhibition de la myostatine tendait à améliorer le comportement moteur des souris ischémiées (équilibre, coordination, force musculaire). En revanche, nous n’avons reporté aucune variation majeure des niveaux en ARNm ou protéines d’acteurs impliqués dans les voies de signalisation Akt/mTOR, Smad2/3, ubiquitine-protéasome et autophagie-lysosome, 15 jours après une ischémie cérébrale. Ces données préliminaires suggèrent que l’inhibition pharmacologique de la myostatine pourrait représenter une stratégie thérapeutique efficace pour limiter la perte de masse musculaire suite à une ischémie cérébrale / Strokes are considered as the most severe neurological disease in terms of mortality and disability. The incidence of stroke in France is estimated at 140 000. Ischemic stroke, which represents about 80% of strokes occur as a result of an obstruction of a blood vessel supplying blood to the brain. Motor, cognitive and sensory deficits are common impacts of stroke and can seriously compromise the autonomy and patient quality of life. Ischemic stroke leads to muscle atrophy, wich occurs primarily in the paretic limb, but also to a lesser extent in the nonparetic limb. However, the molecular mechanisms of muscle atrophy is unknown. In a first study, the purpose was to identify the molecular determinants involved in skeletal muscle atrophy following cerebral ischemia. To meet this objective, the work was carried out on a mouse model of cerebral ischemia, which involves the occlusion of the middle cerebral artery (MCAO) with a nylon monofilament. We have shown that cerebral ischemia leads to skeletal muscle atrophy of quadriceps, soleus and tibialis anterior muscles of the paretic side, 3 days after MCAO. This muscular atrophy was associated with motor deficits in the balance, coordination, muscle strength, posture and walking. From a molecular point of view, we reported an imbalance between the rates of synthesis and degradation of muscle protein, in favour of protein degradation in both paretic and nonparetic muscles. In particular, we showed that the expression of myostatin, a master negative regulator of skeletal muscle mass was significantly increased. In a second study, the purpose was to identify a target for therapeutic intervention in order to maintain muscle mass following cerebral ischemia. In view of the results obtained in the first study, we targeted the myostatin. Our results show that myostatin inhibition increases body weight and muscle mass recovery, 15 days after cerebral ischemia. In addition, myostatin inhibition tends to improve motor behavior (balance, coordination, strength). From a molecular point of view, we reported no major change in mRNA or protein level of actors involved in Akt/mTOR, Smad2/3, autophagy-lysosome and ubiquitin-proteasome pathways, involved in the control of muscle mass, 15 days after cerebral ischemia. These preliminary results strongly suggest that pharmacological inhibitors of myostatin may provide significant therapeutic benefit for muscle atrophy following cerebral ischemia

Protein misfolding and aggregation underlie several neurodegenerative proteinopathies including amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Superoxide dismutase 1 (SOD1) was the first gene found to be associated with familial ALS. Overexpression of human mutant or wild type SOD1 in transgenic mouse models induces motor neuron (MN) degeneration and an ALS-like phenotype. SOD1 mutations, leading to the destabilization of the SOD1 protein is associated with ALS pathogenesis. However, how misfolded SOD1 toxicity specifically affects human MNs is not clear. The aim of this thesis was to develop patient-derived, cellular models of ALS to help understand the pathogenic mechanisms underlying SOD1. To understand which cellular pathways impact on the level of misfolded SOD1 in human cells, we established a model using patient-derived fibroblasts and quantified misfolded SOD1 in relation to disturbances in several ALS-related cellular pathways. Misfolded SOD1 levels did not change following reduction in autophagy, inhibition of the mitochondrial respiratory chain, or induction of endoplasmic reticulum (ER)-stress. However, inhibition of the ubiquitin-proteasome system (UPS) lead to a dramatic increase in misfolded SOD1 levels. Hence, an age-related decline in proteasome activity might underlie the late-life onset that is typically seen in SOD1 ALS. To address whether or not SOD1 misfolding is enhanced in human MNs, we used mixed MN/astrocyte cultures (MNCs) generated in vitro from patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs). Levels of soluble misfolded SOD1 were increased in MNCs as well as in pure iPSC-derived astrocytes compared to other cell types, including sensory neuron cultures. Interestingly, this was the case for both mutant and wild type human SOD1, although the increase was enhanced in SOD1 FALS MNCs. Misfolded SOD1 was also found to exist in the same form as in mouse SOD1 overexpression models and was identified as a substrate for 20S proteasome degradation. Hence, the vulnerability of motor areas to ALS could be explained by increased SOD1 misfolding, specifically in MNs and astrocytes. To investigate factors that might promote SOD1 misfolding, we focussed on the stability of SOD1 mediated by a crucial, stabilizing C57-C146 disulphide bond and its redox status. Formation of disulphide bond is dependent on oxidation by O2 and catalysed by CCS. To investigate whether low O2 tension affects the stability of SOD1 in vitro we cultured fibroblasts and iPSC-derived MNCs under different oxygen tensions. Low oxygen tension promoted disulphide-reduction, SOD1 misfolding and aggregation. This response was much greater in MNCs compared to fibroblasts, suggesting that MNs may be especially sensitive to low oxygen tension and areas with low oxygen supply could serve as foci for ALS initiation. SOD1 truncation mutations often lack C146, and cannot adopt a native fold and are rapidly degraded. We characterized soluble misfolded and aggregated SOD1 in patient-derived cells carrying a novel SOD1 D96Mfs*8 mutation as well as in cells fom an unaffected mutation carrier. The truncated protein has a C-terminal fusion of seven non-native amino acids and was found to be extremely prone to aggregation in vitro. Since not all mutation carriers develop ALS, our results suggested this novel mutation is associated with reduced penetrance. In summary, patient derived cells are useful models to study factors affecting SOD1 misfolded and aggregation. We show for the first time that misfolding of a disordered and disease associated protein is enhanced in disease-related cell types. Showing that misfolded SOD1 exists in human cells in the same form as in transgenic mouse models strengthens the translatability of results obtained in the two species. Our results demonstrate disulphide-reduction and misfolding/aggregation of SOD1 and suggest that 20S proteasome could be an important therapeutic target for early stages of disease. This model provides a great opportunity to study pathogenic mechanisms of both familial and sporadic ALS in patient-derived models of ALS. / Varje år insjuknar omkring 5300 personer i världen i motorneuronsjukdomen Amyotrofisk lateralskleros (ALS). Sjukdomen kännetecknas av degeneration av motorneuron i hjärnan och ryggmärgen, de nervceller som styr kroppens muskler, vilket leder till musklerförtvining och gradvis förlamning. ALS-patienter avlider oftast till följd av andningssvikt när sjukdomen når andningsmuskulaturen. I de allra flesta fall uppkommer ALS sporadiskt (SALS), det vill säga utan känd genetisk orsak, medan ärftliga fall (FALS) drabbar omkring 10 % och beror på mutationer i ett antal kända gener. Upp till 6 % av alla ALS fall kan härledas till mutationer i genen superoxid dismutas 1 (SOD1). SOD1 är ett enzym som ansvarar för att omvandla och oskadliggöra fria syreradikaler som bildas vid normal ämnesomsättning. 206 olika SOD1 mutationer har identifierats, alla orsakar inte ALS men många leder till att den tredimensionella proteinstrukturen förändras, vilket ökar proteinets benägenhet att felveckas. Initialt trodde man att SOD1 mutationer förhindrade proteinets normalfunktion och följaktligen orsakade ALS. Studier har emellertid visat att den enzymatiska funktionen ofta bevaras, även hos muterade proteiner. Däremot kan små mängder felveckat SOD1 störa andra viktiga cellulära funktioner. Felveckat SOD1 har en benägenhet att klumpa ihop sig och bilda aggregat i det centrala nervsystemet (CNS). Dessa aggregat återfinns hos patienter med såväl FALS som SALS vilket tyder på att även vildtyps-SOD1 kan felveckas och vara involverat i sjukdomsutvecklingen. De flesta studier är baserade på transgena musmodeller som uttrycker extremt stora mängder av muterat humant SOD1. Det är dock oklart hur väl studier i möss överensstämmer med sjukdomsutvecklingen hos ALS-patienter, där mängden SOD1 är betydligt lägre. En central fråga som fortfarande står obesvarad är varför just motorneuron degenererar i ALS, trots att SOD1 uttrycks i alla kroppens celler. Det övergripande syftet med den här avhandlingen har varit att karakterisera felveckat SOD1 i patientceller för att studera dess roll i ALSrelaterade sjukdomsmekanismer med fysiologiskt relevanta nivåer av SOD1. Samtliga studier är gjorda in vitro med celler från friska donatorer med vildtyps-SOD1, celler från patienter med SOD1-FALS, FALS som bär andra ALS-associerade gener, samt SALS. I de allra flesta fallen har vi analyserat både lösligt felveckat SOD1 samt aggregerade former av SOD1 proteinet.

La cachexie est un syndrome clinique et métabolique caractérisé par une perte de tissu adipeux et de tissu musculaire, fréquemment observé chez les patients atteints de cancer. La myostatine (Mstn) régule négativement la masse musculaire. Bien que la régulation des mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la masse musculaire joue un rôle central dans la cachexie associée au cancer, les relations existant entre la Mstn et les mécanismes physiopathologiques restent largement inconnues. Suite à l’inoculation de cellules Lewis lung carcinoma (LLC) à des souris, nous avons montré que l’invalidation du gène de la Mstn (souris Mstn-/-) confère une résistance au développement de la cachexie associée au cancer par rapport à des souris sauvages. La déficience en Mstn prévient la perte de masse musculaire et réduit la croissance tumorale, 35 jours après l’injection des cellules LLC, et est associée à un allongement de la durée de vie des souris. L’invalidation du gène de la Mstn provoque aussi une augmentation de l’apoptose des cellules LLC et une diminution de l'expression de gènes impliqués dans la prolifération et le métabolisme tumoraux. L’activation des systèmes protéolytiques ubiquitine-protéasome et autophagie-lysosome, due au développement tumoral, est réduite voire supprimée dans le muscle des souris Mstn-/-. L’accumulation de céramides intramusculaires, un sphingolipide formé suite à une lipolyse exacerbée, est corrélée à la perte de masse musculaire, suggérant que les céramides pourraient être un médiateur cellulaire impliqué dans la cachexie associée au cancer. Ces résultats montrent que la Mstn joue un rôle essentiel dans la cachexie associée au cancer / Cachexia is a complex clinical and metabolic syndrome, whose definition is imprecise, characterized by an uncontrolled loss of adipose tissue and skeletal muscle mass, frequently observed in cancer patients, and leading to death in 25% of cancer patients. Myostatin (Mstn) is a negative regulator of skeletal muscle mass and a critical determinant of skeletal muscle homeostasis. Although the regulation of the molecular mechanisms involved in the control of skeletal muscle mass plays a central role in the pathogenesis of cancer cachexia, the relationships between Mstn and the pathophysiological mechanisms remain largely unknown. Following subcutaneous inoculation of Lewis lung carcinoma cells (LLC) in mice, we showed that the Mstn gene inactivation (Mstn-/- mice) confers resistance to the development of cancer cachexia, compared to wild type mice. Mstn deficiency prevents the loss of skeletal muscle mass and reduces tumor growth, 35 days after the inoculation of LLC cells, and this is associated with a longer life of mice. Mstn gene inactivation also causes an increased apoptosis of LLC cells and decreases expression of genes involved in tumor proliferation and metabolism. Activation of ubiquitin-proteasome and autophagy-lysosome proteolytic systems, triggered by tumor growth is significantly reduced or suppressed in skeletal muscle of Mstn-/- mice. Accumulation of intramuscular ceramides, a sphingolipid synthesized due to excessive lipolysis, is correlated with the loss of muscle mass, suggesting that ceramides may be a cellular mediator involved in the pathogenesis of cancer cachexia. These results show that Mstn plays a critical role in the pathogenesis of cancer cachexia

L'obésité est une maladie multifactorielle qui constitue un facteur de risque de nombreuses pathologies, notamment les maladies cardiovasculaires, le diabète et les maladies neurodégénératives. Des études épidémiologiques récentes suggèrent un effet obésogène des contaminants environnementaux, mais peu d'informations sont disponibles sur leur effet potentiel sur le métabolisme des lipoprotéines hépatiques. L'objectif de cette étude était de déterminer l'effet de polluants environnementaux de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sur trois récepteurs des lipoprotéines, le récepteur des LDL (LDL-R), le lipolysis-stimulated lipoprotein receptor (LSR) et le scavenger receptor B1 (SR-B1) ainsi que sur les ATP binding cassette transporter A1 (ABCA1) et G1 (ABCG1) en utilisant des modèles cellulaires et/ou animaux. Les études par immunoblots et immunofluorescence in vitro ont révélé que l'exposition de cellules Hepa1-6 au B[a]P diminue de manière significative les taux de protéine LSR, LDL-R et ABCA1, alors qu’aucune modification significative du taux et de l’activité du LSR n’a été observée lors d’une exposition au pyrène ou au phénanthrène. L’analyse en temps réel par PCR et les études avec la lactacystine ont révélé que cet effet était dû principalement à une augmentation de la dégradation par le protéasome plutôt qu’à une diminution de la transcription ou à une augmentation de la dégradation lysosomale. En outre, les ligand-blots ont révélé que les lipoprotéines exposées au B[a]P avaient une affinité réduite pour le LSR ou le LDL-R. Des souris C57Bl/6RJ ont été traitées par le B[a]P (0,5 mg / kg, i.p) toutes les 48 h pendant 15 jours. Le gain de poids observé est accompagné d’une augmentation des taux de triglycérides et de cholestérol plasmatiques, du taux de cholestérol hépatique, et d’une diminution du taux de LDL-R et ABCA1 chez animaux traités au B[a]P par rapport aux témoins. Les corrélations observées entre les taux de LSR et de LDL-R hépatiques chez les souris contrôle ne sont plus observées chez les souris traitées au B[a]P, ce qui suggère un dérèglement du métabolisme des lipoprotéines hépatiques. Ces résultats suggèrent que la prise de poids induite par le B[a]P est peut-être liée à son action inhibitrice sur le LSR et le LDL-R, ainsi que sur l’ABCA1 et le métabolisme des lipoprotéines hépatiques, ce qui conduit à un statut lipidique modifié chez les souris traitées au B[a]P, donnant ainsi un nouvel éclairage sur les mécanismes sous-jacents de la contribution des polluants tels que le B[a]P à la perturbation de l'homéostasie lipidique, susceptible de contribuer à la dyslipidémie associée à l'obésité / Obesity is a multifactorial disorder that represents a significant risk factor for many pathologies including cardiovascular diseases, diabetes and neurodegenerative diseases. Recent epidemiological studies suggest potential obesogenic effects of environmental contaminants, but little information is available on their potential effect on hepatic lipoprotein metabolism. The objective of this study was to determine the effect of the common environmental pollutants, belonging to polycyclic aromatic hydrocarbon (HAP) on three lipoprotein receptors, the LDL-receptor (LDL-R), the scavenger receptor B1 (SRB1) and the lipolysis-stimulated lipoprotein receptor (LSR) as well as the ATP binding cassette transporters A1 (ABCA1) and G1 (ABCG1) using cell and/or animal models. Immunoblot and immunofluorescence in vitro studies revealed that exposure of Hepa1-6 to benzo[a]pyrene (B[a]P) significantly decreased LSR, LDL-R and ABCA1 protein levels, whereas no significant changes in protein levels and LSR activity where observed upon cell treatment with pyrene or phenanthrene. Real-time PCR analysis, lactacystin and chloroquine studies revealed that this effect was due primarily to increased proteasome-mediated degradation rather than to decreased transcription or to increased lysosomal degradation. Furthermore, ligand blots revealed that lipoproteins exposed to B[a]P displayed markedly decreased binding to LSR or LDL-R. C57Bl/6RJ mice were treated with B[a]P (0.5 mg/kg, i.p) every 48 h for 15 days. The increased weight gain observed was accompanied by increased plasma triglycerides and cholesterol levels, increased liver cholesterol content, and decreased LDL-R, ABCA1, ABCG1 and SR-B1 protein levels in B[a]P-treated animals as compared to controls. Correlations observed between hepatic LSR and LDL-R levels in control mice were no longer observed in B[a]P treated mice, suggesting a potential dysregulation of hepatic lipoprotein metabolism.Taken together, these results suggest that B[a]P-induced weight gain may be due its inhibitory action on LSR and LDL-R, as well as ABCA1 and lipoprotein metabolism in the liver, which leads to the modified lipid status in B[a]P-treated mice, thus providing new insight into mechanisms underlying the involvement of pollutants such as B[a]P in the disruption of lipid homeostasis, potentially contributing to dyslipidemia associated with obesity

É proposto que vias de sinalização controlem a sobrevivência e adaptação do Plasmodium, nos diferentes hospedeiros. No presente trabalho buscamos por diferentes abordagens estudar a via de sinalização de melatonina em P. falciparum. Para isso, avaliamos os níveis de RNA mensageiro de genes do sistema-ubiquitina proteossomo (UPS) bem como o perfil de ubiquitinação resultante do tratamento de parasitas com melatonina. Mostramos que a proteína quinase 7 de P. falciparum (PfPK7) atua na modulação dos genes do UPS em resposta a melatonina. Avaliamos também se o parasita é responsivo ao ácido indol-3-acético (AIA). Sabendo-se da importância de receptores de membrana na regulação de diversas funções celulares incluindo a percepção do meio externo, buscamos caracterizar um receptor serpentino putativo identificado previamente pelo grupo. Pudemos concluir que a via de sinalização por melatonina em P. falciparum envolve a participação da PfPK7, uma vez que em parasitas nocautes para pfpk7 são irresponsivos à melatonina quando comparados ao parental. / It is proposed that signaling pathways can control the parasite survival and adaptation into the hosts. In the present work we inquire about to study the melatonin signaling pathway trhough different metodologies. For this purpose we have analized post-translational modification of melatonin signaling, through ubiquitin-proteasome system (UPS) mRNA levels as well as the profile of ubiquitination resulted of melatonin treatment when compared with control. Moreover, we have found here that the P. falciparum protein kinase 7 (PfPK7) plays a major role in ubiquitin-proteasome system mRNA modulation in response to melatonin since parasites knockout to pfpk7 gene do not upregulate the UPS genes in response to melatonin. As for melatonin we have evaluated if P. falciparum parasites were responsive to indoleacetic acid. Last but not least, we made an effort to characterize a putative serpentine receptor previously identified by our group. We conclude that melatonin signaling pathway involves PK7 participation since pfpk- parasites are irresponsives to melatonin.

En dégradant la majorité des protéines cellulaires, le protéasome se positionne comme un régulateur clé du protéome, vis-à-vis duquel la plupart des tumeurs présentent une forte addiction en raison du débalancement protéique qui les caractérise. Quoique son inhibition se soit avérée être une bonne stratégie anticancer, elle est demeurée limitée aux cancers sanguins. Malheureusement, leur traitement devient tôt ou tard compromis par la résistance cellulaire. Raison pour laquelle l'élucidation du mécanisme de mort en jeu pourrait permettre de mieux cerner cette résistance, ce qui constituerait les fondements pour un traitement plus efficace. L'un des événements les plus spectaculaires et les plus précoces à se manifester dans le cadre de ce traitement, est la déubiquitination massive de l'histone H2A sur la lysine (K) 119. Une corrélation positive plutôt paradoxale entre cet événement, qui est associé à l'expression génique, et la sensibilité cellulaire à l'inhibition du protéasome, a été remarquée. Cela a mené à s'intéresser à sa signification biologique. Des cellules cancéreuses et primaires ont servi de systèmes d'étude protéomique par immunobuvardage et par immunofluorescence, pour analyser l'état de la chromatine et la distribution spatio-temporelle des histones durant l'inhibition du protéasome. Des inhibiteurs chimiques, des ARN interférents et des vecteurs d'expression ont été utilisés à cette fin. Un impressionnant phénomène survenant à la suite de l'inhibition du protéasome a été révélé. En effet, une baisse drastique du niveau d'histones sur la chromatine s'opère simultanément à la déubiquitination de H2A-ub (K119). Le protéasome étant inhibé, celles-ci, et possiblement les histones synthétisées en phase S, subiraient une translocation irréversible dans les nucléoles, et ce avant le déclenchement de l'apoptose. Ce phénomène est reproduit par divers inhibiteurs du protéasome et par siRNA, et il survient autant dans des cellules cancéreuses que primaires, mais pas dans les cellules résistantes, qui ne démontrent d'ailleurs pas de déubiquitination de H2A-ub (K119). Par ailleurs, il a été montré que la surexpression d'histones exogènes mène à leur translocation nucléolaire, et que la combinaison de l'inhibition du protéasome à cette surexpression pourrait être léthale. Quoique majoritairement préliminaires, les résultats révèleraient un surprenant mécanisme de régulation post-traductionnelle des histones endogènes, qui seraient séquestrées dans les nucléoles lorsqu'elles ne sont pas incorporées à la chromatine. En effet, l'inhibition du protéasome occasionne une importante perturbation de la chromatine pendant plusieurs heures. En raison de la cytotoxicité intrinsèque des histones libres et de leur abondance dans les cellules, celles-ci pourraient bien être à l'origine de la mort induite par l'inhibition du protéasome. Enfin, en sa qualité de senseur majeur de stress, le nucléole pourrait bien être le point de départ de la signalisation menant à la mort. / By degrading most of cellular proteins, the proteasome is positioned as a key regulator of the proteome, against which most tumors have a strong addiction, due to the protein imbalance that characterizes them. Although its inhibition has been shown to be a good anticancer strategy, it is still limited to blood cancers. Unfortunately, their treatment sooner or later becomes compromised by cellular resistance. This is why the elucidation of the mechanism of death involved could allow a better understanding of this resistance, which would in turn constitute the basis for a more effective treatment One of the most spectacular and early events to manifest during this treatment is the massive deubiquitylation of histone H2A on lysine (K) 119. A rather paradoxical positive correlation between this event, which is associated with gene expression, and cellular sensitivity to proteasome inhibition, has been noticed. This led to an interest in its biological significance. Cancer and primary cells have been used as systems for proteomic study by immunoblot and immunofluorescence, to analyze chromatin status and the spatio-temporal distribution of histones during proteasome inhibition. Chemical inhibitors, interfering RNAs and expression vectors have been used for this purpose. An impressive phenomenon occurring during the proteasome inhibition has been revealed. Indeed, a drastic drop in histones level on chromatin occurs simultaneously with the deubiquitylation of H2A-ub (K119). The proteasome being inhibited, these, and possibly histones synthesized in S phase, would undergo an irreversible translocation in the nucleoli before the onset of apoptosis. This phenomenon is replicated by various proteasome inhibitors and siRNA, and occurs in both cancer and primary cells, but not in resistant cells, which do not demonstrate deubiquitination of H2A-ub (K119). Furthermore, overexpression of exogenous histones has been shown to lead to their nucleolar translocation, and it is thought that the combination of proteasome inhibition with this overexpression could be lethal. Although mostly preliminary, the results would reveal a surprising mechanism of post-translational regulation of endogenous histones, which would be sequestered in nucleoli when not incorporated into chromatin. Indeed, inhibition of the proteasome causes a significant disruption of the chromatin for several hours. Due to the intrinsic cytotoxicity of free histones and to their great cellular abundance, these may well be the cause of the death induced by proteasome inhibition. Finally, as a major stress sensor, the nucleolus could be the starting point of the death signaling.

De par l'omniprésence des rayonnements ionisants, l’évaluation de leur impact sur les écosystèmes est devenue une préoccupation environnementale majeure. Cependant, l’évaluation des risques environnementaux liés aux expositions chroniques souffre d’un manque de connaissances, d’autant que l’extrapolation des données acquises après exposition aiguë (plus nombreuses) ne semble pas adaptée pour la prédiction des effets des expositions chroniques. Pour exemple, les effets sur les paramètres individuels i.e. la reproduction, diffèrent entre ces deux modes d’expositions, suggérant que les mécanismes moléculaires sous-jacents diffèrent également. Il est donc nécessaire de réaliser des études au niveau individuel et subcellulaire afin de mieux comprendre les différences de radiotoxicité observées entre les deux modes d’irradiation. Les protéines sont les molécules fonctionnelles dans les organismes, elles peuvent être les cibles de dommages oxydatifs (i.e carbonylation), et sont susceptibles d’être des marqueurs pertinents et sensibles de l’exposition aux rayonnements ionisants. Ainsi, l’objectif de ce projet de thèse était d’améliorer la compréhension des mécanismes moléculaires de radiotoxicité (aigu vs chronique) en étudiant particulièrement la contribution du protéome chez un organisme modèle, le nématode Caenorhabditis elegans. Pour ce faire, l’étude des effets d’irradiation gamma aiguë et chronique sur une large gamme de doses (0,5 - 200Gy, dont 4 doses communes aux deux modes d’exposition) a été opérée au niveau individuel, et en particulier sur la reproduction, paramètre susceptible d’influencer directement la dynamique des populations. En complément, la modulation de l'expression des protéines mais aussi leurs dommages (i.e carbonylation) et leur dégradation par le protéasome ont été évalués. Les résultats ont montré que l’irradiation aiguë induit un effet sur le succès d’éclosion et sur la ponte totale dès 30Gy alors que seule la ponte totale est impactée par l’irradiation chronique à partir de 3,3Gy. A l’échelle moléculaire, les niveaux de protéines carbonylées sont très peu modulés après exposition chronique ou aiguë aux rayonnements ionisants. Le protéasome semble être impliqué dans la dégradation des protéines carbonylées après irradiation chronique. En revanche, après irradiation aiguë, celui-ci semble dépassé, suggérant une possible implication d’autres mécanismes de défense (autophagie). Les profils d’expression des protéines, et notamment de protéines impliquées dans l’apoptose, la réparation des dommages à l’ADN, la réplication et la reproduction sont différents après irradiation aiguë et chronique. Ainsi, les protéines nécessaires au développement embryonnaire sont réprimées après irradiation aiguë dès 0,5 Gy alors que celles impliquées dans le développement de la lignée germinale sont surexprimées. Ces dernières sont réprimées après irradiation chronique dès 0,5 Gy. Ces résultats, suggèrent que les mécanismes de radiotoxicité entre les expositions aiguës et chroniques sont bien distincts, et que les effets de l’irradiation aiguë pourraient être dus à une perturbation de l’embryogénèse (via l’accumulation de dommages génotoxiques). A l’inverse, l’irradiation chronique induirait un effet sur la gamétogénèse se traduisant par une baisse de la ponte totale sans affecter l’embryogénèse. Ce projet de recherche nous a permis d’apporter des connaissances sur les cascades d’évènements moléculaires suite à différentes conditions d'irradiation gamma et illustre l’intérêt d’utiliser une approche intégrée pour mieux prédire et comprendre les effets observés sur les grandes fonctions biologiques. De plus ces travaux ont permis de caractériser des marqueurs protéiques d’exposition plus sensibles que les marqueurs individuels puisque l’activité du protéasome et l’expression des protéines est modulée dès 0,5Gy. In fine cet ensemble de données contribuera à améliorer l’évaluation des risques pour l’environnement. / Because of the ubiquitous nature of ionizing radiation, the risk assessment on ecosystems has become a major environmental concern. However, the environmental risk assessment of chronic exposures suffers from a lack of knowledge, especially because the extrapolation of data acquired after acute exposure in order to predict the effects of chronic exposures is not always relevant. Indeed, the effects on the individual parameters, i.e reproduction, differ between these two irradiation modes, suggesting that underlying mechanisms are also different. It is therefore necessary to carry out studies at the individual and at the subcellular level in order to better understand molecular mechanisms governing these differences in the observed effects. Proteins are the functional molecules in organisms, they can be the targets of oxidative damage (i.e carbonylation), and are likely to be relevant and sensitive markers of exposure to ionizing radiation. Thus, the objective of this research project was to improve the understanding of molecular mechanisms of radiotoxicity (acute vs chronic), particularly by studying the proteome contribution, on the biological model Caenorhabditis elegans. The study of the acute and chronic gamma irradiation effects, on a large dose range (between 0.5 and 200Gy, including 4 common doses to both irradiation modes), was performed at the individual level with the reproduction as endpoint, a parameter likely to directly influence the dynamic of populations. In addition, the modulation of protein expression but also their damage (i.e. carbonylation) and their degradation by the proteasome were evaluated. The results showed that acute irradiation induced an effect on hatching success and on total spawning from 30 Gy whereas only total spawning was impacted after chronic irradiation from 3.3 Gy. At the molecular level, the global level of carbonylated proteins was not so modified after chronic or acute exposure to ionizing radiation. The proteasome appears to be involved in the degradation of carbonylated proteins after chronic irradiation whereas after acute irradiation, it seems overtaken, suggesting a possible involvement of other defense mechanisms (autophagy). The protein expression, and particularly proteins involved in apoptosis, DNA repair, replication and reproduction, is differentially modulated after acute and chronic exposure. Thus, the proteins involved in embryonic development are repressed after acute irradiation as soon as 0.5 Gy whereas those involved in the germline development are overexpressed. These results suggest that the radiotoxicity mechanisms between acute and chronic exposures are quite different and that the effects of acute irradiation may be due to an embryogenesis disturbance (via the accumulation of genotoxic damage). Conversely to acute, chronic irradiation induces an effect on gametogenesis, resulting in a decrease of the total spawning without impacting embryogenesis. This research project allowed us to provide knowledge on the molecular cascade events following different gamma irradiation conditions and highlights the need of using an integrated approach to better predict and understand the observed effects on major biological functions. Moreover, this work allowed characterizing more sensitive markers of exposure than the individual ones as the proteasome activity and the protein expression is modulated from 0.5Gy. Ultimately this dataset would help to improve the environmental risk assessment.

Les plaquettes sont la principale source de CD40L soluble (sCD40L), une molécule thrombo-inflammatoire dont les taux élevés chez les patients atteints des maladies coronariennes (CAD) prédisent des événements athérothrombotiques. Nous avons déjà démontré que le sCD40L active deux voies de signalisation dans les plaquettes, la p38 MAPK et le facteur nucléaire-κB (NF-κB), non affectées par l’activité antiplaquettaire de l'aspirine (ASA). Nous avons montré aussi que le sCD40L, en réponse à des doses sous-optimales d'agonistes plaquettaires comme la thrombine et le collagène, potentialise l'agrégation des plaquettes via le récepteur CD40 et son effecteur cible présent en aval le NF-κB. En effet, le NF-κB appartient à une famille de dimères cytoplasmiques inactivés par l'inhibiteur IκB et régulés par l’IκB kinase (IKK). Suite à des signaux immunologiques, l’IKK phosphoryle l’IκB, ce qui entraîne sa dégradation par le protéasome. Par conséquent, le NF-κB, une fois libre, se déplace vers les noyaux des cellules immunitaires où il agit sur le génome pour maintenir la survie et la prolifération cellulaires. Contrairement aux cellules immunitaires, la régulation et les fonctions de NF-κB dans les plaquettes, fragments cellulaires dépourvus de génome, sont moins bien comprises. Dans ce projet, nous proposons l'hypothèse que l’axe sCD40L/NF-κB/protéasome amorce les plaquettes en les prédisposant à une activation et une agrégation prononcées. Nos objectifs seront donc (i) d'étudier l'interaction entre le NF-κB et le protéasome en réponse au sCD40L et (ii) d'examiner les rôles de cet axe sur les fonctions plaquettaires. Pour cela, des plaquettes ont été fraîchement isolées à partir du sang des donneurs humains sains qui ne prennent pas des médicaments antiplaquettaires ou anti-inflammatoires. Ces plaquettes ont été par la suite stimulées par le sCD40L. En étudiant l'activation de NF-κB, l'analyse par Western blot a montré que le sCD40L induit la phosphorylation d’IκB et la dégradation de sa forme phosphorylée (p-IκB) dans un délai de 30 minutes, d'une manière similaire à l’action de la thrombine, l’agoniste plaquettaire le plus puissant. Le prétraitement des plaquettes avec deux classes d'inhibiteurs de NF-κB, le répresseur d’IKK (BAY 11-7082) et l’antagoniste du protéasome (MG132), a montré que l'activation du NF-κB dans les plaquettes est régulée par l’IKK et le protéasome, identiquement aux cellules nucléées. L'examen des événements de signalisation induits par le sCD40L a montré que l'inhibition du NF-κB plaquettaire n'affecte pas la phosphorylation de p38 MAPK ou le clivage protéasomique de la Taline-1 qui est impliquée dans le changement de la forme des plaquettes. Concernant les effets sur les fonctions plaquettaires, l'inhibition de NF-κB ou du protéasome n'a pas influencé l'agrégation des plaquettes induite par des doses élevées de collagène ou de thrombine. Cependant, elle a considérablement réduit l'agrégation plaquettaire suite à un amorçage avec le sCD40L, suivie d'une stimulation avec des doses sous-optimales de collagène ou de thrombine. Nous avons également constaté que le sCD40L exacerbe la rétraction des caillots fibrino-plaquettaire formés par de faibles doses de thrombine. Cet effet d'amorçage est régulé par l’axe NF-κB/protéasome. En bref, l’axe sCD40L/NF-κB/protéasome fonctionne de manière non génomique, en amorçant les plaquettes, induisant ainsi la potentialisation de l'agrégation plaquettaire et l'augmentation de la rétraction des caillots fibrino-plaquettaire. Par conséquent, le ciblage de cet axe dans les plaquettes pourrait avoir un rôle thérapeutique chez les patients atteints de CAD et dont les plaquettes ne répondent pas ou sont moins sensibles aux traitements antiplaquettaires conventionnels. / Platelets are the principal source of soluble CD40L (sCD40L), a thrombo-inflammatory molecule whose high levels in coronary artery disease (CAD) patients predict atherothrombotic events. We have previously demonstrated that sCD40L activates two signaling pathways in platelets, p38 MAPK and the nuclear factor-κB (NF-κB), both of which were unaffected by the anti-platelet activity of aspirin (ASA). We have also shown that sCD40L, in response to suboptimal doses of platelet agonists like thrombin and collagen, potentiates platelet aggregation through CD40 receptor and its downstream effector target NF-κB. Indeed, NF-κB belongs to a family of cytoplasmic dimers that are inactivated by the inhibitor IκB and regulated by IκB kinase (IKK). Following immunological signals, IKK phosphorylates IκB, driving the degradation of its phosphorylated form (p-IκB) by the proteasome. Consequently, NF-κB becomes free to translocate to the nuclei of immune cells where it acts genomically to maintain survival and proliferation. That is the case in immune cells, but in platelets which are devoid of genome, the regulation and functions of NF-κB are less understood. Herein, we hypothesized that sCD40L/NF-κB/proteasome axis primes platelets, predisposing them to pronounced activation and aggregation. We thus aimed to (i) assess the interplay between NF-κB and proteasome in response to sCD40L and (ii) investigate the roles of this axis at the level of platelet functions. For this purpose, platelets were freshly isolated from the blood of healthy human donors who are not on anti-platelet or anti-inflammatory medication and then stimulated with sCD40L. In monitoring the activation of NF-κB, western blot analysis showed that sCD40L induces the phosphorylation of IκB and the degradation of p-IκB during a 30-mins time window, in a similar fashion to the most potent platelet agonist thrombin. The pre-treatment of platelets with two classes of NF-κB inhibitors, an IKK repressor (BAY 11-7082) and a proteasome antagonist (MG132), showed that the activation of platelet NF-κB is regulated by IKK and the proteasome as in nucleated cells. The examination of the functional signaling events induced by sCD40L showed that NF-κB inhibition does not affect the phosphorylation of p38 MAPK or the proteasomal cleavage of shape change-involved Talin-1. In functional studies, NF-κB or proteasomal inhibition did not influence the aggregation of platelets induced by high doses of collagen or thrombin; however, it markedly reduced platelet aggregation primed with sCD40L followed by stimulation with sub-optimal doses of collagen or thrombin. We also found that sCD40L exacerbates the retraction of fibrin-platelet clots formed by low doses of thrombin. This priming effect was regulated by NF-κB/proteasome dyad. In brief, sCD40L/NF-κB/proteasome axis primes platelets and functions non-genomically, inducing the potentiation of platelet aggregation and augmenting the retraction of fibrin-platelet clots. Hence, targeting this axis in platelets might have a therapeutic potential in CAD patients whose platelets are not or less responsive to conventional antiplatelet therapies.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Anbu is a bacterial protein with significant homology to the sub-units of the 20S proteasome and is predicted to be a novel bacterial proteasome. The goal of this project was to determine if the recombinant Anbu protein from Pseudomonas aeruginosa is a proteasome. Anbu from P. aeruginosa was successfully cloned, expressed and purified. In order to determine the catalytic activity of Anbu, the purified protein was tested with a variety of substrates and conditions. The targets analyzed included fluorescently-labeled substrates, denatured proteins, diubiquitin, and a peptide library in the hopes of obtaining a useful model substrate. Experiments were also conducted to determine what role Anbu has in the cell. Western analysis was performed on the cell lysate of wild type P. aeruginosa and insertional mutants to detect Anbu expression. The level of biofilm formation was compared between the wild type and mutants. Cultures were grown under stress conditions including the oxidative stress of diamide and the nitrosative stress of S-nitrosoglutathione. Growth rates were monitored in an attempt to detect a phenotypic difference between the wild type and the mutants lacking Anbu, HslV, and the other proteins of interest. While a substrate for Anbu has yet to be found, this protein was found to assemble into a larger structure and P. aeruginosa lacking Anbu was sensitive to the oxidative stress of diamide and the nitrosative stress of S-nitrosoglutathione.