<p> Bax is a pro-apoptotic protein believed to permeabilize mitochondria during apoptosis. The mechanism Bax uses is not well understood. In this work, we use fluorescence techniques to shed light on how tBid activates Bax and we examine the topology of the pore-forming domain of Bax. </p> <p> The manner in which tBid promotes apoptosis via Bax activation is not known. Study of tBid and Bax interaction using a new FRET pair showed that the proteins only interacted in the presence ofmembranes. The Bax pore was shown to have a variable size distribution. A fluorescence technique of simultaneously measuring pore formation, Bax insertion and FRET showed that tBid interaction with Bax occurred before all the Bax inserted or formed pores in the liposomes. A chronological order is proposed for Bax pore formation. tBid first binds to liposomes. tBid proceeds to interact with Bax, and Bax inserts into the membrane. After insertion, Bax oligomerizes and forms small pores. More Bax is recruited and the pores become larger. </p> <p> The two central hairpin helices of Bax, helices 5 and 6, are known as the pore-forming domain. We used cysteine scanning with the environment sensitive fluoroprobe NBD to gain insight into the topology of these helices. Fluorescence intensity changes and emission blue shifts showed that residues in these helices undergo conformational reorganization during pore formation. In the activated oligomeric conformation, fluorescence lifetimes showed that helix 5 was more inaccessible to water than helix 6. Cobalt, a cationic NBD quencher, effectively quenched residues in the pore-forming domain, consistent with a pore that is lined with anionic lipid head groups. Quenching with nitroxide groups at various lipid depths showed that residues on helix 6 were most quenched by a shallow quencher, while residues on helix 5 were quenched by deeper quenchers. Compared to beta sheet pore-forming proteins, the data obtained suggests that Bax and possibly other alpha helical pore-forming proteins form a lipidic pore in a dynamic environment. Combined together, the data suggest a model for Bax in which helix 5 spans the bilayer, and helix 6 is buried just below the lipid headgroups of a toroidal pore. </p> / Thesis / Master of Science (MSc)

Les facteurs de transcription de la famille MAF sont impliqués d’une part au cours du développement dans des processus de différenciation terminale et d’autre part dans la carcinogenèse. Un découplage fonctionnel est observé. En effet, les gènes cibles mis en jeu au cours des processus cancéreux et de différenciation terminale semblent différents. L'activité oncogénique des protéines MAF dépend du contexte cellulaire. Ainsi, il a été proposé qu'elles exercent leur activité oncogénique dans des tissus où elles ne sont pas exprimées normalement. De plus, leur pouvoir transformant est régulé par phosphorylation. Mon travail de thèse a porté sur le rôle oncogénique de ces protéines en étudiant ces deux aspects. J'ai identifié le rôle oncogénique de NRL, un membre de la famille MAF, dans le Médulloblastome et j'ai étudié la régulation par phosphorylation des MAF dans le Myélome Multiple. L’activité oncogénique du facteur de transcription NRL, connu pour son rôle dans la différenciation terminale d’un type cellulaire de la rétine, n’avait jamais été établie. Alors que NRL n'est pas exprimé dans le cervelet sain, des études de transcriptome ont montré que NRL est surexprimé dans un sous-groupe agressif de médulloblastome, une tumeur pédiatrique du cervelet. J’ai montré pour la première fois que NRL est un oncogène. Il participe directement à la carcinogénèse de médulloblastomes, en protégeant les cellules de l’apoptose, à travers la régulation d’un membre anti-apoptotique de la famille BCL, BCL-XL. L’inhibition des protéines BCL pourrait constituer une stratégie thérapeutique potentielle dans des Médulloblastomes de mauvais pronostic et résistants aux traitements classiques.Au sein du laboratoire, un projet, auquel j’ai participé, a porté sur la régulation de l’activité oncogénique des facteurs de transcription MAF, dans des Myélomes Multiples, de mauvais pronostic. Ce travail établit que l’activité oncogénique de deux membres de la famille MAF, MAFB et c-MAF, est régulée par phosphorylation induite par la Ser/Thr kinase GSK3. La phosphorylation des facteurs de transcription MAF augmente leur activité oncogénique et paradoxalement induit leur dégradation par le protéasome. Ce travail a permis d’identifier un mécanisme de résistance potentiel de ces tumeurs et de proposer une nouvelle approche thérapeutique, basée sur l’inhibition de la phosphorylation des protéines MAF. / MAF (MusculoAponeurotic Fibrosarcoma) transcription factors are involved in terminal differentiation during normal development, and also in oncogenesis. A functional uncoupling is observed between these two functional activities. Indeed, target genes involved in cancer or terminal differentiation look different. The oncogenic activity of MAF proteins is dependent on the cellular context. Thus, it was suggested that they exert their oncogenic activity in tissues where they are not normally expressed. In addition, their transforming ability is regulated by phosphorylation. My work focused on the oncogenic role of these proteins by studying these two aspects. I identified the oncogenic role of NRL, a member of the MAF family in Medulloblastoma and I studied the regulation by phosphorylation of MAF in Multiple Myeloma.The oncogenic activity of the transcription factor NRL, known for its role in the terminal differentiation of a cell type in the retina, has never been established. While NRL is not expressed in the healthy cerebellum, transcriptome studies showed that NRL is overexpressed in an aggressive subgroup of medulloblastoma, a pediatric tumor of the cerebellum. I showed for the first time that NRL is an oncogene. NRL is directly involved in the carcinogenesis of medulloblastoma, protecting cells from apoptosis through regulation of an anti-apoptotic member of the BCL family, BCL-XL. Inhibition of the protein BCL could be a potential therapeutic strategy for medulloblastoma with a poor prognosis and resistant to conventional therapies.In the laboratory, I also participated in a project which focused on the regulation of the oncogenic activity of transcription factors, MAF, in rarely curable multiple myeloma. This work establishes that the oncogenic activity of two MAF members, MAFB and c-MAF, are regulated by phosphorylation-induced Ser/Thr kinase GSK3. Phosphorylation of transcription factors MAF increases their oncogenic activity and paradoxically induces their degradation by the proteasome. This work has identified a potential mechanism of resistance of these tumors providing a new therapeutic approach, based on the inhibition of MAF protein phosphorylation.

La régulation de l’apoptose fait partie des nouvelles cibles thérapeutiques dans la lutte contre le cancer. L’apoptose est l’autodestruction programmée des cellules qui, suite à un besoin physiologique, permet de réguler le développement des cellules. Dans de nombreux cancers, ce mécanisme est inhibé par une surexpression des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 comme Bcl-xL et Mcl-1. Ce phénomène entraîne le développement des cellules tumorales et des résistances aux chimiothérapies. Dans cette optique, notre équipe à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles a développé un criblage de plantes tropicales sur ces cibles. Des écorces d’une annonacée de Malaisie, Meiogyne Cylindrocarpa, a été isolé un sesquiterpène dimère, la meiogynine A, présentant une bonne affinité vis-à-vis de Bcl-xL (Ki = 10.7 M). Sa synthèse totale a été réalisée au laboratoire afin de déterminer sa configuration absolue et d’étudier les premières relations structure activité. Un de ses diastéréoisomères a également présenté une bonne affinité vis-à-vis de la protéine Bcl-xL.Afin d’étudier et d’approfondir les premières relations structure activité, la modulation de la meiogynine A a été réalisée. La synthèse des diénophiles acides a été optimisée afin de conduire majoritairement aux diénophiles précurseurs des composés actifs. Différents triènes ont également été synthétisés au laboratoire en vue de modifier la partie Sud de la meiogynine A. Plusieurs analogues ont ainsi pu être obtenus et ont été évalués biologiquement sur des tests in vitro et ex vivo. Des études de modélisation moléculaire et de RMN structurale ont également été réalisées. / The control of the apoptosis is one of the new modern key to fight against the cancer. The apoptosis is the self destruction of cells, part of the homeostasis, which regulates the cell developement. In several cancers, the over-expression of anti-apoptotic proteins, as Bcl-xL and Mcl-1 parts of the Bcl-2 proteins family, inhibate this naturel process. This phenomenum induce the tumoral cells developement and the chemotherapy’s resistance. In order to find new compounds which can regulate the apoptosis, our group in the Institut de Chimie des Substances Naturelles has screened different tropical plants on these targets. A Malaysian plant, Meiogynine Cylindrocarpa, was selected and the phyotchemist work on this plant gave us a new sesquiterpen , the meiogynin A (Ki = 10.7 M on Bcl-xL). Its total synthesis was realised in our laboratory in order to determine its absolute configuration and find the first structure activity relation. One of the synthetised diastereoisomers has presented a better affinity toward the protein. In order to precise these first structure activity relations, the modulation of the meiogynin A was initiated. The synthesis of the acid dienophiles was optimised, the main compounds are the precursors of the active decalins. New triene was also obtained in order to modulate the South Part of the meiogynin A. Thanks to a Diels-Alder reaction, these precursors were combined in order to form new analogues of the meiogynin A. All these compounds were biologically tested (in vitro et ex vivo). Experiments of molecular docking and 2D NMR were also realised.