II a été proposé qu'une partie des effets bénéfiques des agonistes des récepteurs nucléaires activés par les proliférateurs des peroxisomes gamma (PPARy) sur le remodelage du tissu adipeux et la sensibilité à l'insuline serait attribuable à une réduction des niveaux de glucocorticoïdes (GC), via une diminution de l'expression de la 11 P-hydroxystéroïde déshydrogénase type 1 (IIB-HSDl) dans le tissu adipeux. Cette enzyme permet l'activation des GC principalement au niveau du foie et du tissu adipeux et serait possiblement impliquée dans la pathogenèse de l'obésité. Une première série d'études a permis d'évaluer la contribution des GC (circulants/tissulaires) dans les mécanismes d'action de l'agoniste de PPARy rosiglitazone au niveau du remodelage du tissu adipeux et du profil métabolique chez des rats nourris avec une diète standard. Le maintien des effets bénéfiques de la rosiglitazone sur la morphologie et le profil lipidique du tissu adipeux intra-abdominal (rétropéritonéal) a résulté: (1) en un effet additif de l'agonisme PPARy et de la surrénalectomie sur la triglycéridémie et la sensibilité à l'insuline; (2) en la prévention des effets délétères de l'hypercorticostéronémie, tels la stéatose hépatique, l'hyperlipidémie et l’hyperinsulinémie. L'absence d'effet additif d'un traitement combiné (rosiglitazone/inhibiteur de la llB-HSDl) a montré que la contribution des GC dans les mécanismes d'action de la rosiglitazone au niveau des paramètres étudiés est minime et que les effets de l'agoniste englobent largement les effets bénéfiques associés à une diminution de l'action des GC dans le tissu adipeux. Une deuxième série d'études a visé à établir l'implication de la llB -HSDl dans le métabolisme lipidique chez des rats nourris avec une diète obésogène. L'inhibition pharmacologique de la llB -HSDl a induit: (1) une augmentation des processus oxydatifs et une diminution de la stéatose et de la sécrétion hépatique de VLDL; (2) un effet tissu-spécifique sur le métabolisme lipidique des dépôts adipeux intra-abdominaux, en améliorant tout particulièrement le profil délétère du tissu adipeux mésentérique; (3) une redistribution de la captation des lipides circulants vers les tissus oxydatifs et un accroissement de leur capacité oxydative. Ainsi, la llB -HSDl représente une cible thérapeutique attrayante pour le traitement des désordres reliés à l'obésité. / It has been suggested that part of the beneficial effects of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARy) agonists on adipose tissue remodelling and insulin sensitivity would be attributable to a reduction in glucocorticoid (GC) levels, through a decrease in IIB-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (IIB-HSDl) in adipose tissue. This enzyme is implicated in GC activation principally in liver and adipose tissue, and may be involved in the pathogenesis of obesity. A first set of studies allowed the evaluation of the contribution of GC (plasma and tissue) in the mechanisms of action of the PPARy agonist rosiglitazone at the level of adipose tissue remodelling and the metabolic profile in rats fed a standard diet. The results suggest that maintenance of the beneficial effects of rosiglitazone on intraabdominal (retroperitoneal) adipose tissue morphology and the lipid profile resulted in: (1) an additive effect of PPARy agonism and adrenalectomy on triglyceridemia and insulin sensitivity, and (2) the prevention of the deleterious effects induced by hypercorticosteronemia, such as hepatic steatosis, hyperlipidemia and hyperinsulinemia. The lack of additive effect of the combined treatment (rosiglitazone/ IIB-HSDl inhibitor) allowed us to conclude that the contribution of GC in the mechanisms of action of rosiglitazone at the level of the parameters studied is minimal, and that the beneficial effects of PPARy agonism largely include those associated with a decrease in GC action in adipose tissue. A second set of studies aimed at establishing the role of IIB-HSDl in lipid metabolism in rats fed an obesity-promoting diet. Pharmacologic inhibition of IIB-HSDl induced: (1) an increase in oxidative processes and a decrease in hepatic steatosis and VLDL secretion; (2) a tissue-specific effect on intra-abdominal adipose depot lipid metabolism, including a robust improvement in the metabolic handling of lipids in mesenteric adipose tissue; (3) lipid partitioning towards oxidative tissues and an increase in their oxidative capacity. IIB-HSDl therefore constitutes an attractive therapeutic target for the treatment of obesity-related disorders.

Le projet de recherche présenté dans cette thèse visait à caractériser la fonction de l'enzyme 17ß-hydroxystéroïde déshydrogénase de type 12 (17ß-HSD12), qui catalyse la synthèse d'estradiol, par opposition à son homologue la 17ß-HSD3, impliquée dans la production testiculaire de testosterone. Dans un premier temps, nous avons observé que le processus de différenciation adipocytaire était associé avec une augmentation drastique de l'activité 17ß-HSD estrogénique, elle-même concomitante avec une élévation des niveaux d'expression de l'enzyme 17ß-HSD12, lui suggérant donc une fonction estrogénique importante, du moins au niveau des cellules adipeuses humaines. Parallèlement, nous avons pu confirmer l'importance de l'acide aminé 234 au niveau de l'activité et de la spécificité estrogénique via la caractérisation des enzymes 17ß-HSD12 de singe et de rat, toutes deux tributaires d'une phenylalanine à cette position critique, par opposition aux orthologues de C.elegans et de souris, qui eux possèdent un acide aminé en position 234 moins encombrant, permettant à la 17ß-HSD12 de convertir à la fois les androgènes et les estrogènes chez ces deux espèces. Enfin, par la génération d'un modèle de souris déficiente en 17ß-HSD12, nous avons conclu que la 17ß-HSD12 possédait une fonction physiologique supplémentaire, différente de son activité estrogénique. En effet, malgré le fait que nous envisagions un phénotype qui aurait dû refléter une déficience estrogénique, du moins au niveau de certains tissus, aucun homozygote portant la deletion n'a vu le jour, l'absence de 17ß-HSD12 fonctionnelle causant une létalité complète au niveau embryonnaire. Il est fort probable que cet arrêt du développement embryonnaire soit attribuable à la fonction d'élongation des acides gras ayant précédemment été reconnue à la 17ß-HSD12. L'ensemble de ces résultats porte à croire que la 17ß-HSD12 serait une enzyme bifonctionnelle, exerçant une action importante au niveau de la production des acides gras à longues chaînes, mais démontrant également une implication dans la production de molécules stéroïdiennes actives, tout dépendant du contexte cellulaire.

Les microARN (miARN) sont de petits ARN endogènes de 21-23 nucléotides (nt) impliqués dans la répression traductionnelle d'ARN messagers (ARNm) spécifiques par la reconnaissance de sites de liaison (SL) dans la région 3' non-traduite (3'NT) chez la plupart des eucaryotes. Dans le cerveau de patients atteints de la maladie d'Alzheimer, l'expression de la protéine BACE est augmentée d'environ 3 fois, malgré des niveaux inchangés d'ARNm, suggérant la perte possible d'une régulation par les miARN. De fait, la région 3'NT de mBACEl régule l'expression du gène rapporteur Renilla luciférase (Rluc), auquel il est couplé, à la baisse par plus de 70 % dans les lignées cellulaires murines neuronale (N2a) et fibroblastique (NIH 3T3). Une analyse bioinformatique a révélé deux SL potentiels pour des miARN dans la région 3'NT de mBACEl, soit pour miR-298 et miR-328. Nous avons démontré que ces miARN lient de façon spécifique leur SL présumé par EMSA in vitro. Ces interactions sont déstabilisées par la perturbation de l'appariement de la région 5' du miARN. Le SL de miR-328 est capable de médier la répression de l'expression de Rluc in vivo, alors que la mutation des SL abolit cette répression, validant ainsi la fonctionnalité du SL. Finalement, une surexpression ou une neutralisation de miR-298 et miR-328 font varier les niveaux de mBACEl endogène à la baisse et à la hausse, respectivement. Nos résultats suggèrent l'implication de miR-298 et miR-328 dans la régulation de l'expression de BACE, et offrent une nouvelle perspective étiologique de la maladie d'Alzheimer.

La 17β-HSD1 catalyse l’activation de l’oestrogène le plus actif, l’estradiol, ainsi que la désactivation de la dihydrotestosterone, l’androgène le plus puissant. Cette enzyme est considé ré e comme une cible prometteuse pour le traitement des maladies dépendantes des oestrogènes. Malgré des décennies de recherches, aucun inhibiteur ciblant la 17β-HSD1 n’a encore atteint le stade clinique. De plus, le mécanisme de l’inhibition du substrat de la 17β-HSD1, qui peut être utilisé pour faciliter la conception d’inhibiteur, n’est toujours pas bien dé montré de maniè re structurelle. Ici, nous avons Co-cristallisé trois inhibiteurs de différence, à savoir l’EM- 139, le 2-MeO-CC-156 et le PBRM, avec la 17β-HSD1 et avons résolu ces structures cristallines. L’inhibiteur ré versible EM-139 s’est révélé moins stable dans le site de liaison aux stéroïdes, avec seulement la fraction du noyau stéroïdien de l’inhibiteur présentant une densité d’électron définissable. La fraction volumineuse de 7α-alkyle de l’inhibiteur, qui limite son activité anti-oestrogénique, n’est pas dé finie dans la densité électronique, peut compromettre l’effet inhibiteur de l’inhibiteur sur l’enzyme. Quant à l’inhibiteur réversible, le 2-MeO-CC-156, il interagit de maniè re similaire que le CC-156 avec l’enzyme. Cependant, avec la présence du groupe 2-MeO, le pouvoir inhibiteur de la 17β-HSD1 est nettement infé rieur à celui du CC-156. L’analyse du complexe ternaire PBRM avec la 17β-HSD1 montre clairement la formation d’une liaison covalente entre l’His221 et la chaîne laté rale bromoethyl de l’inhibiteur, donnant un aperç u des interactions molé culaires bé né fiques qui favorisent la liaison et l’avè nement de N-alkylation ulté rieur dans le site catalytique de l’enzyme. En outre, le groupe bromoethyl en position C-3 du PBRM justifie son profil non oestrogénique, ralentit son mé tabolisme et assure son action spé cifique de la 17β-HSD1 par la formation d’une liaison covalente avec Nε du ré sidu His221. Nous avons aussi Co-cristallisé la 17β-HSD1 avec l’oestrone ainsi qu’avec l’analogue de l’oestrone et du cofacteur NADP+, la structure a révélé un mode de liaison inversé de l’oestrone dans l’enzyme, jamais trouvé dans les complexes d’estradiol. L’analyse structurale a démontré que His221 est le résidu clé responsable de la réorganisation et de la stabilisation de l’oestrone liée de manière inversée, conduisant à la formation d’un complexe sans issue. Ainsi, sur la base du mécanisme d’inhibition du substrat et de l’analyse computationnelle, une novelle entité chimique (SX7) est proposé e qui peut inhiber la 17β-HSD1 et former un complexe sans issue. De plus, avec un grand nombre d’échantillons cliniques, nous avons dé montré la modulation et la corrélation d’expression significative de plusieurs enzymes clés de conversion des sté roïdes, supportant les 17β-HSD1 et 17β-HSD7 ré ductrices comme cibles prometteuses et la nouvelle thé rapie combiné e ciblant les 11β-HSD2 et 17β- HSD7 / Human 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) catalyzes the activation of the most potent estrogen estradiol as well as the deactivation of the most active androgen dihydrotestosterone, and is considered as a promising target for the treatment of estrogen-dependent diseases such as endometriosis, breast cancer, endometrial cancer and ovarian cancer. Despite decades of research, no inhibitor targeting 17β-HSD1 has yet reached the stage of clinical trials. Moreover, the structure-biological function of the substrate inhibition of 17β-HSD1, which can be used to facilitate the inhibitor design, is still not well demonstrated. Here we co-crystallized three different inhibitors, namely EM-139, 2-MeO-CC-156 and PBRM, with 17β-HSD1 and solved the structures of these complexes. The reversible inhibitor EM-139 showed high mobility in the steroid binding site with only its steroid core moiety could be defined in the electron density. The bulky 7α-alkyl moiety of the inhibitor, which guarantees its anti-estrogenic activity but unable to be defined in the electron density, may compromise the inhibitory effect of the inhibitor on the enzyme. As for the reversible inhibitor 2-MeO-CC-156, it interacts similarly to CC-156 with the enzyme. However, in the presence of the 2- MeO group, it shows much less inhibitory potency to 17β-HSD1 as compared to the CC-156. The analysis of the PBRM ternary complex with 17β-HSD1 clearly shows an unambiguous continuity of electron density from the side chain of His221 to the bound PBRM, demonstrating the formation of a covalent bond between the Nε of His221 and the C-31 (BrCH2) of the inhibitor. This result provides insight into beneficial molecular interactions that favor the binding and subsequent N-alkylation event in the enzyme catalytic site. Also, the bromoethyl group at position C-3 of the PBRM warrants its non-estrogenic profile, slows down its metabolism, and secures the specific action of 17β-HSD1 through the formation of a covalent bond with Nε of residue His221. Meanwhile, we co-crystallized 17β-HSD1 with estrone as well as with estrone and cofactor analog NADP+, revealed a reversely orientated binding mode of estrone in the enzyme, never found in reported estradiol complexes. Structural analysis demonstrated that His221 is the key residue responsible for the reorganization and stabilization of the reversely bound estrone, leading to the formation of a dead-end complex. Thus, based on the substrate inhibition mechanism and computational analysis, a chemical entity (SX7) is proposed that may inhibit 17β-HSD1 and form a dead-end complex. Furthermore, with large number clinical samples, we demonstrated the significant expression modulation and expression correlation of several key steroidconverting enzymes, supporting the reductive 17β-HSD1 and 17β-HSD7 as promising targets and the new combined therapy targeting 11β-HSD2 and 17β-HSD7.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / L'incorporation de nutraceutiques dans les formulations alimentaires est attrayante bien que problématique en raison de la sensibilité de ces molécules aux conditions environnementales. Cette étude visait donc à développer des véhicules protéiques susceptibles de préserver l'intégrité et l'activité de ces composés bioactifs. Des émulsions gélifiées à froid de P-lactoglobuline ont été élaborées puis caractérisées par rhéologie dynamique et microscopie électronique. Leurs propriétés de dissolution et de libération en conditions gastro-intestinales simulées ont été également déterminées. Les résultats indiquent que l'huile et le calcium gouvernent le processus de gélification et modulent la microstructure ainsi que les propriétés fonctionnelles des émulsions gélifiées. Celles-ci sont par ailleurs gastrorésistantes et empêchent la dégradation de l'a-tocopherol, choisie comme molécule de référence, au cours de la digestion enzymatique. Les travaux montrent que l'utilisation d'émulsions gélifiées à froid de P-lactoglobuline constitue une solution viable pour le transport et la protection des molécules nutraceutiques liposolubles et thermosensibles. / Incorporation of nutraceuticals in food formulations, as a means to modulate risk of disease development, is attractive but problematic as these molecules are unstable to environmental conditions. Our objective was to develop a whey protein-based delivery vehicle to transport and protect such bioactive compounds. Cold-set P-lactoglobulin emulsion gels were produced and characterized using dynamic small strain rheometry and electron microscopy techniques. Their dissolution and release behavior under simulated gastrointestinal conditions was also investigated. Results showed that oil and calcium govern the process of gel network formation and modulate the functional properties of cold-set emulsion gels. The latters, in addition, are gastroresistent and effectively prevent a-tocopherol, chosen as a model molecule, from being degraded during enzymatic digestion. This work confirm the suitability of using cold-set P-lactoglobulin emulsion gels as carriers for fat-soluble and heat-sensitive nutraceutical molecules.

Des travaux antérieurs ont démontré que certains peptides contenus dans la 0- lactoglobuline stimulaient la sécrétion de cytokines pro- ou anti-inflammatoires chez des splénocytes murins, permettant ainsi d'envisager des applications potentielles de ces peptides pour la santé du système immunitaire. L'objectif du présent projet de recherche était d'évaluer l'effet de l'ingestion orale du peptide ß-LG f96-99 chez des souris saines sur la réponse immune. Les résultats ont montré que l'ingestion de ce peptide à des doses de 0,1 et 0,5 mg par jour pendant 7 jours permettait d'augmenter significativement les concentrations d'IgA dans les fèces. Une augmentation significative de la sécrétion d'IL-4 a aussi été mesurée dans les surnageants de culture des splénocytes isolés chez les souris ayant reçu une dose en peptide de 0,25 mg. L'ensemble de ces résultats suggère donc que le peptide ß-LG f96-99 pourrait stimuler la réponse immune adaptative. Il serait donc intéressant d'évaluer l'effet de ce peptide dans des modèles animaux de maladies inflammatoires.

L'apoptose des cellules bêta pancréatiques est une cause du diabète de type 2. La glycosylation par la voie des hexosamines modifie l'activité de protéines régulatrices. La déacétylase Sirt1 est connue pour son rôle dans la survie cellulaire et pour sa sensibilité face au métabolisme glucidique. Cette étude visait à montrer que l'activation directe de la voie des hexosamines stimule la mort de ces cellules par l'implication de Sirt-1. Le traitement des cellules Nit-1 avec la glucosamine a causé une augmentation temporelle significative de l'apoptose, jumelée à l'expression de facteurs pro-apoptotiques, la réduction des niveaux protéiques de Sirt-1 ainsi que sa glycosylation. De plus, l'attténuation génétique de Sirt1 a accentué la vulnérabilité des cellules à l'apoptose. Ces résultats montrent pour la première fois que Sirt1 joue un rôle important dans la survie de la cellule bêta et que sa glycosylation serait impliquée dans la perturbation de son rôle protecteur.

Ces travaux de recherche visent à comprendre le mécanisme de formation de gels protéiques en présence de fer en vue de les utiliser comme systèmes dans le développement de nouveaux aliments fonctionnels. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de former des gels à froid de -lactoglobuline en présence de fer. En fonction des conditions utilisées, deux types de gels ont été identifiés et caractérisés : d'une part, des gels filamenteux sont obtenus à faibles concentrations en fer et essentiellement maintenus par des interactions hydrophobes et d'autre part, des gels particulaires inhomogènes sont obtenus à fortes concentrations en fer et maintenus par des interactions de type van der Waals. Des études in vitro ont montré que les gels filamenteux permettaient de libérer le fer au niveau de la barrière intestinale et favorisaient son absorption. Ces gels constituent donc de très bons véhicules pour transporter le fer et optimiser sa biodisponibilité.

Le développement de la résistance aux drogues chimiothérapeutiques ou la chimiorésistance est un obstacle majeur dans les thérapies anti-cancer et représente un facteur important dans la rechute des patients. L'un des mécanismes majeurs impliqués dans la chimiorésistance est la capacité des cellules cancéreuses à adhérer aux cellules stromales et à la matrice extracellulaire de leurs microenvironnements. Dans ce contexte, les cellules leucémiques lymphoblastiques aiguës de type T (T-ALL) sont connues pour interagir avec la matrice extracellulaire via les molécules d'adhésion de la sous-famille des intégrines β1. Cependant, le rôle et l'importance de ces intégrines dans la chimiorésistance des cellules T-ALL restent encore mal compris. Dans ce travail, nous avons montré que l'adhésion des lignées cellulaires T-ALL humaines et des cellules T-ALL primaires aux matrices extracellulaires tridimensionnelles comme le matrigel et le gel de collagène de type I, favorise leurs résistances à la doxorubicine via l'intégrine β1. De plus, le blocage de l'intégrine β1 avec un anticorps bloquant spécifique sensibilise les xénogreffes de cellules T-ALL CEM à la doxorubicine. En effet, l'utilisation de l'anticorps AIIB2 bloquant l'intégrine β1 combiné à la doxorubicine diminue la charge leucémique dans la moelle osseuse et prolonge la survie des souris. En analysant les mécanismes impliqués, nous avons trouvé que l'adhésion au matrigel induisait la chimiorésistance des cellules T-ALL en favorisant l'efflux de doxorubicine via l'activation du transporteur de drogue ABCC1 (ATP Binding Cassette Subfamily C Member 1). Par ailleurs, le matrigel induit la phosphorylation de la tyrosine kinase d'adhésion focale PYK2 (FAK-related proline-rich tyrosine kinase 2) et l'inhibition de PYK2 avec l'inhibiteur VS-6063 ou un siRNA spécifique a montré que cette dernière était impliquée dans l'efflux de doxorubicine et la chimiorésistance induite par le matrigel. En plus des intégrines qui lient la matrice extracellulaire, nous avons également montré que l'intégrine α4β1 ou VLA-4 (Very late antigen 4) qui lie la molécule d'adhésion VCAM-1 (Vascular cell adhesion molecule 1) induisait également la chimorésistance des cellules T-ALL et ce, en activant l'efflux de doxorubicine qui est dépendante de PYK2 et non de la tyrosine kinase d'adhésion focale FAK. En conclusion, l'ensemble des résultats de cette thèse indique que la voie des intégrines β1 joue un rôle majeur dans la chimiorésistance des T-ALL. Nous avons également identifié un nouveau mécanisme de chimiorésistance activé par les intégrines et qui consiste dans l'activation de la tyrosine kinase PYK2 qui augmente la fonction du transporteur des drogues ABCC1. Finalement, nos résultats suggèrent que le ciblage thérapeutique de la voie intégrine β1/PYK2/ABCC1 dans les cellules T-ALL pourrait réduire la chimiorésistance des cellules T-ALL et la rechute des patients.

L 'histoire familiale et l'exposition aux estrogènes sont deux facteurs de risque de cancer du sein bien connus. À l'opposé, les androgènes agissent comme protecteurs dans le tissu mammaire tout comme certains métabolites de la progestérone. Ce sont les membres de la famille des 17f3-hydroxystéroïdes déshydrogénases qui sont responsables des étapes importantes dans la formation et l' inactivation de tous les stéroïdes sexuels. Plus particulièrement, la 17f3-HSD de type 5 est une enzyme clé dans la formation des androgènes et dans l' inactivation de la progestérone en métabolites protecteurs. Nous avons donc procédé à l' identification des variants de séquence du gène HSD 17 B5 chez des femmes canadiennes-françaises ayant eu un cancer du sein. Par la suite, nous avons fait l'analyse fonctionnelle des variants qui entraînent un changement d'acide aminé. Ces différentes expérimentations nous ont permis de vérifier l'implication potentielle de ce gène dans la modulation du risque de développer un cancer du sein.