L'expression de canaux sodiques dépendants du voltage (NaV) est associée au caractère invasif de certains cancers épithéliaux. Nous avons montré que dans les cellules de cancer du sein MDA-MB-231, l'expression anormale de NaV1.5 était responsable d'un courant sodique soutenu au potentiel de membrane des cellules. Ces canaux ne régulent pas la prolifération cellulaire, mais augmentent l'invasion de la matrice extra-cellulaire. L'activité de NaV1.5 entraîne une acidification périmembranaire favorable à l'activité protéolytique des cathepsines à cystéine B et S, qui jouent un rôle prédominant dans l'invasivité. La co-localisation du NaV et des régulateurs du pH dans des microdomaines membranaires pourrait favoriser cet effet. L'acide docosahexaènoïque (DHA, 22:6n-3), un acide gras polyinsaturé de la série n-3(AGPI n-3), est connu pour son effet protecteur dans le cancer du sein, mais aussi pour moduler l'activité des canaux ioniques. Nous avons étudié son rôle sur l'invasivité et sur l'activité du NaV. Notre étude suggère que l'apport de DHA réduit l'invasivité des cellules MDA-MB-231 en diminuant l'activité duNaV1.5. Ceci pourrait constituer un nouveau mécanisme des effets protecteurs des AGPI n-3. / Voltage-gated sodium channels (NaV) are expressed in highly metastatic cancer cells derived fromepithelial tissues. In the highly invasive breast cancer cell line MDA-MB-231, we showed that the abnormal expression of NaV1.5 was responsible for a sustained inward sodium current at the steady-state membrane voltage. These channels do not regulate cell multiplication but promote the invasion of the extracellular matrix. We found that NaV1.5 activity leads to a perimembrane acidification favourable for the pH-dependent proteolytic activity of cysteine cathepsins B and S, which play a predominant role incell invasiveness. Colocalisation of NaV and pH regulators in membrane raft domains could promote this effect. Since n-3 polyunsaturated fatty acid (n-3 PUFA) docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) has been reported to reduce the aggressiveness of some breast cancers, and to be a modulator of ion channels, we chose to study its role on cell invasiveness and NaV activity. Our work suggests that a chronic intake of DHA reduces MDA-MB-231 cells invasiveness by decreasing NaV activity. This could be a new mechanism for the metastasis preventing effect of n-3 PUFA.

Les cathepsines à cystéine (CP) participent à la dégradation du tissu bronchique ainsi qu’à l’inactivation de protéines de l’immunité innée lors de maladies inflammatoires. Lors de la mucoviscidose (CF), on observe un déficit de la protéine du surfactant pulmonaire SP-A, qui participe à la défense antimicrobienne. Nous avons caractérisé les CP dans des expectorations CF et analysé leur capacité à hydrolyser le SP-A. La balance CP/inhibiteurs est déséquilibrée en faveur des CP et la cathepsine B participe à ce déséquilibre en hydrolysant leurs inhibiteurs, les kininogènes. Cependant, les CP ne sont pas des marqueurs de colonisation par Pseudomonas aeruginosa. De plus, la cathepsine S clive sélectivement SP-A dans son site de liaison aux sucres et aux lipides, induisant la perte de ses propriétés antibactériennes et d’agrégation, contribuant au déficit de la défense innée, à la perte d’homéostasie du surfactant et à l’exacerbation de l’inflammation au cours de la mucoviscidose. / Cysteine cathepsins (CP) that are implicated in bronchial tissue injuries and inactivation of antibacterial proteins emerge as key players in pulmonary inflammations. A decrease of pulmonary surfactant protein SP-A which is involved in innate host defence has been reported in patients suffering from cystic fibrosis (CF). We characterized sputum CP and their ability to hydrolyze SP-A. There is an imbalance CP/inhibitor tipped in favor of CP proteolytic activities. Furthermore, cathepsin B, which is able to degrade major plasma CP inhibitor, kininogens, favors this imbalance. However, CP are not biomarkers of colonization by Pseudomonas aeruginosa. Moreover, Cat S cleaves SP-A specifically in its lectin-like domain (CRD) that conducts to the loss of antibacterial and aggregation properties. So, CP, especially cathepsin S, participate to the deficiency of innate immunity, surfactant homeostasis defect and to the exacerbation of inflammatory response in cystic fibrosis.

Lors de pathologies pulmonaires inflammatoires chroniques comme la mucoviscidose ou la BPCO, le déséquilibre de la balance protéases/antiprotéases aboutit à la dégradation du tissu pulmonaire et à l’inactivation des défenses antimicrobiennes. Les cathepsines à cystéine participent à l’inactivation protéolytique de peptides et protéines antimicrobiens (PAMs) pulmonaires comme le SLPI, la lactoferrine, et les β-défensines HBD-2 et -3 lors de l’emphysème ou de la mucoviscidose. Lors de cette thèse, nous avons étudié la capacité des cathepsines à cystéine B, K, L et S à hydrolyser le peptide LL-37, qui est un PAM important dans l’immunité innée pulmonaire. Seules les cathepsines K et S clivent le LL-37 et inactivent efficacement son activité antimicrobienne. A l’inverse, le LL-37 est un inhibiteur compétitif de la cathepsine L. D’autre part, l’expression pulmonaire de la cathepsine S est fortement augmentée chez les individus fumeurs atteints ou non de BPCO. La fumée de cigarette qui est une source importante de stress oxydatif induit une augmentation significative de l'expression et l'activité de la cathepsine S. Malgré un environnement oxydatif non favorable à l'activité des cathepsines, la cathepsine S parvient à hydrolyser le peptide LL-37 et pourrait ainsi augmenter le risque d’exacerbation lors de la BPCO. / During chronic inflammatory lung diseases like cystic fibrosis or COPD, proteases/antiproteases imbalance leads to pulmonary tissue degradation and compromise antimicrobial barrier. Cysteine cathepsins are involved in the proteolytic inactivation of several lung antimicrobial peptides (AMPs) such as SLPI, lactoferrin and β- defensins -2 and -3 during emphysema or cystic fibrosis. During this thesis, we studied the ability of cathepsins B, K, L and S to degrade LL-37, which is an important AMP in lung immunity. Only cathepsins K and S degrade readily LL-37 and inactivate its antimicrobial property. Conversely, LL-37 is a competitive inhibitor of cathepsin L. Beside, lung expression of human cathepsin S is significantly increased in smokers with or without COPD compared to non-smokers. Cigarette smoke that is a major source of oxidative stress significantly increases the expression and activity of cathepsin S. Despite an unfavorable oxidative environment, cathepsin S retains its proteolytic activity toward LL-37 and thus could participate to COPD exacerbation.

Le récepteur-canal P2X7 est fortement exprimé et est fonctionnel dans la lignée de cellules cancéreuses mammaires humaines hautement invasives MDA-MB-435s. L’activation de P2X7 par l’ATP extracellulaire est responsable de l'émission des prolongements cellulaires et l'augmentation de la migration cellulaire. En outre, l’activation de P2X7 augmente l’invasion cellulaire à travers la matrice extracellulaire et fait intervenir la libération de forme mature de cathepsines à cystéine dans le milieu extracellulaire. L’inhibition pharmacologique de P2X7 diminue l’invasivité des cellules cancéreuses dans un modèle de micrométastases chez le poisson zèbre. Nous avons également montré que l’émodine (1,3,8-trihydroxy-6-méthylanthraquinone) une anthraquinone isolée de Rheum officinale Baill (Rhubarbe chinoise) inhibe l’invasivité des cellules cancéreuses humaines via l’antagonisme de P2X7 et n’as pas d’effet sur les autres récepteurs P2X. Nos résultats démontrent un nouveau mécanisme entre la fonctionnalité de P2X7 dans les cellules cancéreuses et l’invasivité cellulaire, un paramètre clé dans la croissance tumorale et le développement des métastases. Ceci suggère également un rôle thérapeutique potentiel pour les antagonistes des P2X7. / P2X7 receptor channel is highly expressed and fully functional in the highly invasive human breast cancer cell line MDA-MB-435s. Its activation by extracellular ATP is responsible for the extension of neurite-like cellular prolongations, and the increase in cell migration. Furthermore, P2X7 activation enhanced invasion through the extracellular matrix and was related to the increase of mature forms of cysteine cathepsins in the extracellular medium. Pharmacological targeting of P2X7 decreases cancer cell invasiveness in a zebrafish model of micrometastases. We also showed that emodin (1,3,8-trihydroxy-6-methylanthraquinone) an anthraquinone derivative originally isolated from Rheum officinale Baill (Chinese Rhubarb) inhibits human cancer cell invasiveness by specifically antagonizing the P2X7 and not the other members of the P2X family. Our results demonstrate a novel mechanistic link between P2X7 functionality in cancer cells and invasiveness, a key parameter in tumour growth and in the development of metastases. These results also suggest a potential therapeutic role for the newly developed P2X7 antagonists.

Le renouvellement de la membrane basale et de la matrice extracellulaire lors de processus physiologiques ou pathologiques (réparation tissulaire, angiogenèse, inflammation, cancer) fait intervenir de nombreuses protéases dont les cathepsines à cystéine. Après avoir étudié leur localisation dans l’épiderme à proximité de la jonction dermo-épidermique et leur sécrétion par les kératinocytes, nous avons montré la capacité de la cathepsine S à dégrader efficacement les principales protéines de la membrane basale (laminine, collagène IV, perlécan) et plus particulièrement le nidogène-1, qui est essentiel à l’organisation architecturale de la membrane basale via de multiples interactions avec les autres constituants. Parmi plusieurs glycosaminoglycanes présents dans la matrice extracellulaire, le chondroïtine 4-sulfate est capable de se complexer avec la cathepsine S, via trois sites potentiels de fixation dont un au niveau de son site actif, et d’inhiber son activité enzymatique de façon dose-dépendante. L’expression et l’activité de la cathepsine S au niveau de l’épiderme diminuent au cours du vieillissement cutané, alors que l’expression du nidogène-1 reste stable. La cathepsine S jouerait donc un rôle important aux côtés d’autres protéases dans le remodelage de la membrane basale. / Basement membrane (BM) and extracellular matrix (ECM) turnover during physiological or pathological events (tissue repair, angiogenesis, inflammation, cancer) involves numerous proteases including cysteine cathepsins. Cathepsins expression in skin epidermis near dermal-epidermal junction and their secretion by keratinocytes were first analyzed. We showed that cathepsin S degrades efficiently main BM components (laminin, type IV collagen, perlecan) and particularly nidogen-1 that is essential for BM architecture. Among several glycosaminoglycans present in ECM, chondroïtin 4-sulfate is able to form a stable complex with cathepsin S. Three predicted binding sites including one closed to its active site were identified. Further, C4-S inhibits cathepsin S activity in a dose-dependent manner. The expression and activity of cathepsin S in epidermis are decreased upon skin aging while nidogen-1 expression remains unchanged. Cathepsin S besides other proteases may play an important role in BM remodeling.

Lors de la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI), la différenciation fibroblastique s’accompagne d’une accumulation excessive des composants de la matrice extracellulaire ainsi qu’à un dérèglement de la balance protéases / antiprotéases. Nous avons étudié le rôle des cathepsines à cystéine dans la myofibrogenèse et leur contribution potentielle à la physiopathologie de la fibrose pulmonaire chez l’Homme. Pour cela, le profil d’expression des cathepsines ainsi que de leurs inhibiteurs naturels a été évalué dans un modèle cellulaire expérimental, puis dans des myofibroblastes primaires et enfin dans des liquides de lavage broncho-Alvéolaires (LBA) de patients atteints de FPI. Nos résultats montrent que lors de la FPI la cystatine C (inhibiteur naturel des protéases à cystéine) régule les activités protéolytiques des cathepsines extracellulaires et pourrait ainsi contribuer à l’accumulation de collagènes. Elle serait un biomarqueur potentiel de la FPI. D’autre part la cathepsine B participe à la différentiation fibroblastique et son inhibition retarde la myofibrogenèse. / During idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), fibroblast differentiation is accompanied by an excessive accumulation of extracellular matrix components as well as an imbalance between proteases and theirs inhibitors. We evaluated the role of human cysteine cathepsins in myofibrogenesis and their potential contribution to the pathogenesis of IPF. Expression of cathepsins and their natural inhibitors have been studied in an experimental cell model, but also in primary myofibroblasts and in bronchoalveolar lavage fluids (BALF) of patients suffering from IPF. Our results show that cystatin C (a natural inhibitor of cysteine proteases) regulates the extracellular proteolytic activities of cathepsins and could contribute to the accumulation of collagens. Cystatin C could also be a potential biomarker of IPF. On the other hand, cathepsin B participates in fibroblast differentiation and its inhibition delays myofibrogenesis.