Le cancer de la prostate est un réel problème de santé publique, essentiellement dû à une rechute des patients par échappement hormonal après traitement. Lors de sa progression, le cancer de la prostate, initialement androgéno-dépendant, évolue vers un état androgéno-indépendant supposant que des facteurs autres que les androgènes régulent la croissance et la survie des cellules cancéreuses. Il existe des évidences de l’implication des neurotransmetteurs et leurs récepteurs couplés aux protéines G dans le cancer de la prostate. De plus, la cavéoline-1, constituant majeur des cavéoles membranaires, a été associée à la progression maligne du cancer de la prostate. La localisation privilégiée des récepteurs couplés aux protéines G au sein des cavéoles favoriserait la transmission des signaux aboutissant à l’échappement hormonal des cellules cancéreuses androgéno-indépendantes. Je me suis alors intéressée à la localisation et au rôle du récepteur adrénergique a1A dans les cellules prostatiques androgéno-indépendantes DU145. J’ai tenté de mettre en évidence l’implication des cavéoles dans une fonction de survie et/ou de croissance du récepteur. Nos résultats démontrent que le récepteur adrénergique a1A peut être associé à la cavéoline-1, au sein de cavéoles dans les cellules androgéno-indépendantes. Nous avons aussi mis en évidence que la stimulation du récepteur participe à la protection de ces cellules vis-àvis de stimuli apoptotiques et ce via les cavéoles. Enfin, le profil d’expression du récepteur a1A et de la cavéoline-1 suggère qu’il y ait une corrélation positive avec l’état pathologique de la prostate. / Prostate cancer has become a real public health issue, mainly due to patients’ relapse by hormone-refractory disease after treatment. During its progression, initially androgendependent prostate cancer evolves in an androgen-independent state supposing that factors others than androgens regulate growth and survival of cancer cells. There is growing evidence concerning the involvement of neurotransmitters and their G-protein coupled receptors in prostate cancer. Moreover, overexpression of a major caveolae constituent, caveolin-1 has been associated with aggressive prostate cancer. Privileged localisation of G-protein coupled receptors in caveolae could enhance signalling pathways leading to hormone-refractory mechanisms in androgen-independent prostate cancer cells. I was therefore interested in determining the localisation and functional role of the a1A-adrenoceptor in the DU145 androgen-independent prostate cells. I attempted to demonstrate the involvement of caveolae in a growth/survival function of this receptor. Our results showed that the a1A-adrenoceptor can be associated with caveolin-1 in caveolae of these androgen-independent cells. We also demonstrated that a1A-adrenoceptor stimulation mediated through caveolae contributes to the protection of these cells from apoptotic stimuli. Finally, the expression of a1A-adrenoceptor and caveolin-1 seems to be positively correlated with prostate pathological state.

L'implication des métalloprotéases de la matrice extracellulaire (MMPs) lors de plusieurs étapes de la progression tumorale, telles que l'angiogenèse, l'invasion et la prolifération des cellules tumorales est clairement établie. Une MMP de forme membranaire, la MT1-MMP, est reconnue pour jouer un rôle clé dans ces processus. Elle est responsable de l'activation de la proMMP-2, dégrade plusieurs composantes de la matrice extracellulaire, induit la formation de réseaux de type capillaires, augmente le potentiel migratoire des cellules endothéliales et tumorales et joue un rôle dans la signalisation cellulaire. La surexpression de la MT1-MMP, fréquente chez les cellules cancéreuses, induit des changements dans la morphogenèse, l'adhésion et la migration des cellules, mais le mécanisme impliqué demeure encore mal compris. La kinase d'adhésion focale (FAK), principale protéine responsable de la régénération des complexes d'adhésion focale, est aussi impliquée dans la formation et la progression tumorale. L'objectif de cette étude était de déterminer si la MT1-MMP s'associe à FAK ainsi qu'à d'autres protéines des complexes d'adhésion et de déterminer le rôle que jouent ces associations, particulièrement lors du phénomène de l'angiogenèse. L'approche expérimentale utilise des immunoprécipitations sur des lysats de protéines isolées de lignées cellulaires endothéliales (HUVEC et BAEC). Les données obtenues démontrent une forte association de la MT1-MMP avec FAK, p130cas, Src et vinculine, mais pas avec les protéines actine et paxilline. Ces interactions sont dépendantes de stimulations à la sphingosine-1-phosphate (S1P) et au facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF). Les domaines structuraux de la MT1-MMP nécessaires aux associations dépendent du temps de stimulation des cellules. En effet, la portion catalytique a été trouvée essentielle aux associations décrites lors de stimulations de courtes durées (5 minutes) à la S1P, alors que la portion cytoplasmique semble jouer un rôle prédominant lors de stimulations de 48 heures en présence de sérum et avec surexpression de Src. Il a également été observé que la cavéoline-1 agit comme régulateur négatif de ces associations. En bref, la MT1-MMP s'associe avec plusieurs composantes des complexes d'adhésion focale, ce qui suggère qu'elle permet la régénération de ces structures cellulaires. Le résultat global obtenu, au niveau de la cellule, est une migration cellulaire accrue et une induction de l'angiogenèse chez les cellules endothéliales. En perspective, des études de colocalisation en microscopie sont également envisagées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cancer, angiogenèse, MT1-MMP, complexes d'adhésion focale, cavéoline-1

La cavéoline-1, une petite protéine membranaire de 21 kDa, est la protéinemembranaire majoritaire d'invaginations de la membrane cytoplasmique appeléescavéoles. Enrichis en cholestérol et sphingolipides, ces domaines ont un rôleimportant dans de nombreux aspects de la vie cellulaire et constituent une véritableplateforme d'interactions protéiques et lipidiques. Ces dernières années, malgré lenombre important de travaux concluant à l'implication de la cavéoline-1, ou descavéoles, dans de nombreux processus cellulaires ou pathologiques, les donnéesquant à l'organisation de cette protéine au sein de la membrane plasmique restent trèséparses. Aussi, l'objectif principal de ce travail est de contribuer à l'acquisition dedonnées structurales sur cette protéine. Ce travail se base sur les expressionshétérologues d'une isoforme de la cavéoline-1 canineou de l'un de ses fragments, dans un hôte bactérien, sous la forme de protéines defusion associées à la Maltose Binding Protein. Ces expressions induisent laformation de vésicules intracytosoliques composées majoritairement de la protéineexprimée. Aussi, la première partie du travail est consacré à la mise en place d'unprotocole de purification de ces vésicules dans des conditions natives, répondant aucritère de réaliser une étude structurale de cette protéine n'impliquant pas l'usage dedétergent. La deuxième partie porte sur une application potentielle de ces vésicules, eten particulier pour des essais de caractérisation d'une enzyme membranaire,la glutathion-S-transférase microsomale de rat. Enfin une troisième partie est dédiée àl'analyse de simulations de dynamique moléculaire dans le cadre d'étudesd'interactions au sein de systèmes membranaires. / Caveolin-1, a 21 kDa membrane protein, is the principal membrane protein ofcytoplasmic membrane domains named caveolae. Specifically enriched incholesterol and sphingolipids those domains are important in many aspect of the cell's life and make up a proteins and lipids interaction platform. In the past years, despite a large number of publications stating the implication of caveolin-1 or caveolae in many cell processes and pathologies, very few is known about theway this protein is organized at the cell membrane. Hence, the main purpose of thiswork is to contribute to the acquisition of structural data on this protein. At the base of this work is the heterologous expression within a bacterial host, and as a fusion protein, of the canin beta isoform of cavéolin-1 or one of its fragment. These expressions lead to the formation of cytoplasmic vesicles composed mainly ofthe expressed protein. Thence, the first part of this work focus on developping a method to purify those vesicles that does not rely on using any kind of detergent which could enable structural studies in a native environnment. The second part present a potentiel application of those vesicles and inparticular the use of those vesicles to characterize a membrane enzyme, namelythe murin microsomal glutathion-Stransferase. The last part will be a contribution to data analysis within the context of molecular dynamics simulationof membraneous systems.

La P-glycoprotéine est une protéine transmembranaire qui agit comme une pompe à efflux et expulse activement hors de la cellule une grande variété de molécules hydrophobes, c'est à dire la majorité des médicaments. De par sa fonction de transport des médicaments et de ses localisations anatomiques stratégiques, la P-glycoprotéine est en partie responsable des échecs aux traitements chimiothérapeutiques, limite la biodisponibilité des médicaments tout en favorisant une résistance multiple à différents types de médicaments. Le premier volet de cette étude fût d'évaluer les capacités inhibitrices des activités de la P-glycoprotéine par six composés végétaux de la famille des coumarins. Seul le cnidiadin inhibe l'activité de transport de la P-glycoprotéine en augmentant l'accumulation intracellulaire des substrats de la P-glycoprotéine et en diminuant synergiquement la survie cellulaire en présence de vinblastine. De plus, le cnidiadin, semble pouvoir modifier la biodisponibilité des substrats de la P-glycoprotéine en inhibant compétitivement la liaison du substrat diazirine-cyclosporine A. Ces résultats suggèrent qu'une diète contenant du cnidiadin pourrait soit renverser le phénotype de résistance multiple aux médicaments, soit moduler la biodisponibilité des substrats de la P-glycoprotéine, en tant qu'agent chimiosensibilisant. Autres que les agents chimiosensibilisants, nous avons aussi exploré l'impact du niveau d'interaction entre la P-glycoprotéine et la protéine structurale des cavéoles, la cavéoline-l, sur les activités associées à la P-glycoprotéine. Pour ce faire, des mutants de la P-glycoprotéine humaine à son motif de liaison à la cavéoline-l furent utilisés. Nous avons montré antérieurement que l'interaction entre la cavéoline-l et les P-glycoprotéines mutantes à leur motif de liaison à la cavéoline-l est réduite d'environ 40%. Nous avons donc approfondi l'étude et lors d'essais d'activités de liaison et de transport de substrat des P-glycoprotéines mutantes, nous avons mesuré une augmentation de ces activités ainsi qu'une résistance cellulaire significativement supérieure. En conséquence, la cavéoline-l semble contrôler négativement les activités de liaison et de transport de la P-glycoprotéine. Une variation de l'interaction entre la P-glycoprotéine et la cavéoline-l pourrait être un mécanisme utilisé par la cellule pour contrôler ce transporteur cellulaire et lors d'exposition à différents agents cytotoxiques, ce même mécanisme pourrait être impliqué dans le développement de la résistance multiple aux médicaments. En résumé, les principales contributions de cette étude sur la P-glycoprotéine sont 1) inhibition des activités de la P-glycoprotéine par le cnidiadin, particulièrement son activité de liaison au substrat 2) régulation négative des activités de liaison et de transport de la P-glycoprotéine par la cavéoline-l et 3) augmentation de la résistance cellulaire suite à une diminution du niveau d'interaction entre la P-glycoprotéine et la cavéoline-l. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : P-glycoprotéine, Résistance multiple aux médicaments, Agents réversants naturels, Interaction P-glycoprotéine/cavéoline-1, Liaison et transport des substrats.

Le cholestérol est souvent perçu comme néfaste à la santé mais c'est un constituant essentiel pour l'élaboration de la membrane cellulaire, la synthèse de certaines hormones stéroïdiennes et des acides biliaires. Vu l'augmentation fulminante de maladies cardiovasculaires reliées à un excès de cholestérol dans la circulation sanguine qui se traduit par un dépôt au niveau de la paroi de l'artère, il est nécessaire de pousser les connaissances sur le métabolisme du cholestérol. Sachant que le cholestérol est transporté dans le système circulatoire par le biais de lipoprotéines et que les apolipoprotéines de ces dernières interagissent avec les récepteurs cellulaires, il est primordial de mettre en évidence ces voies impliquées dans la captation des lipoprotéines. Il existe plusieurs classes de récepteurs de lipoprotéines à la surface cellulaire dont l'une mène à l'internalisation et une dégradation complète de la particule. L'exemple le plus connu de cette classe est le récepteur de LDL (rLDL). L'autre classe peut capter sélectivement les esters de cholestérol (EC) des lipoprotéines de faible densité (LDL) ou lipoprotéines de haute densité (HDL), sans toutefois entraîner une captation et dégradation parallèle de leurs apolipoprotéines. Les deux récepteurs impliqués dans la captation sélective des EC sont le "cluster of differentiation" (CD36) et le récepteur "scavenger" de type B, classe l (SR-BI). Ces récepteurs se retrouvent dans le foie mais au moment où ces études doctorales ont été amorcées ils avaient été caractérisés surtout dans les cellules extrahépatiques et colocalisés dans les cavéoles, des invaginations membranaires absentes du foie. Notre première étude a permis de démontrer que, dans les cellules hépatiques de souris, la captation sélective des EC peut se faire autant par les cellules parenchymateuses que non parenchymateuses. Cependant, seulement les cellules parenchymateuses peuvent soutirer les EC à partir des trois classes, soient les HDL, LDL et LDL oxydées (LDLox) tandis que les cellules non parenchymateuses le font qu'à partir des LDL et LDLox. De plus, les cellules parenchymateuses expriment plus de rLDL, SR-BI et CD36 que les cellules non parenchymateuses. Cependant, la cavéoline-I est détectable seulement dans les cellules non parenchymateuses. En second lieu, nous avons voulu définir l'implication de la cavéoline-I exprimée dans la cellule HepG2 normale (un hépatome humain) au niveau du métabolisme des LDL et HDL. Pour ce faire, l'ADN complémentaire (ADNc) de la cavéoline a été inséré en orientation sens dans le vecteur d'expression eucaryote (pRc/CMV) puis transfecté dans des cellules HepG2. L'expression de la cavéoline-I génère une augmentation de la captation de l'albumine et de l'efflux de cholestérol suggérant la formation de cavéoles. Les cellules HepG2 exprimant la cavéoline-I révèlent une augmentation de 108% de la dégradation des LDL, une augmentation de 55% de la captation sélective des EC à partir des HDL mais une diminution de 66% pour celle des LDL. De plus, notre étude démontre qu'il y a une plus de colocalisation entre la cavéoline-l et le CD36 ou le rLDL qu'entre la cavéoline-l et le SR-BI. Par contre, la présence de la cavéoline-I augmente la forme dimérique du SR-BI. Ainsi, l'expression de la cavéoline-l dans les cellules HepG2 favorise la captation sélective des EC à partir des HDL ainsi que la dégradation des LDL tandis que dans les cellules normales HepG2, la voie de captation sélective des EC des LDL est favorisée. En troisième lieu, comme le foie génère une quantité substantielle de cholestérol, nous avons étudié l'efflux de cholestérol sur de multiples lignées de cellules HepG2 ainsi que les cellules hépatiques de foie de souris. Nos études démontrent que la surexpression de SR-BI, de CD36 et de la cavéoline-I dans les cellules HepG2 génère une augmentation de l'efflux de cholestérol de 106%, 92% et 48% respectivement. De plus, une double surexpression de SRBI et de la cavéoline-l ou de CD36 et de la cavéoline-l induit une hausse plus importante de l'efflux de cholestérol. Les expériences réalisées avec les cellules hépatiques de souris en culture primaire ont révélé une diminution de 41 % et 56% de l'efflux de cholestérol pour les cellules de souris déficientes en SR-Bl ou doublement déficientes en SR-BI et CD36 respectivement. Cependant, aucune différence significative n'a été observée pour les souris déficientes en CD36. Ainsi, les résultats suggèrent que le SR-BI est impliqué autant dans l'efflux de cholestérol chez les cellules hépatiques de souris que chez l'humain tandis que CD36 ne l'est que chez l'humain. Nos derniers travaux visaient à élucider l'importance de la cavéoline-L dans le métabolisme des LDLox. Nos résultats révèlent que la cavéoline-I a le potentiel d'augmenter autant la liaison que la dégradation des LDL légèrement (LDLlox) que fortement oxydées (LDLfox). Par contre, la présence de la cavéoline-I affecte seulement la captation sélective des EC en diminuant de 50% celle des LDLlox et pas celle des LDLfox. Cette étude démontre aussi une augmentation de 27% de l'efflux de cholestérol à partir de LDLlox mais une diminution de 22% à partir des LDLfox. Enfin, l'expression de la cavéoline-l stabilise les niveaux de SR-BI et de rLDL lorsque les cellules HepG2 sont traitées avec les LDLox (lox et fox) mais n'a pas d'impact sur le niveau de CD36. Ces résultats suggèrent que l'importance physiologique de l'expression de la cavéoline-l hépatique est dans le rôle de l'épuration (dégradation) de ces particules athérogènes. En conclusion, l'ensemble des travaux rapportés dans cette thèse supporte que l'expression de la cavéoline-I au niveau hépatique grâce à une modulation biotechnologique aurait un rôle clé dans l'homéostasie du cholestérol hépatique, puisqu'elle affecte à la hausse l'efflux de cholestérol et module la captation sélective à partir des LDL, HDL et LDL oxydées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Foie, Lipoprotéines, Cavéoline, Récepteurs, Oxydation.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Hypothèse : Notre équipe étudie le rôle, mal connu, du trafic membranaire dans le contrôle de l’activation de la voie de signalisation JAK/STAT par les interférons (IFN), une voie clé du contrôle des processus cancéreux. La liaison de l’IFN-a à son récepteur IFNAR active les kinases JAK1 et TYK2 puis des transducteurs de signal comme STAT1, antiprolifératif, ou STAT3, qui a un pouvoir oncogénique. Le laboratoire a démontré récemment que le trafic membranaire d’IFNAR détermine la spécificité du signal des différents IFNs.L’objet de cette thèse est l’étude du rôle des cavéoles dans ce contrôle. Les cavéoles sont des invaginations membranaires enrichies en cholestérol et glycosphingolipides, formées par l’oligomérisation de la cavéoline1 (Cav1). Les cavéoles ou le gène CAV1 ont souvent été associés à la progression tumorale, notamment des cellules mammaires, mais ce rôle reste énigmatique et controversé. Le fait que IFNAR ait été détecté par biochimie dans des fractions de membrane enrichies en cholestérol et positives pour la cavéoline-1 chez la souris et le fait que l’expression du gène CAV1 ait été corrélée à l’action antitumorale de l’IFNa nous ont conduit à étudier le rôle des cavéoles dans l’action antitumorale des IFNs.Résultats: Le rôle putatif des cavéoles sur le contrôle de la voie JAK/STAT a été étudié dans des cellules murines MLEC n’exprimant pas Cav1 et dans des lignées humaines par interférence ARN contre Cav1. Nous avons pu démontrer que la présence de Cav1 régule de manière opposée deux étapes de la voie de signalisation de STAT3 activée par l’IFN-a. Par contre, ni l’activation de STAT1 par l’IFN-a ni celle de STAT3 par les autres IFNs ne nécessitent Cav1. Parallèlement, le laboratoire a montré que les cavéoles jouent un rôle capital dans la réponse cellulaire aux stress mécaniques en se dépliant lors d’un étirement membranaire, ce qui amortit la tension membranaire. Nous montrons qu’un tel stress mécanique par étirement module spécifiquement la signalisation de STAT3 par l’IFN-a d’une manière dépendante de Cav1 dans les cellules MLEC, suggérant pour la première fois un rôle de STAT3 et de l’IFN-a dans la mécanotransduction dépendante des cavéoles. Ce résultat permet aussi de relier les contraintes mécaniques présentes dans la masse tumorale et leur effet sur la progression tumorale. Perspectives : Les IFNs et la voie JAK/STAT sont bien caractérisés pour leur action antiproliférative, mais si l’IFN-a est utilisé en thérapeutique oncologique, les mécanismes de l’effet antitumoral sont mal connus. Nos résultats impliquent pour la première fois les cavéoles dans l’activation sélective du proto-oncogène STAT3 par l’IFN-a et proposent STAT3 comme un des nouveaux acteurs de la mécanotransduction par les cavéoles. Elucider les mécanismes moléculaires mis en jeu dans ces deux fonctions inédites des cavéoles devrait permettre d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques dans la progression tumorale. / Hypothesis: Our team studies the poorly investigated role of membrane trafficking in the control of the activation of the JAK / STAT signaling pathway by interferons (IFN), a key mechanism in the control of tumorigenesis. The binding of the IFN-a to its receptor IFNAR activates the kinases JAK1 and TYK2 and then, signal transducers and activators of transcription including the antiproliferative STAT1 or the oncogenic STAT3. The laboratory demonstrated recently that the trafficking of IFNAR at the plasma membrane determines the signal specificity of the various IFNs.The goal of this thesis was to study the role of caveolae in this control. Caveolae are specialized membrane invaginations enriched in cholesterol and glycosphingolipids, formed by the oligomerization of their main structural protein, caveolin-1 (Cav1). Caveolae or the CAV1 gene have often been associated with tumorigenesis, in particular in mammary cancer cells, but this role remains enigmatic and controversial. The fact that IFNAR was previously found in Cav1-positive lipid microdomains and the fact that the expression of the CAV1 gene had been functionally linked to the antitumoral function of IFN-a led us to investigate the role of caveolae in the antitumoral function of the IFNs.Results: The putative role of caveolae in the control of the JAK / STAT signaling pathway have been studied in murine lung endothelial MLEC cells that do not express Cav1 and in a human lineage by RNA interference against Cav1. We were able to demonstrate that the presence of Cav1 regulates in an opposite manner two stages of the signaling pathway of STAT3 activated by the IFN-a whereas the activation of STAT1 by IFN-a, or STAT3 by the other type I and II IFNs do not require Cav1.At the same time, the laboratory showed that caveolae play a major role in the cellular answer to mechanical stress by flattening during a membrane stretching, thus buffering the membrane tension. We show that mechanical stress by uniaxial cell stretching modulates specifically the signaling pathway of STAT3 activated by the IFN-a in a Cav1-dependant manner in MLEC cells. This result suggests for the first time a role of STAT3 and of IFN-a in caveolae-driven mechanotransduction. This result also allows us to link the mechanical constraints found in the tumoral mass to their effect on tumorigenesis.Prospects:The IFNs and the JAK / STAT signaling pathway protect the cells from tumorigenesis, but although IFN-a is used in oncology, the mechanisms of its antitumoral effect are poorly known. Our results involve for the first time caveolae in the selective activation of the proto-oncogenic STAT3 by the IFN-a and allow us to propose STAT3 and the IFN-a as new actors of the mechanotransduction by caveolae. Clarifying the molecular mechanisms involved in these two new functions of caveolae should allow us to identify new therapeutic targets in tumorigenesis.

La cavéoline (Cav) est une protéine dite « de scaffolding » présente dans les cavéoles. La Cav-3, isoforme majeure du muscle strié, aurait un rôle dans l'homéostasie calcique du muscle squelettique. Notre but était de caractériser les interactions entre la Cav-3 et le canal calcique voltage-dépendant de type L. Nous avons tout d'abord étudié les conséquences d'une déficience en Cav-3 suite à l'expression du mutant pathologique Cav-3P104L. Nos résultats indiquent que l'expression de Cav-3P104L i) réduit spécifiquement la conductance des canaux de type L dans des myotubes squelettiques primaires, des fibres fœtales en survie et adultes, ii) entraîne une réduction significative de l'expression membranaire du canal de type L. De plus, nous avons montré que la Cav-3 et le canal de type L sont colocalisés à la membrane plasmique et dans des extraits musculaires. Enfin, des expériences d'interaction in vitro suggèrent une interaction moléculaire directe entre ces deux protéines.