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The establishment of non-resolving inflammation underlies the pathogenesis of chronic inflammatory diseases in humans. Super low dose (SLD) endotoxin has been associated with exacerbating inflammation and the pathogenesis of chronic inflammatory diseases. However, the underlying molecular mechanisms are not well studied. In this study, I tested the hypothesis that SLD endotoxin may potentiate non-resolving innate immune cell inflammation through disrupting cellular endoplasmic reticulum (ER) homeostasis. We chose to study the dynamics of ER homeostasis in macrophages stimulated with SLD endotoxin. In naïve cells, ER stressor such as tunicamycin (TM) not only will induce cellular stress and inflammation through JNK and NFkβ activation, but also will cause subsequent compensatory homeostasis through inducing homeostatic molecules such as XBP1 and GRP78/BiP. We observed that cells challenged with SLD endotoxin have significantly reduced expression of homeostatic molecules XBP1 and BiP. Mechanistically, we observed that SLD-LPS increases phosphorylated HCK expression in TM treated cells. Phosphorylated HCK activation resulted in the phosphorylation of Golgi protein GRASP, leading to unstacking of Golgi cisterna and overall dysfunction of the Golgi apparatus. Dysfunctional Golgi apparatus and its effect on protein transport and secretion, may account for decreased levels of Site 2 Protease, reduced generation of ATF6 and its transcriptional target BiP. Taken together, our study reveal that super low dose endotoxin exacerbates low grade inflammation through increasing phosphorylation of HCK, inducing Golgi dysfunction, and decreasing BiP /homeostatic protein expression in innate immune cells. / Ph. D.

Le récepteur sigma-1 est une protéine chaperonne active dans des tissus lésés. Le récepteur sigma-1 est principalement exprimé dans le cerveau et joue un rôle neuroprotecteur dans l’ischémie ou les maladies neurodégénératives. Le récepteur sigma-1 est également exprimé dans des lignées cellulaires cancéreuses et des travaux récents suggèrent sa participation dans la prolifération et l’apoptose. Cependant, son rôle dans la carcinogenèse reste à découvrir. Les canaux ioniques sont impliqués dans de nombreux processus physiologiques (rythme cardiaque, influx nerveux, …). Ces protéines membranaires émergent actuellement comme une nouvelle famille de cibles thérapeutiques dans les cancers. Au cours de ma thèse, j’ai montré que le récepteur sigma-1 régule l’activité du canal potassique voltage-dépendent hERG et du canal sodique voltage-dépendent Nav1.5 respectivement dans des cellules leucémiques et des cellules issues de cancer du sein. J’ai également montré que le récepteur sigma-1, à travers son action sur l’adressage du canal hERG, augmente l’invasivité des cellules leucémiques en favorisant leur interaction avec le microenvironnement tumoral. Ces résultats mettent en évidence le rôle du récepteur sigma-1 sur la plasticité électrique des cellules cancéreuses et suggèrent l’intérêt de cette protéine chaperonne comme cible thérapeutique potentielle pour limiter la progression tumorale. / The sigma-1 receptor is a chaperone protein active in damaged tissues. The sigma-1 receptor is mainly expressed into brain and have a neuroprotective role in ischemia and neurodegenerative diseases. The sigma-1 receptor is also expressed into cancer cell lines and recent investigations suggest its involvement into proliferation and apoptosis. However, its role in carcinogenesis remains to delineating. Ion channels are involved in numerous physiological processes (heart beating, nervous influx, …). These membrane proteins currently emerge as a new class of therapeutic targets in cancer. During my thesis, I observed that the sigma-1 receptor regulates voltage-dependent potassium channel hERG and voltage-dependent sodium channel Nav1.5 activities respectively into leukemic and breast cancer cell lines. I also demonstrated that the sigma-1 receptor, through its action on hERG channel, increases leukemia invasiveness by promoting interaction with tumor microenvironment. These results highlight the role of the sigma-1 receptor on cancer cell electrical plasticity and suggest this chaperone protein as a potential therapeutic target to limit tumor progression.

L’un des obstacles majeurs à l’éradication du VIH-1 est sa capacité à faire évoluer rapidement son matériel génétique. Ceci lui permet de contourner le système immunitaire de l’hôte ainsi que la pharmacologie antirétrovirale due à l’émergence de formes mutantes et résistantes des enzymes ciblées. A l’origine de ses recombinaisons génétiques, se trouvent d'une part les erreurs commises par la RT lors de l’étape de transcription inverse et d'autre part les processus de transfert de brins qui sont facilités par la protéine de nucléocapside (NC). Notre objectif est de mieux comprendre les propriétés chaperon de la NC pendant le premier transfert de brin ; au cours de celui-ci, la NC déstabilise les structures secondaires des acides nucléiques impliqués ARN et ADN afin de les hybrider pour former un duplex ARN/ADN. Nous souhaitons notamment savoir si la NC est capable de reconnaître la polarité des chaines d’acides nucléiques selon leur nature et si cette capacité module ses propriétés déstabilisatrices. Nos travaux sur la dynamique interne de la protéine ont permis de montrer que certains mouvements étaient corrélés avec les modalités de fixation sur l’ARN. Nous avons ainsi pu montrer, en comparant les propriétés des différentes formes maturées de la NC au cours du cycle viral, que les domaines p1 et p6 présents dans les formes immatures (NCp9 et NCp15) modulaient les propriétés d’interaction comparé à la forme mature (NCp7). Ceci nous amène à reconsidérer le rôle des différentes parties de la polyprotéine Gag sur les propriétés du domaine NC au sein de ce précurseur Gag. Ce domaine apparaissant largement responsable de la reconnaissance et de la sélection du génome viral ARN pour l’encapsidation dans les particules néosynthétisées. Pour réaliser cette étude, nous avons étudié différents complexes entre la NC avec différents acides nucléiques (ARN et ADN), ce en utilisant principalement la résonance magnétique nucléaire couplée à d’autres méthodes biophysiques et biochimiques dans le but d’obtenir des informations à l’échelle atomique. Ce travail peut également être utile dans la conception d’une nouvelle classe d’inhibiteurs dirigés contre la NC sachant que celle-ci représente une cible thérapeutique attrayante vu qu’elle est très conservée et très importante pour l’infectiosité. / One of the major difficulty in the eradication of HIV-1 is its ability to evolve rapidly its genome. This permit to the virus to escape the host immune response and the antiretroviral pharmacology due to the emergence of mutant and resistant forms of the target enzymes.The origin of these genetic recombination is, in one hand the errors commited by the RT during the reverse transcription stage and in the other hand the strand transfer processes facilitated by the nucleocapsid protein (NC).Our goal is to understand the chaperonnig properties of NC protein during the first strand transfer ; where NC destabilizes the involved RNA and DNA secondary structures to anneal them and form a hybrid RNA/DNA duplex.In order to determine this mecanism, we seek, if NC protein have the property to recognize the polarity of nucleic acids chains and if this modulates its destabilization properties. Also, our work on the internal dynamic of the protein showed that some motions are correlated to its binding to RNA.We compared the properties of different maturated forms of NC protein during the viral life cycle and we concluded that p1 and p6 domains present within the immature forms (NCp9 and NCp15) adjusted differently the interaction properties to nucleic acids compared to the mature form (NCp7). It leads us to reconsider the role of the different parts of the Gag polyprotein on the properties of the NC domain within this Gag precursor. This domain appears to be largely responsible for the recognition and selection of the viral genomic RNA in order to package it in the newly formed viral particles.To permform this study, we studied different complexes between NC and nucleic acids sequences (RNA and DNA) using mainly NMR spectroscopy and biophysical or biochemical methods to obtain informations at the atomic scale. This work can also be useful in the design of a new class of inhibitors against NC protein which is an attractive therapeutic target due to its conservation and importance in viral infectivity.

Les bactéries ont réussi à coloniser toutes les niches écologiques de la planète. Le passage d’un environnement à un autre s’accompagne de la fluctuation de nombreux paramètres environnementaux aboutissant à un stress cellulaire. Directement en contact avec le milieu environnant, l’enveloppe bactérienne est la première barrière contre ces stress extracellulaires. Toute rupture de son intégrité aura des conséquences délétères pour la cellule. Parmi les mécanismes permettant aux bactéries de détecter les changements de conditions environnementales, il existe des systèmes spécifiques appelés ESR (Envelope Stress Response). Ces systèmes maintiennent l’intégrité membranaire en réparant les dommages de l’enveloppe. Ce travail de thèse s’inscrit dans l’étude des mécanismes intrinsèques de résistance chez les bactéries, par la caractérisation d’un nouvel ESR d’E. coli : le système ZraPSR (Zinc Resistance Associated Protein Sensor Regulator). ZraPSR est un système à deux composants, composé d’un senseur ZraS, d’un régulateur transcriptionnel ZraR et d’une protéine périplasmique accessoire ZraP. La cascade ZraS-R est activée par des concentrations élevées en Zn et Pb. Ce travail a montré que ZraP établit un rétrocontrôle négatif sur la cascade de signalisation ZraSR par un mécanisme nécessitant sa métallation. Malgré une induction en présence de métaux, nous avons montré que le système ZraPSR ne possède aucun rôle dans l’homéostasie métallique. A contrario, en réponse à des signaux de stress, ZraSR va contribuer à la résistance intrinsèque à certains antimicrobiens. De plus, l’étude du régulon de ZraR a permis de commencer à entrevoir les mécanismes sous-jacents de réponse aux stress antimicrobiens médiée par ZraPSR. Cette réponse intègre des signaux de l’état physiologique de la cellule par l’intermédiaire de régulateurs globaux du métabolisme aboutissant à une réponse optimale. Le système ZraPSR semble donc être un nouveau mécanisme de résistance-croisée aux stress environnementaux. / Bacteria succeed in colonizing all the ecological niches on earth. Transition from one environment to another comes along with the fluctuation in numerous environmental parameters wich induce cellular stress. Directly in contact with the surrounding environment, the bacterial envelope is the first barrier against these extracellular stresses. Any break of its integrity will have deleterious consequences for the cell. Among mechanisms allowing bacteria to detect environmental changes, specific systems called ESR (Envelope Stress Response) have been studied. Such systems maintain membrane integrity by repairing envelope damages. This work takes part in the study of the intrinsic mechanisms of antimicrobial resistance in bacteria, by the characterization of a new ESR of E. coli: the ZraSR (Zinc Resistance Associated Protein Sensor Regulator) system. ZraPSR is a two-component system consisting of a ZraS sensor, a ZraR transcriptional regulator and a ZraP accessory periplasmic protein. The ZraS-R cascade is activated by high concentrations of Zn and Pb. In this study, we showed that ZraP establishes a negative feedback on the ZraSR pathway by a mechanism requiring its metallation. Despite the observed induction in the presence of metals, we showed that the ZraPSR system is not required for metal homeostasis. Whereas, in response to stress signals, ZraSR contribute to intrinsic resistance to certain antimicrobials. Futhermore, the study of the ZraR regulon allowed us to begin glimpsing the underlying mechanisms of antimicrobial stress response mediated by ZraPSR. This response incorporates signals from the physiological state of the cell through global regulators of the metabolism leading to an optimal response. The ZraPSR system seems to be a new cross-resistance mechanism to environmental stresses.