L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est caractérisée par un intense remodelage de la microcirculation pulmonaire affectant principalement les artérioles pulmonaires musculaires. Lorsqu'elle survient en l'absence de condition associée, l'HTAP est considérée comme idiopathique (HTAPi). L'HTAP représente une pan-vasculopathie au cours de laquelle chaque type cellulaire (cellules endothéliale, musculaire lisse, fibroblaste) constituant la paroi vasculaire joue un rôle spécifique dans la réponse à l'agression. Les buts de ce travail étaient d'explorer l'implication de différentes voies de signalisation dans l'initiation ou la progression de la maladie. Les différentes études ont été réalisées à partir de cultures de cellules musculaires lisses (CML) d'artère pulmonaire et de cellules endothéliales (CE) pulmonaires obtenues à partir de prélèvements pulmonaires humains obtenus lors de transplantation chez des patients souffrant d'HTAP réfractaire.Des études antérieures avaient souligné le rôle majeur de la sérotonine au cours de l'HTAP idiopathique. Dans une première étude, nous avons étudié le rôle respectif de la sérotonine (5-HT), de son transporteur (5-HTT) ou de ses récepteurs (5-HT1B, 5-HT2A et 5-HT2B) dans le remodelage vasculaire pulmonaire mis en évidence dans l'HTP associée à diverses conditions. Les résultats de cette première étude montraient qu'une surexpression du 5-HTT dans les CML d'artère pulmonaire est une voie physiopathologique commune impliquée dans le remodelage vasculaire pulmonaire observé dans l'HTAP idiopathique, la maladie veino-occlusive et l'HTAP associée à différentes pathologies.Des mécanismes inflammatoires jouent probablement un rôle important dans la physiopathologie du remodelage microvasculaire pulmonaire. En effet, des infiltrats composés de cellules inflammatoires mononucléées (macrophages, lymphocytes T et B et cellules dendritiques) sont fréquemment mis en évidence autour des lésions vasculaires pulmonaires de patients présentant une HTAP idiopathique. Les mécanismes impliqués dans le recrutement de ces cellules mononucléées demeurent mal compris et nous avons étudié le rôle d'une chimiokine, CC chemokine ligand 2 (CCL2). Les résultats de cette seconde étude montraient que CCL2 était surexprimée au cours de l'HTAP idiopathique. La source de cette surexpression semblait provenir des cellules endothéliales pulmonaires. CCL2 agissait non seulement sur le recrutement des monocytes mais également sur les cellules musculaires lisses vasculaires pulmonaires en stimulant leur prolifération et leur migration.Des mutations germinales de gènes codant pour des membres de la famille des récepteurs du TGF tels que BMPR2 (Bone Morphogenic Protein Receptor type 2) sont retrouvées dans près de 70% des cas d'HTAP familiale mais également chez 10 à 30 % des cas d'HTAPi apparemment non familiales. Ces patients sont regroupés sous le terme d'HTAP " héritable " (HTAPh). Nous avons, dans une troisième étude, évalué si la dysfonction des voies de signalisation secondaires aux mutations de BMPR2 pouvait avoir des conséquences sur la voie de l'endothéline 1 (ET-1) qui représente l'une des cibles thérapeutiques de choix au cours de l'HTAP. Les résultats de cette troisième étude montraient que l'ET-1 était surexprimée au cours de l'HTAP avec ou sans mutation de BMPR2. En revanche, une surexpression des récepteurs ET-A dans les CML était mise en évidence au cours de l'HTAPh et était associée à une augmentation de l'effet pro-proliférant de l'ET-1 sur les CML.Ces résultats révèlent que des facteurs vaso-actifs (ET-1, 5-HT) et inflammatoires jouent un rôle déterminant dans la physiopathologie de l'HTAP et pourraient représenter de nouvelles cibles thérapeutiques.

Les estrogènes sont impliqués dans plusieurs aspects de la physiologie humaine en particulier, le développement, la croissance, la différenciation des tissus reproducteurs, la reproduction, et la grossesse. Les effets cellulaires des estrogènes sont transmis via l'interaction avec les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ. L’activation de ERα et ERβ contrôle directement la transcription des gènes cibles nécessaires pour médier les effets physiologiques des estrogènes. L’effet des estrogènes peut aussi être mitogénique et devient la cause de plusieurs pathologies surtout dans les tissus qui présentent une sensibilité accrue à l’hormone tel que les tissus mammaires, les ovaires et l’utérus. De ce fait, une surexposition de ces tissus à l’estrogène augmente le risque de développer le cancer. Dans une lignée cellulaire qui coexprime les deux récepteurs, nous avons identifié la chimiokine SDF-1 qui interagit avec le récepteur CXCR4 et qui décrit une boucle de régulation autocrine/paracrine entre la voie des chimiokines et celle des estrogènes. Cette régulation induit une augmentation de l’expression des gènes cibles prolifératifs du cancer du sein. Cependant, les mécanismes exacts de cette régulation restent inconnus. Afin d'identifier les cibles exactes de cette régulation au niveau génomique, nous avons développé un modèle cellulaire pour discriminer le rôle respectif de ERα et ERβ au niveau du contrôle transcriptionnel de cette boucle de régulation des chimiokines. En partant d’une lignée cellulaire ER-, nous avons généré un système cellulaire qui exprime l’un ou l’autre des isoformes en plus du mutant ERβ-S87A. Nous avons construit le promoteur CXCR4bLuc qu’on a testé dans les lignées cellulaires générées. En utilisant la construction du promoteur CXCR4bLuc, nous avons démontré une voie de régulation des récepteurs des chimiokines par les récepteurs des estrogènes. L’activation membranaire de CXCR4 par SDF-1 implique l’activation directe du récepteur de l’estrogène ERβ par phosphorylation de la sérine 87. Cette phosphorylation active ERβ et favorise l’expression du gène de CXCR4. La transcription de CXCR4 passe par la liaison de ERβ au niveau d’un élément de liaison ERE que nous avons identifié dans ce travail par la technique de ChIP. Ainsi, nous avons identifié une cible exacte de la régulation des récepteurs des chimiokines CXCR4 par le récepteur des estrogènes ERβ qui peut constituer une approche prometteuse pour contrer les pathologies associées au cancer du sein et ses métastases. / Estrogens are involved in development, growth, differentiation, reproduction, and pregnancy. The cellular effects of estrogens are mediated through its interaction with estrogen receptors ERα and ERβ. The ERα and ERβ activation controls directly the transcription of target genes required to mediate the physiological effects of estrogen. The effect of estrogen may be mitogenic and becomes the cause of many diseases especially in tissues that have greater sensitivity to the hormone such as breast tissue, ovaries and uterus. Therefore, overexposure of these tissues to estrogen increases the risk of developing cancer. In a cell line that co-expresses both receptors, we identified the chemokine SDF-1 that interacts with the CXCR4 receptor and describes an autocrine / paracrine loop pathway between chemokines and estrogen. This control leads to an increase of the expression of proliferatives target genes in breast cancer. However, the exact mechanisms of this regulation remain unknown. To identify the exact target of this regulation at the genomic level, we have developed a cellular model to discriminate the respective role of ERα and ERβ level of transcriptional control of the loop chemokines. Starting from an ER- cell line, we generated a cell system that expresses one or other of isoforms in addition to the mutant ERβ-S87A. We built the promoter CXCR4bLuc that we have tested in the generated cell lines. Using the CXCR4bLuc promoter construct, we have demonstrated a regulatory pathway of chemokine receptors by estrogen receptors. The membrane activation of CXCR4 by SDF-1 involves the direct activation of estrogen receptor ERβ by phosphorylation of serine 87. This phosphorylation leads to activate ERβ and promotes the expression of CXCR4 gene. The transcription of CXCR4 involves the binding of ERβ at an ERE binding element that we have identified in this work by the ChIP technical. Thus the identification of a precise ERE target regulation of chemokine receptors CXCR4 by estrogen receptor ERβ, is a promising approach to counter the pathologies associated with breast cancer and its metastases.

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L'adhésion contrôlée et la migration orientée des cellules est fondamentale pour plusieurs processus physiologiques et pathologiques. Une famille de polysaccharides linéaires, connus sous le nom de glycosaminoglycanes (GAG) est impliquée dans l'organisation et la présentation des protéines de signalisation, les chimiokines, à la surface des cellules et dans la matrice extracellulaire (ECM). Les travaux concernent le développement de surfaces biomimétiques bien définies aux niveaux moléculaires et supramoléculaires pour l‘étude des mécanismes d'intéractions protéines-GAG et l'analyse de la réponse cellulaire à des signaux biochimiques et biophysiques spécifiques. L'objectif de cette étude est de mieux comprendre les communications cellule-cellule et cellule-matrice induites par les GAGs.En utilisant la ligation oxime, les GAGs peuvent être fonctionnalisés de manière stable par la biotine à leur extrémité réductrice, ce mode de couplage s'est avéré déterminant pour préparer des surfaces fonctionnalisées par les GAGs de manière stable. Une monocouche de streptavidine est utilisée comme plateforme modulable pour assembler séquentiellement les molécules biotinylées, avec une orientation et des densités de surface contrôlées. Des GAGs (les héparane sulfate (HS), en particulier), des chimiokines et d'autres composants de l'ECM (par exemple un ligand d'adhésion cellulaire, RGD) ont été assemblés reconstituant certains aspects des surfaces in vivo (cellules ou de l'ECM). La microbalance à quartz (QCM-D) et l'ellipsométrie spectroscopique nous ont permis de caractériser et de contrôler la présentation supramoléculaire du HS et du RGD. Ces surfaces modèles ont été utilisées pour étudier les interactions supramoléculaires entre le HS et la chimiokine SDF-1α/CXCL12α facteur d'origine stromale et pour analyser les réponses cellulaires aux signaux extracellulaires. Nos données apportent la preuve que la chimiokine, CXCL12α rigidifie les assemblages de HS, et que cet effet est dû à la réticulation des chaînes de HS induite par la protéine. La cinétique des interactions HS-chimiokine a été quantifiée en utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR). Nous avons également démontré que le mode de présentation de la chimiokine sur la surface, en particulier la présence des HS, influence le comportement des myoblastes. Nos données montrent que les récepteurs cellulaires CXCR4 (récepteur de la CXCL12α) et l'intégrine (récepteur du RGD) peuvent agir en synergie pour contrôler l'adhésion et la migration cellulaire. Ces surfaces modèles fournissent des indications précieuses qui pourront être appliquées au domaine de la glycobiologie, par exemple, pour étudier le rôle des GAGs dans la migration cellulaire induite par les chimiokines. / The oriented migration and controlled adhesion of cells is fundamental to many physiological and pathological processes. A family of linear polysaccharides, known as glycosaminoglycans (GAGs), help organizing and presenting signaling proteins, so-called chemokines, on the cell surface and in the extracellular matrix thus regulating cellular behavior. The objective of this PhD thesis was to develop biomimetic surfaces that are highly defined and tunable, for mechanistic studies of GAG-protein interactions on the molecular and supramolecular levels, and to probe cellular responses to defined biochemical and biophysical cues to better understand GAG-mediated cell-cell and cell-matrix communications.Applying oxime ligation, GAGs could be stably functionalized with biotin at the reducing end, and these features proved crucial for the reliable preparation of GAG-functionalized surfaces. A streptavidin monolayer served as a ‘molecular breadboard' to sequentially assemble biotinylated molecules with controlled orientation and surface densities. GAGs (heparan sulfate (HS) in particular), chemokines and other ECM components (e.g. integrin ligands promoting cell adhesion, RGD) were assembled into multifunctional surfaces that recapitulate selected aspects of the in vivo situation. Quartz crystal microbalance (QCM-D) and spectroscopic ellipsometry permitted us to characterize and control the supramolecular presentation of HS and RGD. These model surfaces were used to study the supramolecular interactions between HS and the selected chemokine stromal derived factor SDF-1α/CXCL12α and to analyze cellular responses to extracellular cues. Our data provide evidence that CXCL12α binding rigidifies HS assemblies, and that this effect is due to protein-mediated cross-linking of HS chains. The kinetics of chemokine binding to HS was quantified using surface plasmon resonance (SPR). We also demonstrate that the way in which the chemokine is presented, and in particular the presence of HS, is important for regulating myoblast behavior. Our data shows that the cell surface receptors CXCR4 (the CXCL12α receptor) and integrins (the RGD receptor) can act synergistically in controlling cellular adhesion and migration. These surfaces can generate novel insights in the field of glycobiology, e.g. in dissecting the function of GAGs in chemokine-mediated cellular migration.

La dimérisation des récepteurs couplés aux protéines G est un nouveau concept apparu dans la littérature au cours des quelques années qui ont précédé le début de notre travail. Bien qu’il soit clairement établi que les récepteurs sont capables de former des homo et des hétérodimères, les conséquences fonctionnelles de telles interactions demeurent souvent peu claires. Dans une étude précédente, le laboratoire d’accueil a montré que les récepteurs aux chimiokines CCR2 et CCR5 forment des homo et des hétérodimères de manière constitutive et identifié une coopérativité négative de liaison de nature allostérique entre les deux sites de liaison de CCR2 et CCR5 dans des cellules co-exprimant les deux récepteurs. Dans ce travail, nous avons étendu cette étude au récepteur CXCR4, structurellement plus éloigné que CCR2 et CCR5 entre eux. Nous montrons par une méthode biophysique se basant sur le transfert d’énergie de bioluminescence (le BRET) que CCR2, CCR5 et CXCR4 forment des homodimères et des hétérodimères de manière constitutive. De plus nous démontrons une coopérativité négative de liaison de nature allostérique des deux sites de liaisons pour les hétérodimères CCR2/CXCR4 et CCR5/CXCR4. lorsque CXCR4 est co-exprimé avec CCR2 ou CCR5, la chimiokine spécifique de CXCR4 (SDF-1α) inhibe la liaison du traceur spécifique de CCR2 (MCP-1) ou du traceur spécifique de CCR5 (MIP-1β), et vice-versa. La nature allostérique de ces interactions est démontrée par des expériences mesurant la dissociation de traceurs en présence ou non de compétiteurs. La coopérativité négative de liaison de nature allostérique des deux sites de liaisons est montrée également dans des cellules primaires, excluant tout effet indésirable dû à la surexpression de récepteurs. Nous montrons également que l’antagoniste spécifique de CXCR4 (AMD3100) inhibe la liaison du traceur spécifique de CCR2 (MCP-1) ou du traceur spécifique de CCR5 (MIP-1β), et vice-versa (TAK-779 vs SDF-1α), uniquement quand CXCR4 est co-exprimé respectivement avec CCR2 ou CCR5. Il s’agit là de la première preuve montrant que les interactions allostériques au sein d’hétérodimères de récepteurs aux chimiokines impliquent aussi des antagonistes, et qu’un antagoniste de récepteur aux chimiokines influence la réponse fonctionnelle d’un autre récepteur aux chimiokines auquel il ne se lie pas. De tels effets fonctionnels ont été montré dans des expériences de mobilisation de Ca++, de chimiotactisme sur lymphoblastes et dans des expériences d’air pouch in vivo. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Malgré les avancées thérapeutiques récentes, le pronostic des patients porteurs de métastases osseuses (MO) reste faible, ce qui incite à chercher des nouvelles stratégies thérapeutiques. Les chimiokines sont des acteurs majeurs de la réponse immune, et apparaissent comme des cibles potentielles de l’immunothérapie anti-cancéreuse. Nous avons recherché à définir si la chimiokine CX3CL1 pouvait représenter un axe thérapeutique efficace dans le contexte des MO. Pour cela nous avons développé des modèles murins de MO de cancer du rein et du poumon. Dans le modèle de MO de cancer du poumon, notre travail a démontré que l'expression de CX3CL1 inhibe la croissance tumorale. L’analyse transcriptomique des tumeurs a montré que CX3CL1 diminue (i) l’ostéloyse via un effet sur la triade OPG/RANKL/RANK (ii) l'expression de certains checkpoints, en faveur d’une réponse immune antitumorale. En revanche, dans le modèle de MO de cancer du rein, l’expression de CX3CL1 stimule le développement tumoral et l'ostéolyse via une action sur la triade OPG/RANKL/RANK et inhibe la réponse immune antitumorale via une augmentation de l'expression de certains checkpoints immunitaires. Les bisphosphonates (BPs) sont des agents utilisés pour le traitement des MO. Afin de réduire leurs effets indésirables, nous avons utilisé des ciments de phosphate de calcium (CPC), pour délivrer localement dans l’os des BPs (alendronate, ALN). Notre travail a mis en évidence que (i) ces ciments chargés en ALN relarguent en continue les BPs, (ii) le relarguage d’ALN est efficace pour induire des effets cytotoxiques et pro-apoptotiques vis à vis des cellules de cancer du sein / Despite recent therapeutic improvments, the prognosis for a patient with bone metastases (BM) remains poor, this situation prompting the research of new therapeutic strategies. Chemokines are central players in the immune response, and appear as potential targets in anti-cancer immunotherapies. We are interested to determine whether the CX3CL1 chemokine exerted pro or anti-tumor actions within the bone metastatic context. To address this issue, we developed mouse models of lung or renal cancer BM. In lung cancer BM model, our work demonstrated that CX3CL1 expression led to tumor growth inhibition. Tumors transcriptomic analysis revealed that CX3CL1: (i) impacted bone metabolism by modulating the OPG/RANKL/RANK triad (ii) decreased the expression of certain immune checkpoints, this up-regulating the anti-tumor immune response. By contrast, in renal cancer BM model, CX3CL1 expression stimulated bone tumor development and transcriptomic analysis showed that CX3CL1 (i) promoted osteolysis through an action on the OPG/RANKL/RANK triad (ii) -induced tumor development correlated with an increased expression of certain immune checkpoints, this down-regulating the anti-tumor immune response. Bisphosphonates (BPs) are targeted agents used for BM treatment. In order to reduce their side effects, we used resorbable calcium phosphate cements (CPC), which are frequently used as bone void fillers, as platform for a local delivery of BPs (alendronate, ALN). As a whole, our in vitro data demonstrated that: (i) ALN-CPC cements continuous released ALN; (ii) this ALN release was effective in inducing cytotoxic and pro-apoptotic effects in breast cancer cells

L'encéphalomyélite myalgique (EM) aussi connue sous le nom de syndrome de fatigue chronique est une maladie multi-systémique caractérisée par une fatigue extrême et un malaise post-effort, associés à d’autres symptômes débilitants comme l’intolérance orthostatique et des troubles du sommeil. L’EM se caractérise également par des altérations au niveau du système immunitaire et des perturbations du métabolisme énergétique affectant également le métabolisme des lipides. Dans ce contexte, nous avons exploré la contribution possible de la sphingomyéline phosphodiesterase acide 3b (SMPDL3B), produite par le gène SMPDL3B, dans la pathogénèse de l’EM. Celle-ci est une protéine multifonctionnelle ancrée par un groupement glycophosphatidylinositol (GPI) au niveau de la membrane des cellules. Cette enzyme a suscité notre intérêt compte tenu de son rôle dans la régulation de l'immunité innée et dans la conversion métabolique des sphingolipides en céramides. En effet, des études métabolomiques antérieures ont rapporté une réduction drastique des taux plasmatiques de céramides de 50% chez les hommes et de 86% chez les femmes souffrant d'EM. Nous proposons que l’élévation des niveaux circulants en SMPDL3B contribue à la sévérité de plusieurs symptômes chez les personnes atteintes d’EM (PAEM) via différents mécanismes. Les niveaux plasmatiques en SMPDL3B ont été mesurés par ELISA au niveau d’une cohorte prospective québécoise composée de PAEM (n=147) et de témoins sédentaires appariés pour le sexe et l’âge (n=62) n’ayant aucun antécédent familial d’EM. Nous avons également testé, par la même approche, des échantillons de plasma d’une cohorte norvégienne composée de PAEM (n=141). L’analyse de ces deux cohortes indépendantes a permis de mettre en évidence une corrélation positive entre les taux circulants en SMPDL3B et la sévérité des symptômes des PAEM. Nous avons également observé des niveaux plasmatiques plus élevés chez les PAEM atteints d’intolérance orthostatique lorsque comparés aux PAEM ne présentant pas ce symptôme. Finalement, nous avons confirmé à l’aide de la spectrométrie cellulaire diélectrique que la forme soluble de la protéine SMPDL3B peut se lier avec une haute affinité au récepteur de chimiokines CCR3 présent chez les cellules Jurkat et mis en évidence que l’occupation de ce récepteur par la chimiokine CCL11 ou un antagoniste pharmacologique pouvait augmenter la liaison de la forme soluble de la protéine SMPDL3B vers un autre récepteur membranaire qui demeure pour l’instant inconnu. Ce projet de maîtrise a permis une meilleure compréhension de la pathophysiologie de l’EM et de la contribution de la protéine SMPDL3B (forme ancrée et soluble) dans sa pathogénèse. / Myalgic encephalomyelitis (ME) also known as chronic fatigue syndrome is a multi-systemic disease characterized by extreme fatigue, post-exercise malaise, orthostatic intolerance, and sleep disturbances. ME is also characterized by alterations in the immune system and disturbances in energy metabolism that also affect lipid metabolism. In this context, we explored the possible contribution of sphingomyelin acid phosphodiesterase 3b, produced by the SMPDL3B gene, in the pathogenesis of ME. This is a multifunctional protein anchored by a glycophosphatidylinositol (GPI) group at the cell membrane. This enzyme has intrigued our interest given its role in the regulation of innate immunity and in the metabolic conversion of sphingolipids into ceramides. Indeed, previous metabolomics studies have reported a drastic reduction in plasma ceramide levels by 50% in men and 86% in women with ME. We propose that elevation of circulating levels of SMPDL3B increases the severity of several symptoms in persons with ME (PwME) via different mechanisms. Plasma levels of SMPDL3B were measured by ELISA in a Quebec cohort composed of PwME (n=147) and sedentary controls matched for sex and age (n=62) with no family history of ME. We also tested, by the same method, plasma samples from a Norwegian cohort composed of PwME (n=141). The analysis of these two independent cohorts revealed a positive correlation between SMPDL3B and the severity of PwME symptoms. We also observed higher plasma levels in PwMEs with orthostatic instability when compared to PwMEs without this symptom. Finally, we confirmed using dielectric cell spectrometry that the soluble form of the SMPDL3B protein can bind with high affinity to the CCR3 chemokine receptor present in Jurkat cells and demonstrated that the occupation of this receptor by the chemokine CCL11 or a pharmacological antagonist could increase the binding to another membrane receptor which remains unknown for the moment. This master's project allowed a better understanding of the pathophysiology of ME and the contribution of the SMPDL3B protein in its pathogenesis.

Les phosphates de calcium sont des biomatériaux couramment utilisés dans de nombreuses spécialités médicales. L'amélioration de ces biomatériaux vise à augmenter leur ostéointégration et leur bioactivité. Le strontium possédant d'intéressantes capacités de modification de la physiologie osseuse, l'incorporation de ce dernier au sein de phosphates de calcium par substitution ionique pourrait permettre un déplacement de la balance osseuse vers la formation osseuse.Notre travail a permis de démontrer la capacité des particules de phosphates de calcium substitués en strontium à augmenter la prolifération des ostéoblastes en culture et à modifier l'expression et la synthèse des principales protéines impliquées dans la physiologie osseuse (Collagène de type I, Serpine H1, métalloprotéinases matricielles 1 et 2, inhibiteurs tissulaires des MMPs). Par ailleurs, la poudre de phosphates de calcium ne contenant pas de strontium a entrainé une sécrétion accrue de chimiokines pro-inflammatoires (MCP-1 et GRO-?) qui n'a pas été observée pour la poudre substituée. Enfin, des études in-vivo réalisées dans un modèle de défaut osseux murin a permis de démontrer une plus grande résorbabilité de la poudre contenant du strontium et sa plus grande capacité à stimuler la réparation osseuse. / Calcium phosphate are widely used in medicine. Their upgrade tend to enhance their biocompatibility and their bioactivity. Strontium has interesting capability to modify the bone physiologie. Its incorporation in calcium phosphates could lead to modify the bone balance toward osteogenesis.The present work reveal the capacities of such biomaterials to enhance the replication of osteoblasts ant to modify the expression and the synthesis of proteins implicated in the bone balance (type I collagen, serpinH1, Matrix metalloproteinases 1 and 2, tissular inhibitors of MMPs). Moreover, non substituted calcium phosphate powders enhance the expression and synthesis of inflammatory cytokines (MCP-1 and Gro-a). This fact was not observed with the non substituted powder. In-vivo studies on a mouse model permit us to demonstrate the higher resorbability and the higher bone healing capability of the substituted powder.

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle. / Ligand binding to 7TMRs is thought to induce conformational changes within the receptor that translate into activation of downstream effectors. The link between receptor conformation and activity is still poorly understood, as current models of receptor activation fail to take an increasing amount of experimental data into account. Classical pharmacological models such as the ternary complex model are based on the concept that receptors can only adopt a limited number of conformations. To clarify structure-function relationships in 7TMRs, first we studied chemokine receptor CXCR4. This receptor is an important drug target, involved in HIV-1 entry and cancer metastasis. Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) allows us to directly probe conformational changes within pre-formed CXCR4 homodimers in live cells. Using BRET, we measured the conformation of CXCR4 mutants and we also monitored their function by measuring their ability to induce Galphai activation. The analyzed mutants had substitutions in locations which are pivotal molecular switches for receptor conformation and activation. We show that agonist induced Gi activation is altered for most mutants. These mutations also alter CXCR4’s conformation at basal conditions (in absence of ligand) and in the presence of the agonist, SDF-1, the partial agonist, AMD3100 and the inverse agonist, TC14012. Moreover, different conformations of active receptors were detected in the presence of SDF-1, suggesting that different receptor conformations are able to trigger Galphai activity. These data provide biophysical evidence for different active receptor conformations, that cannot be explained by classical models of receptor function (Berchiche et al. 2007). Furthermore, the second part of our work focused on chemokine receptor CCR2. Mainly expressed on immune cells, CCR2 is involved in many inflammatory and vascular diseases. This receptor binds seven natural ligands that have been referred to as redundant. We set out to explore whether the different chemokine ligands of CCR2 receptor induce different conformational changes leading to different functional consequences. Our results show that the different natural ligands of CCR2 are not pharmacologically redundant. Moreover, chemokines CCL8, CCL7 and CCL13 (MCP-2 to MCP-4) are partial agonists of CCR2, at least in the systems we used. Our results support the validity of models for receptor-ligand interactions in which different ligands stabilize different receptor conformations also for endogenous receptor ligands, demonstrating that these natural ligands are not pharmacologically and functionally redundant (Berchiche et al. 2011). As the third part of this work, we studied chemokine receptor CXCR7, the alternative receptor for SDF-1. Until recently, CXCR4 was the only receptor known to bind SDF-1. Moreover, the expression patterns are similar for receptors CXCR4 and CXCR7. Therefore, we investigated the conformational and functional consequences of the synthetic inhibitor of CXCR4, AMD3100, on CXCR7. We show that AMD3100 also binds the alternative SDF-1 receptor, CXCR7. SDF-1 or AMD3100 alone trigger beta-arrestin recruitment to CXCR7, which we identify as a previously unreported signalling pathway of CXCR7. In addition, AMD3100 has positive allosteric effects on SDF-1 binding to CXCR7, on SDF-1-induced conformational rearrangements in the receptor dimer as measured by BRET, and on SDF-1-induced beta-arrestin recruitment to CXCR7. The finding that AMD3100 not only binds CXCR4, but also to CXCR7, with opposite effects on the two receptors, call for caution in the use of this compound as a tool to dissect SDF-1 effects on the respective receptors in vitro and in vivo. Finally, these data provide biophysical evidence for different active receptor conformations, and support models of 7TMR structure-activity relationships that take conformational heterogeneity into account.

Le sang provenant d’un cordon ombilical (SCO) représente une bonne source de cellules souches hématopoïétiques (CSH) pour des transplantations. Cependant, le nombre de cellules souches contenues dans ce sang est souvent insuffisant pour greffer un adulte. Le mécanisme intervenant dans la domiciliation de ces cellules au sein de la moelle osseuse (MO) est encore mal compris. On sait que l’interaction entre la chimiokine SDF-1 et le récepteur CXCR4, présent sur les cellules CD34+ de SCO, mène à la migration de ces cellules en direction de la MO. Nous pensons que l’augmentation de la proportion de cellules qui réussit à se greffer pourra pallier au problème du nombre. Les produits de dégradation, C3a et le C3desarg,, issus du système du complément, sont connus pour favoriser la réponse de cellules exprimant CXCR4 vers SDF-1. Nous avons analysé l’effet du C3adesarg, molécule non anaphylatoxique, sur la migration cellulaire vers SDF-1, de même que sur la prise de greffe des cellules CD34+ issues de SCO suite à une transplantation sur des souris NOD/SCIDyC-. Nos expériences ont démontré que le C3a ainsi que le C3adesarg augmentaient tous les deux la réponse des cellules CD34+ vers SDF-1. Toutefois, nous n’avons pas pu démontrer que ces molécules liaient directement le récepteur CXCR4. Par contre, le composé C3adesarg favorise la prise de greffe des cellules CD34+ de SCO. Il serait donc un bon candidat pour poursuivre une optimisation de ses propriétés. Nous avons également constaté que suite à une transplantation chez la souris, les cellules CD34+ de SCO subissent une hausse d’expression transitoire de leur CXCR4 environ quatre jours après la greffe. Cette hausse d’expression coïncide avec la multiplication des cellules CD34+ dans la MO. Nous avons également confirmé qu’une cellule CD34+ avec une forte expression de CXCR4 était dans un état prolifératif. Nos données suggèrent que l’interaction directe avec les cellules stromales soit responsable de cette hausse d’expression de CXCR4. / Since the first successful cord blood (CB) transplant was performed there has been a gradual increase in the use of CB for haematopoietic stem cell (HSC) transplantation, but the number of stem cells per CB is in general too low to ensure successful transplantation in adult patients. We would like to bypass the limitation of insufficient number of these cells in CB by enhancing the engraftment efficiency. The chemokine stromal-derived factor (SDF)-1, that binds to its receptor, CXCR4, plays an important and unique role in regulating the trafficking of HSC and their homing/retention in bone marrow (BM), but molecular regulatory mechanism of niches for HSC maintenance remains unclear. The complement C3 cleavage fragments, C3a and C3adesarg, modulate the responsiveness of CXCR4-expressing cell lines to SDF-1. We assessed the effect of the non anaphylatoxic complement fragment, C3adesarg, on SDF-1 responsiveness and engraftment of CB-HSC transplantation in a NOD/SCIDyC- mouse model. Complement breakdown products C3a and C3adesarg both increase the responsiveness of CD34+ cells to SDF-1. We find no evidence for direct interaction of complement fragments with CXCR4. Our data suggest that C3adesarg might contribute to optimize CB-HSC homing to bone marrow, and therefore efficacy of cord blood transplantation. We quantified the number of CXCR4 on the surface of CB-CD34+ after transplantation in mice. Our results showed that there is a transient overexpression of CXCR4 on the surface of HSC CD34+ found in the BM of NOD/SCIDyC- mice after 4-5 days post-injection. This transient overexpression correlated with multiplication of CD34+ cells in the BM. We confirm that the cells with an overexpression of CXCR4 are in a proliferation state. Our data suggested that this transient overexpression is caused by an interaction with the stomal cells.