Le rôle protecteur des HDL vis-à-vis des maladies cardiovasculaires est principalement attribué à leur participation dans le mécanisme du Transport Retour du Cholestérol (TRC). Ce processus permet l’élimination de l’excès de cholestérol des tissus périphériques vers le foie, où il va être éliminé dans les sécrétions biliaires. Notre équipe a identifié à la surface des cellules hépatocytaires un récepteur à l’apoA-I (apolipoprotéine A1), la protéine majoritaire des HDL, semblable à l’ATP synthase mitochondriale. Cette ATP synthase de surface appelée ecto-F1-ATPase est impliquée dans le mécanisme d’endocytose hépatique du cholestérol. En effet, la liaison de l’apoA-I sur l’ecto-F1-ATPase stimule l’activité ATPasique de cette dernière, produisant alors de l’ADP extracellulaire qui activera ensuite le récepteur purinergique P2Y13, aboutissant à l’endocytose de l’holoparticule de HDL. L’expression membranaire de l’ecto-F1-ATPase a aussi été associée à d’autres processus physiologiques et physiopathologiques tels que l’immunité innée, l’angiogenèse et le cancer. Mais malgré les nombreuses études s’intéressant aux fonctions de la F1-ATPase à la membrane des cellules, les mécanismes de régulation de son expression ectopique ne sont pas encore connus et sont l’objet des travaux présentés dans cette thèse. Des résultats préliminaires suggèrent que le transport conventionnel ne serait pas impliqué dans la régulation de l’ecto-F1-ATPase à la membrane plasmique. L’adressage de ce complexe est donc régulé par d’autres mécanismes physiologiques. Notamment, l’autophagie a été démontrée comme pouvant réguler l’expression de certaines protéines à la membrane plasmique. Le complexe F1FO-ATPase étant classiquement localisé à la mitochondrie, nous avons donc étudié si les mécanismes de la mitophagie, un mécanisme d’autophagie spécifique des mitochondries, sont impliqués dans la régulation de l’ecto-F1-ATPase. / The atheroprotective property of High Density Lipoprotein (HDL) is mostly attributed to its involvement in Reverse Cholesterol Transport (RCT). This process removes excess cholesterol from peripheral tissues and delivers cholesterol to the liver for metabolism and bile excretion. Our team previously identified an ATP synthase-like complex expressed at the hepatocytes plasma membrane as an apoA-I receptor. This surface ATP synthase is called ecto-F1-ATPase and is involved in HDL-Cholesterol uptake. On hepatocytes, apoA-I binding to ecto-F1-ATPase stimulates extracellular ATP hydrolysis into ADP and activates a P2Y13 mediated HDL holoparticle endocytosis pathway. Ectopic expression of ecto-F1-ATPase is also associated with other physiological and physiopathological processes such as innate immunity, angiogenesis and cancer. But despite numerous studies describing ecto-F1-ATPase function, regulation of its ectopic expression is not known and is investigated in this work. Preliminaries results suggest that conventional transport is not involved in the regulation of ecto-F1-ATPase expression. Thus, targeting of this complex to the plasma membrane is regulated by other mechanisms. In particular, autophagy has been described as a mechanism regulating plasma membrane targeting for several cytosolic protein. F1F0-ATPsynthase is classically located at the inner mitochondrial membrane, we investigated whether mitophagy, a process allowing the removal of damaged mitochondria through autophagy, are involved in the regulation of ecto-F1-ATPase plasma membrane expression.

La maladie d’Alzheimer (MA) touche environ 35 millions de personnes à travers le monde ce qui en fait la première forme de démence. Le principal facteur de risque de cette maladie est l’âge et donc, avec l’augmentation de l’espérance de vie, on pense que ce nombre va doubler d’ici 2025. C’est donc un problème de santé publique. Le mécanisme à l’origine de la MA n’est pas connu, et il n’existe aucun traitement permettant de guérir ou de ralentir efficacement l’évolution des symptômes. Il est donc urgent de mieux comprendre cette maladie afin de proposer aux patients des traitements efficaces. Certaines études épidémiologiques ont montré que l’hypercholestérolémie est un facteur de risque pour la MA. A l’inverse, la prise de statines diminuerait les risques de développer cette maladie. De plus, des études réalisées in vitro et in vivo ont montré que le cholestérol peut favoriser la production des peptides amyloïdes qui sont à l’origine de la formation des plaques, caractéristiques de la MA. Enfin, certaines études ont montré qu’une baisse des niveaux de HDL peut être un facteur de risque pour la MA. Tous ces résultats nous amènent à penser que le métabolisme du cholestérol puisse être altéré dans la MA. La PON1 est une enzyme associée aux HDL. Elle possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-oxydantes. Certaines études ont montré que son activité est réduite dans la MA, et que certains de ses polymorphismes sont associés à cette maladie. La PON1 pourrait donc jouer un rôle dans la MA. Mon projet de thèse a pour but d’investiguer si l’efflux du cholestérol est altéré dans la MA, et de comprendre le mécanisme à l’origine de cette éventuelle altération. Il vise également à étudier la PON1 dans la MA. Nos résultats montrent que l’efflux du cholestérol est diminué dans la MA. Cette baisse est due à une perturbation de la fonctionnalité des HDL et non, à une baisse de l’expression du transporteur ABCA1 qui est impliqué dans la première étape de l’efflux du cholestérol. Nos résultats suggèrent que la baisse de fonctionnalité des HDL soit due à leur oxydation, et à une altération de leur structure. Notre étude montre que l’activité paraoxonase est réduite de manière non significative dans la MA supposant donc, une légère baisse de la fonctionnalité de la PON1. De plus, les polymorphismes 192Q/R et 55L/M de la PON1 ne sont pas associés à cette maladie. Enfin, nos résultats montrent que les HDL des personnes Alzheimer sont plus sensibles à l’oxydation probablement du fait d’une baisse de la fonctionnalité de la PON1. En conclusion, dans la MA, les HDL sont oxydés et leur structure est altérée ce qui entraîne une baisse de l’efflux du cholestérol. Une altération de la fonctionnalité de la PON1 pourrait expliquer, en partie, la sensibilité des HDL à l’oxydation.

Etude du rôle des lysosomes et du cholestérol au cours de la différenciation des kératinocytes épidermiques (par Ralph Jans) La majorité des rôles protecteurs de l’épiderme, couche superficielle de la peau, sont garantis par les kératinocytes qui se différencient de manière progressive et terminale dans les couches suprabasales de ce tissu, dont le renouvellement est assuré par la prolifération de cellules-souches dans la couche basale. Toute perturbation des mécanismes qui contrôlent la prolifération et/ou la différenciation des kératinocytes conduit à des dysfonctionnements. Comprendre ces mécanismes reste donc un défi majeur pour la biologie cutanée. Plusieurs types cellulaires subissent l’exocytose de lysosomes quand il y a entrée d’ions calcium dans les cellules. Puisque les kératinocytes subissent une entrée de calcium au cours de leur différenciation, ces cellules pourraient exocyter des lysosomes dans ces circonstances. Un traitement de kératinocytes avec un ionophore induit en effet une sécrétion de la forme mature lysosomale de la cathepsine D, une libération de l’activité des enzymes lysosomales solubles cathepsine C et β-galactosidase, ainsi que l’apparition des protéines lysosomales membranaires Lamp-1 et Lamp-2 au niveau de la membrane plasmique. L’exocytose de lysosomes peut donc faire partie de la différenciation des kératinocytes, mais permet aussi à ces cellules de réparer des ruptures de la membrane plasmique. Puisque le cholestérol pourrait contrôler certaines voies de signalisation au cours de la différenciation des kératinocytes, nous avons analysé les effets d’une déplétion en cholestérol induite par un traitement avec la méthyl-β-cyclodextrine sur le phénotype et la signalisation du kératinocyte. Cette déplétion induit une augmentation de l’expression de l’involucrine, marqueur de différenciation tardive, et une répression de l’expression de la kératine 10, marqueur de la différenciation précoce, et de la kératine 14, marqueur des kératinocytes non-différenciés. Ce traitement active le récepteur de l’EGF et HER2, ainsi que la MAP kinase p38 dont l’activation (en particulier l’activation de p38α) est responsable de l’augmentation de l’expression de l’involucrine. En résumé, nos observations suggèrent un nouveau rôle pour les lysosomes au cours de la différenciation des kératinocytes épidermiques, mais suggèrent surtout un rôle critique du cholestérol dans la régulation de ce processus. Role of lysosomes and cholesterol during the differentiation process of epidermal keratinocytes (by Ralph Jans) A major part of the protective role of the epidermis, superficial layer of the skin, is guaranteed by the keratinocytes that differentiate progressively and terminally in the suprabasal layers of this tissue. The renewal of the epidermis is performed by proliferating stem cells in the basal layer. Perturbation of the mechanisms that regulate the proliferation and/or the differentiation of keratinocytes leads to an invalid barrier function. Therefore, elucidating these mechanisms is a major challenge for skin researchers. In several cell types, lysosomes undergo exocytosis upon entry of calcium into the cells. Since keratinocytes are subjected to an entry of calcium during their differentiation in vivo, these cells could exhibit an exocytosis of lysosomes under these circumstances. The results presented in this work show that an incubation of keratinocytes with the calcium ionophore ionomycin triggers the secretion of the enzymatic activities of the lysosomal enzymes cathepsin C and β-galactosidase as well as the release of the lysosomal form of cathepsin D. This treatment also induces the appearance of the lysosomal membrane proteins Lamp-1 and Lamp-2 at the plasma membrane of keratinocytes. Exocytosis of lysosomes could be part of the keratinocyte differentiation process, but could also allow these cells to repair their plasma membrane upon disruption due to mechanical stresses. Since cholesterol could be involved in the regulation of several signal transduction pathways during keratinocyte differentiation, we have investigated the effects of a depletion of cholesterol on the keratinocyte phenotype and on selected signaling pathways. Cholesterol depletion was induced by incubating the cells with methyl-β-cyclodextrin. This treatment, followed by an inhibition of cholesterol neosynthesis using lovastatin, triggers an upregulation of the expression of involucrin, a late differentiation marker, and a downregulation of keratin 10 and keratin 14, which, respectively, are markers of early-differentiating and undifferentiated keratinocytes. Cholesterol depletion activates the membrane receptors EGFR and HER2 and the MAP kinase p38. Using the specific inhibitor PD169316, we demonstrate that the p38α isoform is responsible for the upregulation of involucrin during cholesterol depletion. In summary, our observations suggest a novel role for lysosomes during keratinocyte differentiation and indicate a critical role for cholesterol in the regulation of this process.

L’intestin est un acteur majeur du métabolisme du cholestérol de part son rôle dans dans l’absorption, la sécrétion des lipoprotéines et l’efflux transintestinal de cholestérol (TICE). De plus, c’est le second organe majeur, après le foie, à exprimer la Proproteine Convertase Subtilisine Kexine de type 9 (PCSK9), un inhibiteur naturel du récepteur aux LDL. Notre analyse des mécanismes moléculaires impliqués dans l’ hypocholestérolémie induite par les chirurgies bariatriques montre que la sleeve gastrectomie induit une hypocholestérolémie transitoire et modérée lié aux modifications de prise alimentaire. En revanche, le by-pass Roux en Y (RYGB) réduit fortement la cholestérolémie, stimule significativement son élimination fécale en induisant le TICE et en réduisant l’absorption intestinale de cholestérol. La seconde partie de ma thèse visait à répondre à une controverse autour de la faculté de l’intestin à sécréter PCSK9. In vivo (souris) et ex vivo (souris et homme), il ne semble pas que les cellules intestinales matures sécrètent PCSK9. En revanche, nous confirmons que la lignée humaine Caco2 est capable de sécréter PCSK9 mais que cette sécrétion est abolie lorsque les cellules deviennent matures. Les mécanismes responsables de cette perte de sécrétion restent mal définies mais sont dues au moins à deux paramètres: 1) une réduction du contenu intracellulaire induite par un catabolisme lysosomal accru; 2) une modification posttraductionelle de PCSK9 (glycosilation) altérant les voies de sécrétion post-Golgiennes. Les cellules Caco2 constituent un outil précieux pour disséquer les mécanismes et partenaires protéiques nécessaires à la sécrétion de PCSK9. Leurs identifications pourraient permettre de développer de nouveaux inhibiteurs pour réduire la sécrétion de PCSK9, réduire l’hypercholestérolémie et lutter plus efficacement contre les maladies cardiovasculaires. / The intestine is a major actor of cholesterol metabolism from its role in absorption, secretion of lipoproteins and transintestinal cholesterol efflux (TICE). In addition, it is the second major organ, after the liver, to express the Proproteine Convertase Subtilisin Kexin type 9 (PCSK9), the natural inhibitor of the LDL receptor. Our analysis of molecular mechanism involved in hypocholesterolemia induced by bariatric surgeries shows that the gastrectomy sleeve induces a transient and moderate hypocholesterolemia linked to the modification of the food intake. In contrast, the Roux-Y by-pass (RYGB) strongly reduces cholesterol, significantly stimulates its fecal elimination by inducing TICE and decreasing intestinal absorption of cholesterol. The second part of my thesis consisted to elucidate the controversy around the faculty of the intestine to secrete PCSK9. In vivo (mice) and ex vivo (mice and human), it seems that mature enterocytes can’t secrete PCSK9. On the other hand, we confirm that the Caco2, an human intestinal cell line, is capable of secreting PCSK9, but this secretion is abolished when the cells become mature. Mechanisms responsible for this loss of secretion remain poorly defined and are, at least, due to: 1) a reduction in the intracellular content induced by increased lysosomal catabolism; 2) a post-translational modification of PCSK9 (glycosilation) altering post-Golgi secretion pathways. Caco2 cells are a powerfull tool for identify the mechanisms and partners required for the secretion of PCSK9. Their identifiers allow the development of new inhibitors to reduce the secretion of PCSK9, reduce hypercholesterolemia and fight more effectively against cardiovascular diseases.

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

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

L'hypercholestérolémie et la forme pathologique qui en résulte, l'athérosclérose, sont fréquemment impliquées dans les accidents cardiovasculaires, actuellement première cause de mortalité dans les pays développés. L'hypercholestérolémie se caractérise par un taux anormalement élevé de cholestérol dans le sang. Le taux de cholestérol sanguin dépend principalement de l'équilibre entre les lipoprotéines de faible densité, les LDL et les lipoprotéines de hautes densités, les HDL. Les apolipoprotéines A-I, B et E (apoA-I, apoB et apoE respectivement) sont les éléments essentiels de la structure des lipoprotéines. Des altérations du métabolisme des apolipoprotéines sont associées à l'hypercholestérolémie et au développement de l'athérosclérose chez l'adulte. Cependant, plusieurs études ont montré que l'athérosclérose pouvait se développer à un âge plus précoce, pendant la période de vie foetale. Il est alors légitime de penser que le métabolisme des apolipoprotéines pendant la grossesse pourrait être impliqué dans le développement de l'athérosclérose au niveau foetal. Les macromolécules comme les lipoprotéines ne peuvent traverser le placenta librement. La synthèse d'apolipoprotéines par le placenta est donc indispensable pour fournir le cholestérol au foetus. Comme la grossesse est caractérisée par une élévation du cholestérol maternel, l'étude de l'expression des apolipoprotéines placentaires suivant le taux de cholestérol maternel est indispensable pour déterminer leur implication dans l'athérosclérose au niveau foetal. Pour réaliser ce projet, à partir de placentas humains prélevés à l'accouchement:, l'expression génétique de l'apoA-I, l'apoB et de l'apoE a été évaluée dans le tissu par la technique de polymérisation en chaîne en temps réel. Puis, la concentration tissulaire en protéine a été déterminée par dosage immuno-enzymatique. Nos résultats ont montré que les mères ayant un taux de cholestérol élevé avaient également une augmentation de cholestérol associé aux LDL et d'apoB dans leur circulation. Dans le placenta, l'hypercholestérolémie maternelle n'affecte ni la transcription des gènes ni les concentrations tissulaires de l'apoA-I et de l'apoE. L'absence de régulation de l'apoA-I et de l'apoE placentaires par le cholestérol maternel est surprenante, cependant, l'exacerbation du système endocrinien pendant la grossesse, notamment des hormones stéroïdiennes, pourrait avoir une influence sur l'expression des apolipoprotéines dans le placenta. Par contre, l'apoB est régulée à la hausse dans le placenta des mères hypercholestérolémiques. Un des mécanismes probable de cette régulation pourrait être l'augmentation, par le cholestérol, de l'activité de la protéine microsomale de transfert des triglycérides. Cette protéine est un élément essentiel dans la régulation de l'expression de l'apoB. De plus, l'augmentation de l'apoB est corrélée au cholestérol total maternel et à la concentration d'apoB dans la circulation maternelle et foetale. Ces résultats suggèrent que l'excès de cholestérol maternel est incorporé majoritairement dans les LDL sans affecter le métabolisme des HDL. Cette étude suggère un rôle potentiel de l'apoB placentaire dans le développement de l'athérosclérose au niveau foetal. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Placenta, Grossesse, Apolipoprotéines, Lipides, Profil lipidique.

Le placenta permet les échanges entre la mère et le fœtus tout en assurant le maintien de l'implantation fœtale dans l'organisme maternel. De ce fait, le placenta pourrait compenser pour une variation du niveau de lipides maternels circulant en régulant sa propre synthèse de cholestérol et de lipides, afin de protéger le fœtus. La présente étude a été réalisée sur 60 femmes divisées en deux groupes de même taille, en fonction de la médiane de cette population pour la concentration maternelle de cholestérol total plasmatique. Ces femmes ont aussi été classées selon leur indice de masse corporelle pré grossesse et le gain de poids durant la grossesse. De plus, ces mêmes femmes ont servi de groupe contrôle pour 7 femmes atteintes de diabète gestationnel et traitées à l'insuline. Notre hypothèse de départ était qu'une hausse de cholestérol maternel diminuerait la synthèse de cholestérol, mais aussi la synthèse de nova de lipides dans le placenta. Un indice de masse corporelle plus grandi diminuerait quant à lui la lipogenèse mais pas la synthèse de cholestérol. Un gain de poids plus élevé devrait diminuer les deux métabolismes, alors que la présence de diabète gestationnel devrait les augmenter dans le placenta. Par immunobuvardages, les effets des différentes concentrations de cholestérol circulant ont été mesurés au niveau du tissu placentaire sur l'expression de la HMGRI de la FAS et des SREBP1/2, protéines impliquées dans la régulation et le métabolisme du cholestérol et de la lipogenèse. Cette étude montre que l'effet d'une augmentation du cholestérol maternel plasmatique est associé à une augmentation de l'expression de SREBP-2 au niveau placentaire par un mécanisme non identifié. De plus, il semble que la régulation de la lipogenèse dans le placenta est peu dépendante de SREBP-1. Le placenta ne semble pas compenser pour la variation de cholestérol maternel au niveau de la modulation de l'expression de la HMGR et de la FAS. Le fœtus et/ou le transport placentaire semblent pourtant compenser pour ces variations maternelles, puisqu'aucune variation n'a été observée dans la circulation fœtale. D'autre parti l'indice de masse corporelle ainsi que le gain de poids n'affectent pas l'expression des protéines ciblées. Finalement, cette étude démontre que, dans le placenta, le diabète gestationnel maternel entraîne un effet semblable à une augmentation de la concentration de cholestérol circulant sur l'expression de la HMGR et de la FAS, effet sans doute causé par une augmentation de la maturation des SREBP-2 en présence d'une élévation des cytokines inflammatoires dans le placenta. En conclusion, il est démontré que l'expression placentaire de SREBP-2 est corrélée positivement au cholestérol circulant maternel, alors que le métabolisme du cholestérol est modifié par le diabète gestationnel. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : placenta, cholestérol, lipide humain, diabète gestationnel

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal