Il a déjà été démontré que les statines (ou inhibiteurs de la HMG-CoA réductase) sont efficaces pour réduire le LDL-cholestérol et elles se sont depuis établies comme étant le pilier dans le traitement de la dyslipidémie. Toutefois, environ 10 pourcent des utilisateurs de statines souffrent d'effets indésirables, généralement sous forme de myopathie qui est souvent accompagnée d’un taux élevé de la créatine kinase (CK) plasmatique. Il est fréquent que les patients doivent arrêter les statines à cause d’un taux de CK dépassant un seuil de référence. Nous avons examiné le taux de CK de près de 6000 participants de la biobanque de l’ICM, qui ont récemment été génotypés à l'aide de la micropuce d'ADN ExomChip d'Illumina. Des études antérieures ont démontré une association significative entre le taux de CK plasmatique et des polymorphismes génétiques et nous avons cherché à répliquer ces résultats par association génétique et à l'aide du test SKAT pour les polymorphismes rares. Nous avons répliqué les résultats dans le gène CKM (rs11559024, p=1.59x10-23) et le gène LILRB5 (rs12975366, p=1.44x10-26) dans le chromosome 19. Nous espérons que ces résultats seront éventuellement utilisés en clinique pour la prédiction des taux de référence de CK personnalisés selon le profil génétique des patients utilisateurs de statines. / Statins (HMG-CoA reductase inhibitors) have been shown to reduce LDL-cholesterol and are undoubtedly the mainstay in the treatment of hyperlipidemia. Approximately 10 percent of statin users suffer from adverse side effects, the most common being muscle myopathy. Muscle myopathy is often accompanied by elevated levels of plasma creatine kinase (CK). Oftentimes, patients are taken off statins after their CK levels surpass a reference threshold. We looked at CK levels in the MHI Biobank, which have recently been genotyped in over 6000 participants with the Illumina ExomChip. Prior studies have found significant association between plasma CK levels and genetic variants and we aimed to replicate these findings using a genome wide association and a SKAT burden test for rare variants. We were able to replicate findings in the CKM gene (rs11559024, p=1.59x10-23) and LILRB5 gene (rs12975366, p=1.44x10-23) in chromosome 19. We hope that these results will eventually be utilized in clinical statin care by aiding in the prediction of personalized reference CK levels based on genetic information for patients using statins.

La morphine constitue l'un des analgésiques les plus utilisés en milieu hospitalier pour soulager les douleurs aiguës et chroniques. Elle exerce ses effets analgésiques en se liant aux récepteurs opioïdes μ (MOR) présents au niveau central et périphérique et possède des effets secondaires, incluant la tolérance, qui limitent son usage à long terme. La première partie de mes travaux avait pour objectif d'étudier le phénomène de tolérance à la morphine et d'en déterminer les mécanismes sous-jacents. A l'heure actuelle, ce phénomène est décrit comme résultant d'une désensibilisation des MOR conduisant à leur endocytose. Nos résultats montrent qu'en cas de tolérance, le catabolisme de la morphine est exacerbé au niveau du système nerveux central. Mes travaux ont également porté sur la caractérisation de la Créatine Kinase (CK) comme étant une protéine liant la morphine à très haute affinité. Nos résultats montrent que la CK possède 2 sites de liaison pour la morphine avec des affinités similaires. En étudiant l'effet potentiel de la CK sur l'analgésie induite par la morphine in vivo, nous avons mis en évidence, que les peptides correspondant aux 2 sites de liaison à la morphine étaient par eux-mêmes analgésiques et que cette analgésie semblait dépendre des récepteurs opioïdes. / Morphine is one of the most used analgesics in hospitals to relieve acute and chronic pain. Morphine exerts its analgesic effects by binding central and peripheral μ opioid receptors (MORs) and has many side effects that limit its long-term use including tolerance. The first part of my thesis was aimed to study the phenomenon of morphine tolerance and to determine the underlying mechanisms. Previously, this phenomenon was explained as resulting !rom MORs desensitization by endocytosis. However, our results show that in case of tolerance, the catabolism of morphine is exacerbated in the central nervous system in particular in astocytes. The second part of my work has focused on the characterization of the Creatine Kinase (CK) as a novel protein that binds morphine with a high affinity. Our results showed that CK has two binding sites with a similar affinity for morphine. Surprisingly, by studying the potential effect of CK on morphine-induced analgesia in vivo, we noticed that the two peptides corresponding to morphine binding sites are analgesics and such analgesia seems to be mediated by opioid receptors.

Des études précédentes ont montré qu’une carence en vitamine E prédispose à la myopathie du poulet de chair. L’effet d’un ajout de vitamine E dans la diète commerciale sur la dégénérescence des fibres musculaires de la poitrine et de la cuisse a été étudié chez les poulets de chair. Des poulets mâles ROSS 308 (n = 1100) ont été assignés de façon aléatoire à deux traitements alimentaires (aliment commercial + 25 à 50 mg de vitamine E surajouté par kg vs aliment commercial + 0 mg de vitamine E supplémentaire). Les poulets ont été répartis sur 10 parquets (cinq répétitions par traitement). Le poids corporel et la consommation d’aliment ont été mesurés hebdomadairement. Aux jours j28, j35, j42 et j49, du sang a été prélevé pour mesurer le niveau de vitamine E et l’activité de la créatine kinase (CK). Les muscles Pectoralis superficialis et Adductor magnus ont été prélevés pour des analyses histologiques aux jours j28, j42 et j49; les fibres dégénérées ont été dénombrées sur chaque muscle prélevé. La concentration plasmatique de vitamine E était plus élevée dans le groupe supplémenté (P = 0.001). L’activité de la CK n’était pas différente dans les deux groupes (P = 0.20) mais très élevée, et n’était pas toujours en relation avec les dommages musculaires, à cause de grandes fluctuations de la CK entre les individus du même groupe. Le nombre de fibres endommagées était plus élevé dans le muscle Pectoralis superficialis (poitrine) que dans le muscle Adductor magnus (cuisse) dans les deux groupes; il y avait aussi moins de fibres dégénérées à j28 dans la poitrine des poulets qui ont reçus la diète supplémentée. Ces résultats suggèrent que l’ajout de vitamine E à la diète conventionnelle augmente le niveau de vitamine E dans le plasma et dans les tissus, diminue le nombre de fibres dégénérées dans la poitrine des jeunes poulets sans pour autant modifier la conversion alimentaire. La mesure de l’activité plasmatique de la CK ne saurait suffire à elle seule pour détecter précocement la myopathie nutritionnelle dans les élevages de poulets de chair. / Previous studies have shown that vitamin E deficiency could lead to nutritional myopathy in broiler chickens. Vitamin E was added to a conventional commercial diet to evaluate its effect on breast and thigh muscle fibers degeneration in broiler chickens. Male chickens ROSS 308 (n = 1100) were randomly assigned to two dietary treatments (a commercial diet with 25 to 50 mg of extra vitamin E per kg of commercial diet and a commercial diet without extra vitamin E). Chickens were randomly divided into 10 pens (five replicates per treatment). Body weight and feed intake were monitored weekly. At d28, d35, d42 and d49 blood from chickens were sampled and assayed for level of vitamin E and creatine kinase (CK) activity. Both Pectoralis superficialis and Adductor magnus muscles from chickens were sampled for histological examination at d28, d42 and d49, and degenerated fibers were numbered. Plasma levels of vitamin E were higher in the supplemented group (P = 0.001), whereas activity of CK was high in both groups, but not significantly different (P = 0.20) due to strong fluctuations in CK activities within groups of these fast growing chickens. Pectoralis superficialis muscle had more damaged fibers than adductor’s in both groups. There were less degenerated fibers in pectoral muscle from d28 chickens receiving the supplemented diet. These results suggested that adding vitamin E into conventional diet increases plasma vitamin E and decreases the number of degenerated muscle fibers within pectoral muscle of young chickens. Measuring the CK activity in plasma is not sufficient for early detection of nutritional myopathy in broiler chicken’s farms.

L'objectif du travail est d'étudier les mécanismes de régulation in situ de la respiration mitochondriale des cellules musculaires afin de comprendre l'interdépendance entre la régulation de la respiration, les flux énergétiques et l'organisation structurale des cellules.<br />Pour cela, nous avons analysé la cinétique de la régulation de la respiration des cellules cardiaques perméabilisées en présence d'un système mimant les effets du système glycolytique in situ, et par microscopie confocal, l'organisation mitochondriale a été étudiée. <br />Les résultats montrent que les propriétés cinétiques de la MtCK in situ diffèrent significativement de celles des mitochondries isolées et que la régulation de la respiration in vivo est une propriété dépendant du niveau d'organisation du système, comprenant les interactions mitochondries-cytosquelette, les MgATPases cellulaires, le système d'enzymes glycolytiques du cytoplasme et les mécanismes de phosphotransfert via la navette PCr/CK, ceci afin de faire face aux restrictions hautement sélectives de la diffusion au niveau de la membrane externe mitochondriale in situ.<br />De plus, l'effet cardiotoxique de la doxorubicine sur les fibres cardiaques a été étudié, se traduisant par la perte du couplage fonctionnel de la MtCK avec l'oxydation phosphorylante.<br />Ce protocole a également été appliqué lors d'investigations cliniques sur des biopsies du muscle vaste latéral externe, chez les patients atteints de bronchopneumopathie chronique obstructive. Le dysfonctionnement musculaire est caractérisé par une affinité élevée pour l'ADP libre de l'oxydation phosphorylante et par une affinité importante de la MtCK pour la créatine qui ne change pas après l'entrainement.

Des études précédentes ont montré qu’une carence en vitamine E prédispose à la myopathie du poulet de chair. L’effet d’un ajout de vitamine E dans la diète commerciale sur la dégénérescence des fibres musculaires de la poitrine et de la cuisse a été étudié chez les poulets de chair. Des poulets mâles ROSS 308 (n = 1100) ont été assignés de façon aléatoire à deux traitements alimentaires (aliment commercial + 25 à 50 mg de vitamine E surajouté par kg vs aliment commercial + 0 mg de vitamine E supplémentaire). Les poulets ont été répartis sur 10 parquets (cinq répétitions par traitement). Le poids corporel et la consommation d’aliment ont été mesurés hebdomadairement. Aux jours j28, j35, j42 et j49, du sang a été prélevé pour mesurer le niveau de vitamine E et l’activité de la créatine kinase (CK). Les muscles Pectoralis superficialis et Adductor magnus ont été prélevés pour des analyses histologiques aux jours j28, j42 et j49; les fibres dégénérées ont été dénombrées sur chaque muscle prélevé. La concentration plasmatique de vitamine E était plus élevée dans le groupe supplémenté (P = 0.001). L’activité de la CK n’était pas différente dans les deux groupes (P = 0.20) mais très élevée, et n’était pas toujours en relation avec les dommages musculaires, à cause de grandes fluctuations de la CK entre les individus du même groupe. Le nombre de fibres endommagées était plus élevé dans le muscle Pectoralis superficialis (poitrine) que dans le muscle Adductor magnus (cuisse) dans les deux groupes; il y avait aussi moins de fibres dégénérées à j28 dans la poitrine des poulets qui ont reçus la diète supplémentée. Ces résultats suggèrent que l’ajout de vitamine E à la diète conventionnelle augmente le niveau de vitamine E dans le plasma et dans les tissus, diminue le nombre de fibres dégénérées dans la poitrine des jeunes poulets sans pour autant modifier la conversion alimentaire. La mesure de l’activité plasmatique de la CK ne saurait suffire à elle seule pour détecter précocement la myopathie nutritionnelle dans les élevages de poulets de chair. / Previous studies have shown that vitamin E deficiency could lead to nutritional myopathy in broiler chickens. Vitamin E was added to a conventional commercial diet to evaluate its effect on breast and thigh muscle fibers degeneration in broiler chickens. Male chickens ROSS 308 (n = 1100) were randomly assigned to two dietary treatments (a commercial diet with 25 to 50 mg of extra vitamin E per kg of commercial diet and a commercial diet without extra vitamin E). Chickens were randomly divided into 10 pens (five replicates per treatment). Body weight and feed intake were monitored weekly. At d28, d35, d42 and d49 blood from chickens were sampled and assayed for level of vitamin E and creatine kinase (CK) activity. Both Pectoralis superficialis and Adductor magnus muscles from chickens were sampled for histological examination at d28, d42 and d49, and degenerated fibers were numbered. Plasma levels of vitamin E were higher in the supplemented group (P = 0.001), whereas activity of CK was high in both groups, but not significantly different (P = 0.20) due to strong fluctuations in CK activities within groups of these fast growing chickens. Pectoralis superficialis muscle had more damaged fibers than adductor’s in both groups. There were less degenerated fibers in pectoral muscle from d28 chickens receiving the supplemented diet. These results suggested that adding vitamin E into conventional diet increases plasma vitamin E and decreases the number of degenerated muscle fibers within pectoral muscle of young chickens. Measuring the CK activity in plasma is not sufficient for early detection of nutritional myopathy in broiler chicken’s farms.

Au cours de cette thèse, nous avons étudié deux protéines par RMN : la créatine kinase musculaire (CK-MM) et le domaine UIM-SH3 de la protéine STAM2, seuls ou en interaction avec leurs partenaires. La CK-MM est une enzyme active sous forme dimérique. Elle appartient à la famille des guanidino-kinases et intervient dans le processus énergétique de la cellule. Le but de l'étude était d'élucider le mode de fonctionnement de la CK-MM. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de relaxation R1, R2 et des expériences de perturbation de déplacement chimique sur la CK-MM libre et complexée avec MgADP et sous forme TSAC. Ces expériences montrent que la boucle 320s, spécifique à la reconnaissance des substrats, possède une dynamique rapide en absence de substrats et une dynamique ralentie en présence de substrats. La fixation des substrats dans les sites actifs de la CK-MM induit des modifications conformationelles importantes. La protéine STAM2 est composée de deux UBDs : VHS, et UIM et d'un domaine SH3 connu pour interagir avec des déubiquitinases UBPY et AMSH. Cette protéine est impliquée dans la voie de dégradation lysosomale. L'objectif de cette étude est la caractérisation du complexe SH3/ubiquitine. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de perturbation de déplacement chimique et de relaxation R1, R2 et nOes sur le complexe UIM-SH3/ubiquitine. Ces expériences mettent en évidence que les domaines UIM et SH3 sont capables d'interagir chacun avec une ubiquitine, avec une affinité de l'ordre de la centaine de micromolaire. L'interface entre les UBDs et l'ubiquitine implique majoritairement des résidus hydrophobes et conservés

Les isoenzymes de nucléoside diphosphate kinase (NDPK) sont connues depuis maintenant presque 60 ans et n'ont été considérées que pour leur activité catalytique de transfert de groupement phosphoryle. La découverte du gène nme, un gène antimétastatique codant une NDPK, a renouvelé l'intérêt scientifique pour cette famille d'enzymes. Il est désormais connu que la multiplication des gènes durant l'évolution a été accompagnée de diversifications structurales et fonctionnelles. J'ai étudié la fixation des NDPK-A, -B et –D (retrouvées associées aux membranes biologiques, bien que le rôle de cette association soit encore méconnu) à des membranes modèles, et j'ai trouvé des différences dans les mécanismes de fixation. J'ai montré la capacité de la NDPK-D, isoforme mitochondriale, à interagir avec des membranes anioniques ou zwitterioniques, à augmenter leur fluidité et à former des domaines protéolipidiques en présence de CL, lipide anionique spécifique de la membrane mitochondriale interne. J'ai observé cette capacité à former des domaines protéolipidiques avec d'autres protéines interagissant avec la CL, comme la créatine kinase mais pas le cytochrome C. La NDPK-A ne se fixe pas aux phospholipides du feuillet interne de la membrane plastique, ce qui suggère un autre partenaire in vivo. La NDPK-B n'interagit qu'avec des membranes anioniques via un processus en deux étapes, provoque une diminution de fluidité et est capable de former des domaines protéolipidiques. La ségrégation des lipides anioniques induite par la fixation de protéines pourrait contribuer à la formation de plateformes au sein de la membrane susceptibles de servir de point d'ancrage à de nombreuses molécules, modulant ainsi les fonctions cellulaires / Nucleoside diphosphate kinase isoenzymes (NDPK) have been known for nearly 60 years and, until recently, have been considered as housekeeping enzymes. The discovery of a nme gene, an antimetastatic gene that codes for a NDPK, revived the interest for this family. It is now known that the multiplication of nme genes throughout evolution has been accompanied with structural and functional diversification. I studied the binding of NDPK-A, -B and –D (which ae retrieved associated to cellular membranes where they are thought to play several roles) to model membranes and found differences in their behavior towards different compositions of phospholipids. I showed the ability of the NDPKD mitochondrial isoform to interact with both anionic and zwitterionic membranes, to modify their fluidity and to form proteolipidic domains in presence of CL, a mitochondrial inner membrane specific anionic lipid. I observed this ability to form proteo-cardiolipin domains with other CL interacting protein like creatine kinase but not with cytochrome c. NDPK-A was not able to bind to inner leaflet plasma membrane mimicking systems suggesting another partner in vivo. Concerning NDPK-B, it interacted only with anionic membranes via a two step-process, induced a decrease of the membrane fluidity and was able to form proteolipidic domains. Such anionic lipid segregation triggered by protein binding may contribute to platforms formation within membranes. Those platforms are then susceptible to provide a functional docking platform for numerous molecules and thus to modulate cellular functions

Au cours de cette thèse, nous avons étudié deux protéines par RMN : la créatine kinase musculaire (CK-MM) et le domaine UIM-SH3 de la protéine STAM2, seuls ou en interaction avec leurs partenaires. La CK-MM est une enzyme active sous forme dimérique. Elle appartient à la famille des guanidino-kinases et intervient dans le processus énergétique de la cellule. Le but de l’étude était d’élucider le mode de fonctionnement de la CK-MM. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de relaxation R1, R2 et des expériences de perturbation de déplacement chimique sur la CK-MM libre et complexée avec MgADP et sous forme TSAC. Ces expériences montrent que la boucle 320s, spécifique à la reconnaissance des substrats, possède une dynamique rapide en absence de substrats et une dynamique ralentie en présence de substrats. La fixation des substrats dans les sites actifs de la CK-MM induit des modifications conformationelles importantes. La protéine STAM2 est composée de deux UBDs : VHS, et UIM et d’un domaine SH3 connu pour interagir avec des déubiquitinases UBPY et AMSH. Cette protéine est impliquée dans la voie de dégradation lysosomale. L’objectif de cette étude est la caractérisation du complexe SH3/ubiquitine. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de perturbation de déplacement chimique et de relaxation R1, R2 et nOes sur le complexe UIM-SH3/ubiquitine. Ces expériences mettent en évidence que les domaines UIM et SH3 sont capables d’interagir chacun avec une ubiquitine, avec une affinité de l’ordre de la centaine de micromolaire. L’interface entre les UBDs et l’ubiquitine implique majoritairement des résidus hydrophobes et conservés / In this thesis, we study two proteins by NMR: the muscular creatine kinase (CK-MM) and the SH3 domain of STAM2 protein, in the free and complexed forms. CK-MM is an active homodimeric enzyme which belongs to the guanidino-phosphagen-kinase family. This enzyme is involved in energetic process in the cell. The aim of this study is to elucidate the functional mode of the CK-MM. For this purpose, we measured R1 and R2 relaxation rates and chemical shit perturbation experiments on the substrate-free CK-MM, the CK-MM/MgADP complex, and the inhibitory ternary complex CK-MM/MgADP-creatine-nitrate. The experiments show that the loop 320s, specific recognition of the substrates, possesses a fast dynamic in absence of substrates (in the order of nano-picosecond) and a slower dynamic in presence of creatine-MgADP-nitrate ion. The binding of the substrate in the two active sites induces of significant conformational modification of the CK-MM. STAM2 protein consists in two ubiquitin binding domains (VHS and UIM) and a SH3 domain which interacts with deubiquinating enzymes AMSH and UBPY. This protein is involved in the lysosomal degradation pathway. The aim of this study is the characterization of the interaction between SH3 domain of STAM2 and ubiquitin. For this, we recorded the R1, R2, nOes relaxation experiments and chemical shift perturbation experiments on the UIM-SH3/ubiquitin complex. These experiments show that SH3 and UIM domains interact each with a single ubiquitin, with affinity of the order of hundred micromolars. The interface between these UBDs and ubiquitin, involves mainly hydrophobic and conserved amino-acids