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

L'expression de l'information génétique est régulée par des facteurs de transcription. Parmi ces facteurs, le récepteur de la vitamine D (VDR) appartient à la famille des récepteurs nucléaires, activables par la fixation d'un ligand. La forme active de la vitamine D, le Calcitriol, est le ligand naturel du VDR et est impliqué dans de nombreuses fonctions biologiques telles que l'homéostasie du calcium et du phosphate, l'inflammation, la différenciation et la prolifération cellulaires et l'apoptose. Cependant, ses actions intrinsèques génomiques s'accompagnent d'effets hypercalcémiques non-génomiques qui limitent ses applications thérapeutiques. Dans l'objectif de dissocier les actions anti-tumorales du Calcitriol de ses effets hypercalcémiques pour des applications thérapeutiques, le challenge consiste à différencier précisément les acteurs de la voie non-génomique de ceux de la voie génomique. Précédemment, le résidu Leu337 du VDR de poisson-zèbre a été identifié comme jouant un rôle majeur dans l'adaptabilité du domaine de fixation du ligand. Une étude classique de mutagenèse a mis en évidence un résultat surprenant : le mutant VDR Leu337His abolit l'activité génomique du VDR en présence du Calcitriol mais présente une activité transcriptionnelle identique au récepteur sauvage en présence du ligand synthétique à double chaîne latérale Gemini. Mon travail de thèse a consiste à comprendre les bases structurales de cette sélectivité. Les résultats présentés montrent que tout comme les VDR sauvages humain et du poisson-zèbre, les VDR mutés de ces deux espèces se comportent de manière similaire en présence des ligands Calcitriol et Gemini en termes d'affinités de liaison et de transactivation. L'étude structurale a mis en évidence une interaction cruciale pour la stabilisation du ligand naturel. En revanche, la mutation Leu337His a un effet silencieux en présence du Gemini et de deux analogues du Gemini que nous avons étudiés. De plus, les résultats structuraux révèlent que les ligands à deux chaînes latérales sont moins sensibles aux modifications affectant le réseau de contacts entre les résidus de la poche et le ligand. Mes travaux de thèse ont permis d'établir les bases structurales et moléculaires pour la création d'un modèle animal in vivo original (souris génétiquement modifiée exprimant le VDR muté) qui permettra d'éteindre ou d'allumer le VDR nucléaire selon la présence de Calcitriol ou de Gemini, et ainsi de dissocier la voie génomique de la voie non-génomique induite par le Calcitriol. Ce travail de thèse s'inscrit dans une approche pluridisciplinaire, allant de l'atome à l'organisme et l'intégration de l'ensemble des données in vivo permettra une meilleure compréhension de la signalisation induite par l'hormone Calcitriol et le développement de nouveaux traitements hautement spécifiques.

Les récepteurs nucléaires de l’acide rétinoïque (AR) appelés RAR, se comportent comme des facteurs de transcription inductibles par le ligand. La transcription des gènes cibles induite par l’AR, nécessite la fixation des RAR au niveau de séquences spécifiques des promoteurs et met en jeu des changements conformationnels des récepteurs qui contrôlent l’association/dissociation de toute une panoplie de corégulateurs. Cependant, en plus de ce modèle génomique et nucléaire bien établi, l’équipe du Dr Cécile Rochette-Egly a montré récemment que l’AR a aussi des effets non-génomiques et induit rapidement la voie de signalisation p38MAPK/MSK1 qui ensuite cible les RAR pour des cascades de phosphorylations et module la transcription des gènes cibles. Pendant mon travail de thèse, j’ai mis en exergue trois nouveaux concepts originaux du mécanisme d’action du sous-type RARα. J’ai montré qu’une sous-population de RARα est présente dans des microdomaines membranaires, les radeaux lipiques ou “lipid rafts”où elle interagit avec les protéines Gαq. Cette interaction est le signal des effets non génomiques de l’AR, l’activation de la voie de la p38MAPK. Ces effets ont été corrélés à l’activité des gènes cibles de l’AR, prouvant ainsi leur nécessité. J’ai identifié un nouveau partenaire de RARα, la profiline IIA. J’ai analysé le mécanisme moléculaire de l’interaction et démontré qu’elle a lieu dans le noyau. La profiline IIA s’est révélée être un régulateur des effects génomiques de RARα et est recrutée avec RARα au niveau des promoteurs des gènes cibles. Finalement j’ai mis en évidence une nouvelle fonction de RARα dans le contrôle de l’adhésion et de l’étalement des cellules. D’où l’hypothèse de nouveaux effets génomiques de RARα avec la profiline IIA dans le contrôle de l‘expression des protéines d’adhésion. Cependant, de manière inattendue, j ‘ai identifié une nouvelle population de RARα dans le cytoplasme de ces cellules. D’où l’hypothèse de nouveaux effets non génomiques dans le cytoplasme, via l’interaction de RARα avec des protéines d’adhésion. / Nuclear retinoic acid (RA) receptors (RARs) are ligand-dependent regulators of transcription. Their transcriptional activity relies mainly on their recruitment to specific DNA response elements and on their interactions with several coregulators at the ligand-binding domain. In addition to these classical genomic effects, the team of C. Rochette-Egly demonstrated that RA also induces the rapid activation of the p38MAPK/MSK1 pathway with characteristic downstream consequences on thephosphorylation of RARs and the expression of their target genes. Here I highlighted three novel paradigms in the field of the RARα subtype. I found that a fraction of the cellular RARα pool is present in membrane lipid rafts, where it interacts with G protein alpha Q in response to RA. This interaction is the signal for nongenomic effects, i.e. the activation of p38MAPK and of the downstream kinase MSK1. These effects have been correlated to the activation of RA-target genes, highlighting its physiological relevance. I identified a new binding partner of RARα, profilin IIA. I deciphered the mechanism of the interaction and found that it occurs in nuclei. Remarkably, profilin IIA modulates positively the genomic effects of RARα and is recruited with RARα to target genes promoters. Finally, in an attempt to decipher the relevance of the RARα interaction with profilin IIA, I found that RARα controls cell adhesion and spreading. This might suggest a novel genomic functionof RARα and profiling in the control of the expression of genes involved in adhesion. However, preliminary experiments indicate that a pool of RARα is present in the cytosol, suggesting also novel nongenomic effects. Whether RARα controls adhesion via its interaction in the cytosol proteins involved in adhesion will require further investigations.

Les récepteurs nucléaires de l'acide rétinoïque (AR) appelés RAR, se comportent comme des facteurs de transcription inductibles par le ligand. La transcription des gènes cibles induite par l'AR, nécessite la fixation des RAR au niveau de séquences spécifiques des promoteurs et met en jeu des changements conformationnels des récepteurs qui contrôlent l'association/dissociation de toute une panoplie de corégulateurs. Cependant, en plus de ce modèle génomique et nucléaire bien établi, l'équipe du Dr Cécile Rochette-Egly a montré récemment que l'AR a aussi des effets non-génomiques et induit rapidement la voie de signalisation p38MAPK/MSK1 qui ensuite cible les RAR pour des cascades de phosphorylations et module la transcription des gènes cibles. Pendant mon travail de thèse, j'ai mis en exergue trois nouveaux concepts originaux du mécanisme d'action du sous-type RARα. J'ai montré qu'une sous-population de RARα est présente dans des microdomaines membranaires, les radeaux lipiques ou "lipid rafts"où elle interagit avec les protéines Gαq. Cette interaction est le signal des effets non génomiques de l'AR, l'activation de la voie de la p38MAPK. Ces effets ont été corrélés à l'activité des gènes cibles de l'AR, prouvant ainsi leur nécessité. J'ai identifié un nouveau partenaire de RARα, la profiline IIA. J'ai analysé le mécanisme moléculaire de l'interaction et démontré qu'elle a lieu dans le noyau. La profiline IIA s'est révélée être un régulateur des effects génomiques de RARα et est recrutée avec RARα au niveau des promoteurs des gènes cibles. Finalement j'ai mis en évidence une nouvelle fonction de RARα dans le contrôle de l'adhésion et de l'étalement des cellules. D'où l'hypothèse de nouveaux effets génomiques de RARα avec la profiline IIA dans le contrôle de l'expression des protéines d'adhésion. Cependant, de manière inattendue, j 'ai identifié une nouvelle population de RARα dans le cytoplasme de ces cellules. D'où l'hypothèse de nouveaux effets non génomiques dans le cytoplasme, via l'interaction de RARα avec des protéines d'adhésion.