In this work we report that potato carboxypeptidase inhibitor suppresses the growth of several human and mouse pancreatic adenocarcinoma cell lines. The inhibitor also reduces the growth of solid tumors obtained by subcutaneous injection of human adenocarcinoma cell line in nude mice and the appearance of metastasis in mice injected intraesplenically with B16H10 melanoma cells. A transgenic line has been characterized, mice develop choroid plexus carcicomas and insulinomas. Lifespan of animals immunized with PCI I s significantly higher than control mice. To further characterize the effects of PCI on tumor cell growth, analyses of cell cycle phase distribution have been performed. A significant increase in the G0/G1 phase is also detected. This finding is correlated with an increase in the mRNA expression of p53. Moreover, we have demonstrated that PCI is easily internalized by the cells and the inhibitor remain altered after the internalization / En el presente trabajo se ha demostrado que el inhibidor de carboxipeptidasa de patata (PCI) tiene un efecto inhibitorio sobre el crecimiento tumoral tanto in vitro como in vivo, y se ha estudiado su mecanismo de acción, lo que ha llevado a descubrir que el PCI es un antagonista del EGF. Con dicho fin se han utilizado técnicas de cultivo celular en conjunción con técnicas bioquímicas, de biología molecular, de análisis computacional y ensayos con modelos animales / En el present treball s’ha demostrat que l’inhibidor de carboxipeptidasa de patata (PCI) té un efecte inhibitori sobre el creixement tumoral tant in vitro com in vivo i s’ha estudiat el seu mecanisme d’acció, que ha permès descobrir que el PCI és un antagonista de l’EGF. Amb aquest fi s’han utilitzat tècniques de cultiu cel·lular amb tècniques bioquímiques, de biologia molecular, d’anàlisi computacional i assajos amb models animals

L'homéostasie buccale conditionne fortement les perceptions gustatives ; elle repose sur un épithélium buccal sain et le bon fonctionnement des glandes salivaires, qui sont finement régulés par hormones sexuelles. Le but de cette thèse était de savoir si une exposition orale en bisphénol A, un migrant d'emballage alimentaire et de composites dentaires, et une alimentation riche en phyto-œstrogènes (soja) pouvaient modifier l'homéostasie buccale. Deux expérimentations ont été conduites : une étude dose-effet du BPA (5µg à 12,5 mg/kj/j) chez le rat adulte, et une étude d'interaction d'un régime riche en soja sur les effets du BPA. Sur la base de tests gustatifs et d'une approche histologique et moléculaire (qPCR-TR), la première étude identifie pour la première fois une action du BPA sur la sècheresse buccale. Nous avons constaté que le BPA était responsable d'une moindre consommation d'eau (p<0.01), d'une préférence augmenté au sel (p<0.05) et diminué au sucre (p<0.05), et d'une altération des sécrétions salivaires. Une réversibilité partielle des effets à l'arrêt du traitement. A contrario un régime riche en phyto-œstrogène augmente la prise d'eau (p<10-6) et diminue la préférence au sel (p<0.05) par rapport à un régime semi-synthétique, et peut s'opposer aux effets du BPA. Ces études montrent que BPA et phyto-œstrogènes exercent des effets œstrogéniques agonistes ou antagonistes en fonction de la cible biologique considérée, et qu'un régime à base de soja peut gommer la plupart des effets observés

[Truncated abstract] Bone remodeling is an important process to maintain mechanical integrity. It is accomplished by two important steps, bone resorption followed by new bone formation. Osteoclasts and osteoblasts are the principal cells in bone resorption and bone formation, respectively. A multitude of local and systemic factors regulates this process by controlling the cellular activities in bone remodeling compartments (BRC). An imbalance of osteoblastic bone formation and osteoclastic bone destruction will result in the development of skeletal diseases. Recent studies suggested that angiogenesis is closely associated with bone remodeling. The vasculature in bone is important for skeletal development, growth and repair. During endochondral ossification, cartilage is invaded by blood vessels which bring in osteoblast and osteoclast precursor cells, nutrients, growth factors and differentiation factors. During fracture repair, it has been demonstrated that mature osteoclasts produce heparanase which can degrade heparin sulfate proteoglycans, a major component in extracellular matrix (ECM). The process leads to the release of heparin-binding growth factors including vascular endothelial growth factor (VEGF), a potent angiogenic factor which contributes largely to local angiogenesis. In recent studies, endothelial cells have been found to produce bone morphogenetic protein (BMP)-2 and BMP-4 when they are subjected to mechanical stimuli, or a hypoxia environment. Conversely, inhibition of angiogenesis has been shown to prevent fracture healing. In a distraction osteogenesis model, either inhibition of angiogenesis or disruption of the mechanical environment prevents normal osteogenesis and results in fibrous nonunion. .... A total of 42 mice from F1 and F2 generations were genotyped as transgene positive. Preliminary analysis using radiography did not reveal any difference between the gross structures of transgenic and wild type mice. Interestingly, the preliminary histology revealed a decrease in trabecular bone and an increase of lipid space in metaphysis of transgenic mice overexpressing EGFL6. However, further studies will need to be carried out to investigate the role of EGFL6 in angiogenesis and adipogenesis using a transgenic mice model. This will be a prime focus of future work. Collectively, the results presented in this thesis have identified EGFL6, a member of the EGF-like family, as a potential angiogenic factor which may play an important role in bone remodeling. EGFL6 has been found to be expressed highly in calvarial osteoblasts and upregulated during primary murine osteoblast differentiation. EGFL6 has been 8 characterized to be a secreted homomeric complex. More importantly, EGFL6 has been shown to induce angiogenic activity in endothelial cell migration, tube formation and in vivo chick embryo chorioallantoic membrane assay. Furthermore, conditioned medium containing the EGFL6 recombinant protein was shown to induce phosphorylation of ERK in endothelial cells. Inhibition of ERK impaired EGFL6-induced ERK activation and endothelial cell migration. Taken together these studies raise the possibility that EGFL6 has a potential role in angiogenesis, and mediates a paracrine mechanism of cross-talk between vascular endothelial cells and osteoblasts during osteogenesis. An understanding of this process offers the potential to facilitate the development of therapeutic treatments for bone disease.

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L'acide lysophosphatique est un biolipide naturel actif capable de réguler diverses fonctions biologiques et d'agir en tant que facteur de croissance, via l'activation de six différents récepteurs de surfaces couplées aux protéines G (LPA1-6). Notre laboratoire a montré que le ciblage thérapeutique du récepteur LPA1 bloque de façon remarquable la dissémination métastatique des cellules de cancer du sein. Les mécanismes moléculaires et génétiques impliqués dans ce processus sont cependant encore inconnus. De plus, la plupart des cellules de mammifères co-expriment plusieurs formes de récepteurs du LPA. La réponse cellulaire est la résultante de l'activation de multiples voies de signalisation, parfois synergiques ou opposées, compromettant la validation chez le patient de l'efficacité des thérapies ciblant ces récepteurs. Au cours de cette thèse, nous avons dans un premier temps montré que HB-EGF est un marqueur spécifique de l'activité de LPA1. Le blocage pharmacologique de ce récepteur via des antagonistes des récepteurs LPA1-3 (Ki16425/Debio0719) ou l'invalidation de son expression par une technique d'ARN interférence entraine une inhibition de la surexpression en HB-EGF. Le ciblage thérapeutique de LPA1 via l'antagoniste Ki16425, dans notre modèle animal préclinique de xénogreffe de cancer de la prostate PC3, conduit également à une diminution de l'expression en ARNm de HB-EGF au niveau de la tumeur primaire et à une diminution des concentrations en HB-EGF humain circulants dans le sérum. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressé au rôle des miRNAs, qui sont impliqués dans la régulation de l'expression de gènes. Grâce à l'analyse de 1488 patients atteins de cancers du sein référencés sur des bases de données publiques, nous avons pu établir une corrélation entre le gène LPA1 et le gène ZEB1. Nous avons également trouvé que le coefficient de corrélation entre ZEB1 et LPA1 était supérieur au niveau des tumeurs mammaires basales / Lysophosphatidic acid (LPA) is a natural bioactive lipid with growth factor-like functions due to activation of a series of six G protein-coupled receptors (LPA1-6). It has been demonstrated that blocking LPA1 activity in vivo inhibits breast cancer cell metastasis, however, activated genes involved in LPA-induced metastasis have not been defined yet. In addition most mammalian cells co-express multiple LPA receptors, resulting in the co-activation of multiple intracellular signaling pathways with potential redundant or opposite effects impairing the validation of target inhibition in patients because of missing LPA receptor-specific biomarkers. In the first part of this thesis I found that HB-EGF is a specific biomarker of LPA1 activity. HB-EGF upregulation was inhibited by LPA1-3 antagonists (Ki16425, Debio0719) and by stably silencing LPA1. Using a human xenograft prostate tumors mouse model with PC3 cells, we found that a five-day treatment with Ki16425 significantly decreased both HB-EGF mRNA expression at the primary tumor site and circulating human HB-EGF concentrations in serum. In the second part of experimental work, we focused our attention on miRNAs that are master gene regulators. We carried out correlation studies in 1488 human primary breast tumors from publically available databases and found ZEB1 as the most correlated gene with LPAR1. The coefficient of correlation between ZEB1 and LPAR1 was higher in human basal tumors than in non basal tumors. In three different basal cell lines LPA up-regulated ZEB1 through an LPA1/Phosphatidylinositol-3-Kinase (Pi3K)/AKT-dependent pathway. Based on microarray and real-time PCR analyses we found that LPA up-regulated the oncomiR miR-21 through an LPA1/Pi3K/AKT/ZEB1-dependent mechanism. MirVana miR-21 inhibitor, silencing LPA1 or silencing ZEB1 totally blocked in vitro LPA-induced cell migration and invasion, and in vivo tumor cell bone colonization. In all cases, basal breast cancer cell functions were rescued with mirVana miR-21 mimic. All together our results identify HB-EGF as a new and relevant biomarker with potentially high value in quantifying LPA1 activation state in patients receiving anti-LPA1 therapies

ITCH est une ligase de l’ubiquitine impliquée dans différents processus cellulaires. Elle contient une région riche en prolines (PRR, proline rich region) qui lui permet de lier le domaine SH3 (Src homology 3) d’Endophiline et d’autres protéines à domaine SH3. Plusieurs de ces protéines sont impliquées dans l’endocytose clathrine-dépendante de récepteurs tel le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR, epidermal growth factor receptor). Après activation, l’EGFR est internalisé dans des vésicules enrobées de Clathrine et un complexe protéique formé par CBL, CIN85 et Endophiline participe à cet évènement. ITCH lie l’ubiquitine à CBL et à Endophiline pour vraisemblablement modifier leurs fonctions, ce qui suggère un lien direct entre cette ligase et l’endocytose de l’EGFR. Afin de déterminer le rôle d’ITCH dans ce processus, plusieurs expériences furent réalisées. Premièrement, la modalité de liaison entre la ligase ITCH et les protéines à domaine SH3 a été étudiée en détails. Une série de mutations dans la région PRR d’ITCH nous a aidé à identifier trois résidus arginines (R252, R255, R258) nécessaires pour son interaction avec Endophiline et d’autres protéines à domaine SH3. Deuxièmement, des lignées cellulaires HeLa et Cos7 furent modifiées génétiquement par CRISPR pour empêcher l’expression d’ITCH. Ces lignées cellulaires knockout furent caractérisées et utilisées dans un essai d’endocytose de l’EGFR, puis examinées par spectrométrie de masse. L’internalisation d’EGFR fut suivie en microscopie confocale à l’aide d’un ligand EGF fluorescent -/- dans les deux types de cellules ITCH . En absence d’ITCH, nous observons une diminution significative du niveau d’EGF internalisé par rapport aux cellules parentales. La surexpression d’ITCH dans les cellules ITCH-/- rétablit l’internalisation normale de l’EGF, confirmant l’implication d’ITCH dans le processus, mais la surexpression des formes mutantes de ITCH incapable de lier Endophiline ou catalytiquement inactive ne rétablit pas l’internalisation de l’EGF. Ces résultats nous permettent de conclure que l’interaction ITCH-Endophiline et la fonction catalytique de ITCH sont nécessaires pour l’endocytose de l’EGFR. Ensemble, ces deux fonctions de ITCH régulent le trafic endocytique de l’EGFR. De plus, les cellules ITCH-/- montrent un délai de dégradation de l’EGFR phosphorylé ainsi qu’une prolongation du temps d’activation de la kinase MAPK (mitogen-activated protein kinase). Finalement, pour explorer l’influence de l’absence d’ITCH sur ses substrats et partenaires moléculaires nous avons effectué une comparaison protéomique des partenaires d’interaction et des protéines ubiquitylées à partir des lysats cellulaires ITCH-/- et WT. Les résultats ont montré que le manque d’expression de la ligase ITCH altère la présence peptidique des protéines liées à la signalisation de l’EGFR, à la voie protéolytique dépendante de l'ubiquitine et à l’adhésion cellulaire. Cette étude révèle pour une première fois que la protéine ITCH est requise pour l’endocytose dépendante de la Clathrine de l’EGFR. / ITCH is a ubiquitin ligase involved in various cellular processes including endocytosis. It contains a proline rich region (PRR) which allows it to bind the SH3 domain of endophilin and other SH3 domain-containing proteins involved in Clathrin-mediated endocytosis (CME). CME is an important regulatory mechanism for growth factor receptor activity. The epidermal growth factor receptor (EGFR) is actively internalized in Clathrin-coated vesicles after activation. This endocytosis is facilitated by a protein complex formed by CBL, CIN85 and Endophilin. ITCH is known to ubiquitinate both CBL and endophilin, providing a potential functional link between the ligase and receptor internalization. In order to determine the role of ITCH in this process, several experiments were performed. First, the mapping of molecular binding sites between the ligase ITCH and SH3 domain proteins has been studied in detail. A series of mutations in the PRR region of ITCH helped us identify three arginine residues (R252, R255, R258) as necessary for its interaction with endophilin and all the tested SH3-domain containing proteins. Secondly, HeLa and Cos7 cell lines were genetically modified by CRISPR to prevent ITCH expression. These knockout cell lines were characterized for use in an EGFR endocytosis assay and for mass spectrometry analysis. EGFR internalization was monitored by confocal microscopy using fluorescent EGF ligand in both ITCH-/- cell types. In the absence of ITCH, a significant decrease in the level of internalized EGF compared to parental cells is visible. Overexpression of WT ITCH in the knockout cells restores normal internalization of EGF, confirming the involvement of ITCH in the process. Overexpression of Endophilin-binding defective or catalytically inactive ITCH does not restore the internalization of EGF in ITCH-/- cells. These results show that the ITCH- Endophilin interaction as well as the catalytic function of ITCH are necessary for the endocytosis of EGFR. In addition, ITCH-/- cells show a delay in the degradation of phosphorylated EGFR accompanied with an extended period of mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation. In a last set of experiments, we explored the influence of the absence of ITCH on its substrates and molecular partners. We performed a proteomic comparison of ITCH-binding partners and potential substrates using the ITCH-/- and WT cell lysates. The results showed that the lack of ITCH expression alters the peptide count of proteins mainly related to EGFR signaling, theubiquitin-dependent proteolytic pathway and cell adhesion. This study shows for the first time that the protein ITCH is required for the clathrin-dependent endocytosis of EGFR.

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance à l’action de l’insuline et une dysfonction des cellules β pancréatiques. Il apparait lorsque la cellule β devient incapable d’augmenter sa masse fonctionnelle afin de compenser la résistance périphérique à l’action de l’insuline. L’identification de molécules capables de stimuler la réplication des cellules β et ainsi de préserver leur masse fonctionnelle aurait donc un intérêt thérapeutique majeur. Nous avons établi un modèle d’excès de nutriments in vivo chez le rat, dans lequel nous avons observé qu’une augmentation de la prolifération des cellules β associée à une augmentation de l’expression du facteur de croissance « heparin-binding EGF-like growth factor » (HB-EGF). L’objectif de cette thèse était de valider l’effet mitogène du HB-EGF sur les cellules β de rats et humaines, puis d’identifier le mécanisme d’activation de la voie HB-EGF-EGFR. Dans une première étude, nous avons démontré ex vivo que le facteur croissance HB-EGF stimule la prolifération des cellules β pancréatiques d’îlots isolés de rats et humains via l’activation de son récepteur EGFR. Nous avons également observé que la stimulation de la prolifération des cellules β de rats par le glucose nécessite l’activation de la voie de signalisation HB-EGF-EGFR par un mécanisme qui implique à la fois une augmentation de l’expression du gène codant pour HB-EGF via le facteur de transcription ChREBP, et l’activation du récepteur EGFR via une protéine de la famille des protéines Src tyrosine kinase. Les cellules β des îlots humains étant réfractaires à la prolifération, il est essentiel de confirmer les résultats obtenus chez les rongeurs dans des tissus humains. Nous avons observé un effet mitogène d’HB-EGF sur les cellules β humaines. En revanche, nous n’avons pas pu détecter de manière reproductible un effet stimulant du glucose sur la prolifération des cellules β humaines. Notre deuxième étude a donc consisté à identifier la technique la plus appropriée pour mesurer la prolifération des cellules β humaines. Nous avons comparé systématiquement la mesure de la prolifération en réponse à divers stimuli par cytométrie en flux ou par immunohistochimie sur des îlots intacts ou dispersés. Nous avons testé trois facteurs mitogènes soit le glucose, l’HB-EGF et l’harmine. Nous avons observé que l’HB-EGF et l’harmine stimulent la prolifération des cellules β et non β indépendamment de la méthode utilisée. En revanche, l’action mitogène du glucose semble être dépendante de la méthode. En conclusion, nous avons d’abord démontré que l’effet mitogène du glucose nécessite l’activation de la voie de signalisation HB-EGF-EGFR. Ensuite, nous avons observé que la mesure de la prolifération des cellules β humaines par cytométrie en flux offre plusieurs avantages par rapport à l’immunohistochimie. / Type 2 diabetes (T2D) is characterized by peripheral insulin resistance and pancreatic β-cell dysfunction. T2D occurs when β cells become unable to increase their functional mass in order to compensate for insulin resistance. The identification of molecules capable of stimulating β-cell replication to preserve their functional mass would therefore be of major therapeutic interest. We previously established a model of nutrient excess in which we observed an increase in β-cell proliferation associated with enhanced expression of the growth factor "heparin-binding EGF-like growth factor" (HB-EGF). The objective of the work presented in this thesis was to test the hypothesis that HB-EGF stimulates both rodent and human β-cell proliferation and to identify the underlying mechanisms. In a first study, we demonstrated ex vivo that HB-EGF stimulates pancreatic β-cell proliferation of isolated rat and human islets by activating EGFR. We also demonstrated that glucose, an important mitogen of the β cells, requires the activation of this HB-EGF-EGFR signaling pathway, ex vivo and in vivo in an infused rat model, to stimulate β-cell replication. Mechanistically, we demonstrate that glucose promotes HB-EGF gene expression via the ChREBP transcription factor and EGFR activation via a protein from the Src kinase family. Since adult human β cells tend to be refractory to proliferation, it is essential to confirm the findings obtained in rodents in human tissues. In isolated human islets, we confirmed the mitogenic action of HB-EGF but we were unable to detect a consistent stimulation of human β-cell proliferation in response to glucose. Our second study therefore consisted in identifying the most appropriate technique to measure human β-cell proliferation. We systematically compared proliferation levels measured by flow cytometry or immunohistochemistry in intact and dispersed human islets. We tested three mitogenic factors: glucose, HB-EGF and harmine. We observed that HB-EGF and harmine stimulate non-β cells and β-cell proliferation regardless of the method used. In contrast, the mitogenic action of glucose is variable depending on the method used. In conclusion, we first demonstrated that the mitogenic effect of glucose in β cells requires the activation of the HB-EGF-EGFR signaling pathway. Then we demonstrated that assessment of human β cell proliferation by flow cytometry offers several advantages over the use of immunohistochemical methods.

Cells of the retinal pigment epithelium (RPE) are generated prenatally and generally survive the lifetime of the individual without undergoing proliferation or replacement. Therefore, the mechanisms promoting individual RPE cell survival and longevity in vivo may be distinct from, or a limited subset of, the mechanisms known to promote survival in proliferative cells in culture. To identify specific factors that sustain cell viability independent of effects on cell division, we studied RPE cells in low-density suspension culture, in which cell proliferation is inhibited. Single cells from Xenopus laevis eyes were plated onto a non-adhesive surface in protein-free medium, then assayed for survival using the 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay. Cell viability in these cultures was essentially undiminished over the initial 2 days. However, by approximately 1 week in culture, only an average of 53% of the cells remained alive. Plating cells on a fibronectin-coated substratum significantly enhanced survival, such that the number of cells alive at 1 week was 80-90% of the initial level. Essentially identical results were obtained with laminin- or collagen IV-coated substrata, or with insulin (5μg ml-1) in the medium. The absence of cell division in these cultures was confirmed by cell counting and BrdU incorporation experiments. Interestingly, in suspension cultures derived from monolayers previously established on microporous membrane filters, cells lost viability much faster (average of 80% dead at 3 days), and showed a relatively greater response to extracellular matrix proteins (five-fold increase in cell survival at 3 days). Enhanced RPE survival in response to fibronectin required spreading of the cell on a substratum, rather than mere adherence, as there was a high correlation between the percentage of spread cells and the percentage that were MTT-positive (r = 0·940). Cell spreading apparently enhanced survival by preventing the initiation of programmed cell death: unattached non-viable cells in culture exhibited morphological features expected of apoptosis, as well as positive staining by the TUNEL reaction. These studies demonstrate that, of several factors shown to maintain or increase cell number in proliferating cultures, some have their effect, at least in part, by promoting the survival of individual cells. The increased susceptibility of subcultured RPE to cell death has implications for clinical transplantation applications that may require manipulation of RPE in vitro.

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