L’ectoderme embryonnaire devient spécifié en ectoderme non-neural, plaque neurale et bordure neurale à la fin de la gastrulation. Les cellules de bordure neurale sont les progéniteurs de la crête neurale et des placodes. La crête neurale est une population transitoire de cellules multipotentes, qui se forme au cours de la neurulation. Quand les bourrelets neuraux s’élèvent pour former le tube neural, les cellules de la crête neurale subissent une transition épithélio-mésenchymateuse, migrent dans l'ensemble du corps pour atteindre leur destination finale et se différencier. La crête neurale donne naissance à de multiples dérivés tels que les neurones et les cellules gliales du système nerveux périphérique, le cartilage et les os du visage, ou encore les mélanocytes. Des régulations complexes, impliquant de nombreuses signalisations et la transcription de gènes-clé, orchestrent ces événements. Cependant, les premières étapes menant à la formation de la crête neurale et à la spécification précoce de la bordure neurale sont encore peu comprises. Nous avons analysé le transcriptome de la crête neurale d'embryon de l'amphibien Xenopus laevis, à la recherche de nouveaux régulateurs des premières étapes de la formation de la crête neurale. Nous avons constaté que le régulateur de la glycolyse PFKFB4, est exprimé dans l’ectoderme dorsal de la jeune gastrula et dans les cellules de la crête neurale. Ici, nous démontrons que PFKFB4 régule la spécification de l’ectoderme via la voie de signalisation Akt, indépendamment de la glycolyse, démontrant ainsi la première fonction non-glycolytique des enzymes PFKFB. En outre, cette régulation est essentielle pour permettre aux progéniteurs de l'ectoderme d’être spécifiés en plaque neurale, crête neurale, placodes ou ectoderme non neural, mettant en évidence un nouveau point de contrôle de développement. De plus, nous démontrons que PFKFB4 régule des étapes ultérieures de la formation de la crête neurale. Notre travail met en évidence que les régulateurs du métabolisme cellulaire possèdent des fonctions non-métaboliques pour contrôler des étapes de développement au cours du développement embryonnaire. / Embryonic ectoderm becomes specified into non-neural ectoderm, neural plate and neural border at the end of gastrulation. Neural border cells are the progenitors of the neural crest and placodes. The neural crest is a transient population of multipotent cells, which forms during neurulation. As the neural border elevates to form the neural tube, neural crest cells undergo an epithelial to mesenchymal transition, migrate extensively into the whole body to reach their final destinations and differentiate. Neural crest gives rise to multiple derivatives such as neurons and glia, facial cartilage, bones, melanocytes and sympatho-adrenal cells. A complex interplay of signaling and transcriptional regulations orchestrates these early patterning events. However, the first steps leading to NC formation and early specification at the NB are less understood. We analysed the NC transcriptome of frog embryos, to look for novel regulators of the early steps of NC formation. We found that the well-known glycolysis regulator PFKFB4, is expressed in early gastrula dorsal ectoderm, and in neurula neural crest cells. Here, we demonstrate that PFKFB4 regulates ectoderm specification via Akt signaling independently of glycolysis, thus demonstrating the first non-glycolytic function of PFKFB enzymes. Moreover, this regulation is essential to allow ectoderm embryonic progenitors to be patterned into neural plate, neural crest, placodes and definitive ectoderm, highlighting a novel developmental checkpoint. Moreover, we also demonstrate that PFKFB4 regulates later steps of neural crest formation. Our work highlights that regulators of cell metabolism accumulate non-metabolic related functions to control developmental steps during embryonic development.

L’homéostasie énergétique ou ‘balance énergétique’ est l’équilibre qui s’établit chez l’Homme et l’animal adulte entre la prise quotidienne de nutriments sous la forme de glucides, de lipides ou de protéines et leur oxydation pour ne produire que la quantité énergétique strictement nécessaire. Pour maintenir cette balance l’organisme doit recueillir en permanence des signaux nerveux, métaboliques ou hormonaux de la part de cellules spécifiques. Ces senseurs des besoins énergétiques transmettent alors à des centres régulateurs leurs informations qui en retour, par voie hormonale ou nerveuse, informent les organes effecteurs des mesures à prendre pour stocker, produire ou consommer l’énergie. Les trois principaux centres de cette balance sont 1/ le cerveau, centre intégrateur de l’information ; 2/ un groupe d’organes effecteurs parmi lesquels le foie, le tissu adipeux, les muscles squelettiques, le pancréas et 3/ un centre senseur de la qualité et de la quantité des aliments, le tractus gastrointestinal (Migrenne 2006). En plus d’être la source d’énergie nécessaire à la vie des cellules, les nutriments tels que les acides gras, le cholestérol ou encore le glucose sont aussi des molécules de signalisation cellulaire à la fois par leur fixation à des récepteurs membranaires mais aussi via des récepteurs nucléaires. Un déséquilibre dans l’homéostasie énergétique dû à une alimentation déséquilibrée, à un manque d’exercice physique ou à des facteurs génétiques est une caractéristique de l’obésité et de complications telles que le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires (Hill, 2006). Au cours de ma thèse je me suis intéressé à l’intestin pour son rôle de régulateur de l’homéostasie énergétique dans un contexte physiologique ou physiopathologique d’obésité via sa capacité à sécréter l’incrétine Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) en réponse au glucose et aux acides biliaires. J’ai étudié plus particulièrement le rôle du récepteur nucléaire en tant que senseurs moléculaires des acides biliaires FXR dans les cellules sécrétrices de cette incrétine car à l’heure actuelle rien n’était connu quant à son rôle ni même quant à son expression dans la cellule L. Pour cela, j’ai utilisé des lignées cellulaires murines et humaines où j’ai mis au point les conditions expérimentales pour répondre aux questions posées. Grâce à des ARN d’intestins issus de différents modèles de souris la relevance chez le rongeur a été testée. La relevance de ces résultats sur des biopsies intestinales humaine a également été testée. Grâce à ces outils, j'ai pu montré que FXR dans les cellules L était fonctionnel et que son activation interférait avec la voie de la glycolyse entrainant moins de synthèse et de sécrétion de GLP-1. Cela nous a permis de proposer un nouveau mécanisme moléculaire par lequel les séquestrants des acides biliaires exercent leur effets bénéfiques chez des patients atteints de diabète de type 2. / Originally identified as dietary lipid detergents, bile acids (BA) are now recognized as signaling molecules which bind to the transmembrane receptor TGR5 and the nuclear receptor FXR (Farnesoid X Receptor). Upon binding to TGR5 at the surface of enteroendocrine L cells, bile acids (BA) promote the secretion of the incretin GLP-1 which potentiates the glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta-cells. More than 50% of the insulin secretion in response to glucose is mediated by GLP-1 and the other incretin Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide (GIP). Once secreted, GLP-1 is rapidly (2-3 minutes) degraded by the endothelial enzyme Dipeptydil Peptidase 4 (DPP4). GLP-1 analogues and DPP4 inhibitors are successfully used for the treatment of T2D. FXR is a ligand-activated nuclear receptor highly expressed in the liver and in the distal intestine. FXR controls BA, lipid and glucose metabolism. Whether FXR is expressed, functional in intestinal enteroendocrine L cells and in which extend its activation affects GLP-1 production are not yet reported. Encouraging data were obtained during my M2 training course. The aim of my thesis was thus to assess whether FXR in enteroendocrines cells could participate in the control of the deregulation of glucose homeostasis. Multiple in vitro, ex vivo and in vivo human and murine models allowed us to show that FXR is present and functional in L cells. FXR activation decreases GLP-1 production and secretion in L cells by inhibiting glycolysis pathway through an interference with the carbohydrate responsive transcription factor ChREBP. Finally, I identified an additional mechanism of action of the bile acid sequestrant Colesevelam, a molecule currently successfully used in USA for treating type 2 diabetic patients.

Le chloroacétaldéhyde (CAA), un des principaux produits du métabolisme hépatique de l'ifosfamide (IFO), est considéré comme responsable de la néphrotoxicité de ce médicament. Les mécanismes exacts de cette néphrotoxicité ne sont pas complètement élucidés. Dans la première partie de cette étude, nous avons essayé de préciser les mécanismes physiopathologiques de la toxicité du CAA sur un modèle de tranches de cortex rénal de rat, puis, dans la deuxième partie, nous avons recherché un effet anticancéreux éventuel du CAA sur des cellules de cancer du sein humain (MCF-7). La néphrotoxicité du CAA, utilisé à des concentrations proches de celles mesurées chez les patients traités par l'IFO, soit 0 - 75 µM, s'est manifestée par une chute d'ATP et du glutathion ainsi que par une inhibition du métabolisme du lactate. Certaines enzymes de la néoglucogenèse, notamment la glyceraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase, ont été inhibées par le CAA. Le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale ainsi que l'oxydation du lactate ont été également inhibées par le toxique. D'autre part, le CAA (10 et 25 µM) a inhibé la prolifération des cellules MCF-7 sans que cette inhibition soit accompagnée d'une chute d'ATP cellulaire. Le transport cellulaire et le métabolisme du glucose ainsi que certaines enzymes de la glycolyse ont été également inhibés par le CAA. Parmi celles-ci, l'hexokinase semble être l'enzyme qui catalyse l'étape limitante de la voie de la glycolyse. En conclusion, le CAA est bien impliqué dans les mécanismes de la néphrotoxicité de l'IFO, mais de plus, il pourrait, via l'inhibition de la glycolyse, contribuer à l'effet thérapeutique de l'IFO.

L'exposition à la lumière des solutions de nutrition parentérale (NP) génère des peroxydes tels que l'H2O2 et l'ascorbylperoxyde (AscOOH). Cette absence de photo-protection provoque une augmentation des triglycérides (TG) plasmatique chez les enfants prématurés et chez un modèle animal, ayant un stress oxydatif et une stéatose hépatique indépendante de l’exposition au H2O2. Nous pensons que l'AscOOH est l'agent actif conduisant à l'élévation des TG. Le but est d'investiguer le rôle de l'AscOOH sur les métabolismes du glucose et des lipides à l'aide d'un modèle animal néonatal de NP. / The light exposure of parenteral nutritive solutions generates peroxides such as H2O2 and ascorbylperoxide. This absence of photo-protection is associated with higher plasma triacylglycerol concentration (TG) in premature infants and, in animals, with oxidative stress and a H2O2 independent hepatic steatosis. We hypothesized that ascorbylperoxide is the active agent leading to high TG. The aim was to investigate the role of ascorbylperoxide on glucose and lipid metabolism in an animal model of neonatal parenteral nutrition.

Le paludisme est un problème de santé public dans de nombreux pays. Cinq espèces infectent l'homme : P. falciparum, responsable de la grande majorité des décès, et P. vivax, P. ovale, P. malariae et P. knowlesi qui provoquent des formes bénignes de la maladie. Le diagnostic qui fait partie des moyens de lutte, est une urgence médicale. Les tests de diagnostic rapides (TDRs) dont l'usage est recommandés par l'OMS, sont donc de plus en plus employés. Cependant, la détection et l'identification des espèces non P. falciparum par ces tests est insuffisante. Le besoin en nouveaux couples « antigènes-anticorps » est une nécessité pour améliorer les TDRs. Au cours de ce travail, de nouveaux anticorps anti LDH de P.malariae ont été produits.Une recherche de nouveaux antigènes a également été entreprise. Pour cela, certaines enzymes de la voie de la glycolyse ont été étudiées. Pour la première fois des séquences des enzymes de cette voie ont été obtenues pour P. ovale et P. malariae. Elles ont permis de déterminer de nombreux épitopes cibles potentiels spécifiques et ceux communs à toutes les espèces. Dans un deuxième temps, une recherche en protéomique a été menée pour identifier des biomarqueurs parasitaires. L'étude du culot globulaire et du plasma de patients infectés a permis la sélection de 8 protéines cibles originales. Ces travaux préparent la fabrication et la commercialisation par la société Whidiag d'une nouvelle génération de TDRs pour le paludisme. / Malaria is a public health problem in many countries. Five species infect humans: P. falciparum, responsible for the vast majority of deaths, and P. vivax, P. ovale, P. malariae and P. knowlesi causing mild forms of the disease. The diagnostic is a means of control and a medical emergency. The rapid diagnostic tests (RDT) whose are recommended by WHO, are increasingly used. However, the detection and identification of not P. falciparum species is insufficient. New "antigen-antibody" couples are a need to improve the RDTs performance. In this work, new anti LDH antibodies from P. malariae were produced. A search for new antigens was also undertaken. For this purpose, some enzyme of glycolysis pathway were studied. For the first time the sequences of the enzymes from this pathway were obtained for P. ovale and P. malariae. We identified many potential target epitopes specific and common to all those species. In a second step, a proteomics approches has been conducted to identify parasites biomarkers. The study of red blood cells and plasma of infected patients has led to the selection of 8 original target proteins. This work prepares the manufacturing and marketing of a new generation of RDTs for malaria by the company Whidiag

Les maladies métaboliques ont pris une ampleur considérable dans le monde ces dernières décennies, telle que certains parlent à ce jour de pandémie. Le diabète de type 2 est l’une de celles qui progressent avec la plus importante prévalence. L'un des facteurs à l’origine du développement de cette physiopathologie est l’insulino-résistance. Il s'agit d'une altération de la réponse à l’insuline des tissus cibles tels que le muscle squelettique, le tissu adipeux et le foie, induisant une dérégulation de l'homéostasie du glucose. Les tissus sensibles deviennent incapables, entre autres, d'absorber adéquatement le glucose sanguin conduisant ainsi à l’établissement d’une hyperglycémie chronique. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de caractériser le rôle de la protéine Growth-arrest specific 6 (GAS6) dans la dérégulation de l’équilibre glycémique et le développement de la résistance à l’insuline. GAS6 est une protéine γ-carboxylée sécrétée qui agit comme ligand pour la famille des récepteurs tyrosines kinases TAM comprenant : TYRO3, AXL et MERTK. GAS6 et ses récepteurs jouent un rôle essentiel dans le système immunitaire, la progression tumorale et les métastases cancéreuses. Cependant, des études récentes menées chez l’humain ont montré que les niveaux circulants de GAS6 ou des variations dans le gène GAS6 sont associés à l’hyperglycémie, la résistance à l'insuline et le risque de développer le diabète de type 2. Cependant, le mécanisme par lequel GAS6 influence ces désordres métaboliques reste méconnu. Dans une première étude, nous avons évalué, pour la première fois dans une cohorte de femmes canadiennes, la corrélation éventuelle entre les niveaux circulants de GAS6 et des facteurs de risque liés au diabète. Cette cohorte nommée MONET (Montréal and Ottawa New Emerging Team) est constituée de 126 femmes post-ménopausées, en surpoids ou obèses. Ces femmes ne sont pas diabétiques, mais présentent un risque plus élevé de développer la maladie à cause de leur poids et de leur statut sédentaire. Nous avons constaté que les femmes ayant des taux élevés de GAS6 dans le sang ont une tolérance au glucose significativement plus faible que celles avec des niveaux plus faibles de GAS6. Par ailleurs, certains paramètres de dysfonctionnements hépatiques (AST, ALT) et des marqueurs d’inflammation (IL-6) concordent positivement avec des taux élevés de GAS6. Nos résultats suggèrent que GAS6 pourrait être un biomarqueur de l’intolérance au glucose chez des patientes obèses et qu’il pourrait être associé à l’inflammation et à certains problèmes hépatiques, qui sont des facteurs impliqués dans le développement du diabète. Dans une seconde étude, à l’aide de modèles murins modifiés génétiquement, nous avons pu démontrer que la délétion du gène Gas6 est suffisante pour améliorer la sensibilité à l’insuline et la tolérance au glucose, sans affecter la sécrétion d’insuline. Par ailleurs, les souris déficientes pour GAS6 sont protégées contre la résistance à l'insuline induite par un régime alimentaire riche en graisses et en sucres. À l’inverse, l'augmentation in vivo des taux circulants de GAS6 est suffisante pour réduire la sensibilité à l'insuline. L'analyse de l'expression génique des récepteurs TAM dans les tissus sensibles à l’insuline a révélé qu’Axl est fortement exprimé dans le muscle squelettique. Dans une lignée de cellules musculaires, nous avons démontré que la voie de signalisation de GAS6-AXL affecte la réponse à l'insuline en inhibant la phosphorylation du récepteur de l'insuline (RI) et de son effecteur en aval AKT. Mécaniquement, AXL s'hétérodimérise avec le RI et GAS6 reprogramme les voies de signalisation en aval du RI dans les cellules musculaires. Il en résulte une activation accrue de la voie des Rab, notamment Rab7 induisant une internalisation de RI. Ensemble, ces résultats décrivent le mécanisme cellulaire par lequel GAS6 et AXL influencent la sensibilité à l'insuline. Finalement, nos derniers résultats soulignent un autre mécanisme d’action de GAS6 sur le métabolisme des cellules musculaires. Nous avons démontré, par protéomique, que GAS6 augmente significativement les niveaux protéiques de plusieurs enzymes impliquées dans la glycolyse et la production de lactate. Le profil métabolique des cellules musculaires traitées avec GAS6 démontre une augmentation du niveau de la glycolyse anaérobique et de la production de lactate. Par ailleurs, nos résultats suggèrent que le lactate lui-même induit une inhibition de la phosphorylation du RI en réponse à l’insuline. Ainsi, GAS6, en reprogrammant les voies métaboliques et l’utilisation du glucose des cellules musculaires, favoriserait la production de lactate induisant une diminution de la sensibilité à l'insuline. / Metabolic diseases have taken on a considerable scale in the world in recent decades, such that some speak of a pandemic. Type 2 diabetes is one of those diseases that progress with the highest prevalence. One of the factors behind the development of this pathophysiology is insulin resistance. It is an alteration of the insulin response of targeted tissues such as skeletal muscle, adipose tissue and liver, inducing dysregulation of glucose homeostasis. Sensitive tissues become incapable, among other things, of adequately absorbing blood glucose, thus leading to the establishment of chronic hyperglycemia. The work presented in this thesis focuses on characterizing the role of Growth-arrest specific protein 6 (GAS6) in the dysregulation of glycemic balance and the development of insulin resistance. GAS6 is a secreted γ-carboxylated protein that acts as a ligand for the TAM family of receptor tyrosine kinases including: TYRO3, AXL and MERTK. GAS6 and its receptors play an essential role in the immune system, tumor progression and cancer metastasis. However, recent studies in humans have shown that circulating GAS6 levels or variations in GAS6 gene are associated with hyperglycemia, insulin resistance and the risk of developing type 2 diabetes. However, the mechanism by which GAS6 influences these metabolic disorders remains unknown. In a first study, carried out for the first time in a cohort of Canadian women, we evaluated the potential correlation between circulating GAS6 levels and risk factors linked to diabetes. This cohort, named MONET (Montreal and Ottawa New Emerging Team), is composed of 126 post-menopausal, overweight or obese women. These women are not diabetic but have high risks of developing the disease because of their weight and sedentary status. We found that women with high levels of GAS6 in the blood have significantly lower glucose tolerance than those with lower levels of GAS6. In addition, certain liver dysfunction parameters (AST, ALT) and inflammation markers (IL-6) positively correlated with high levels of GAS6. Our results suggest that GAS6 could be a biomarker of glucose intolerance in obese patients and be associated with inflammation and certain liver problems, which are factors involved in the development of diabetes.  In a second study, using genetically modified mouse models, we were able to demonstrate that deletion of the Gas6 gene was sufficient to improve insulin sensitivity and glucose tolerance, without affecting insulin secretion. Furthermore, GAS6-deficient mice were protected against insulin resistance induced by a diet high in fats and sugars. Conversely, in vivo, increase of GAS6 circulating levels is sufficient to reduce insulin sensitivity. Analysis of TAM receptors gene expression in insulin-responsive tissues revealed that Axl is highly expressed in skeletal muscle. In a muscle cell line, we demonstrated that the GAS6-AXL signaling pathway affects the insulin response by inhibiting the phosphorylation of the insulin receptor (IR) and its downstream effector AKT. Mechanistically, AXL heterodimerizes with IR and GAS6 reprograms signaling pathways downstream of IR in muscle cells. This results in an increased activation of the Rab pathway, in particular Rab7, inducing an internalization of IR. Together, these results describe the cellular mechanism by which GAS6 and AXL influence insulin sensitivity. Finally, our latest results highlight another mechanism of action of GAS6 on muscle cell metabolism. We demonstrated by proteomics that GAS6 significantly increases the protein levels of several enzymes involved in glycolysis and lactate production. The metabolic profile of muscle cells treated with GAS6 demonstrates an increase in the level of anaerobic glycolysis and lactate production. Furthermore, our results suggest that lactate itself induces an inhibition of IR phosphorylation in response to insulin. Thus, GAS6, by reprogramming the metabolic pathways and the use of glucose in muscle cells, would promote lactate production inducing a decrease in insulin sensitivity.

Le développement d’agents anticancéreux s’étend de la découverte d’une cible thérapeutique à la commercialisation du médicament. La chimie médicinale intervient dans la conception et la synthèse de molécules. Les essais réalisés in vitro puis in vivo sont ensuite déterminants pour évaluer le mode d’action, l’efficacité et la sélectivité du principe actif. À cette étape, si une molécule n’est pas sélectionnée, son étude s’arrête. Afin de tirer profit du temps et de l’argent investis dans son développement, des stratégies s’inspirant de ces composés peuvent être utilisées, en modifiant leur structure afin d’améliorer leur efficacité. La première méthode exploitée ici consiste à synthétiser des molécules bifonctionnelles, incorporant le pharmacophore du principe actif d’intérêt, ainsi qu’un ligand capable d’induire la dégradation de sa cible. Ces molécules sont appelées AUTAC ou PROTAC, selon le mode de dégradation induit, soit l’autophagie ou la protéolyse. La deuxième méthode repose sur le développement de molécules hybrides, capables d’interagir avec différentes cibles. Deux principes actifs sont alors liés de manière covalente afin de synthétiser une nouvelle molécule dont les propriétés pharmacocinétiques diffèrent. L’hybride pourrait être ainsi plus efficace, cumulant les activités de ses deux ligands de base. Pour viser les cellules cancéreuses, une stratégie attrayante est le ciblage de certaines voies métaboliques. L’ATP étant une source d’énergie essentielle pour l’intense prolifération des cellules cancéreuses, réduire sa production en ciblant la phosphorylation oxydative dans la mitochondrie et la glycolyse peut être un traitement efficace. Les dérivés de biguanides, comme la metformine, sont connus pour inhiber la phosphorylation oxydative. Par ailleurs, le NAD+ étant un cofacteur nécessaire à de nombreux processus biologiques essentiels, notamment la glycolyse, diminuer sa production peut alors induire des effets anticancéreux. De nouveaux dérivés de biguanides et d’inhibiteurs de la NAMPT sont donc synthétisés afin de développer des molécules bifonctionnelles ciblant le métabolisme des cellules cancéreuses. / The development of new anticancer agents covers all the steps from the discovery of a target to the commercialisation of a drug. Medicinal chemists are responsible for the design and synthesis of molecules but the future of the drug relies on their activity in vitro and in vivo. However, compounds that failed because of their lack of efficiency or selectivity can be reused to take advantage of the time and money invested on their development. To develop more potent drugs, these compounds can be modified using different strategies. One of them consists in synthesising bifunctional molecules, also called chimeras, incorporating a pharmacophoric moiety from the drug and a ligand inducing its target’s degradation. These molecular degraders are named according to the mode of degradation involved: AUTAC for Autophagy Targeting Chimera or PROTAC for Proteolysis Targeting Chimera. Another strategy is to design a dual targeting agent based on two different drugs bound covalently. The resulting hybrid is then able to interact with each ligand’s target but exhibits a new pharmacokinetic profile that might increase its efficiency. Targeting cancer cell metabolism is an attractive strategy that can be applied to many different types of cancer. Since ATP is the main energy source of the cells, its production is necessary to insure the intense proliferation rate of cancer cells. Targeting the oxidative phosphorylation in mitochondria and the glycolysis, the two main ways to produce ATP, can be effective to inhibit the proliferation of cancer cells. Biguanides derivatives such as metformin are known to inhibit OXPHOS. Furthermore, NAD+ being an essential cofactor involved in many biological processes including glycolysis, targeting its production by the NAD salvage pathway allows the discovery of effective anticancer agents. New biguanides and NAMPT inhibitors derivatives are thus synthesized for the development of bifunctional molecules targeting the energy metabolism of cancer cells.

Les tumeurs solides sont souvent confrontées à un environnement déficient en oxygène, dit hypoxique. Hypoxia-Inducible Factor 1 (HIF1) est le facteur de transcription clé de l'adaptation cellulaire à l'hypoxie, régulant de nombreux gènes impliqués dans l'angiogenèse, le métabolisme cellulaire ou la régulation du pH. Ma thèse s'articule en trois axes autour de HIF1 et de la reprogrammation métabolique hypoxique. J'ai d'abord étudié Factor-Inhibiting HIF1 (FIH), l'un des deux senseurs d'oxygène régulant HIF1. Nous avons montré que FIH est essentiel dans le développement tumoral en inhibant à la fois l'activité transcriptionnelle de HIF1 et la voie p53-p21. J'ai ensuite étudié le " shift " du métabolisme cellulaire vers la glycolyse induit par HIF1, générant une addiction pour le glucose. Nos travaux ont montré que paradoxalement, les cellules hypoxiques synthétisent du glycogène via HIF1 constituant ainsi une réserve de glucose intracellulaire. Le glycogène confère alors une résistance accrue des cellules tumorales suite à une carence en glucose. Enfin, j'ai pu montrer que l'AMPK, " gardien de la balance énergétique ", n'est pas nécessaire au maintien d'un niveau viable d'ATP suite à l'inhibition de la glycolyse, via le blocage de l'export de lactate, mais exerce, un effet protecteur en absence de glucose. Cependant, l'inhibition conjointe du transporteur de lactate, MCT4, et de l'AMPK réduit fortement le développement tumoral dans un modèle de xénogreffes chez la souris, suggérant un rôle crucial de ces deux acteurs dans ce contexte. L'ensemble de ces travaux a permis d'identifier plusieurs cibles potentielles impliquées dans la plasticité métabolique en hypoxie.

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

Chez les levures, organismes eucaryotes unicellulaires, le glucose est la source d'énergie préférée. La levure modèle Kluyveromyces lactis possède deux perméases au glucose. L'expression d'une de ces deux perméases, codée par le gène RAG1, est induite par la présence de glucose extracellulaire et cette régulation transcriptionnelle dépend de la détection du glucose par un senseur membranaire spécifique, Rag4. Cependant, la régulation de l'expression de RAG1 dépend également de la capacité des cellules à métaboliser le glucose via la glycolyse. En effet, l'expression de RAG1 est fortement affectée dans des mutants glycolytiques malgré la présence de glucose extracellulaire. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à déterminer les mécanismes via lesquels la glycolyse contrôle l'expression de RAG1. Grâce à l'utilisation de mutants glycolytiques ou d'inhibiteurs chimiques de la glycolyse chez K. lactis, nous avons démontré que la glycolyse régule la stabilité du senseur Rag4 à la membrane plasmique et contrôle ainsi la voie de signalisation du glucose et l'expression de RAG1. De plus, ce mécanisme de contrôle est conservé chez la levure modèle Saccharomyces cerevisiae. L'étude plus approfondie de Rag4 nous a permis de déterminer que la transmission du signal glucose requiert la queue C-terminale cytoplasmique de Rag4, qui sert de plateforme d'interaction protéique. La caractérisation fonctionnelle de Rag4 nous a permis de mettre en évidence que la protéine contient plusieurs domaines impliqués dans le contrôle de sa stabilité en fonction du type de signal induisant la déstabilisation: signal glycolytique ou changement de source de carbone. Enfin, la nature du signal issu de la glycolyse qui cible le senseur membranaire Rag4 a été étudiée en testant deux hypothèses : le signal est protéique (enzyme de la glycolyse) ou métabolique (métabolite intermédiaire de la glycolyse). Ces travaux de thèse ont permis de mettre en évidence un rôle inédit de la glycolyse dans le contrôle de la stabilité des senseurs membranaires du glucose chez les levures K. lactis et S. cerevisiae / Yeasts are unicellular eukaryotic organisms which prefer glucose as energy source. The yeast model Kluyveromyces lactis has two glucose permeases. The expression of one of its permeases, RAG1, is induced by extracellular glucose. The glucose signaling pathway responsible for RAG1 expression regulation is dependent upon glucose sensing through a specific membrane glucose sensor, Rag4. However, RAG1 expression is also dependent upon glucose metabolism by glycolysis. Indeed, in glycolytic mutants RAG1 expression is strongly affected even when glucose is present. During these doctoral studies, we characterized mechanisms involved in glycolytic control on glucose signaling. Using glycolytic mutant or glycolysis chemical inhibitors, we have demonstrated that, in K. lactis, glycolysis targets the stability of the glucose sensor Rag4, controlling glucose signaling and RAG1 expression. This glycolytic control appears to be conserved in the yeast model Saccharomyces cerevisiae. We have shown that the C-terminal cytoplasmic tail of glucose sensor Rag4 is necessary for glucose signaling and forms a protein interaction platform. Rag4 protein contains several domains controlling Rag4 stability in response to different destabilization signals: glycolytic signal or carbon source signal. Finally, the nature of the glycolytic signal was studied considering two hypotheses: protein nature (e.g. glycolytic enzyme) or metabolic nature (e.g. glycolysis metabolic intermediate). This doctoral thesis underlines a new role of glycolysis in controlling membrane glucose sensor stability in K. lactis and S. cerevisiae