L'interferon-γ (IFNγ) est une cytokine immunomodulatrice puissante, également dotée d'une activité antivirale. Il possède deux ligands de haute affinité : un récepteur par lequel il transmet ses signaux et des polysaccharides complexes de la famille des héparanes sulfates (HS), tous deux situés à la surface cellulaire. In vivo, la liaison aux HS permet de concentrer localement la cytokine et de réguler son activité biologique par le biais d'une protection partielle du domaine C-terminal de la protéine. Ce domaine C-terminal, caractérisé par deux domaines basiques D1 et D2, est impliqué dans la reconnaissance du récepteur et des HS. Dans ce contexte, nos travaux se sont attachés à définir les aspects structuraux de l'interaction de l'IFNg, et plus précisément de son extrémité C-terminale, avec ses deux ligands. Pour cela, de divers mutants ponctuels, multiples et de délétion de l'IFNg ont été produites, purifiées et étudiées. Leur capacité à lier les HS et le récepteur de l'IFNg est déterminée par SPR puis leur influence sur l'activité antivirale de l'IFNg est déterminée. Les paramètres thermodynamiques de l'interaction IFNg:HS-oligosaccharides sont investigués. Par ailleurs, nous avons préparé une banque oligosaccharidique dérivée d'HS. Le criblage de cette banque, pour sa capacité à lier l'IFNγ, a permis de démontrer que l'IFNg reconnaissait des motifs de sulfatation particuliers. Finalement, nous avons tenté de cristallisé le complexe IFNg:HS-oligosaccharide, jusqu'à présent sans obtention de cristaux qui diffractent. Ces différentes approches visent à élucider le mécanisme de reconnaissance d'IFNg par des HS. Ceci afin de concevoir un mime de ce site d'interaction inhibant la signalisation de l'IFNg. Enfin, une compréhension plus détaillé de l'interaction de l'IFNg avec les HS et son récepteur reste à établir afin d'entièrement comprendre comment l'IFNg migre des HS vers l'IFNgR. / Interferon-γ (IFNγ) is a strong immunomodulating cytokine with some antiviral activity. It has two ligands for which it has high affinities: a receptor through which it transmits its signals, and complex polysaccharides of the heparan sulphate (HS) family. Both are situated on the cellular surface. In vivo, binding on the HS permits local concentration of the cytokine, and regulates its biological activity via a partial protection of the C-terminal region. This C-terminal region, characterised by two basic domains, D1 and D2, is implicated in the recognition of the receptor and the HS. In this context, we investigated the structural features for the interaction of IFNγ, and more specifically the importance of his C-terminus, with both of his cellular ligands. Therefore, we produced, purified and examined various mutants of IFNγ, including points, multiples and deletions mutants. There ability to bind to HS and the IFNγ receptor is examined by SPR and there influence on IFNγ's antiviral activity is determined. The thermodynamics complexation of IFNγ with the HS-oligosaccharides is examined. Moreover, we have prepared an oligosaccharidic library derived from HS. By screening this library for its capacity to bind IFNγ, we have demonstrated that the cytokine recognizes a particular sulphated pattern. Finely, we tried to crystallize the IFNγ:HS-oligosaccharide complex, without obtaining diffracting crystals yet. These studies contribute to clarify the mechanism of recognition of IFNγ by the HS. This would enable us to design a mimic of the interaction site for IFNγ on the HS, who inhibits inappropriate signaling of the cytokine. Finely, a detailed comprehension of the interaction of IFNγ with his receptor and with the HS needs to be established to fully understand how IFNγ migrates for the HS to its receptor.

Les protéoglycannes exercent de nombreuses fonctions par le biais de leur partie protéique ou de leurs glycosaminoglycannes. La caractérisation des interactions entre les glycosaminoglycannes et des protéines a ouvert de larges champs d'applications. Dans ce cadre, deux thèmes de recherche ont été développés. Premièrement, nous nous sommes intéressés à un nouveau protéoglycanne appelé endocan. La développement des capacités de production et de purification de cette macromolécule, nous a permis par différentes approches de déterminer le profil structural de sa chaîne glycannique et de sa partie protéique, mais aussi d'étudier les interactions avec plusieurs de ses partenaires protéiques dont l'interféron γ et l'hépatocyte growth factor, impliqués respectivement dans l'inflammation et le développement tumoral. Parallèlement, une étude structurale et fonctionnelle de l'interaction entre l'interféron γ et des glycosaminoglycannes de type héparanes sulfates a conduit au développement de mimes oligosaccharidiques obtenus par synthèse chimique. Parmi ces molécules, certaines permettent de moduler in vitro l'activité de la cytokine, et constituent une base possible pour le développement de nouveaux médicaments.

Lors de l'attachement du VIH à la surface d'une cellule, la protéine d'enveloppe gp120 se fixe au récepteur cellulaire CD4, exposant alors son site CD4i qui est alors reconnu par des corécepteurs. Par ailleurs, Le VIH est capable de se fixer aux héparanes sulfate (HS), des polysaccharides présents en abondance à la surface cellulaire, notamment via le site CD4i de gp120 (site de fixation des corécepteurs). Il serait donc possible d'inhiber l'attachement du VIH sur les cellules par l'utilisation de molécules solubles dérivées des HS. Dans ce contexte, nos travaux se sont attachés à définir les aspects structuraux de l'interaction VIH/HS au niveau du site CD4i. Pour cela, des protéines gp120 mutées sur quatre résidus du site CD4i, potentiellement engagés dans la fixation des HS, ont été produites, purifiées et étudiées, par BIAcore, pour leur capacité à interagir avec l'héparine. En parallèle, nous avons développé une méthode simple, permettant d'identifier les régions de fixation à l'héparine d'une protéine donnée. L'ensemble de ces travaux nous a permis d'identifier, au sein de gp120, quatre domaines de liaison à l'héparine et de valider, en particulier, l'engagement de trois résidus du site CD4i (R419, K421 et K432) dans l'interaction avec le polysaccharide. Ces différentes approches ont pour but de clarifier le rôle des HS dans le processus d'attachement du virus à la surface cellulaire et de fournir des informations structurales précises permettant la définition de composés issus des HS capables d'inhiber le mécanisme de l'entrée virale.

L'interferon-γ (IFNγ) est une cytokine immunomodulatrice puissante, également dotée d'une activité antivirale. Il possède deux ligands de haute affinité : un récepteur par lequel il transmet ses signaux et des polysaccharides complexes de la famille des héparanes sulfates (HS), tous deux situés à la surface cellulaire. In vivo, la liaison aux HS permet de concentrer localement la cytokine et de réguler son activité biologique par le biais d'une protection partielle du domaine C-terminal de la protéine. Ce domaine C-terminal, caractérisé par deux domaines basiques D1 et D2, est impliqué dans la reconnaissance du récepteur et des HS. Dans ce contexte, nos travaux se sont attachés à définir les aspects structuraux de l'interaction de l'IFNg, et plus précisément de son extrémité C-terminale, avec ses deux ligands. Pour cela, de divers mutants ponctuels, multiples et de délétion de l'IFNg ont été produites, purifiées et étudiées. Leur capacité à lier les HS et le récepteur de l'IFNg est déterminée par SPR puis leur influence sur l'activité antivirale de l'IFNg est déterminée. Les paramètres thermodynamiques de l'interaction IFNg:HS-oligosaccharides sont investigués. Par ailleurs, nous avons préparé une banque oligosaccharidique dérivée d'HS. Le criblage de cette banque, pour sa capacité à lier l'IFNγ, a permis de démontrer que l'IFNg reconnaissait des motifs de sulfatation particuliers. Finalement, nous avons tenté de cristallisé le complexe IFNg:HS-oligosaccharide, jusqu'à présent sans obtention de cristaux qui diffractent. Ces différentes approches visent à élucider le mécanisme de reconnaissance d'IFNg par des HS. Ceci afin de concevoir un mime de ce site d'interaction inhibant la signalisation de l'IFNg. Enfin, une compréhension plus détaillé de l'interaction de l'IFNg avec les HS et son récepteur reste à établir afin d'entièrement comprendre comment l'IFNg migre des HS vers l'IFNgR.

Les grandes propriétés interactives des HS dépendent de leur profil de sulfatation, finement régulé au cours de la biosynthèse du polysaccharide ainsi qu'à la surface cellulaire par l'action d'endosulfatases nommées Sulfs. Ces enzymes ôtent spécifiquement les groupements 6-O-sulfates d'un certain nombre de disaccharides trisulfatés, éléments clés de nombreuses interactions protéines/HS. Ainsi, ces enzymes sont impliquées dans de nombreux processus, autant physiologiques que pathologiques. En utilisant différentes approches (biochimique et biophysique), nous avons révélé récemment que les isoformes humain HSulf-1 et -2 agissent de façon processif et orientées pour désulfater les chaines d’HS ce qui régule différemment les facteurs de croissances FGF-1 et -2 (Seffouh et al., FASEB J. 2013). Nous avons également identifié deux motifs impliqués dans l’interaction HSulf-2/HS et qui se sont avérés importants pour l’activité 6-O-endosulfatase [Manuscrit en préparation]. Par ailleurs, HSulf-2, et contrairement à HSulf-1, s’est révélé porteuse d’une O-glycosylation capable de moduler considérablement son activité à la surface cellulaire [Manuscrit en préparation]. Enfin, et en collaboration avec l’'institut Karolinska (Stockholm, Sweden), une éventuelle implication de Sulf-1 dans le mésothéliome malin a été suggéré (Heidari-Hamedani et al., Cellular Signalling J. 2015). / Heparan sulfate (HS) is a polysaccharide able to bind and modulate a wide variety of proteins. HS large interactive properties are essentially governed by precise sulfation patterns of the polysaccharide. Sulf-1 and Sulf-2 are two endosulfatases able to cleave specific 6-O sulfate groups within HS chains. Their action can modulate critical intracellular signaling processes, many of which with key relevance for cancer development. However, little is known on their structure, substrate specificities, and on the way their catalytic activity directs the subtle modifications of HS 6-O-sulfation profile.In this work, we have identified an original enzymatic mechanism by which Sulfs catalyze the processive and orientated desulfation of HS and finely regulate the polysaccharide biological properties. We also identified two basic motifs within the N-terminal domain of HSulf-2. Recombinant enzymes mutated for these sites were then produced and characterized. We found that these epitopes are necessary for its endosulfatase activity. Altogether, these results provide further insights into the enzyme/substrate recognition process and contribute to the understanding of the fundamental role played by these enzymes in the regulation of HS activity. The biochemical study of the purified HSulf-2 allowed to highlight a O-glycosylation able to significantly modulate its activity at the cell surface. Otherwise, and in collaboration with the Karolinska Institute (Stockholm, Sweden), the study of malignant mesothelioma (MM) provided new evidence that enhanced Syndecan-1 expression also finely modulates HS structure by interfering with HS-modifying enzymes HSulf-1. These results suggest important roles for Syndecan-1 and HSulf-1 in MM.

L’endostatine est le fragment C-terminal du collagène XVIII libéré dans la matrice extracellulaire par clivage enzymatique. C'est un inhibiteur endogène de l’angiogenèse et de la croissance tumorale. L'endostatine inhibe la prolifération et la migration des cellules endothéliales induite par le Fibroblast Growth Factor-2 ou le Vascular Endothelial Growth Factor et elle inhibe la croissance de 65 types de cellules tumorales. L’endostatine fait actuellement l’objet d’essais cliniques pour le traitement de différents cancers son mécanisme d’action est encore mal connu. Nous avons caractérisé par résonance plasmonique de surface (SPR) les interactions établies par l'endostatine avec les intégrines αvβ3 et α5β1 qui sont surexprimées à la surface des cellules endothéliales activée. Nous avons identifié le site de fixation l'endostatine sur les intégrines, proposé un modèle de structure du complexe formé par l'endostatine et l'intégrine αvβ3 et montré que l'endostatine ne peut pas se lier simultanément aux intégrines et aux chaînes d'héparane sulfate présentes à la surface cellulaire. Pour identifier des partenaires supplémentaires de l'endostatine, nous avons développé des puces à protéines et à glycosaminoglycanes basées sur la SPR et capables de suivre jusqu'à 400 interactions simultanément. Nous avons identifié neuf partenaires de l'endostatine (le dermatane sulfate, la transglutaminase-2, les collagènes I, IV et VI, le peptide amyloïde β1-42, et des protéines matricellulaires dont SPARC et thrombospondine-1). Nous avons montré que l’endostatine se fixe avec une forte affinité (KD ~ 6 nM) sur la transglutaminase-2 et que cette interaction nécessite la présence de calcium mais que l'endostatine n'est pas un substrat donneur d'acyle de l'enzyme. Nous avons montré que le réseau d'interactions de l'endostatine est enrichi en protéines contenant des modules EGF (Epidermal Growth Factor). Cela offre de nouvelles perspectives pour l'identification d'autres partenaires et donc de nouvelles fonctions de l'endostatine. Des protéines contenant des modules EGF comme la fibrilline-1, composant des fibres élastiques, et des protéines de l'immunité innée par exemple sont des partenaires potentiels de l'endostatine / Endostatin is the carboxyl-terminal fragment of collagen XVIII released in the extracellular matrix by proteolytic cleavage. It inhibits angiogenesis and tumor growth. Endostatin inhibits the proliferation and migration of endothelial cells induced by Fibroblast Growth Factor-2 and Vascular Endothelial Growth Factor and it inhibits 65 different tumor types. Endostatin is currently under clinical trials for several tumors. We have used surface plasmon resonance (SPR) binding assays to characterize interactions between endostatin and α5β1 or αvβ3 integrins which are over-expressed at cell surface of actived endothelial cell. We have identified the binding site of endostatin on those integrins, and we have built a molecular modeling of the endostatin/integrin αvβ3 complex. We have shown that endostatin can not bind simultaneously to integrins and to heparan sulfate. In order to identify new partners of endostatin we have developed glycosaminoglycan and protein arrays based on SPR detection. We have found nine new partners of endostatin include glycosaminoglycans (chondroitin and dermatan sulfate), matricellular proteins (thrombospondin-1 and SPARC), collagens (I, IV and VI), the amyloid peptide Aβ(1-42), and transglutaminase-2 (TG-2). We have shown that endostatin binds to transglutaminase-2 with an high affinity (KD ~ 6 nM) in a calcium-dependent manner. Enzymatic assays indicated that, in contrast to other extracellular matrix proteins, endostatin is not a glutaminyl substrate of TG-2, but would rather be an acyl acceptor. The endostatin network comprises a number of extracellular proteins containing EGF domains (Epidermal Growth Factor), and able to bind calcium. Depending on the trigger event, and on the availability of its members in a given tissue at a given time, the endostatin network might be involved either in the control of angiogenesis, and tumor growth, or in neurogenesis and neurodegenerative diseases

L’athérosclérose est caractérisée par l’accumulation de lipoprotéines de basse densité (LDL) liées aux protéoglycanes de la paroi artérielle. Des anticorps chimériques (ch) qui se lient aux glycosaminoglycanes (GAG) ont été générés. L'hypothèse est que la vaccination avec le chP3R99, un anticorps chimérique mutant de l'hybridome P3, pouvait interférer avec la rétention des LDL par l’induction d’une cascade d’anticorps anti-idiotypiques dirigés contre les GAG. Des souris mâles déficientes en apolipoprotéine E ont été soumises à une diète hypercholestérolémique et ont reçu 5 injections sous-cutanées de 50 μg de vaccin chP3R99 ou de vaccin chP3S98 (un mutant de faible réactivité). Les injections ont été effectuées à chaque semaine ou aux 2 semaines. Au moment du sacrifice, l'aorte perfusée avec du PBS a été excisée et analysée après coloration au Oil Red-O. Les résultats ont été exprimés en pourcentage de lésions sur la superficie totale de l'aorte. La réactivité contre le chP3R99, chP3S98, l’héparine, le sulfate de dermatane et de chondroïtine des sérums de souris immunisées a été mesurée par ELISA. De plus, la liaison de l'anticorps chP3R99 aux GAG dans la lésion d'athérosclérose a été observée par un appareil de visualisation in vivo.Nos résultats montrent que l’immunogénicité des anticorps chP3R99 est supérieure à celle des anticorps chP3S98 et que le sérum des souris immunisées avec le chP3R99 présente des anticorps anti-idiotypiques dirigés contre les GAG. Cet effet est associé à une réduction de 42 % (p < 0.01) du pourcentage de lésions athérosclérotiques chez les souris vaccinées. L'utilisation d’une immunisation active avec l’anticorps chP3R99 pourrait constituer une approche thérapeutique pour le traitement de l'athérosclérose. / Atherosclerosis is characterized by the accumulation of low density lipoprotein (LDL) associated with the proteoglycans of the arterial wall. Chimeric (ch) antibodies that react against glycosaminoglycans (GAG) were generated. We tested the hypothesis that vaccination with chP3R99, a mutant chimeric antibody of the P3 hybridoma, could interfere with the retention of LDL by inducing a cascade of anti-idiotypic antibodies directed against the GAG.Male mice deficient in apolipoprotein E fed with a hypercholesterolemic diet were given five subcutaneous injections of 50 μg of chP3R99 or chP3S98 (a mutant with low reactivity) vaccine. The injections were performed every week or every two weeks. After sacrifice, the aorta was perfused with PBS, excised and analyzed after staining with Oil Red-O. The results were expressed as a percentage of lesions areas on the total area of the aorta. The reactivity of the sera obtained was tested against the chP3R99, chP3S98, heparin, dermatan and chondroïtin sulfate from obtained immunized mice by ELISA. The anti-idiotypic response was measured by blocking the anti-isotypic reactivity by a nonspecific IgG, hR3. In addition, the antibody chP3R99 binding to GAG in the atherosclerotic lesion was shown by an in vivo molecular imaging device. Our results show that the immunogenicity of the antibodies chP3R99 is higher than chP3S98 and that sera from mice immunized with chP3R99 present anti-idiotypic antibodies directed against the GAG. This effect is associated with a 42 % reduction (p <0.01) of atherosclerotic lesions in vaccinated mice. The use of active immunization with antibodies chP3R99 may constitute a new therapeutic approach for the treatment of atherosclerosis.

L’athérosclérose est caractérisée par l’accumulation de lipoprotéines de basse densité (LDL) liées aux protéoglycanes de la paroi artérielle. Des anticorps chimériques (ch) qui se lient aux glycosaminoglycanes (GAG) ont été générés. L'hypothèse est que la vaccination avec le chP3R99, un anticorps chimérique mutant de l'hybridome P3, pouvait interférer avec la rétention des LDL par l’induction d’une cascade d’anticorps anti-idiotypiques dirigés contre les GAG. Des souris mâles déficientes en apolipoprotéine E ont été soumises à une diète hypercholestérolémique et ont reçu 5 injections sous-cutanées de 50 μg de vaccin chP3R99 ou de vaccin chP3S98 (un mutant de faible réactivité). Les injections ont été effectuées à chaque semaine ou aux 2 semaines. Au moment du sacrifice, l'aorte perfusée avec du PBS a été excisée et analysée après coloration au Oil Red-O. Les résultats ont été exprimés en pourcentage de lésions sur la superficie totale de l'aorte. La réactivité contre le chP3R99, chP3S98, l’héparine, le sulfate de dermatane et de chondroïtine des sérums de souris immunisées a été mesurée par ELISA. De plus, la liaison de l'anticorps chP3R99 aux GAG dans la lésion d'athérosclérose a été observée par un appareil de visualisation in vivo.Nos résultats montrent que l’immunogénicité des anticorps chP3R99 est supérieure à celle des anticorps chP3S98 et que le sérum des souris immunisées avec le chP3R99 présente des anticorps anti-idiotypiques dirigés contre les GAG. Cet effet est associé à une réduction de 42 % (p < 0.01) du pourcentage de lésions athérosclérotiques chez les souris vaccinées. L'utilisation d’une immunisation active avec l’anticorps chP3R99 pourrait constituer une approche thérapeutique pour le traitement de l'athérosclérose. / Atherosclerosis is characterized by the accumulation of low density lipoprotein (LDL) associated with the proteoglycans of the arterial wall. Chimeric (ch) antibodies that react against glycosaminoglycans (GAG) were generated. We tested the hypothesis that vaccination with chP3R99, a mutant chimeric antibody of the P3 hybridoma, could interfere with the retention of LDL by inducing a cascade of anti-idiotypic antibodies directed against the GAG.Male mice deficient in apolipoprotein E fed with a hypercholesterolemic diet were given five subcutaneous injections of 50 μg of chP3R99 or chP3S98 (a mutant with low reactivity) vaccine. The injections were performed every week or every two weeks. After sacrifice, the aorta was perfused with PBS, excised and analyzed after staining with Oil Red-O. The results were expressed as a percentage of lesions areas on the total area of the aorta. The reactivity of the sera obtained was tested against the chP3R99, chP3S98, heparin, dermatan and chondroïtin sulfate from obtained immunized mice by ELISA. The anti-idiotypic response was measured by blocking the anti-isotypic reactivity by a nonspecific IgG, hR3. In addition, the antibody chP3R99 binding to GAG in the atherosclerotic lesion was shown by an in vivo molecular imaging device. Our results show that the immunogenicity of the antibodies chP3R99 is higher than chP3S98 and that sera from mice immunized with chP3R99 present anti-idiotypic antibodies directed against the GAG. This effect is associated with a 42 % reduction (p <0.01) of atherosclerotic lesions in vaccinated mice. The use of active immunization with antibodies chP3R99 may constitute a new therapeutic approach for the treatment of atherosclerosis.