Alarmins and damage associated molecular pattern (DAMP) are endogenous proteins with distinct and various intracellular roles that when released extracellularly act as startingsignals for inflammatory immune responses. The endogenous protein High mobility group box 1 (HMGB1) acts as a DAMP and has been shown to drive progression of multiple inflammatory and autoimmune diseases. During homeostasis HMGB1 is localized in the nucleus of almost any cell, where its main function is organization of the DNA and regulation of transcription. Upon cell death or immune cell activation HMGB1 can be translocated into the cytoplasm for subsequent release into the extracellular space. Extracellular HMGB1 can act as a DAMP by activating several receptors of the immune system. Recent studies focus on HMGB1 release and functional regulation due to prost-translational modifications (PTMs) on cysteine residues. However, little is known about enzymatic regulation of HMGB1. The aim of this thesis was to investigate the possibility of proteolytic processing of HMGB1 by enzymes, which play a crucial role in inflammatory diseases and their progression. We utilized an in vitro model that mimics natural conditions of the autoimmune disease arthritis. Enzymatic digestion of HMGB1 was performed in kinetics studies using the neutrophilic enzymes cathepsin G, neutrophil Elastase as well as matrix metalloproteinase-3, which is released from tissues at the site of inflammation. We defined that HMGB1 is a novel substrate of all of the tested enzymes. All enzymes induced different cleavage pattern. In conclusion, my findings open up the possibility for future studies involving the observed fragments of HMGB1 and their functional features. It also demonstrated that HMGB1 is affected by protease modifications in a disease relevant environment.

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L’overdose au paracétamol est l’une des intoxications médicamenteuses la plus fréquente au monde, caractérisée par une atteinte hépatique dont l’issue peut être fatale. Les études réalisées sur ce phénomène ont montré que la phase initiale de la toxicité est induite par le métabolite actif du paracétamol, le N-acétyl-p-benzoquinone imine (NAPQI). Ce dernier, en l’absence de quantité suffisante de glutathion, s’accumulent dans la cellule et finit par se lier à d’autres protéines, principalement mitochondriales, formant alors des adduits. Cette liaison va altérer la fonction primaire des protéines et conduire, en cas d’overdose sévère, à la mort des hépatocytes. La mort cellulaire s’accompagne alors de la libération de composants cellulaire dont le rôle sera d’alerter le système immunitaire des lésions tissulaires. Ces composants prennent alors le nom d’«alarmines» ou de « damage-associated molecular patterns » (DAMPs). La protéine HMGB1 (High Mobility Group Box 1) fait partie de cette catégorie.Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés de plus près à la protéine HMGB1, à son origine ainsi qu’à son rôle dans l’amplification et la propagation des lésions hépatiques initialement induites par l’overdose au paracétamol. Nos travaux se sont d’abord portés sur l’étude de la protéine HMGB1 dans un modèle murin d’hépatite au paracétamol. Nos expériences nous permettent, d’une part, de confirmer que la libération d’HMGB1 est liée à la sévérité des lésions hépatiques et d’autre part, de démontrer que l’amplification et la propagation de ces lésions, dans les phases précoces de l’intoxication au paracétamol, peuvent se produire indépendamment des cellules immunitaires. Sur base de ces résultats, nous avons émis l’hypothèse de l’existence d’un dialogue entre la protéine HMGB1 et les hépatocytes plutôt que du dialogue, généralement décrit dans la littérature, entre la protéine HMGB1 et les cellules du système immunitaire Nos travaux se sont donc poursuivis, in vitro, sur une lignée cellulaire d’hépatocytes humains, les cellules HepaRG. Ces expériences nous ont permis, d’une part, de confirmer l’implication de la protéine HMGB1 dans l’hépatotoxicité au paracétamol et de mettre en évidence la capacité de cette protéine à provoquer, sans intermédiaire, la mort des cellules HepaRG. D’autre part, ces expériences nous permettent de suggérer la participation de la protéine HMGB1 dans la propagation et l’amplification de la mort des hépatocytes exposés au paracétamol par une voie de signalisation impliquant l’axe TLR4/TRIF/RIPK3. Finalement, l’inhibition de la protéine HMGB1 semblant être bénéfique, nous avons investigué la potentielle efficacité de l’administration d’une combinaison de N-acétylcystéine et de glycyrrhizine dans notre modèle murin. L’idée était de combiner une drogue qui agit sur l’accumulation du métabolite toxique et une seconde qui agit sur la phase de propagation du signal. Nos résultats, bien que préliminaires, ont démontré l’efficacité de cette combinaison à la fois sur la nécrose hépatique et sur la survie des souris. En conclusion, nos travaux confirment l’importance du rôle joué par la protéine HMGB1 dans l’hépatotoxicité induite par le paracétamol et nous permettent de mettre en évidence un nouveau mécanisme, impliquant la protéine HMGB1, qui pourrait contribuer à l’amplification et la propagation des lésions hépatiques induites par une overdose de paracétamol. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Damage Associated Molecular Patterns (DAMPs) act largely as endogenous ligands to initiate and maintain the signaling of both inflammatory processes and the acquired immune response. Prolonged action of these endogenous signals are thought to play a significant role sterile inflammation which may be integral to the development of chronic inflammation pathology. HMGB1 (High Mobility Group Box 1) is a highly conserved non-acetylated protein which is among the most important chromatin proteins and serves to organize DNA and regulate transcription. Following stress or injury to the cell, hyperacetylation of lysine residues causes translocation of HMGB1 and eventual release into the extracellular environment where it can take the form of a DAMP and interact with cell types bearing either the Receptor for Advanced Glycation End-products (RAGE) or Toll-Like Receptor 4 (TLR4). Activation of these surface receptors contribute directly to both acute and chronic inflammation. This project investigated the role of HMGB1 through its receptors Receptor for Advanced Glycation End-products (RAGE) and Toll-Like Receptor 4 (TLR4) as it pertained to the development of chronic inflammation and pathology in small diameter, nociceptive sensory neurons. It was demonstrated that the neuronal signaling associated with exposure to HMGB1 is dependent upon the ligands conformational states, as the state dictates its affinity and types of neuronal response. Neuronal activation by bacterial endotoxin or the disulfide state of HMGB1 is dependent on TLR4 and the associated signaling adapter protein, Myeloid differentiation primary response gene 88 (MYD88). Interruption of the receptor-mediated signaling cascade associated with MyD88 was shown to be sufficient to mitigate ligand-dependent neuronal activation and demonstrated significant behavioral findings. Further downstream signaling of HMGB1 in the neuron has yet to be identified, however important steps have been taken to elucidate the role of chronic neuroinflammation with hopes of eventual translational adaptation for clinical therapeutic modalities.

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In healthy cells, huntingtin is primarily found in the cytoplasm; however, upon cellular stress, huntingtin is phosphorylated (phospho-huntingtin) at serines 13 and 16 of the amino-terminal N17 domain and shuttled into the nucleus. Such dynamism in nucleocytoplasmic translocation and post-translational modification suggests an important role for huntingtin in Huntington’s disease (HD) pathogenesis as these phenotypes propose possible mechanisms for disease progression. Huntingtin nuclear import is also facilitated by its proline-tyrosine nuclear localization signal (PY-NLS), which harbours a highly conserved intervening sequence specific to the huntingtin gene. This encouraged a proteome investigation to identify potential protein partners of the PY- NLS. Results of this study revealed that high mobility group box 1 (HMGB1), a cofactor of base excision repair, uniquely bound to the wild-type PY-NLS, but not the PY-NLS KK177/178AA mutant. Immunofluorescence microscopy in human telomerase reverse transcriptase (hTERT) immortalized fibroblast cells using HMGB1- and phospho- huntingtin-specific antibodies revealed a promising association between the two, as changes in nuclear levels of HMGB1 positively correlated with nuclear levels of phospho- huntingtin. This relationship was further confirmed by co-immunoprecipitation of HMGB1 by the PY-NLS and N17 domain. Also, when exogenous oxidative stress was introduced, increased interaction between HMGB1 and huntingtin was observed. This suggests that HMGB1 facilitates the nuclear import of huntingtin in a ROS-dependent manner, and thus, presents a novel avenue to a potential therapeutic target in HD pathogenesis. / Thesis / Master of Science (MSc)

La plus grande sensibilité des souris TLR9-/- a révélé le rôle de ce récepteur dans l'infection par Leishmania major. Les cellules dendritiques (DCs) sont activées de manière TLR9-dépendante par l'ADN du L. major et d'autres Trypanosomatidae et non par l'ADN de vertébré. La nature de l'ADN capable d'activer le TLR9 reste controversée quant à la séquence/charpente de l'ADN et l'implication de cofacteurs se liant avec le TLR9 ou l'ADN. Nous avons démontré l'importance de la séquence d'ADN. Contrairement aux génomes de parasites, l'ADN de vertébré présente une contre-sélection des motifs activateurs du TLR9 au profit des motifs inhibiteurs. De plus, l'activation du TLR9 par l'ADN du parasite est augmentée en présence de la protéine HMGB1, qui se fixe mieux sur l'ADN de parasite que de vertébré. La maturation du TLR9 requiert un clivage protéolytique par des protéases endosomales, dont les cathepsines (Cat) B, S, L et l'asparagine endopeptidase (AEP) qui interviennent différemment dans les macrophages et les DCs. Après infection par L. major, nous avons montré que les souris AEP-/-, CatS-/- et CatL-/- ont une pathologie identique aux souris WT, ce qui peut être dû à la redondance de leur fonction. Etonnamment, les souris CatB-/- sont plus résistantes. Leurs lésions et la charge parasitaire dans les ganglions se résolvent plus rapidement, reflétant une réponse immune plus précoce et un contrôle plus rapide de la réaction inflammatoire.En conclusion, ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes permettant au TLR9 de discriminer entre l'ADN de pathogène et de vertébré et soulèvent le rôle non protecteur de la cathepsine B dans l'infection par L. major.

Le placenta est l'organe essentiel au succès de la grossesse et la différenciation des trophoblastes est fondamentale pour son bon fonctionnement. La présence d’une inflammation non contrôlée, habituellement induite par des médiateurs inflammatoires endogènes, est associée à plusieurs complications de la grossesse. High Mobility Group Box 1 (HMGB1), une protéine nucléaire qui peut avoir des actions inflammatoires lorsque secrétée dans le milieu extracellulaire, est un des médiateurs inflammatoires endogènes augmentés lors des grossesses pathologiques. Cependant, la manière dont HMGB1 agit à l’interface materno-foetale est encore inconnue. Ce travail de maîtrise a comme objectifs d’évaluer la concentration, la localisation subcellulaire et la sécrétion de HMGB1 lors de la différentiation des trophoblastes et d’étudier sa distribution dans le placenta de grossesses compliquées par une préeclampsie (PE). Dans ces travaux, nous avons démontré une augmentation de la concentration nucléaire de HMGB1 lors de la différenciation spontanée des trophoblastes. De plus, l’utilisation d’un inhibiteur d’histones déacétylases (c.-à-d. NaB) mène à une accumulation de HMGB1 dans le cytoplasme et favorise la différenciation, tandis que l’utilisation d’un inhibiteur de l’export nucléaire (c.-à-d. leptomycine) mène à une diminution de la différenciation. En ce qui concerne les grossesses compliquées par la PE, il y a une redistribution de HMGB1 avec une accumulation cytoplasmique. En conclusion, ces travaux démontrent l’association entre la modulation de HMGB1 et la différentiation des trophoblastes, bien que le lien causal reste à déterminer. / The placenta plays a crucial role during pregnancy and trophoblast differentiation is fundamental to its proper functioning. The absence of inflammation is also essential for the success of gestation, the presence of uncontrolled inflammation is associated with several pregnancy complications, such as preeclampsia (PE) and preterm delivery. High Mobility Group Box 1 (HMGB1), a nuclear protein that acts as a pro-inflammatory mediator when secreted into the extracellular media, is one of the endogenous inflammatory mediators increased during pathological pregnancies. However, the actions of HMGB1 at the materno-fetal interface are still unknown. The aim of this work was to evaluate the concentration, subcellular localization and secretion of HMGB1 during trophoblast differentiation and to evaluate the distribution of HMGB1 in the placenta from pregnancies complicated with PE. In my studies I have shown an increase of HMGB1’s nuclear concentration during the spontaneous differentiation of trophoblasts. Moreover, the use of a histone deacetylase inhibitor (i.e. NaB) leads to an accumulation of HMGB1 in the cytoplasm and promotes differentiation, while the use of a nuclear export inhibitor (i.e. leptomycin) leads to a decrease in differentiation. Concerning pregnancies complicated with PE, there is a redistribution of HMGB1 with cytoplasmic accumulation. In conclusion, this work demonstrates the association between the modulation of HMGB1 localisation with trophoblasts differentiation, although the causal link remains to be determined.

No / Oncolytic viruses (OV) are promising treatments for cancer, with several currently undergoing testing in randomised clinical trials. Measles virus (MV) has not yet been tested in models of human melanoma. This study demonstrates the efficacy of MV against human melanoma. It is increasingly recognised that an essential component of therapy with OV is the recruitment of host antitumour immune responses, both innate and adaptive. MV-mediated melanoma cell death is an inflammatory process, causing the release of inflammatory cytokines including type-1 interferons and the potent danger signal HMGB1. Here, using human in vitro models, we demonstrate that MV enhances innate antitumour activity, and that MV-mediated melanoma cell death is capable of stimulating a melanoma-specific adaptive immune response.

Actuellement le polyéthylènimine (PEI) est l’agent de transfection transitoire le plus utilisé par l’industrie pharmaceutique pour la production de protéines recombinantes à grande échelle par les cellules de mammifères. Il permet la condensation de l’ADN plasmidique (ADNp) en formant spontanément des nanoparticules positives appelées polyplexes, lui procurant la possibilité de s’attacher sur la membrane cellulaire afin d’être internalisé, ainsi qu’une protection face aux nucléases intracellulaires. Cependant, alors que les polyplexes s’attachent sur la quasi-totalité des cellules seulement 5 à 10 % de l’ADNp internalisé atteint leur noyau, ce qui indique que la majorité des polyplexes ne participent pas à l’expression du transgène. Ceci contraste avec l’efficacité des vecteurs viraux où une seule particule virale par cellule peut être suffisante. Les virus ont évolués afin d’exploiter les voies d’internalisation et de routage cellulaire pour exprimer efficacement leur matériel génétique. Nous avons donc supposé que l’exploitation des voies d’internalisation et de routage cellulaire d’un récepteur pourrait, de façon similaire à plusieurs virus, permettre d’optimiser le processus de transfection en réduisant les quantités d’ADNp et d’agent de transfection nécessaires. Une alternative au PEI pour transfecter les cellules de mammifèreest l’utilisation de protéines possédant un domaine de liaison à l’ADNp. Toutefois, leur utilisation reste marginale à cause de la grande quantité requise pour atteindre l’expression du transgène. Dans cette étude, nous avons utilisé le système E/Kcoil afin de cibler un récepteur membranaire dans le but de délivrer l’ADNp dans des cellules de mammifères. Le Ecoil et le Kcoil sont des heptapeptides répétés qui peuvent interagir ensemble avec une grande affinité et spécificité afin de former des structures coiled-coil. Nous avons fusionné le Ecoil avec des protéines capables d’interagir avec l’ADNp et le Kcoil avec un récepteur membranaire que nous avons surexprimé dans les cellules HEK293 de manière stable. Nous avons découvert que la réduction de la sulfatation de la surface cellulaire permettait l’attachement ciblé sur les cellules par l’intermédiaire du système E/Kcoil. Nous démontrons dans cette étude comment utiliser le système E/Kcoil et une protéine interagissant avec l’ADNp pour délivrer un transgène de manière ciblée. Cette nouvelle méthode de transfection permet de réduire les quantités de protéines nécessaires pour l’expression du transgène. / Pharmaceutical industry often employs polyethylenimine (PEI) for large scale protein production processes by transient transfection of mammalian cells. PEI condenses plasmid DNA (pDNA) by spontaneously forming positive nanoparticles known as polyplexes. Condensed pDNA is favoured for cell surface binding, internalization and protection from intracellular nucleases. While most of the cells efficiently uptake polyplexes, only 5 to 10% of captured pDNA reaches the nucleus for transgene expression. This suggests that polyplexes are hampered in their ability to route and to translocate to the nucleus necessitating large amounts of polyplexes to achieve high expression levels. By contrast, many viruses can efficiently transduce cells with only one or a few viral genome copies. Viruses have evolved to exploit cellular internalization and routing properties to express their own genetic material. We hypothesized that less pDNA would be used in an optimized transfection process if we exploited the internalization and routing properties that viruses use. DNA binding proteins could be used as an alternative to PEI to transfect mammalian cells. However, their usage is marginal due to the large protein quantities required to bind pDNA for transgene expression. If less pDNA is used less binding protein is needed. In this study, we used the E/Kcoil system to target a membrane receptor to deliver pDNA in mammalian cells. The Ecoil and Kcoil are two repeated heptapeptides which interact with a high affinity and specificity to form coiled-coil structures. We fused the Ecoil with a recombinant pDNA-binding protein. The Kcoil was fused to a stably-expressed membrane receptor in HEK293 cells. We discovered that low sulfation of the cell surface reduced non-specific binding of the pDNA:protein complex and permitted targeted binding via the E/Kcoil interaction. We demonstrate how to use recombinant pDNA-binding protein and the E/Kcoil system for targeted transgene delivery. This newly developed system provides a new transfection method, with reduced pDNA-binding protein quantities needed to achieve transgene expression.