Depuis plusieurs années, l’influence des pathologies parodontales sur certaines pathologies systémiques, notamment les maladies cardio-vasculaires et l’athérosclérose apparait de plus en plus évidente. Dans notre étude, nous nous sommes intéressés à l’évaluation des effets induits par Porphyromonas gingivalis, une des principales bactéries parodontopathogènes, et son lipopolysaccharide sur les cellules endothéliales, qui forment une interface entre le flux sanguin et la paroi vasculaire, d’où un rôle important dans l’initiation et le développement de la plaque d’athérome. Nous avons surtout ciblé les effets induits sur la cathepsine B, une protéase impliquée dans le développement de la plaque d’athérome, et sur l’inflammasome, un complexe impliqué dans la production d’IL-1beta. Les résultats de nos travaux montrent que l’infection par Porphyromonas gingivalis et la stimulation par son LPS sont capables d’induire une augmentation de l’activité enzymatique de la cathepsine B, ceci suivant différentes cinétiques. Dans les deux cas, ces augmentations d’activité se font sans modifications de la synthèse d’ARNm, ni de la concentration protéique de l’enzyme. Nos résultats démontrent également que l’infection par Porphyromonas gingivalis entraine une augmentation de l’expression ARN de l’inflammasome NLRP3, mais celle ci n’est pas observée au niveau protéique du fait d’un processus de protéolyse de la protéine NLRP3 suite à l’infection. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle de parodontite expérimentale, fiable et reproductible, nous permettant d’envisager une expérimentation in vivo afin d’observer les interactions à distance entre maladies parodontales et athérosclérose sur dessouris apolipoprotéine-E -/-. / Periodontal diseases have been linked to systemic diseases especially cardiovascular diseases and atherosclerosis. In our study, we investigated the effects induced by an infection with Porphyromonas gingivalis, a major periodontal pathogen, and stimulation by its lipopolysaccharide on endothelial cells at the interface between the inner part of arteries and blood flow. We focused on the effects induced on cathepsin B, a protease involved in atherosclerosis and on the activation of inflammasome, an intracellular complex linked to secretion of IL-1beta. Results showed that infection with Porphyromonas gingivalis and stimulation by its lipopolysaccharide increase enzymatic activity of cathepsin B with different kinetics. These modifications are observed without any modifications of RNAm expression and protein concentration. We also showed that infection with Porphyromonas gingivalis increases RNAm expression of NLRP3 but this increase at the RNAm level is not associated with an increase of the protein concentration due to an induced proteolysis. Furthermore, we developed a reliable model of experimental periodontitis that will be used to analyze interactions between periodontitis and systemic diseases in vivo, especially in apolipoprotein-E -/- mice.

L’inflammasome NLRP3 est très impliqué dans de nombreuses pathologies inflammatoires comme la fibrose pulmonaire, la polyarthrite rhumatoïde, la goutte ou la maladie de Crohn. Cette voie de signalisation permet la libération de la cytokine pro-inflammatoire IL-1β après activation par des signaux de danger comme l’ATP ou les cristaux d’acide urique (MSU). L’objectif de cette étude est de mieux comprendre le rôle des récepteurs purinergiques dans l’activation de l’inflammasome NLRP3 dans les macrophages humains. Nous montrons ici que le MSU ou les analogues de l’ATP (ATPγS ou BzATP) induisent la libération d’IL-1β dans des macrophages pré-activés par du LPS. Ces macrophages proviennent de la différenciation de monocytes issus de poches de sang périphérique (buffy coat) obtenues à l’EFS (Rennes). Nous observons que des antagonistes du récepteur purinergique P2X7, des inhibiteurs de la cathepsine B ou de la caspase-1 et des siRNA ciblant les récepteurs P2X7 et P2Y2 sont capables de réduire la libération d’IL-1β par les macrophages activés. De plus, dans cette étude nous mettons en évidence le rôle des récepteurs purinergiques dans la sécrétion d’autres cytokines pro-inflammatoires comme l’IL-1α ou l’IL-6. Ce travail suggère que la voie d’activation de l’inflammasome NLRP3 par les récepteurs purinergiques représente une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement des pathologies inflammatoires. / NLRP3-inflammasome pathway activation appears as the corner stone of manyinflammatory diseases including pulmonary fibrosis, rheumatoid arthritis, gout and Crohn disease. This pathway is known to be activated by danger signals such as ATP or Monosodium urate (MSU) leading to the pro-inflammatory cytokine IL-1β release. The aim of this study is to investigate the role of purinergic receptors in the activation of NLRP3-inflammasome pathway in human macrophages. We found here that MSU or analogs of ATP (ATPγS or BzATP) induced the release of IL-1β from LPS-primed MDM obtained from buffy coat (EFS, Rennes). We observed that purinergic P2X7 receptor antagonists, cathepsin B or caspase-1 inhibitors, siRNA targeting P2Y2R or P2X7R were able to reduce the release of IL-1β from activated macrophages. Furthermore we studied the role of purinergic receptors in pro-inflammatory cytokines release, such as IL-1α or IL-6. This study suggests that P2 receptors-NLRP3 inflammasome pathway represents a novel potential therapeutic target to control inflammation in inflammatory diseases.

Les canaux anioniques ont toujours été sous-estimés par rapport aux canaux cationiques principalement en raison des difficultés à caractériser leurs identités moléculaires et par l'absence d'inhibiteurs sélectifs puissants. C’est une classe comportant une grande hétérogénéité et une importante complexité comprenant entre autres le CFTR activé par l’AMP cyclique, les anoctamines activées par le calcium intracellulaire et les canaux VRAC activés lors d’un gonflement cellulaire. L’identité moléculaire d’une protéine essentielle aux courants ioniques déclenchés par le gonflement cellulaire a été découverte en 2014, permettant de pouvoir enfin investiguer le fonctionnement et le rôle de ces canaux. Dans une première partie, nous avons démontré l’absence de spécificité des inhibiteurs des principaux canaux chlorures. Cette étude met en exergue le besoin de développer de nouveaux inhibiteurs permettant de discriminer les différents canaux chlorures, mais aussi la nécessité de coupler l’approche pharmacologique à une approche génétique. Dans une deuxième partie, nous avons mis en évidence la perméabilité des canaux anioniques sensibles au gonflement cellulaire au glutathion, principal antioxydant cellulaire. Nos résultats suggèrent donc que les canaux VRAC pourraient être impliqués dans la régulation du stress oxydatif. Dans la troisième partie de ma thèse, nous avons montré que le facteur de croissance TGFβ1 stimule l’ouverture des canaux anioniques sensibles au gonflement cellulaire. Cette activation s’accompagne d’une perte de glutathion et d’une accumulation intracellulaire d’espèces réactives de l’oxygène. Cette dernière est à l’origine d’une transition épithélio-mésenchymateuse des cellules rénales. L’inhibition pharmacologique ainsi que la répression génétique des canaux VRAC réduit significativement les effets du TGFβ1. Enfin dans la dernière partie, nous avons caractérisé le rôle des canaux anioniques sensible au gonflement cellulaire dans la sécrétion de facteurs pro-inflammatoires par les macrophages stimulés par un choc hypotonique. En collaboration, nous avons montré que le blocage de la régulation du volume cellulaire, sous le contrôle de ces canaux, entraine une inhibition de l’activation de l’inflammasome et donc de la sécrétion des facteurs pro-inflammatoires. Bien que les mécanismes de signalisation cellulaire restent à déterminer, ces travaux mettent en lumière l’importance des canaux anioniques sensibles au gonflement cellulaire dans la transition épithéliomésenchymateuse et l’inflammasome. Il apparait que ces canaux pourraient être des cibles thérapeutiques prometteuses dans un certain nombre de pathologies et qu’il est primordial de poursuivre les investigations dans ce domaine. / Anion channels have always been underestimated compared to cationic channels mainly because of the difficulty in characterizing their molecular identities and the absence of potent selective inhibitors. It is a class with great heterogeneity and complexity, including CFTR activated by cAMP, anoctamines activated by intracellulaire calcium and VRAC channels activated by cell swelling. The molecular identity of an essential protein to the ionic currents triggered by cell swelling was discovered in 2014, allowing the scientist community to investigate the role of these channels. In a first part, we highlighted the lack of specificity of the inhibitors of different chloride channels. This study shed lights on the need to develop new inhibitors to discriminate the different chloride channels, but also the need to couple the pharmacological approach to a genetic approach. In a second part, we have demonstrated the glutathione permeability of Volume Regulated Anion Channels. Our results therefore suggest that VRAC channels might be involved in the regulation of oxidative stress as glutathione is the main antioxidant within the cell. In the third part of my thesis, we have shown that TGFβ1 growth factor stimulates the opening of Volume Regulated Anion Channels which is correlated with both a loss of glutathione and an intracellular accumulation of reactive oxygen species. The latter is at the origin of an epitheliomesenchymal transition of renal cells. The pharmacological inhibition as well as the genetic repression of the VRAC channels significantly reduces the effects of TGFβ1. Finally, in the last part, we characterized the role of Volume Regulated Anion Channels in the secretion of pro-inflammatory factors by macrophages stimulated by hypotonic shock. In collaboration, we have shown that blocking the regulation of cell volume, under the control of these channels, leads to an inhibition of the inflammasome and therefore of the secretion of pro-inflammatory factors. Although cell signaling mechanisms remain to be determined, this work highlights the importance of VRAC in the epithelial-mesenchymal transition and inflammasome. It appears that these channels could be promising therapeutic targets in a certain number of pathologies and that it is essential to continue the investigations in this field.

Les peptides antimicrobiens (PAMs) cationiques sont des molécules amphipatiques conservées chez une grande diversité d'espèces vivantes. Ils participent ainsi à la défense immunitaire de nombreux organismes incluant les bactéries, les insectes, les plantes et les vertébrés. En plus de leur activité microbicide directe dirigée contre un large spectre de pathogènes, la plupart des PAMs cationiques sont désormais connus pour exercer des fonctions immunomodulatrices sur les réponses innée et adaptative. Notre équipe a récemment découvert et isolé un nouveau PAM à partir du venin de la fourmi Tetramorium bicarinatum, nommé P17. Dans ce travail, nous avons étudié les propriétés immunomodulatrices du P17 sur la réponse immunitaire innée médiée par les macrophages. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à sa capacité à moduler la différenciation de macrophages dérivés de monocytes humains (h-MDM) ainsi que leurs fonctions fongicides associées vis-à-vis d'une levure opportuniste majeure Candida albicans (C. albicans). Nous avons ainsi pu mettre en évidence que le P17 oriente la différenciation des h-MDM vers un phénotype alternatif caractérisé par la surexpression des récepteurs lectine de type C (CLRs) tels que Dectine-1 et le récepteur mannose (MR). De manière intéressante, nous avons mis en évidence que la surexpression de ces deux récepteurs à la surface des h-MDM activés par le P17 nécessite la mobilisation de l'acide arachidonique et la production de leucotriène B4 (LTB4). Nous avons également démontré que ce métabolite de l'AA conduit à l'activation du récepteur nucléaire PPARƴ, facteur clé de l'activation alternative des macrophages et de l'expression des CLRs associée à ce phénotype. Au cours de ce travail, nous avons démontré que les h-MDM polarisés par le P17 présentent une meilleure capacité à éliminer C. albicans. En effet, ces h-MDM activés par le P17 ont une capacité de reconnaissance, par les CLRs Dectine-1 et MR, et de phagocytose de C. albicans augmentée. De plus, l'étude des mécanismes microbicides conduisant à l'élimination de C. albicans révèle que les h-MDM activés par le P17 produisent de fortes quantités d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et d'IL-1ß via l'inflammasome. Ainsi, ce travail met en évidence que l'induction de l'activité fongicide des h-MDM par le P17 est dépendante de l'axe LTB4/ PPARƴ/Dectine-1-MR. Nous avons finalement confirmé ces données in vivo sur un modèle de candidose gastro-intestinale induite chez des souris traitées par voie intra-péritonéale par P17 ou non. Les résultats obtenus ont révélé que les souris traitées par P17 étaient plus résistantes à l'infection gastro-intestinale à C. albicans. La diminution de la charge fongique au niveau du cæcum des souris traitées par le P17 est associée à une meilleure efficacité de leurs macrophages à phagocyter C. albicans, à produire des ROS et à tuer C. albicans. Ainsi, ces résultats identifient le P17 comme un activateur original des propriétés antifongiques des macrophages agissant en aval de la voie permettant l'induction de l'expression des CLRs via PPARƴ. Ces données révèlent pour la première fois l'implication d'un PAM dans le contrôle de la différenciation des macrophages et leurs fonctions microbicides. / Cationic antimicrobial peptides (AMPs) are evolutionary small and amphipatic conserved molecules which are involved in the immune defense of a wide range of organisms, including bacteria, insects, plants and vertebrates. Beside their direct microbicidal activity against pathogens, most of them are known to exert immunomodulatory functions on innate and adaptive immune cells. Here we evaluated the immunomodulatory properties of an original cationic AMP, named P17, discovered and isolated by our team from the ant Tetramorium bicarinatum venom. We have focused on its efficiency to modulate human monocyte-derived macrophages (h-MDM) differentiation and its capacity to provide them an antifungal activity against the main opportunistic yeast Candida albicans (C. albicans). We showed that P17 directed h-MDM polarization toward an alternative phenotype characterized by mannose (MR) and dectin-1 C-type lectin receptors (CLRs) upregulation. Interestingly, we demonstrated that this upregulation of MR and Dectin-1 in P17-treated h-MDM requires AA mobilization and leukotriene B4 (LTB4) synthesis, essential for PPAR activation. We also demonstrated that this AA metabolite led to the PPARƴ nuclear receptor activation which is a key factor of macrophages alternative activation and the associated CLRs expression. In this study, we observed that P17-activated h-MDM exhibited an improved capacity to eliminate C. albicans. Indeed, these P17-polarized macrophages displayed an increased ability to recognize and phacocyte yeasts. Furthermore, the study of microbicidal mechanisms leading to C. albicans clearance revealed that P17-activated h-MDM produced reactive oxygen species (ROS) and inflammasome-dependant IL-1ß in high amounts. These mechanisms induction in P17-polarized h-MDM was dependent on the LTB4/ PPARƴ/Dectin-1-MR axis. Finally, these data were supported by in vivo experiments demonstrating that P17-treated mice infected with C. albicans developed less severe gastrointestinal infection related to a higher efficiency of their macrophages to engulf C. albicans, to produce ROS and to kill yeasts. Altogether, these results identify P17 as an original activator of the fungicidal response of macrophages that acts downstream the pathway leading to CLRs expression through PPARƴ activation.

Francisella tularensis, l'agent de la tularémie, est une bactérie intracellulaire capable d'infecter un grand nombre de cellules dont les macrophages. Le système immunitaire inné cytosolique est capable de détecter la bactérie à différents stades de son cycle d'infection. Dans un premier temps, le macrophage détecte la bactérie cytosolique et produit de l'interféron de type I. Cet interféron induit l'expression de milliers de gènes. Le macrophage est ensuite capable de détecter l'ADN cytosolique de la bactérie via un récepteur spécifique AIM2. La liaison AIM2-ADN entraine la formation d'un complexe multi-protéique appelé inflammasome et se composant de AIM2-ASC-caspase-1. L'activation de ce complexe conduit à la maturation de la caspase-1. Caspase-1 permet la sécrétion de deux cytokines majeures antimicrobiennes : l'IL-1beta et l'IL-18. De plus, caspase-1 induit une mort programmée des cellules infectées appelée pyroptose. La sécrétion de cytokines et la pyroptose sont deux évènements majeurs pour lutter contre les pathogènes. Ma thèse a consisté à identifier le lien entre l'interféron et l'activation de l inflammasome AIM2 dans des macrophages infectés par la bactérie Francisella. En réalisant un crible a l'aide d'ARNs interférents, j'ai découvert que 2 protéines sont impliquées dans l'activation de cet inflammasome, les guanylate binding proteins 2 et 5 (GBP2 et GBP5). En collaboration avec l'équipe du Dr. Broz en Suisse, nous avons démontré que les GBPs étaient impliquées dans le contrôle de la réplication intracellulaire de Francisella et également dans la lyse de la bactérie permettant le relargage d'ADN et l'activation de l'inflammasome AIM2. Les GBPs sont induites par l'interféron de type I mais très majoritairement par l'interféron de type II (IFN- gamma). Nous avons mis en évidence que le contrôle de la réplication bactérienne est GB dépendant et inflammasome-dépendant en absence d'IFN- gamma mais qu'il devient totalement GB dépendant et inflammasome-indépendant dans des macrophages pré-stimulés avec de l'IFN- gamma. De plus, la mort des macrophages pré-stimulés avec de l'IFN- gamma et infectés par Francisella est également GBP-dépendante et inflammasome-indépendante. En prenant en compte tous ces résultats, nous concluons que les GBPs sont des protéines impliquées dans l'immunité des macrophages infectés par Francisella mais qu'elles ont un double rôle : d'une part celui d'induire l'activation de l'inflammasome (la pyroptose) sous le contrôle de l'interféron de type I et d'autre part, d'induire une mort cellulaire et la lyse des bactéries cytosoliques de manière indépendante de l'inflammasome sous le contrôle d'IFN- gamma. Nos résultats placent donc les GBPs comme les effecteurs majeurs de l'immunité cytosolique antibactérienne suite au traitement par l'IFN-gamma / Francisella tularensis is an intracellular bacterium, and the causative agent of tularemia, capable of infecting a large number of cells including macrophages. The innate cytosolic immune system is capable of detecting the bacterium at different stages of its infection cycle. Macrophages first detect the DNA of the cytosolic bacterium and produce type I interferon. Type I interferon subsequently induces the expression of thousands of genes. The macrophages then detect the cytosolic DNA of the bacterium via a cytosolic DNA sensor called AIM2. The AIM2-DNA binding results in the formation of a multi-protein complex called the AIM2 inflammasome composed of AIM2-ASC-caspase-1. Activation of this complex leads to the maturation of caspase-1. Caspase-1 activation leads to the secretion of two major antimicrobial cytokines, IL-1ß and IL-18. In addition, caspase-1 induces a programmed cell death termed pyroptosis. Cytokine secretion and pyroptosis are two major events in the control of pathogens. My PhD focused in identifying the link between interferon and activation of the AIM2 inflammasome in macrophages infected with the pathogenic bacterium Francisella. I performed a RNA interference screening and identified two proteins involved in the activation of the AIM2 inflammasome: guanylate binding proteins 2 and 5 (GBP2 and GBP5). In collaboration with Dr. Broz’s team in Switzerland, we demonstrated that GBPs are involved in the control of intracellular replication of Francisella and also in the lysis of the bacterium allowing the release of bacterial DNA and the activation of inflammasome AIM2. GBPs are induced by type I interferon but to a much greater extent by type II interferon (IFN-gamma). In the second part of my work, we demonstrate that the control of bacterial replication is GBP-dependent and inflammasome-dependent in the absence of IFN-gamma but that it becomes fully GBP-dependent and inflammasome-independent in macrophages primed with IFN-gamma. Cell-death of macrophages primed with IFN-? and infected with Francisella is also GBP-dependent and inflammasome-independent. Taken together, these results demonstrate that GBPs are innate immunity proteins involved in the death of macrophages and the bacterial growth restriction through two differents pathways : one induces the activation of inflammasome (induction of Pyroptosis) controlled with type I interferon signaling and, another induces cell-death and bacterial killing in an inflammasome-independent manner under the control of IFN-gamma. Our results thus discriminates the antimicrobial action of the inflammasome and of GBPs and position GBPs as the master antibacterial effectors of IFN-gamma, a key cytokine to fight cytosolic bacteria

Les inflammasomes sont des complexes protéiques intracellulaires qui ont un rôle majeur dans l'immunité innée. Leur activation conduit à la mort de la cellule dans un contexte hyperinflammatoire. Compte-tenu des effets potentiellement délétères, tissulaires et systémiques, les inflammasomes sont strictement régulés. A l'heure actuelle, la compréhension des mécanismes conduisant à leur activation et leur régulation reste partielle. Dans une première partie de cette thèse, nous avons utilisé une technique de biotinylation proximale (BioID) pour identifier les protéines interagissant avec l'inflammasome. Nous avons identifié 111 protéines dont la relation étroite avec l'inflammasome était vraisemblable. Parmi ces 111 protéines, 25% avaient d'ailleurs déjà été décrites comme des protéines interagissant avec le complexe. L'identification d'un adaptateur majeur de l'autophagie, p62/sequestosome-1 (p62), nous a conduit à focaliser notre attention sur son rôle dans la régulation de l'inflammasome. Nous avons d'abord démontré que l'interaction entre p62 et l'inflammasome existait, sur le plan biochimique. Par la suite, nous avons prouvé que p62 était un substrat du complexe et que l'activation de ce dernier entrainait le clivage de p62 au niveau d'un résidu aspartique en position 329. Enfin, nous avons caractérisé les conséquences fonctionnelles de ce clivage, en montrant que les fragments protéiques générés entrainaient une régulation positive ou négative du complexe. Nous avons alors émis l'hypothèse que p62 pourrait réguler l'inflammasome de manière différente selon le signal activateur. Dans une seconde partie, translationnelle, nous nous sommes intéressés aux conséquences des mutations dans la séquence de gènes codant les constituants de l'inflammasome ou des protéines régulatrices du complexe. Celles-ci sont à l'origine des maladies auto-inflammatoires monogéniques. Ces maladies sont caractérisées par des épisodes récurrents de fièvre associés variablement à d'autres symptômes systémiques. La plus fréquente est la fièvre méditerranéenne familiale (FMF), avec une prévalence estimée entre 1 et 5 pour 10 000 habitants en France. Les mutations du gène MEFV, codant la pyrine, sont à l'origine de la FMF. La pyrine peut induire la formation d'un inflammasome spécifique. Récemment, le mécanisme d'activation de l'inflammasome pyrine a été mieux caractérisé : certaines toxines (comme la toxine B du Clostridium difficile, TcdB) induisent l'activation de l'inflammasome pyrine. Nous avons utilisé ces nouvelles connaissances afin d'explorer les conséquences de l'activation de l'inflammasome pyrine par la TcdB dans les monocytes des patients atteints de FMF, comparés aux monocytes de donneurs sains. Nos résultats indiquent que ces mutations induisent un abaissement du seuil d'activation de l'inflammasome pyrine. Par ailleurs, les corrélations génotype/phénotype indiquent qu'il existe un effet de dosage génétique, en lien avec le nombre d'allèles mutés. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour les patients atteints de FMF, tant dans la compréhension de la physiopathologie que dans la possibilité de mise au point de tests fonctionnels pour le diagnostic de la maladie / Inflammasomes are intracellular multiprotein complexes that have a major role in innate immunity. Their activation leads to hyperinflammatory cell death. In view of potentially deleterious effects, the inflammasomes are strictly regulated. At present, the understanding of the mechanisms leading to their activation and regulation remains partial. In a first part of this thesis, we used a technique of proximity-dependent biotinylation (BioID) to identify the proteins interacting with the inflammasome. We identified 111 proteins with a close relationship to the inflammasome. Among these 111 proteins, 25% had already been described as proteins interacting with the complex. The identification of a major adaptor of autophagy, p62/sequestosome-1 (p62), led us to focus our attention on its role in the regulation of inflammasome. We first demonstrated that the interaction between p62 and inflammasome was real, at the biochemical level. Subsequently, we proved that p62 was a substrate of the complex and that the activation of the latter led to the cleavage of p62 at the aspartate 329. Finally, we characterized the functional consequences of this cleavage and showed that the protein fragments generated led to a positive or negative regulation of the complex. We thus hypothesized that p62 could regulate the inflammasome differently according to the activator signal. In a second translational part, we looked at the consequences of mutations in the sequence of genes coding components of the inflammasome or proteins regulating it. These are the cause of monogenic auto-inflammatory diseases. These diseases are characterized by recurrent episodes of fever associated with other systemic symptoms. The most frequent is Familial Mediterranean Fever (FMF), with prevalence estimated at between 1 and 5 per 10 000 inhabitants, in France. Mutations of the MEFV gene, encoding pyrin, cause FMF. Pyrine may trigger the formation of a specific inflammasome. Recently, the mechanism of activation of the pyrin inflammasome has been better characterized: toxins (such as toxin B of Clostridium difficile, TcdB) induce the activation of the pyrin inflammasome. We used this new knowledge to investigate the consequences of TcdB on pyrin inflammasome activation in monocytes from FMF patients compared to monocytes from healthy donors. Our results indicate that these mutations induce a decreased threshold of activation of the pyrin inflammasome. In addition, genotype / phenotype correlations indicate a gene-dosage effect, related to the number of mutated alleles. These results open new perspectives for patients with FMF, in understanding the pathophysiology of the diseass and in developing functional diagnostic tests

La pandémie de l'obésité entraine une augmentation de la prévalence des maladies chroniques du foie ou stéatopathies métaboliques (NAFLD). Le spectre des NAFLD va de la stéatose caractérisée par une accumulation de lipides dans le foie à la stéatohépatite (NASH) associant une inflammation, de la mort hépatocytaire et de la fibrose. Lors de l'obésité, l'élévation de signaux de dangers métaboliques perturbe les fonctions du réticulum endoplasmique (RE) essentielles pour l’homéostasie cellulaire. Les perturbations sont transmises par 3 senseurs : IRE1α, ATF6 et PERK pour activer une réponse adaptative. Si ce stress est sévère ou devient chronique, la cellule enclenchera une réponse terminale apoptotique. La protéine Bax Inhibitor-1 (BI-1) pourrait jouer un rôle hépatoprotecteur en inhibant l’hyperactivation de la voie de signalisation IRE1α.En combinant des études chez l’homme et dans des modèles animaux, l’objectif de cette étude était de mieux caractériser l'activation chronique du stress du RE dans les NAFLD. Ce travail a émis l’hypothèse qu’une déficience en BI-1 entrainerait l’activation soutenue de la voie IRE1α qui serait responsable de la transition de la stéatose à la NASH. Cette étude s'intéresse au dialogue potentiel entre le stress du RE et l’activation de l'inflammasome NLRP3, qui induit la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, IL-18) grâce aux caspases pro-inflammatoires (caspase-1, caspase-4/11). L’utilisation d’un inhibiteur global du stress du RE ou des inhibiteurs pharmacologiques spécifiques à la voie IRE1α améliorerait les caractéristiques pathophysiologiques de la NASH et pourrait ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Due to the obesity pandemic, the last decades have been marked by a constantly increasing prevalence of Non-Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD). NAFLD covers a spectrum of hepatic disorders ranging from steatosis, characterized by the ectopic accumulation of lipids in the liver, to steatohepatitis (NASH), featuring inflammation, hepatocellular death and fibrosis. During obesity, an increase in metabolic danger signals leads to disrupted endoplasmic reticulum (ER) function, essential for cellular homeostasis. The resulting ER stress activates a signaling network involving three sensors: IRE1α, ATF6 and PERK to enforce adaptive programs. If this stress is severe or becomes chronic, the cell will trigger a terminal apoptotic response. The protein Bax Inhibitor-1 (BI-1), as a negative endogenous regulator of the IRE1α signaling pathway in the liver, may play a hepatoprotective role.By combining data from obese patients with liver complications and experimental approaches in mice, this thesis aimed to better characterize the chronic activation of ER stress in NAFLD pathogenesis. This work also emitted the hypothesis that a deficiency in BI-1 leads to unrestrained IRE1α signaling that may be responsible for the steatosis to NASH transition. This study further investigated the potential dialogue between ER stress and the activation the NLRP3 inflammasome, which induces the secretion of pro-inflammatory cytokines (IL-1β, IL-18) by activating pro-inflammatory caspases (caspase-1, caspase-4/11). The administration of a broad spectrum ER stress inhibitor or specific inhibitors of IRE1α improved the pathophysiological features of NASH and may open novel therapeutic perspectives.

Atherosclerosis is complex inflammatory disease of the arterial wall with progressive accumulation of lipids and narrowing of the vessel. Increasing evidence suggest that inflammation plays an important role in plaque stability and often accelerate cardiovascular events such as myocardial infarction (MI). Among the vast number of inflammatory cytokines, IL-1β is known to be a key modulator in vessel wall inflammation and acceleration of the atherosclerotic process. The biologically active IL-1β is regulated by a multiprotein complex known as the NLRP3 inflammasome complex. In this thesis, we have focused on polymorphisms in the NLRP3 and CARD8 genes and their possible association to atherosclerosis and/or MI. We have also investigated the expression of inflammasome components NLRP3 and CARD8 in atherosclerosis and the role of genetic variants for the expression of these genes. The expression of NLRP3, CARD8, ASC, caspase-1, IL-1β, and IL-18 were found significantly upregulated in atherosclerotic lesions compared to normal arteries. Human carotid plaques not only express the NLRP3 inflammasome, but also release IL-1β upon exposure to lipopolysaccharide (LPS), adenosine triphosphate (ATP) and cholesterol crystals, which suggest NLRP3 inflammasome activation in human atherosclerotic lesions. Also, CARD8 was found to be important in the regulation of several inflammatory markers in endothelial cells, like RANTES, IP10 and ICAM-1. We further assessed the potential association of a CARD8 polymorphism and polymorphisms located downstream of the NLRP3 gene to the risk of MI in two independent Swedish cohorts. The CARD8 variant exhibited no association to risk of MI in either of the two cohorts. Some of the minor alleles of NLRP3 variants were associated with increased IL-1β levels and to NLRP3 mRNA levels in peripheral blood monocytic cells (PBMC). Taken together, the present thesis shows that NLRP3 inflammasome activation and increased expression of CARD8 in the atherosclerotic plaque might be possible contributors to the enhanced inflammatory response and leukocyte infiltration in the pathophysiology of atherosclerosis.

Alzheimer’s disease is a devastating neurodegenerative disorder and the leading cause of dementia. The disease manifests via several pathologies including neuroinflammation, oxidative stress, metal ion dyshomeostasis, and cell death. To address the multifaceted nature of this disorder, the design of several diverse compounds, targeting many pathological effects, was generated. First, a series of compounds based on curcumin and diosgenin were synthesized following the bivalent design strategy. Two compounds were discovered to have neuroprotective ability, anti-oxidative function, and anti-Aß oligomerization (AßO) properties. A second set of molecules was also designed, wherein a hybrid compound strategy was utilized. Three hybrids were to shown to protect MC65 cells from Aß-induced toxicity and to have significant anti-oxidative activity. Mechanistic studies propose that protection is through disruption of interactions between AßOs and partner proteins. Furthermore, one hybrid was also shown to be able to pass the BBB. Lastly, studies of glyburide, an anti-diabetic medication, have shown an off-target anti-inflammatory effect specific for the NLRP3 inflammasome, which has been implicated in AD development. Therefore, a series of glyburide analogs were synthesized and characterized. One analog was able to successfully inhibit the NLRP3 inflammasome and reduce IL-1ß expression without affecting blood glucose. In vivo studies demonstrated an ability to prevent or ameliorate adverse inflammation-related outcomes in murine inflammatory models. Altogether, these investigations have yielded three novel series of compounds, all capable of modifying Alzheimer’s disease pathology. These results warrant future investigations into the development, optimization, and characterization of these analogs as potential treatments for Alzheimer’s disease.

O aumento da concentração sérica de testosterona está associado tanto a fatores de risco cardiovascular, incluindo obesidade abdominal e hipertensão arterial, como diretamente a doenças cardiovasculares (DCVs). Há evidências que a testosterona pode modular, positivamente, componentes envolvidos em processos de oxirredução (redox) e inflamatório, incluindo a geração de espécies reativas de oxigênio (EROs) e produção de citocinas próinflamatórias e anti-inflamatórias. O inflamassoma NLRP3 é um componente do sistema imunológico inato e regulador importante da inflamação crônica. Sua ativação pode ser mediada pelo aumento de EROs, contribuindo para o processo inflamatório presente em diversas DCVs. Considerando que a testosterona representa uma fonte importante na produção de EROs, foi testada a hipótese que níveis suprafisiológicos de testosterona induzem ativação do complexo NLRP3 inflamassoma, com consequente prejuízo da função vascular. Esse estudo avaliou se níveis suprafisiológicos de testosterona são capazes de ativar o inflamassoma NLRP3 e se esta ativação contribui para alterações na reatividade vascular. Nosso estudo demonstrou que níveis supra fisiológicos de testosterona alteraram a função vascular, com participação dos receptores para andrógenos em camundongos C57BL/6J wild type (WT). Estes efeitos da testosterona não foram observados em camundongos WT incubados com MCC950 (inibidor do receptor NLRP3) e knockout NLRP3 (NLRP3- / - ). Além disso, a testosterona aumentou a geração vascular de EROs, determinada pela fluorescência de lucigenina e dihidroetidina. A geração de EROs foi prevenida por cianeto de carbonil mclorofenil hidrazona (CCCP), um desacoplador mitocondrial. A testosterona em níveis suprafisiológicos aumentou a expressão vascular de caspase-1 e interleucina-1? (IL-1?), como determinado por Western Blotting e Elisa, respectivamente. Esses dados sugerem que níveis suprafisiológicos de testosterona induzem disfunção vascular via geração de EROs e ativação do inflamassoma NLRP3 / Increased serum testosterone concentration is associated with both cardiovascular risk factors, including abdominal obesity and hypertension, and cardiovascular disease (CVD). There is evidence that testosterone positively modulates components involved in oxidative and inflammatory processes, including the generation of reactive oxygen species (ROS) and production of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines. NLRP3 inflammasome is a component of the innate immune system and an important modulator of chronic inflammation. NLRP3 activation can be mediated by increased levels of ROS, contributing to chronic inflammation in several CVDs. Considering that testosterone induces ROS production, we tested tested the hypothesis that supraphysiological levels of testosterone activates the NLRP3 inflammasome, with consequent impairment of vascular function. This study evaluated whether supraphysiological levels of testosterone activate NLRP3 inflammasome and whether NLRP3 activation contributes to testosterone-induced vascular dysfunction. Our study demonstrated that supraphysiological levels of testosterone, via activation of androgen receptors, altered vascular function in C57BL/6J wild type (WT) mice. The vascular effects of testosterone were not observed in WT mice incubation with MCC950 (NLRP3 receptor inhibitor) and NLRP3 (NLRP3 - / - ) knockout mice. In addition, testosterone increased vascular generation of ROS, as determined by lucigenin and dihydroetidine the fluorescence. ROS generation was prevented by carbonyl m-chlorophenyl hydrazone cyanide (CCCP), a mitochondrial uncoupler. Testosterone at supraphysiological levels increased the vascular expression of caspase-1 and interleukin-1? (IL-1?), as determined by Western blotting and Elisa, respectively. These data suggest that supraphysiological levels of testosterone induce vascular dysfunction through ROS generation and activation of the NLRP3 inflammasome