Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune caractérisée par la destruction des cellules bêta des îlots de Langerhans du pancréas. Au cours de ce processus auto-immun, des auto-anticorps sont produits contre plusieurs antigènes des cellules bêta, par exemple l'insuline, l'acide glutamique décarboxylase (GAD65), la protéine tyrosine phosphatase (IA-2) et le transporteur de zinc (ZnT8). Au moins un auto-anticorps contre l'un de ces antigènes est présent dans> 95% des personnes atteintes de diabète de type 1 lors de la détection de l'hyperglycémie. Ces auto-anticorps peuvent servir de marqueurs précoces de diabète de type 1, car ils peuvent être présents des années avant l'apparition de la maladie, ce qui permet un diagnostic précoce avant les manifestations cliniques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé, en partenariat avec une équipe de recherche clinique, une série de tests diagnostiques originaux, basée sur la détection précoce des différents auto-anticorps d’îlots de Langerhans à partir d'échantillons de sérum humain. Ces tests de diagnostic comprennent des tests bridging ELISA pour la détection d'auto-anticorps contre l'insuline, IA-2 et GAD65, qui sont rapides, facile à utiliser et n’utilisent pas de radioactivité. De plus, un test immunochromatographique sur bandelette pour la détection des auto-anticorps contre IA-2 a été développé. Le principal avantage des tests bandelettes est sa convivialité : les résultats peuvent être obtenus en 45 min en utilisant de très petits volumes de sérums et sans l'utilisation d’appareils spécialisés. Tous ces tests développés en interne ont été validés avec des échantillons de sérum de patients atteints de diabète de type 1 et de témoins sains et leurs performances ont été comparées avec celles de tests disponibles sur le marché. En outre, nous avons développé un test multiplex pour la détection simultanée de plusieurs auto-anticorps associés au diabète de type 1, ce qui permet de gagner du temps et d’augmenter la valeur diagnostic et prédictive du test par rapport à la détection d’un seul autoanticorps. Ce test multiplex a été validé pour la détection de deux autoanticorps (IA-2A et GADA) et comparé à nos tests ELISA de IA-2A et GADA. / Type 1 diabetes is an autoimmune disease characterized by the destruction of pancreatic beta cells within the islets of Langerhans. In the course of this autoimmune process, autoantibodies are generated against several beta-cell antigens, e.g. insulin, glutamic acid decarboxylase (GAD65), tyrosine phosphatase-like protein (IA-2) and zinc transporter 8 (ZnT8). At least one autoantibody against one of these antigens is present in >95% of individuals with type 1 diabetes upon hyperglycemia detection. These autoantibodies can serve as early markers of type 1 diabetes, since they can be present years before disease onset, allowing for an early diagnosis before clinical manifestations. In the course of this thesis we have developed, in partnership with a clinical research team, a series of original diagnostic tests, based on the early detection of the different anti-Langerhans islet autoantibodies from human serum samples. These diagnostic tests include bridging ELISAs for the detection of autoantibodies to insulin, IA-2 and GAD65, which are rapid, non-radioactive and easy-to-use. Moreover, a lateral flow immunoassay (dipstick) for detection of autoantibodies to IA-2 was developed. The key advantage of lateral flow immunoassay is its user-friendly format: results can be obtained within 45 min using very small volumes of sera and without the use of any specialized apparatus. All these in-house assays were validated with diabetic and healthy human serum samples and the assay performances were compared to commercially available tests on the market. In addition, we have developed a multiplex assay for simultaneous detection of multiple diabetes-associated autoantibodies, which is time-effective and increases the diagnostic and predictive values of the assay, comparing to single autoantibody detection. This multiplex assay was validated for detection of two autoantibodies i.e. IA-2A and GADA and compared to in-house IA-2A and GADA bridging ELISAs.

Au cours de l’ovogenèse, les stades vitellogéniques nécessitent une énergie considérable, et leur formation doit être ajustée en fonction d’autres besoins physiologiques. En utilisant la drosophile comme modèle, j’ai montré que la signalisation Insuline régule une transition du cycle cellulaire, mitose/ endocyle (M/E), une étape critique qui contrôle l’entrée des follicules en vitellogenèse. Mes travaux montrent que la transition M/E porte le rôle d’un point de contrôle nutritionnel. La carence protéique induit un blocage de cette transition au travers d’une interaction entre FoxO, Cut et Notch, empêchant une perte d’énergie. Ce blocage reste réversible, autorisant la reprise de l’ovogenèse sous retour à une alimentation normale. Ce travail montre qu’un point de contrôle nutritionnel au cours de l’ovogenèse permet de coupler des signaux métaboliques et développementaux pour protéger les tissus des dommages liés à la carence. D’autre part, j’ai montré que la signalisation Insuline contrôle la migration d’une cohorte de cellules d’origine épithéliale pour assurer la fertilité de l’ovocyte. L’insuline participe à la formation d’extensions cytoplasmiques riches en actine. Lors de ce processus, la signalisation Insuline contrôle notamment l’expression de chickadee, qui code pour la Profiline, une protéine nécessaire pour la polymérisation de l’actine qui permet la motilité des cellules. L’ensemble de ce travail montre que des tissus somatiques assurent l’homéostasie de l’ovogenèse malgré des conditions de nutritions fluctuantes. Ces travaux posent les bases de l’étude de nouveaux aspects de l’ovogenèse, potentiellement conservés chez les mammifères. / How oogenesis is controlled upon nutrient challenge is a key biological question to understand the balance between reproduction and adult fitness. During Drosophila oogenesis, vitellogenic stages are highly energy consuming so their formation has to be balanced with other physiological needs. We reveal the role of the Insulin pathway and FoxO in regulating the transition from Mitotic-to-Endocycle, a critical step controlling the entry of egg chambers into vitellogenesis. We show that the M/E switch functions as a nutrient checkpoint, blocking the entry into vitellogenesis upon starvation and therefore protecting adults from energy loss. Pausing of the M/E switch involves a previously unknown crosstalk between FoxO, Cut and Notch, a fully reversible process ensuring rapid resuming of oogenesis upon re-feeding. This work reveals a FoxO-dependent nutrient checkpoint integrating metabolic cues with reproduction and protecting tissues from starvation-induced damages. In addition, we show that the Insulin pathway regulates the migration of a subset of epithelial cells to ensure oocyte fertilization. We demonstrate that Insulin signaling regulates the formation of actin-rich cellular extensions in invasive cells. During this process, FoxO represses chickadee expression, which encodes Profilin. Insulin signaling activity leads to the inhibition of FoxO and subsequent Profilin accumulation, which further allows actin polymerization, necessary for cell motility. Altogether, data reveal a crucial role for the conserved Insulin signaling pathway in regulating ovarian follicles through somatic tissues, a process which is likely to share much in common with oogenesis in mammals.

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En raison de leur haute spécificité d’interaction, les protéines thérapeutiques sont de plus en plus utilisées et représentent une part majoritaire du marché pharmaceutique. Néanmoins, ces molécules sont fragiles et leur stabilité est une problématique majeure pour l'industrie pharmaceutique. La dégradation des protéines thérapeutiques peut survenir à chaque étape de leur cycle de vie : production, stockage, transport et administration au patient. Les modifications chimiques, l'exposition à des forces de cisaillement (fort débit fluidique), la température, le pH et les interactions avec les matériaux et/ou les interfaces gazeuses sont autant de facteurs qui peuvent nuire à la stabilité de ces protéines. De plus, l'utilisation croissante de dispositifs médicaux automatisés pour la manipulation et l'injection de protéines thérapeutiques augmente drastiquement le risque de dégradation. Dans cette thèse, nous étudions l’effet et le rôle de la triple interface solide/liquide/air sur l'agrégation des protéines. Ce phénomène se produit fréquemment dans les procédés de manipulation d’une solution de protéines thérapeutiques (cavitation, agitation…). Lors d’un mouillage intermittent, les interfaces air/liquide et liquide/solide se confondent en une seule et même interface appelée triple interface ou ligne triple. La ligne triple est une zone favorisant fortement l'agrégation des protéines. Notre étude, basée sur l’insuline, montre que la ligne triple cause une accumulation progressive de protéines qui déclenche, après une période de nucléation, leur agrégation, précisément à l’endroit de cette ligne triple. Nos résultats démontrent aussi que les forces de cisaillement, seules, n’entrainent pas l’agrégation de l’insuline. De plus, nous observons que la diminution de la tension superficielle (induite par l’ajout de polysorbates) d'une solution de protéines réduit le risque de formation d’agrégats. En conclusion de ce travail, nous proposons des recommandations pour la conception des dispositifs médicaux de préparation et d’administration de protéines thérapeutiques. / Due to the high specificity of their interactions, proteins are increasingly used in therapy and represent a vast majority of the global pharmaceutical market. Nevertheless, these molecules are fragile and therapeutic protein stability is a major concern in pharmaceutical industry. Protein degradation and aggregation can occur at every step during production, storage, transport and delivery. In this thesis, we interrogate the possible role of intermittent wetting in protein aggregation. Intermittent wetting frequently occurs in protocols involving pumping (cavitation), agitation, and liquid handling. During intermittent wetting, the air/liquid and liquid/solid interfaces meet at a triple line or triple interface, which is a local trigger for protein aggregation because it concentrates the mechanical action of the recessing fluid on the surface adsorbed proteins. We study the effect of surface intermittent wetting on insulin aggregation. Our results demonstrate that the triple interface line, where an air/water interface meets a hydrophobic surface, allows progressive protein accumulation, and finally triggers local insulin aggregation. We also show that shear stress, alone, is not detrimental for protein stability. Additionally, Additives such as polysorbates were tested, showing that the modification of the surface tension of a protein solution impacts its ability to form aggregates. Based on this work, we propose recommendations for the design of drug delivery and preparation devices in order to limit the risk of protein aggregation at the triple interface.

Le foie est un organe qui exerce un rôle majeur dans le contrôle de l’homéostasie métabolique et énergétique de l’organisme en maintenant la glycémie à un taux constant. LKB1 est une sérine-thréonine kinase qui joue un rôle clef dans la physiologie cellulaire en couplant le contrôle du métabolisme au statut énergétique de la cellule. A l’aide de modèles murins ayant une délétion de LKB1 dans les hépatocytes adultes, nous avons identifié un rôle complexe pour LKB1 au sein de l’homéostasie énergétique. L’objectif de ma thèse était de caractériser ce phénotype et d’en comprendre les bases physiologiques. Nos résultats montrent une hyperglycémie à jeun chez les animaux mutants, associée à une perte de masse maigre (muscle), une accumulation du glycogène à jeun et une activation constitutive de la voie de l’insuline, qui, à long terme, conduit à une cachexie. Nos résultats suggèrent que Lkb1 hépatique exercerait un dialogue complexe avec la signalisation insuline dans le contrôle de la gluconéogenèse avec une dépendance énergétique aux acides aminés. Nous avons aussi montré qu’il existait un dialogue complexe entre LKB1 et la voie Wnt/β-caténine dans le foie. En effet, les carcinomes hépatocellulaires (CHC) mutés CTNNB1 ont des caractéristiques phénotypiques en termes de polarité et de métabolisme (absence de stéatose). Nous avons émis l’hypothèse que ce phénotype pouvait être secondaire à l’activation du gène suppresseur de tumeurs LKB1. Les mutations CTNNB1 sont en effet capable d’induire l’expression protéique de LKB1 dans les lignées hépatomateuses humaines, et les CHC mutés CTNNB1 présentent une expression protéique accrue de LKB1. De plus, dans deux modèles murins d’invalidation hépatospécifique de Lkb1, LKB1 est apparu comme requis pour l’activation du programme transcriptionnel de β-caténine mais de façon dépendante du stade de développement et du contexte nutritionnel. / The liver plays a major role in the control of both metabolic and energetic homeostasis in the body by maintaining glycemia. LKB1 is a serine-threonine kinase that plays a crucial role in cell physiology by controlling cell metabolism and cell energetic status. Using murine model with LKB1 hepatospecific deletion, we identified a complex role for LKB1 in energy homeostasis. The aim of my thesis was to characterize this phenotype and to understand its physiological basis. Our results show a hyperglycemia at fasted state in mutants animals, associated with a loss of dry mass, a glycogen accumulation and a constitutive activation of insulin signaling, which leads to a cachexia at long term. Our results suggest that hepatic Lkb1 is involved in a cross talk with insulin signaling in the control of neoglucogenesis with amino acid dependence. We also showed a cross talk between LKB1 and Wnt/β-catenin signaling in the liver. Indeed, CTNNB1-mutated hepatocellular carcinoma (HCC) have phenotypic features in terms of polarity and metabolism (lack of lipid accumulation). Our hypothesis is that this phenotype would be secondary to the activation of the tumour suppressor gene LKB1. CTNNB1 mutations induce LKB1 proteic expression in human hepatoma cell lines and CTNNB1-mutated HCC show an increased proteic LKB1 expression. In two murine models of Lkb1 hepatospecific invalidation, LKB1 seems to be necessary for the activation of the β-catenin transcriptional program in a way that is dependent on developpemental state and nutritional context.

Le rat Lou/C ne développe pas d'obésité et est présenté comme un modèle de vieillissement sain. Afin de caractériser la balance énergétique de ces rats, leur adiposité, leur prise alimentaire ainsi que leur dépense énergétique ont été mesurées à 1, 6, 12, 18 et 24 mois en comparaison avec des rats Wistar. Le rôle des monoamines centrales dans la balance énergétique particulière des rats Lou/C a été évalué en mesurant les contenus en monoamines et l'activité des enzymes limitantes de leur synthèse dans les noyaux bulbo-pontiques noradrénergiques, sérotoninergiques et dans les noyaux hypothalamiques. L'activité sympathique a été mesurée dans les tissus périphériques impliqués dans la mise en réserve et la dépense énergétique. Les concentrations plasmatiques de leptine et d'insuline, deux hormones informant les centres de l'état des réserves énergétiques, ont été déterminées au cours du vieillissement chez les deux souches. <br />Le rat Lou/C présente à tous les âges une prise alimentaire inférieure au rat Wistar et une dépense énergétique supérieure à 6 et 12 mois. Les rats Lou/C ont une activité sympathique spécifiquement augmentée dans les tissus adipeux blancs et brun associée à une diminution du profil catécholaminergique central dans certaines structures bulbo-pontiques et dans les noyaux hypothalamiques régulant la balance énergétique. Dès 6 mois, la leptinémie des rats Wistar est supérieure à celle des rats Lou/C. L'insulinémie augmente fortement chez les rats Wistar âgés, alors qu'elle reste stable au cours du vieillissement chez les rats Lou/C. L'absence de résistance à l'insuline chez les rats Lou/C est confirmée par le test euglycémique-hyperinsulinique. <br />Ainsi, le système nerveux sympathique et le contrôle monoaminergique central sont impliquées dans le déterminisme énergétique du rat Lou/C et cette souche est un modèle de vieillissement sain au regard de sa balance énergétique, de son adiposité, de la résistance à la leptine et à l'insuline

Le myélome multiple (MM) est caractérisé par une accumulation de plasmocytes tumoraux dans la moelle osseuse. Les cellules de MM (MMC) présentent de nombreuses anomalies cytogénétiques qui ne sont pas suffisantes pour induire la survie et la croissance de ces cellules qui sont dépendantes de l'environnement médullaire. Ce microenvironnement expriment des molécules d'adhésion et synthétisent des cytokines indispensables à la croissance du clone myélomateux. Dix principales familles de facteurs de croissance sont identifiées dans le MM (MGF) mais leur rôle respectif dans cette pathologie n'est pas établi. Ces facteurs de croissance sont produits soit par l'environnement tumoral ou soit par les cellules elle-même. La multiplicité de ces facteurs de croissance rend difficile la compréhension de la biologie du MM et l'émergence du clone tumoral in vivo. L'étude sur la coopération des 5 MGF les plus documentés nous a permis d'identifier l'IGF-1 comme un facteur de croissance majeur du MM : un inhibiteur d'IGF-1R bloque la croissance de 7/8 lignées de MM (HMCL) et la boucle autocrine de l'IGF-1 essentielle à l'activité de croissance de l'IL-6, d'HB-EGF et d'HGF. De plus, nous avons identifié que la présence d'IGF-1R (présent dans 44% des MMC) était un facteur de mauvais pronostic. L'IL-6 qui est le deuxième MGF majeur induit la croissance de 7/8 lignées. L'IL-6R, exprimé dans toutes les MMC, est aussi un facteur de mauvais pronostic quand il a une fortement exprimé dans les MMC de patients. Par la suite, nous avons étudié l'effet de l'insuline, cytokine de forte homologie avec l'IGF-1. Nous avons montré que l'insuline avait le même effet que l'IGF-1. Son activité nécessite l'activation d'IGF-1R qui est transduit par la présence du récepteur hétérodimère IGF-1R/INSR (hybrid-R) à la surface des MMC. L'insuline ne pouvant pas activer l'homodimère IGF-1R à des concentrations physiologiques, ce qui montre que l'hybrid-R confère à l'insuline la capacité à activer l'IGF-1R donc de devenir un MGF. Un inhibiteur ciblant l'IGF-1R mais également l'Hybrid-R en association avec un anti-IL-6 semblerait donc être un traitement prometteur dans la pathologie du MM pour les 44% des patients exprimant l'IGF-1R.

Die Erkrankung Diabetes mellitus stellt eine wesentliche medizinische und ökonomische Her-ausforderung für das deutsche Gesundheitssystem dar. Weitgehend ungeklärt sind jedoch die Kostenunterschiede alternativer Behandlungsstrategien. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirtschaftlichkeit von Insulin glargin gegenüber relevanten Therapiealternativen bei Patien¬ten mit insulinbehandeltem Typ-2-Diabetes aus der Perspektive der deutschen GKV unter-sucht. Dazu wurden vier pharmakoökonomische Evaluationen mittels Kosten-Minimierungs-Ansatz auf der Basis von Studien- und Routinedaten durchgeführt. Die therapeutische Äqui-valenz der verglichenen Behandlungsverfahren wurde als gesichert vorausgesetzt. In allen vier Wirtschaftlichkeitsanalysen konnte die Kosteneffektivität von Insulin glargin ge-genüber relevanten Komparatoren gezeigt werden. Beim Vergleich der basalunterstützten ora-len Therapie (BOT) mit der prandialen Insulintherapie (SIT) ergaben sich auf Basis der APOLLO-Studie jährliche Pro-Kopf-Einsparungen in Höhe von 722 € zugunsten von Insulin glargin. Geringere Behandlungskosten zeigten sich auch gegenüber Insulin detemir in der BOT auf Basis der Rosenstock-RCT sowie in der Basal-Bolus-Therapie (ICT) auf Basis der Hollander-RCT. Die jährlichen Pro-Kopf-Einsparungen zugunsten von Insulin glargin betru-gen 486 € in der BOT und 684 € in der ICT. Schließlich ergab auch der Behandlungs¬kosten¬vergleich von Insulin glargin mit dem langwirksamen NPH-Insulin auf der Basis ambulanter Routinedaten niedrigere jährliche Behandlungskosten zugunsten von Insulin glargin. Die Ein-sparungen pro Patient und Jahr betrugen 198 € und waren unabhängig vom Behandlungsre-gime (BOT oder ICT). Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unterstreichen den Stellenwert qualitätsgesicherter Wirtschaftlichkeitsanalysen zur rationalen Ressourcenallokation im Rahmen der Insulin¬therapie des Typ-2-Diabetes mellitus.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal