Le psoriasis est une maladie cutanée inflammatoire multifactorielle chronique qui affecte 2 à 3 % de la population mondiale. Le mécanisme d'entrée en jeu de la pathologie est encore inconnu. De même, aucun traitement curatif n'existe sur le marché pharmaceutique menant à un rétablissement complet du phénotype des lésions psoriasiques. Certaines voies signalétiques ont été montrées comme étant dérégulées au niveau des kératinocytes de l'épiderme suite à l'infiltration de cellules immunitaires et de cytokines, mais certaines sont encore peu étudiées. L'objectif de ce projet a été d'étudier les trois principales voies de la famille des MAPKS dans la pathologie du psoriasis, soit ERK1/2, JNK et p38, en les inhibant, afin d'en observer les effets soit sur le modèle de peaux psoriasiques 3D reconstruites par génie tissulaire ou sur un modèle de monocouche. Il a été intéressant d'étudier le mécanisme d'action des inhibiteurs aux niveaux cytosolique et nucléaire, au regard du niveau d'expression de différentes protéines et de différents facteurs de transcription. Celles-ci ont été identifiées comme étant surexprimées chez les patients psoriasiques. Des substituts cutanés sains et psoriasiques ont été préparés selon la méthode d'auto-assemblage en présence de cytokines et de différents traitements visant les voies signalétiques ERK 1/2, JNK et p38. Des monocouches ont été préparées dans le but d'obtenir des extraits nucléaires permettant de déterminer le niveau d'activation de certains facteurs de transcription par retard sur gel (EMSA). Des analyses histologiques et protéiques ont été effectuées sur des substituts lésionnels et sains. Les résultats démontrent que le traitement des substituts avec les différents inhibiteurs tend vers un rétablissement partiel du phénotype des lésions psoriasiques vers un phénotype sain suite à une diminution de l'épaisseur de l'épiderme chez les substituts cutanés psoriasiques. La régulation de l'expression de différents marqueurs de prolifération et de différenciation est également observée. Les inhibiteurs introduits en monocouche montrent un rétablissement de l'expression de certains facteurs de transcription potentiellement impliqués dans le psoriasis. En conclusion, une meilleure compréhension des voies signalétiques affectées dans le psoriasis permettra le développement efficace et plus ciblé des traitements envisagés pour soigner cette pathologie. / Psoriasis is a chronic multifactorial inflammatory skin disease that affects 2-3% of the world's population. The mechanism of the onset of the disease is still unknown. Also, no curative treatment exists on the pharmaceutical market that leads to a complete recovery of the psoriatic lesion phenotype. Some signaling pathways have been shown to be deregulated in epidermal keratinocytes following infiltration of immune cells and cytokines, but many are still poorly studied. The objective of this project was to study the three main pathways of the MAPKS family in psoriasis pathology, ERK1/2, JNK and p38, by inhibiting them, to observe their effects on the 3D psoriatic skin model reconstructed by tissue engineering and on a monolayer model. It was interesting to study the mechanism of action of the inhibitors at the cytosolic and nuclear levels, with regard to the expression level of different proteins and transcription factors. These pathways were identified as being overexpressed in psoriatic patients. Healthy and psoriatic skin substitutes were prepared using the self-assembly method in the presence of cytokines and different treatments targeting the s6 ribosomal kinase (RSK) of the ERK 1/2 pathway kinase, JNK and p38. Monolayers were prepared to obtain nuclear extracts to determine the level of activation of certain transcription factors by gel electrophoretic mobility shift assay (EMSA). Histologic and protein analyses were performed for the study of lesional and healthy substitutes. The results show that treatment of the substitutes with the different inhibitors leads to a tendency of partial recovery of the psoriatic lesion phenotype towards a healthy phenotype following a decrease in epidermal thickness in psoriatic skin substitutes. Variations in the expression of different proliferation and differentiation markers were also observed. Inhibitors introduced in monolayers show a restoration of the expression of some transcription factors potentially involved in psoriasis. In conclusion, a better understanding of the signaling pathways affected in psoriasis will allow for the efficient and more targeted development of treatments envisaged to treat this pathology.

Les filaments intermédiaires (FIs), de concert avec les microfilaments (MFs) et les microtubules (MTs), forment le cytosquelette. Contrairement aux quelques gènes qui codent pour les MFs d’actine et les MTs, exprimés dans toutes les cellules de l’organisme, les protéines des FIs sont codées par un grand nombre de gènes et classées en 6 types, selon la nature du tissu et l’état de différenciation des cellules. Pour leur part, les kératines s’expriment en paire dans les différents épithéliums. Plus précisément, la paire de kératines 8/18 (K8/K18) est présente dans toutes les cellules de l’épithélium simple, avec certaines cellules possédant une seconde paire. En revanche, la paire K8/K18 forme les seuls FIs retrouvés chez les hépatocytes et les cellules d’hépatome, d’où l’intérêt d’utiliser ces deux modèles cellulaires dans des études à visée fonctionnelle. Comme pour tous les autres types de FIs, les FIs K8/K18 contribuent au maintien de l’intégrité des cellules hépatiques. Par ailleurs, l’utilisation de souris transgéniques a permis d’entrevoir un rôle marquant pour ces FIs, en tant que partenaires de plateformes signalétiques chez les cellules épithéliales hépatiques. Le foie exerce un rôle primordial dans la régulation de la glycémie, du fait de sa capacité à stocker et à redistribuer d’importantes quantités de glucose à travers l’organisme, selon les besoins. Cette modulation est finement régulée par l’insuline via l’activation de son récepteur (RI) et de la signalisation qui s’en suit. Des anomalies au niveau de cette régulation conduisent à des maladies métaboliques, particulièrement au niveau du foie. À ce titre, l’accumulation récente de données expérimentales suggère une contribution des FIs K8/K18 dans la modulation du métabolisme du glucose et de la voie RI/PI3K/Akt. Cependant, la relation croisée entre cette paire de FIs, le métabolisme du glucose et cette voie signalétique, de même que les mécanismes moléculaires sous-jacents, demeure énigmatique. Les travaux dévoilés dans cette thèse examinent l’implication des FIs K8/K18 dans la régulation de la voie de signalisation et du trafic vésiculaire du RI chez les cellules hépatiques. L’approche expérimentale s’appuie sur la mise en culture d’hépatocytes ou de cellules d’hépatome dépourvues ou non de FIs K8/K18, en combinaison avec l’utilisation de diverses méthodes biochimiques et d’imagerie cellulaire. Les résultats révèlent pour la première fois, un rôle des FIs K8/K18 dans la signalisation dépendante des phosphoinositides (PIPs) initiée à la membrane plasmique, laquelle se reflète sur l’activation de la voie PI3K/Akt en réponse à l’insuline, et le trafic endosomal du RI via Rab5/EEA1/PI3P, chez des hépatocytes en culture primaire. Par ailleurs, chez les cellules d’hépatome, les résultats montrent une intervention des FIs K8/K18 dans la modulation de la signalisation et du trafic vésiculaire du RI, qui diffère grandement de celle observée chez les hépatocytes. Dans l’ensemble, les résultats démontrent une contribution incontestable des FIs K8/K18 dans la régulation de la voie signalétique de l’insuline chez les cellules hépatiques. / Intermediate filaments (IFs), together with microfilaments (MFs) and microtubules (MTs), form the cytoskeleton. Unlike the few genes that code for actins and tubulins, expressed in all cells in the body, IF proteins are coded by a large number of genes, classified into 6 types, depending on the tissue and cell differentiation status. For their part, keratins are expressed in pairs in the different epithelia. In more specific terms, the keratin pair 8/18 (K8/K18) is present in all simple epithelia, with some cells containing a second pair. In contrast, the K8/K18 pair forms the only IF network found in hepatocytes and hepatoma cells, hence their usefulness as cell models for addressing functional issues. As for all other IF types, K8/K18 IFs contribute to the maintenance of liver cell integrity. In addition, the use of transgenic mice has allowed to foresee a significant role for these IFs, as partners of signaling platforms in hepatic epithelial cells. The liver exerts a key task as regulator of blood glucose level, due to its ability to store and redistribute large amount of glucose throughout the body, as required. This modulation is finely regulated by insulin via the activation of its receptor (IR) and the downstream signaling pathway. Perturbations in this regulation lead to metabolic diseases, particularly in the liver. As such, recent experimental data suggest a contribution of K8/K18 IFs in the modulation of glucose metabolism and IR/PI3K/Akt pathway. However, the interplay between the IF pair, glucose metabolism and the signaling pathway, as well as the underlying molecular mechanisms, remain enigmatic. The work unveiled in this thesis examines the involvement of K8/K18 IFs in the regulation of the IR signaling pathway and vesicular trafficking in liver cells. The experimental approach is based on the use of cultured hepatocytes and hepatoma cells, which may or may not contain K8/K18 IFs, in combination with the use of assorted biochemical and cell imaging assays. The results uncover a role of K8/K18 IFs in the interplay taking place between the phosphoinositide-dependent signaling (PIPs) initiated at the plasma membrane, which reflects itself into the activation of the PI3K/Akt pathway in response to the insulin stimulation of IR, and its endosomal trafficking via Rab5/EEA1/PI3P, in hepatocytes. In comparative terms, the results using hepatoma cells show an intervention of K8/K18 IFs in the modulation of the IR signaling and vesicular trafficking, which differs greatly from the one observed in hepatocytes. Overall, the results demonstrate an indisputable contribution of K8/K18 IFs in the regulation of the insulin signaling pathway in hepatic cells.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 avril 2024) / Dans le cerveau adulte, la voie canonique Wnt est requise pour maintenir les fonctions neurovasculaires, incluant le débit sanguin cérébral (DSC), l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique (BHE), la stabilité vasculaire, l'activité neuronale, et la réponse immunitaire. Les maladies cérébro-vasculaires et les démences, notamment la maladie d'Alzheimer (MA), sont associées à une altération des fonctions neurovasculaires et à une dérégulation de la voie canonique Wnt. Des découvertes récentes suggèrent que des taux élevés de Dickkopf-1 (DKK1), un inhibiteur endogène de la voie canonique Wnt, corrèlent avec un mauvais pronostic chez les patients atteints par un accident vasculaire cérébral (AVC) ou la maladie d'Alzheimer (MA). Toutefois, la dynamique de DKK1 et sa contribution à la pathobiologie des AVC et de la MA, ainsi que son potentiel comme cible thérapeutique, restent méconnue. En utilisant un modèle expérimental d'AVC ischémique chez la souris, nous avons trouvé dans la première étude que DKK1 est *de novo* exprimé dans le cerveau lésé, mais absent dans le tissu sain. En utilisant une approche génétique qui permet une induction conditionnelle de DKK1, combinée au remplacement des cellules de la moelle osseuse, nous avons découvert que les cellules immunitaires seraient à l'origine du DKK1 dans le cerveau lésé. L'expression de DKK1 par des cellules immunitaires dérivées de moelle osseuse est suffisante pour déréguler la voie canonique Wnt au site de la lésion, traduit par une réduction de l'expression de la β-caténine. L'induction de DKK1 avant un AVC aggrave le dysfonctionnement et la perte neuronale, et exacerbe les déficits neurologiques. Ceci est associé à la dérégulation de la perfusion sanguine ainsi que la vascularisation du tissu endommagé, et à la désorganisation de la cicatrice astrogliale. L'induction de DKK1 après un AVC entrave le confinement de la lésion, causant une inflammation chronique. Ceci est associé à une infiltration importante des lymphocytes B et à une émergence des comportements de type anxiogène. La neutralisation pharmacologique de DKK1 limite la progression des dommages cérébraux et améliore la récupération neurologique. Dans la deuxième étude, nous avons souligné une désactivation progressive de la voie canonique Wnt dans le cerveau des patients atteints de la MA, traduite par une réduction de l'expression de la β-caténine. Cette désactivation corrèle avec la durée des symptômes et elle est plus importante chez les patients porteurs de l'apolipoprotéine E4 (ApoE4). En utilisant un modèle expérimental appartenant à la forme tardive de la MA, la souris transgénique APP$_\textup{swe}$/PS1, nous avons démontré que la présence de la protéine DKK1 augmente dans le cerveau en présence de la pathologie amyloïde-β (Aβ), associée à une diminution de l'expression de la β-caténine. L'inhibition pharmacologique de DKK1 restore l'activité de la voie canonique Wnt dans le cerveau et atténue la pathologie Aβ, tout en améliorant la mémoire et l'état de vigilance des animaux. Ceci est accompagné par une amélioration de la vascularisation, de l'intégrité de la BHE et de la plasticité synaptique. L'ensemble de nos résultats a permis d'identifier l'origine de DKK1 dans le cerveau lésé et d'élucider son rôle dans la pathobiologie et la thérapie des maladies cérébro-vasculaires et les démences. / In the adult brain, the canonical Wnt pathway is required to maintain neurovascular functions, including cerebral blood flow (CBF), blood-brain barrier (BBB) integrity, vascular stability, neuronal activity, and immune response. Cerebrovascular disease and dementia, notably Alzheimer's disease (AD), are associated with impaired neurovascular function and deregulation of the canonical Wnt pathway. Recent findings suggest that elevated levels of Dickkopf-1 (DKK1), an endogenous inhibitor of the canonical Wnt pathway, correlate with a poor prognosis in patients suffering of stroke or Alzheimer's disease (AD). However, the dynamics of DKK1 and its contribution to the pathobiology of stroke and AD, as well as its potential as a therapeutic target, remain poorly understood. Using an experimental mouse model of ischemic stroke, we found in the first study that DKK1 is *de novo* expressed in injured brain but absent in healthy tissue. Using a genetic approach that allows conditional induction of DKK1, combined with bone marrow cell replacement, we found that immune cells would be the main source of DKK1 in the injured brain. Expression of DKK1 by bone marrow-derived immune cells is sufficient to deregulate the canonical Wnt pathway at the injury site, translated by reduced β-catenin expression. Pre-stroke induction of DKK1 exacerbates neuronal dysfunction and exacerbates neurological deficits. This is associated with deregulation of blood perfusion and vascularization of damaged tissue, and disorganization of the astroglial scar. DKK1 induction after stroke impaired lesion enclosure, causing chronic inflammation. This is associated with extensive B-cell infiltration and the emergence of anxiety-like behaviors. Pharmacological neutralization of DKK1 limits the progression of brain damage and improves neurological recovery. In the second study, we highlighted a progressive deactivation of the canonical Wnt pathway in the brains of AD patients, reflected by a reduction in β-catenin expression. This deactivation correlates with the duration of symptoms and is higher in patients carrying apolipoprotein E4 (ApoE4). Using an experimental model belonging to the late form of AD in APP$_\textup{swe}$/PS1 transgenic mice, we demonstrated that the presence of DKK1 protein increases in the brain in the presence of amyloid-β (Aβ) pathology, associated with a decrease in β-catenin expression. Pharmacological inhibition of DKK1 restores the activity of the canonical Wnt pathway in the brain and attenuates Aβ pathology, while improving the memory and awareness of the animals. This is accompanied by improvements of vascularization, BBB integrity and synaptic plasticity. Taken together, our findings have identified the origin of DKK1 in the damaged brain and elucidated its role in the pathobiology and therapy of cerebrovascular disease and dementia.

La plupart des mutations qui ont lieu sur la séquence protéique de FUS et qui lie la protéine à la SLA se trouvent dans le signal de localisation nucléaire (NLS), ce qui rend la protéine anormalement abondante dans le cytoplasme. Combiné à d'autres observations, il est suggéré qu'un gain de fonction toxique de FUS dans le cytoplasme serait à l'origine de la neurodégénérescence. Alors que FUS est principalement une protéine nucléaire impliquée dans les processus de transcriptions, il possède également plusieurs fonctions cytoplasmiques. FUS est impliqué dans l'activité traductionnelle. Son rôle dans la traduction n'est pas encore entièrement compris. Il a été rapporté que FUS à la capacité de se lier au polyribosome pour avoir une action répressive sur la synthèse des protéines. La voie de signalisation mTOR impacte l'association de FUS avec les polyribosomes dans des cellules HEK293T. La SLA étant une maladie qui impacte les neurones du système nerveux central, nous voulons savoir si FUS y sera régulé par cette voie de signalisation. Les modifications post-traductionnelles (PTM) sont connues pour être impliquées dans l'interaction entre les protéines. L'une des hypothèses est que les PTMs et interactions protéines-protéines sont impliqués dans l'association entre FUS et les polyribosomes. Ainsi, l'objectif de mon étude est de déterminer comment la répression de l'activité traductionnelle par les FUS est régulée en étudiant les PTMs, les protéines et les voies de signalisation provoquant l'association de FUS aux polyribosomes. Mes résultats ont montré que la statut phosphorylation de FUS est impliquée dans sa localisation cytoplasmique et est en corrélation avec l'inhibition de la synthèse protéique. De plus, la voie de signalisation mTOR joue un rôle dans la localisation cytoplasmique de FUS en corrélation avec l'inhibition de la synthèse des protéines montrant le rôle de mTOR sur la modulation de FUS face à l'inhibition traductionnelle. De plus, mes résultats ont montré que le rôle de FUS dans la régulation de la traduction dans les régions éloignées telles que les synapses est influencée par la voie de signalisation mTOR. Par conséquent, des composants protéiques de mTOR serait impliqué dans l'association de FUS et son rôle d'inhibiteur traductionnel. / Most of the mutations that take place on the protein sequence of FUS that links the protein to ALS are in the nuclear localization signal (NLS), which makes the protein abnormally abundant in the cytoplasm. Combined with other observations, it is suggested that a toxic gain-of-function of FUS in the cytoplasm is the cause of neurodegeneration. While FUS is primarily a nuclear protein involved in transcription processes, it also has several cytoplasmic functions. FUS is involved in translational regulation. Its role in translation is not yet fully understood. FUS has been reported to have the ability to bind to the polyribosome to have a repressive action on protein synthesis. The mTOR signaling pathway impacts the association of FUS with polyribosomes in HEK293T cells. Since ALS is a disease that impacts the neurons of the central nervous system, we want to know if FUS will be regulated by thissignaling pathway. Post-translational modifications (PTMs) are known to be involved in the interaction between proteins. One of the hypotheses is that PTMs and protein-protein interactions are coordinating the association between FUS and polyribosomes. Thus, the objective of my study is to determine how the repression of translational activity by FUS is regulated by studying the PTMs, FUS protein interactions and signaling pathways causing the association of FUS with polyribosomes. My results showed that the phosphorylation status of FUS is involved in its cytoplasmic localization. Moreover, the cytoplasmic localization of FUS correlates with inhibition of protein synthesis. Moreover, the mTOR signaling pathway plays a role in the cytoplasmic localization of FUS correlating with the inhibition of protein synthesis showing the role of mTOR on the modulation of FUS to translational inhibition. Furthermore, my results showed that the role of FUS in regulating translation in remote regions such as the synapse is influenced by the mTOR signaling pathway.

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

Les récepteurs NMDA sont essentiels à la fonction synaptique. Ils activent diverses cascades de signalisation, dont celle de la calpaïne. Cette protéase peut cliver la sous-unité GluN2B du récepteur NMDA (rNMDA), mais les conséquences d'une telle coupure ne sont pas encore connues. L'objectif de cette étude est de détecter le fragment C-terminal ainsi généré par la calpaϊne et d'étudier ses possibles interactions avec d'autres protéines, telles que la CaMKII, et, par le fait même, son rôle dans la modulation de cascades de signalisation impliquées dans la fonction synaptique. J'ai donc procédé à des études biochimiques par Western Blot sur différentes fractions (nucléaire, cytosolique, densité post-synaptique (PSD), non-PSD) de neurones corticaux en culture âgée de 12 à 15 jours et j'ai observé le clivage de la sous-unité GluN2B en appliquant une stimulation excitotoxique composée de 100µM de glutamate et 10 µM de glycine, qui est reconnue pour activer tous les récepteurs NMDA (synaptique et extrasynaptique) (Papouin et al., 2012). Cette stimulation a généré un fragment de 60 kDa dans la fraction PSD spécifique à la sous-unité GluN2B. J'ai également démontré, par des expériences d'immunoprécipitation, l'interaction de ce fragment C-terminal avec la CaMKII et la PSD95, ce qui n'a jamais été dévoilé par le passé. Enfin, ce fragment pourrait possiblement être en mesure de maintenir l'activité de la CaMKII lors des processus d'excitotoxicité, ce qui engendrerait la mort neuronale et plusieurs pathologies. / NMDA receptors are essential for synaptic function. They activate various signaling cascades, including that of calpain. This protease can cleave the C-terminal tail of the GluN2B subunit of the NMDA receptor (NMDAr), but the consequences of this cleavage, in neuronal functions, is not yet known. The objective of this study is to detect the C-terminal fragment induced by calpain and to study its possible interactions with other proteins, such as CaMKII, and also, its role in the modulation of signaling cascades involved in synaptic function. I therefore performed biochemical studies by Western blot on different fractions (nuclear, cytosolic, postsynaptic density (PSD), non-PSD) of cortical neurons in culture aged 12 to 15 days and observed the cleavage of the GluN2B subunit by applying an excitotoxic stimulation composed of 100 μM glutamate and 10 μM glycine, which is known to activate all NMDA receptors (synaptic and extrasynaptic) (Papouin et al., 2012). This stimulation generated a fragment at 60 kDa in the PSD fraction specific to the GluN2B subunit. I have also demonstrated, through immunoprecipitation experiments, the interactions of this C-terminal fragment with CaMKII and PSD95, which has never been observed in the past. Finally, this fragment could possibly be able to maintain the activity of CaMKII during the excitotoxicity processes and to induce the neuronal death and several pathologies.

Des conditions hypoxiques surviennent lors de situations environnementales et physiologiques spécifiques, ainsi que dans le contexte de diverses pathologies. En raison de la place cruciale de l’oxygène dans les fonctions biologiques vitales, des mécanismes complexes ont évolué afin d’assurer une adaptation cellulaire adéquate à tout stress hypoxique. Cette adaptation est induite par une réponse transcriptionnelle rapide et hautement contrôlée. L’étude des mécanismes impliqués dans cette réponse est essentielle à la compréhension de ses conséquences, notamment dans le cadre de pathologies associées à des conditions hypoxiques, tel que la progression tumorale. Les facteurs de transcription induits par l’hypoxie (HIF ; hypoxia-inducible factors) sont les médiateurs centraux et essentiels à la réponse transcriptionnelle adaptative à l’hypoxie. Ils sont responsables de l’induction de nombreux gènes régulant les processus physiologiques, cellulaires et moléculaires nécessaires à cette adaptation. HIF-1 et HIF-2 sont les principaux membres de cette famille de facteurs de transcription, partageant des fonctions communes, distinctes et complémentaires. Leur activité dépend de leur sous-unité HIF-α respective, HIF-1α et HIF-2α. Divers mécanismes convergent afin d’assurer une modulation précise des HIF-α en fonction du niveau d’hypoxie et du contexte cellulaire. Ceci implique autant des mécanismes inducteurs que répresseurs, intervenant de manière coordonnée. L’étude de ces mécanismes est donc d’un intérêt considérable pour la compréhension de l’adaptation cellulaire en conditions hypoxiques. Des évidences suggèrent un rôle de la méthylation d’arginines dans la réponse cellulaire à l’hypoxie. Ainsi, cette thèse se penche sur l’implication de l’arginine méthyltransférase PRMT1 dans la régulation des HIF-α. Nous caractérisons PRMT1 en tant que nouveau répresseur de la transcription des gènes HIF1A et HIF2A. Cette répression résulte de l’inhibition des facteurs de transcription Sp1/3, des régulateurs connus de ces gènes. L’étude du mécanisme impliqué nous permet alors de décrire un nouveau rôle de PRMT1 dans la cascade de signalisation ERK. En effet, nous montrons que PRMT1 interagit avec la GEF DOCK6, réprimant ainsi l’activation des kinases ERK1/2 en aval. Ceci a pour conséquence de réduire la phosphorylation et l’activité de Sp1/3. Finalement, nous révélons une dynamique hypoxique intéressante, où une répression temporellement distincte de HIF1A et HIF2A par PRMT1 survient en hypoxie. Ainsi, cette thèse met en lumière un nouveau mécanisme de régulation des HIF-α et souligne l’importance de la répression de leur transcription dans l’adaptation cellulaire à l’hypoxie. Cette thèse contribue ainsi aux connaissances sur le contexte hautement dynamique et complexe de la régulation des facteurs de transcription HIF, des médiateurs essentiels de l’homéostasie cellulaire. / Hypoxic conditions occur under specific environmental et physiological situations, as well as in different pathological contexts. Due to the crucial requirement of oxygen for vital biological functions, complex mechanisms have evolved to ensure adequate cellular adaptation to hypoxic stress. Such adaptation is induced by a rapid and highly controlled transcriptional response. The study of this response is essential for the comprehension of its consequences, particularly in the context of pathologies associated with hypoxic conditions, such as tumor progression. Hypoxia-inducible factors (HIFs), are central and essential mediators of the adaptive transcriptional response to hypoxic stress. They are responsible for the induction of numerous genes regulating the physiological, cellular and molecular processes necessary for this adaptation. HIF-1 and HIF-2 are the main members of this family of transcription factors and share common, as well as distinct and complementary, fonctions. Their activities are dependent on their respective HIF-α subunits, HIF-1α and HIF-2α. Diverse mechanisms converge in order to allow precise modulation of HIF-α subunits in accordance to hypoxic and cellular contexts. This implicates positive as well as negative regulators, acting in a coordinated fashion. The study of these mechanisms is of considerable interest for the comprehension of cellular adaptation to hypoxia. Studies suggest a role for arginine methylation in the hypoxic stress reponse. Therefore, this thesis aims at evaluating the role of the protein arginine methyltransferase PRMT1 in HIF-α regulation. We characterize PRMT1 as a novel repressor of HIF1A and HIF2A gene transcription. This repression is caused by the inhibition of Sp1/3 transcription factors, known HIF1A and HIF2A gene regulators. The investigation of the underlining mechanism allowed us to describe a new role for PRMT1 in the ERK signaling cascade. Indeed, we demonstrate that PRMT1 interacts with the Rho GEF DOCK6, repressing downstream ERK1/2 kinases. This results in reduced Sp1/3 phosphorylation and activity. Finally, we reveal an interesting hypoxia-related dynamic, where a distinct temporal repression of HIF1A and HIF2A occurs under hypoxic conditions. This thesis higlights a new regulatory mechanism of HIF-α subunits and underlines the importance of their transcriptional repression in cellular adaptation to hypoxia. This thesis therefore contributes to the knowlegde surrounding the highly dynamic and complex regulation of HIF transcription factors, essential mediators of cellular homeostasis.

Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Carthage, Tunis, Tunisie » / Depuis des décennies, l'hormone synthétisée et sécrétée naturellement par la glande pinéale appelée « mélatonine » a fait son entrée dans le monde scientifique. Les études ont montré que le rythme de sécrétion de la mélatonine dépend de la photopériode, cette dernière étant influencée par la saison. Chez les petits ruminants, la mise en veilleuse de la fonction de reproduction pour une période de l'année est désignée par la reproduction saisonnée. L'information photopériodique est traduite en termes de variation de la durée de sécrétion de la mélatonine. Chez l'espèce ovine, des études ont montré que la mélatonine régule indirectement l'axe gonadotrope en modulant la sécrétion de GnRH. Cette modulation se fait à travers les récepteurs spécifiques à la mélatonine MT1 et MT2. Cependant, il existe des variations considérables dans la densité et l'emplacement de l'expression des récepteurs de la mélatonine entre les espèces. Chez les animaux saisonniers, la mélatonine est impliquée dans la fonction ovarienne en activant des récepteurs multiples et des voies de signalisation de différents types de cellules cibles, en particulier les cellules de la thèque et de granulosa. La confirmation de la présence de cette hormone avec des quantités plus élevées au niveau du liquide folliculaire que dans le plasma a encouragé les chercheurs à tester son rôle spécifiquement au niveau du follicule ovarien. Dans un premier temps, cette thèse s'intéresse à comprendre l'effet de la mélatonine sur une culture de cellules de granulosa à travers une prédiction des principales voies de signalisation impliquées par la mélatonine dans la manipulation des signaux métaboliques au sein des follicules ovariens au stade antrale. L'objectif étant d'étudier la réponse folliculaire à la mélatonine au niveau de l'expression des gènes en utilisant l'outil de séquençage à haut débit. Nous avons constaté une image transcriptomique différente pour la culture des cellules de granulosa traitées avec de la mélatonine comparée à la culture non traitée. De plus, l'analyse des gènes différentiellement exprimés et des principales voies biologiques y étant associée nous ont démontré que cette hormone agit à travers la voie PKB/mTOR pour reprogrammer le métabolisme des cellules de granulosa afin de maintenir une lente croissance et différenciation ainsi que de prévenir l'atrésie folliculaire. Dans un second temps, cette thèse s'intéresse à la caractérisation des voies de signalisation activées, via les récepteurs spécifiques MT1 et MT2, dans la médiation de l'effet de la mélatonine au niveau des cellules de granulosa humaines. En utilisant des agonistes et des antagonistes spécifiques aux deux récepteurs, cette étude a permis de mettre en évidence un rôle clair du récepteur MT1 dans la médiation de l'effet antiproliférative de la mélatonine, via la voie PKB. Dans un troisième temps, cette thèse s'intéresse aussi à comprendre l'effet de la mélatonine à travers son récepteur MT1 sur le cycle reproductif chez les petits ruminants. Cette étude consiste à établir le lien entre les polymorphismes existants au niveau du récepteur MT1 et la saisonnalité de reproduction chez 77 brebis de deux races ovines locales en Tunisie, la Barbarine (B) et la Queue Fine de l'Ouest (QFO). Cette étude nous a permis de trouver certaines mutations au niveau du gène de récepteur à la mélatonine MT1 chez ces brebis, spécifiquement les SNPs liés au caractère saisonnier de la reproduction chez d'autres races ovines dans le monde. Les analyses statistiques nous ont prouvé que les brebis de la race B de génotype G/G et G/A qui sont les moins sensibles à la photopériode et répondent rapidement à l'effet bélier que les brebis de génotype A/A, ce qui nous laisse conclure que les brebis de la race (B) ont un anœstrus moins profond que les brebis de la race QFO. Globalement, les résultats de ces études suggèrent un aperçu global de l'action de la mélatonine au niveau des cellules de granulosa humaine tout en améliorant les connaissances sur le rôle de ses récepteurs spécifiques MT1 et MT2 ainsi que les principaux réseaux de signalisation impliqués à la suite de leur activation. Cette thèse permet de mettre en lumière les différents polymorphismes au niveau du gène de récepteur MT1 chez deux races ovines et révèle également une certaine sensibilité d'une race plus que l'autre à la photopériode. Ces résultats servent à optimiser les programmes d'amélioration génétique de reproduction et à éclaircir la réponse génomique des cellules de la granulosa humaine sur l'échelle transcriptomique. / For decades, the hormone synthesized and secreted naturally by the pineal gland called melatonin has entered the scientific world. This sleep hormone, which was discovered in 1960, has attracted the attention of researchers who have begun to explore more and more about its effects on animals. Studies have shown that the melatonin secretion rate depends on the photoperiod, which is influenced by the season. In nature, the seasonal variation in climate and food availability are important parameters in which, different animal species must adapt to survive well. In small ruminants, the dormancy of the reproductive function for a period of the year is referred to as the seasonal breeding. The photoperiod information is translated in terms of variation during the secretion of melatonin. In sheep, melatonin indirectly regulates the gonadotropic axis by modulating GnRH secretion. This modulation is done through melatonin-specific receptors MT1 and MT2. However, there are considerable variations in the density and location of melatonin receptor expression among species. In seasonal animals, melatonin is involved in ovarian function by activating multiple receptors and signaling pathways of different types of target cells, especially theca and granulosa cells. Confirmation of the higher amount of this hormone in the follicular fluid than in the plasma encouraged the researchers to test its role specifically on the ovarian follicle. First, this thesis is interested in understanding the effect of melatonin on a culture of human granulosa cells. It is also intended to predict the main signaling pathways involved with melatonin in the manipulation of metabolic signals within the antral ovarian follicles. The objective of this study is to understand the follicular response to melatonin in terms of gene expression and epigenetic adaptation while using the high-throughput sequencing tool. This relatively simple system could allow exploring the molecular mechanism that acts across generations, it allows the production of a global image of the activated pathways in the presence of melatonin. The foundation of different transcriptomic images for the culture of granulosa cells treated with melatonin than untreated culture. In addition, the analysis of differentially expressed genes and the main biological pathways associated with them showed that this hormone may act through the PKB/mTOR pathway to reprogram granulosa cell metabolism to maintain slow growth and differentiation as well as prevent follicular atresia. In the second stage, this thesis focuses on the characterization of activated signaling pathways, via specific receptors MT1 and MT2, in the mediation of the effect of melatonin in human granulosa cells. The aim was to identify which receptor is most involved in the effect of melatonin using specific agonists and antagonists to the two receptors. This study demonstrated a clear role of the MT1 receptor in mediating the antiproliferative effect of melatonin via PKB pathway by reprogramming the metabolism of human granulosa cells. To understand the effect of melatonin through its MT1 receptor on the reproductive cycle in small ruminants, the third chapter consists in establishing the link between the existing polymorphisms on MT1 receptor gene and the seasonal reproduction of 77 ewes of two local sheep breeds in Tunisia, the Barbarine and the Queue Fine de l'Ouest (QFO). This study allowed us to find certain mutations in the MT1 melatonin receptor gene in ewes of both breeds, specifically, SNPs related to the seasonality of reproduction in other sheep breeds worldwide. Statistical analyses have shown us that the Barbarine ewes with G/G and G/A genotypes are less sensitive to the photoperiod and spread rapidly to the ram effect than ewes with A/A genotype. This leads us to conclude that the Barbarine breed showed to be ready to resume reproductive activity earlier than the QFO ewes at the ram introduction. Overall, the results of these studies suggest a global overview of the melatonin action on human granulosa cells while improving our knowledge on the role of its specific MT1 and MT2 receptors as well as the main signaling networks involved following their activation. This thesis allows us to highlight the different polymorphisms at the level of the MT1 receptor gene in two Tunisian sheep breeds and reveals a certain sensitivity of one breed more than the other to the photoperiod. These results serve to optimize genetic breeding improvement programs and to clarify the genomic response of human granulosa cells on the transcriptomic scale.

La réponse cellulaire aux stimuli extracellulaires est souvent médiée par des voies de signalisation qui agissent en aval des récepteurs transmembranaires, comme les récepteurs tyrosine kinases (RTK). Avec quatorze membres, la famille des récepteurs Eph représente la plus grande famille de RTK chez l'humain. Contrairement aux autres RTK, les ligands des récepteurs Eph, les éphrines, sont des protéines associées à la membrane cellulaire. La signalisation Eph-éprhines est donc principalement impliquée dans des événements de communication qui impliquent des contacts cellule-cellule comme la migration cellulaire, la répulsion et l'adhésion cellule-cellule. Ces événements sont cruciaux pour certains processus biologiques tels le guidage axonal et l'organisation tissulaire dans l'organisme en développement et chez l'adulte. Les récepteurs Eph sont fréquemment surexprimés ou dérégulés dans divers cancers, en particulier dans les plus agressifs et mortels. Récemment, la signalisation Eph-éphrines est devenue une nouvelle cible émergente pour le traitement du cancer. Bien que les fonctions biologiques des récepteurs Eph aient été largement étudiées, notre compréhension des mécanismes moléculaires grâce auxquels les récepteurs Eph régulent des phénotypes cellulaires précis demeure incomplète. Pour mieux comprendre le système de signalisation impliquant les Eph, mes travaux ont porté sur l'identification de nouvelles protéines effectrices en aval des récepteurs Eph et sur l'étude de leurs implications dans les fonctions régulées par les récepteurs Eph. Pour mieux comprendre les complexes de signalisation associés aux récepteurs Eph dans des conditions natives, j'ai appliqué une approche basée sur la spectrométrie de masse (MS), le marquage de proximité BioID. Cela m'a permis de surmonter les limites de l'utilisation d'approches conventionnelles de purification par affinité pour cartographier les interactions protéine-protéine liées aux récepteurs transmembranaires. J'ai obtenu un réseau de signalisation dépendant des récepteurs EphA4, - B2, -B3 et -B4, qui comprend 395 protéines, dont la plupart n'avaient jamais été liées à la signalisation Eph-dépendante. Pour tester la pertinence biologique des partenaires identifiés, j'ai examiné la contribution de 17 candidats en utilisant une approche de perte de fonction dans une expérience de tri cellulaire dépendante des récepteurs Eph. J'ai pu montrer que la déplétion de quelques candidats, incluant la protéine Par3, bloque le tri des cellules. En utilisant la purification par affinité combinée à la MS, j'ai aussi identifié un complexe de signalisation impliquant la kinase C-terminal SRC (CSK), dont le recrutement aux complexes Par3 dépend des signaux des récepteurs Eph. Pour mieux comprendre les interactions protéiques suivant la liaison Eph-éphrine, j'ai effectué des expériences de TurboID. Ces études m'ont permis d'identifier des complexes protéiques associés au récepteur EphA4 lorsqu'il est lié à l'éphrine-B2. J'ai également étudié les interactions protéine-protéine dépendantes de la liaison du récepteur EphB2 aux éphrines-B1 et -B2. Pour explorer si l'interaction d'EphB2 avec ces deux ligands peut mener à une réponse de signalisation inverse différente, j'ai identifié les partenaires de des ephrin-B1/-B2 lorsque stimulés par EphB2. Enfin, j'ai cartographié les réseaux de signalisation dépendants des récepteurs EphA4 et EphB2 sauvages ou kinase-inactifs, ce qui m'a permis de conclure que la perte de leur activité catalytique a conduit à des changements majeurs dans les interactomes dépendants de ces récepteurs. L'ensemble de mes résultats a permis de mieux définir les complexes protéiques dépendants des récepteurs Eph. Mes études ont mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents aux récepteurs Eph et de leur contribution dans le processus de délimitation des tissus, un processus souvent perturbé dans des maladies comme le cancer. / The cellular response to extracellular stimuli is often mediated by signaling pathways that act downstream of transmembrane receptors, such as receptor tyrosine kinases (RTKs). With fourteen members, the Eph family of RTKs is the largest in humans. In contrast to other RTKs, Eph receptor cognate ligands, ephrins, are tethered to the cell surface. This results in Eph receptor-ephrin signaling being mainly involved in short-range cell-cell communication events that regulate cell migration, repulsion and cell-cell adhesion. These events are crucial in biological processes such as axon guidance and tissue boundary formation in the developing and adult organisms. Eph receptors are frequently overexpressed or deregulated in a variety of human tumors, especially in the more aggressive and lethal ones. In recent years, the Eph-ephrin signaling system became an emerging new target for cancer treatment. Although a plethora of Eph receptor biological functions have been extensively studied, we still have a vague idea on the molecular mechanisms of Eph receptor signal transduction, underlying how Eph receptors regulate precise cellular phenotypes. To better understand the Eph receptor signaling system, my studies focused on the identification of novel Eph receptor downstream effector proteins and the determination of their requirement for Eph receptor-regulated functions. To unravel Eph receptor-associated signaling complexes under native conditions, I applied a mass spectrometry (MS)-based approach, namely BioID proximity labeling. This allowed me to overcome the limitations of conventional affinity purification approaches for mapping protein-protein interactions of transmembrane receptors. I obtained a composite signaling network from EphA4, -B2, -B3 and -B4 receptors that comprises 395 proteins, most of which not previously linked to Eph signaling. To test the biological relevance of the identified Eph receptor proximity interactors, I examined the contribution of 17 candidates using a loss-of-function approach in an Eph receptor-dependent cell sorting assay. I showed that depletion of a few candidates, including the signaling scaffold Par3, blocks Eph receptordependent cell sorting. Using affinity purification combined with MS, I further delineated a signaling complex involving C-terminal SRC kinase (CSK), whose recruitment to Par3 complexes is dependent on Eph receptor signals. To further elucidate Eph receptor-centric signaling complexes that are formed upon ephrin binding and are affected by Eph receptor catalytic activity I performed TurboID experiments. I systematically mapped ligand stimulation-dependent signaling networks downstream of EphA4 and EphB2 receptors. I dissected the impact of ephrin-B2 stimulation on the formation of EphA4- nucleated proximal protein complexes. Moreover, I showed the differential recruitment of EphB2 partners upon receptor binding to the same subclass of ligands, ephrin-B1 and ephrin-B2. To explore whether the EphB2 interactions with these two ephrin-B ligands elicit different reverse signaling responses, I delineated ephrin-B1/-B2 proximity partners recruited upon EphB2 stimulation. I also determined that the kinase domain of EphA4/-B2 plays a major role in determining the composition of signaling networks around the receptors, as a loss of catalytic activity led to a drastic decrease in a number of interactors with the receptors. Collectively, my definition of Eph receptor signaling networks sheds light on physiologically relevant Eph receptor-centered protein complexes that occur in living cells. These studies will lead to a better understanding of the mechanisms by which Eph receptors transmit signals at the membrane and give insight into how Eph receptor-mediated signaling pathways contribute to boundary formation, a process often disrupted in diseases like cancer.

À l’heure actuelle, il est estimé qu’une personne sur quatre souffrira personnellement d’un trouble de santé mentale au cours de sa vie. Les traitements existants agissent sur les voies de signalisation des monoamines telles que la dopamine et la sérotonine et ce, à différents niveaux. Les voies de signalisation ainsi ciblées détiennent comme point commun leur capacité à moduler la glycogène synthase kinase 3 (GSK3). Cette kinase est aussi bien associée au mode d’action des composés pharmacologiques qu’à l’étiologie même des maladies mentales. Cependant, même si des mécanismes régulateurs de cette kinase et des cibles sont connus, de nombreuses zones de méconnaissance persistent. Parmi les points nécessitant un aprofondissement des connaissances, nous avons ciblés trois pistes d'étude. Dans un premier temps, nous avons voulu investiguer plus en détail la modulation de GSK3 dépendante de la voie des inositols phosphates. Nous avons alors cherché à répondre a deux questions ; Est-ce qu'une modulation directe de GSK3 est observée? Est ce que cette modulation reproduit les paradigmes comportementaux de l'inhibition de GSK3? Cette étude nous a alors permis de mettre en évidence une interaction directe entre GSK3 et l'IP6K1 dans des modèles cellulaires et animaux. De plus, dans le contexte d'animaux IP6K1-KO, la modulation de GSK3 dépendante de la voie des inositols semble reproduire des effets comportementaux associés classiquement à l'inhibition de GSK3, à savoir une diminution de la locomotion et de la sociabilité. Dans une seconde étude, nous avons cherché à entrevoir si une dépendance régionale de l'inhibition de GSK3β était associable avec des modulations de comportements spécifiques. Nous avons donc utilisé un modèle murin FloxGSK3β /CamKIIcre caractérisé comme modèle de délétion totale postnatale de cette isoforme dans le cerveau antérieur (cortex et CA1). L'analyse histologique des cerveaux de ces animaux nous a permis dans un premier de valider le modèle choisi. Par la suite, l'analyse comportementale de ces animaux nous a révélée que la modulation des comportements locomoteurs et pseudo-dépressifs étaient indépendants de l'expression de GSK3β au niveau du cerveau antérieur, par opposition à la modulation des comportements anxieux et sociaux. De plus, la modulation de la résilience dépendante de GSK3β pourraient détenir une composante corticale mais des travaux supplémentaires sont nécessaires avant de confirmer cette hypothèse. Enfin, la troisième étude nous a révélée l'existence d'une nouvelle cible de GSK3β impliquée dans la réponse aux traitements pharmacologiques et la modulation du comportement GSK3β-dépendante. Cette protéine, FXR1P, est montrée comme une cible phosphorylable de GSK3β. Ses niveaux d'expression sont corrélés avec l'activité de cette kinase, que ce soit dans des modèles cellulaires ou murins. De plus, les traitements pharmacologiques modulant GSK3, comme la surexpression directe de FXR1P, reproduisent des paradigmes comportementaux GSK3β-dépendants. De plus, des polymorphismes dans les promoteurs de FXR1P et GSK3β ont montré une association avec la stabilité émotionnelle d'individus humains . Ces données sont autant de faits appuyant le rôle potentiel de cette protéine nouvellement identifiée dans la signalisation de GSK3 modulant le comportement. / Nowadays, it is estimated that one out of four people will suffer from mental illness issues at some point during their life. The existing therapeutic strategies act at different levels on monoaminergic signaling, especially on those pathways engaging dopamine and serotonin. These signaling pathways share the ability to modulate a kinase called Glycogen Synthase Kinase 3, or GSK3. This protein is implicated in the action of therapeutic agents as well as in the aetiology of the disease itself. However, even if some targets and molecular mechanisms regulating GSK3 are characterized, many aspects still remain unclear. Among points necessitating clarification, we have set three research aims. First of all, we have studied more deeply the interaction between the inositol phosphate pathway and GSK3 signaling. Thus, we have posed two main questions; is there a direct modulation of the GSK3 pathway depending on inositol phosphates? And if so, does this modulation reproduce behavioral consequences of GSK3 inhibition? This study allowed us to show a direct interaction between IP6K1 and GSK3 in cellular and animal models. Moreover, using IP6K1-KO animals, we showed that IP6K1-mediated modulation of GSK3 reproduces behavioral outcomes classically associated with GSK3 inhibition: a reduction of locomotion and sociability. In the second study, we have looked if a link between regional GSK3 inhibition and modulation of specific behaviors exists. We employed the FloxGSK3β/CamKIIcre mice model, considered as a total and postnatal deletion of this isoform in the forebrain (cortex and CA1). Histological analysis of brains first allowed us to validate the model. Then, behavioral characterization of this line revealed that, in contrast to anxiety and sociability, locomotion and depressive-like behavior are independent of forebrain GSK3β expression. Furthermore, the implication of cortical GSK3β in the modulation of resilience was not yet fully established and further investigation is warranted. Finally, the third study revealed FXR1P as a new target of GSK3β signaling implicated in behavior and response to pharmacological treatments. Interestingly, FXR1 protein is phosphorylated by GSK3 and its relative expression levels are correlated with GSK3 activity in both cellular and animal models. Moreover, treatments modulating GSK3 and overexpression of FXR1P reproduce behavioral outcomes known as GSK3β-dependant. Finally, polymorphisms in GSK3β and FXR1 promoters are associated with emotional stability in humans. These findings highly suggest the potential role of FXR1P in GSK3 pathways affecting mood and behavior.