Au cours de mon doctorat, j’ai étudié le rôle des métalloprotéases MT1- et MT5-MMP dans la maladie d'Alzheimer (MA). In vivo, nos travaux montrent un effet bénéfique de la délétion en MT5-MMP chez le modèle murin 5xFAD de la MA qui se caractérise par : i) une diminution des taux de métabolites toxiques de l’APP, dont le C99 et l’Aβ ; ii) une réduction de la réponse inflammatoire avec des taux diminués de cytokines pro-inflammatoires ; iii) une préservation de l’intégrité des réseaux neuronaux, des activités synaptiques et des performances cognitives. In vitro, nous montrons que MT5-MMP interagit avec l’APP, accroît sa localisation dans les endosomes précoces - l’un des sièges importants de l’activité de BACE-1 (beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1) et de la γ-sécrétase - et augmente la libération d’Aβ. Après surexpression dans des cellules HEK (human embryonic kidney) exprimant de manière stable la mutation Swedish de l’APP (HEKSwe), nous montrons que MT1-MMP stimule la production de C99 et d’Aβ selon un processus dépendant de l'activité de BACE-1. MT1-MMP interagit avec l’APP et le clive en partenariat avec MMP-2 pour générer deux fragments aux propriétés inconnues. MT1-MMP, comme MT5-MMP, favorise le trafic de l’APP vers les endosomes, pouvant expliquer son potentiel pro-amyloïdogénique. Enfin, la surexpression d’une forme catalytiquement inactive de MT1-MMP n’induit aucun des effets observés avec la forme active de la protéase. L’ensemble de ces travaux permet d’envisager MT1- et MT5-MMP comme de nouvelles cibles thérapeutiques pour cibler à la fois les processus pro-amyloïdogéniques et pro-inflammatoires caractéristiques de la MA. / During my Ph.D., I studied the role of metalloproteinases MT1- and MT5-MMP in Alzheimer's disease (AD). In vivo, our work demonstrates a beneficial effect of the MT5-MMP deletion in the 5xFAD mouse model of AD, which is characterized by: i) a decrease in the levels of toxic metabolites of APP, including C99 and Aβ ; ii) a reduction in the inflammatory response with decreased levels of pro-inflammatory cytokines; iii) preservation of the integrity of neural networks, synaptic activities and cognitive performance. In vitro, we show that MT5-MMP interacts with APP, increases its localization in early endosomes - one of the important sites of BACE-1 (beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1) γ-secretase - and increases the release of Aβ. After overexpression in HEK (human embryonic kidney) cells stably expressing the Swedish APP mutation (HEKSwe), we show that MT1-MMP stimulates the production of C99 and Aβ according to a process dependent on BACE-1. Our data indicates that MT1-MMP interacts with the APP and cleaves it in partnership with MMP-2 to generate two fragments with unknown properties. MT1-MMP, like MT5-MMP, favors the trafficking of APP to early endosomes, which may explain its pro-amyloidogenic potential. Finally, overexpression of a catalytically inactive form of MT1-MMP induces none of the effects observed with the active form of the protease. All of this work makes it possible to consider MT1- and MT5-MMP as new therapeutic targets to target both pro-amyloidogenic and pro-inflammatory processes characteristic of AD.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les rétinoïdes (dérivés de la vitamine A) ont montré des propriétés anti-arthritiques intéressantes dans des modèles expérimentaux d’arthropathie. Nous avons étudié leur effet sur l’inhibition de cytokines pro-inflammatoires et de métalloprotéases matricielles (MMP) induites par l’IL-1b dans les fibroblastes synoviaux et les chondrocytes humains et de rat. En conditions inflammatoires, les fibroblastes synoviaux produisent de fortes quantités de cytokines inflammatoires dans l’articulation (TNF-a, IL-1b, IL-6). L’acide all-trans rétinoïque (ATRA, agoniste RAR), et l’acide 9-cis rétinoïque (co-agoniste RAR/RXR) inhibent l’expression de ces cytokines dans les fibroblastes synoviaux de rat stimulés par l’IL-1. L’ATRA inhibe également la phosphorylation d’ERK1/2 induite par l’IL-1, sans affecter celles de p38 ou de JNK, et diminue l’activation des facteurs de transcription AP-1 et NF-IL-6 induits par l’IL-1. L’effet de l’ATRA sur les cytokines inflammatoires n’est pas potentialisé par un agoniste RXR, ni reproduit par des agonistes sélectifs des isotypes RAR, et n’est pas antagonisé par la répression des isotypes RAR, démontrant ainsi des effets indépendants de RAR ou RXR. En revanche, l’effet inhibiteur de l’ATRA sur AP-1, sur NF-IL-6 et sur la production d’IL-6 est reproduit par un antagoniste d’ERK1/2. En conditions inflammatoires, les chondrocytes produisent de grandes quantités de MMP et de nitrites. L’ATRA inhibe l’expression d’iNOS et la production de nitrites induites par l’IL-1 dans les chondrocytes de rat et humains. Cependant, l’activité MMP totale est réduite uniquement dans les chondrocytes humains, et cette différence n’est pas due à une modulation variable de l’activation d’AP-1. Ceci démontre que les rétinoïdes ont un impact important sur les paramètres inflammatoires des cellules articulaires, mais qu’il varie suivant l’espèce, suggérant que l’extrapolation des résultats obtenus à partir des cellules de rat est délicate. / Retinoids (molecules derivated from vitamin A) used in experimental models of arthropathies, have shown interesting anti-arthritic properties. We have studied retinoid effects on the inhibition of pro-inflammatory cytokines and matrix metalloproteases (MMP) induced by IL-1b in rat and human synovial fibroblasts and chondrocytes. In pro-inflammatory conditions, synovial fibroblasts produce large quantities of inflammatory cytokines in the joint (TNF-a, IL-1b, IL-6). Both all-trans retinoic acid (ATRA, agonist of RAR) and 9-cis retinoic acid (9-cis RA, co-agonist of RAR and RXR) inhibit the expression of these cytokines in rat synovial fibroblasts stimulated by IL-1. ATRA also inhibit the phosphorylation of ERK1/2 induced by IL-1, without affecting that of p38 or JNK, and decrease activation of transcription factors AP-1, NF-kB and NF-IL-6 induced by IL-1. The effect of ATRA on inflammatory cytokines expression is not potentiated by RXR agonist, nor reproduces by selective RAR agonists, and is not antagonized by RAR isotypes silencing, showing that the effects of ATRA are independent of RAR or RXR. However, the inhibitory effect of ATRA on AP-1 and on NF-IL-6 is reproduced by a ERK1/2 antagonist. In pro-inflammatory conditions, chondrocytes produce large amounts of MMP and nitrites. ATRA inhibits iNOS expression and nitrites production induced by IL-1 in rat and human chondrocytes. However, total MMP activity is only inhibited in human chondrocytes, and this difference is not the consequence of a variable modulation of AP-1 activation. These results showed that retinoids have an important impact on inflammatory parameters on articular cells, but they varied regarding to the species, suggesting that extrapolation of results obtained from rat cells to human is difficult.

Les métalloprotéases matricielles (MMP) sont des enzymes capables de dégrader la matrice extracellulaire. Elles ont des rôles physiologiques et pathologiques très variés. Elles interviennent dans le processus du développement tumoral à plusieurs niveaux tels que l’angiogenèse, l’invasion et les métastases. Les MMP sont donc devenues des cibles biologiques de choix pour le diagnostic des phénomènes tumoraux. Dans le travail présenté nous avons conçu des biocapteurs à usage unique et d’autres régénérables capables de détecter l’activité de ces métalloprotéases en présence de cellules tumorales ou de leurs extraitsprotéiques. Ces biocapteurs sont sous la forme de biopuces composées de supports organiquesou inorganiques sur lesquels et après leur fonctionnalisation des peptides fluorigènes substratsdes MMP ont été greffés. L’évaluation des biocateurs a montré une spécifité importante vis-àvis des enzymes ; des essais effectués en présences de cellules cancéreuses de différentes souches montrent que ces biocapteurs sont capables de nous renseigner sur l’agressivité de ces cellules. / [Abstract not provided]

Les Métalloprotéases matricielles (MMPs) constituent une famille des métalloprotéases à zinc capables conjointement de dégrader l'ensemble des protéines de la matrice extracellulaire. Aujourd'hui, vingt-trois MMPs humaines ont été identifiées et sont caractérisées par leur séquence en aminoacides et leur structure 3D fortement conservées. Ces enzymes sont exprimées de manière constitutive au cours des processus de remodelage tissulaire. Leur surexpression dans un certain nombre de pathologies étroitement liée au phénomène d'inflammation (arthrite, emphysème, cancer) fait des MMPs des cibles thérapeutiques de choix. Cependant, le remodelage entraînant des modifications des contacts cellulaires, les MMPs apparaissent aujourd'hui comme des protéines des voies de signalisation à part entière. Les récentes découvertes de substrats des MMPs ne faisant pas partie des constituants de la matrice extracellulaire renforcent cette vision. Dans le but d'identifier le rôle particulier et le taux d'expression protéique des MMPs dans un contexte pathologique, nous avons développé une technique de protéomique fonctionnelle dédiée à la détection des formes actives des MMPs dans des échantillons tumoraux. Cette technique repose sur le développement d'une nouvelle sonde de photoaffinité, basée sur la structure d'un puissant inhibiteur des MMPs de type phosphinique, permettant de cibler les MMPs sous forme active et de les isoler par marquage par photoaffinité. Le marquage par photoaffinité nous permet ainsi grâce à un élément radioactif incorporé à la sonde de radiomarquer les protéines ciblées. Cette sonde a montré in vitro sa capacité remarquable à modifier de manière covalente la hMMP-12 avec un rendement de 42 %, affichant une sensibilité extrême de détection (2.5 fmoles de hMMP-12). En présence de protéome complexe, la sensibilité de détection de la sonde pour la hMMP-12 est tout à fait comparable (5 fmoles) ; la hMMP-12 représente une fraction de 0.001 % de la quantité totale des protéines. Cette méthode nous a permis également d'identifier de manière indirecte les formes actives des gélatinases en comparant les extraits tumoraux traités par la sonde et les extraits tumoraux analysés en zymographie. Ces études indiquent que les niveaux d'expression des formes actives de MMPs sont très faibles (fmoles) ne permettant pas une caractérisation de celles-ci par spectrométrie de masse, ce qui constitue un véritable défi pouvant être abordé avec de nouvelles sondes incorporant une biotine. Cet exemple de protéines exprimées sous forme active en très faible abondance, implique une orientation des efforts à consentir vers le développement de nouvelles stratégies de capture.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Les métalloprotéases de la matrice extracellulaire (MMPs) sont une famille d’enzymes responsables de la dégradation de la matrice extracellulaire. Elles jouent un rôle important à tous les stades du développement tumoral, de la prolifération des cellules cancéreuses à l’émission de métastases. Elles sont donc une cible biologique de choix pour contrôler ou imager les processus tumoraux. Dans le travail présenté, nous avons développé de nouveaux substrats fluorescents sélectifs et spécifiques des MMPs, qui ont permis de suivre l’activité protéolytique de ces enzymes. Ces substrats sont stables en présence de plasma. Nous avons entrepris des études de complexation afin d’intégrer ces substrats d’un nouveau genre dans des systèmes supramoléculaire de libération contrôlée de principe actif. / Abstract

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Toxoplasma gondii est un parasite protozoaire intracellulaire obligatoire appartenant à la famille des Apicomplexa. Chez les protozoaires, les protéases possèdent des rôles clés au niveau du cycle parasitaire, et sont ainsi considérées comme des facteurs de virulence. Chez T. gondii, les métallopeptidases pourraient être impliquées dans la traversée des différentes barrières biologiques. A l'heure actuelle, seules cinq métallopeptidases de T. gondii ont été décrites : une aminopeptidase N, deux toxolysines, une leucine aminopeptidase et une FtsH1 peptidase. Lors de l'étude de l'influence de l'invasion de monocytes humains par T. gondii sur le profil d'expression des métalloprotéases matricielles monocytaires, nous avons mis en évidence une protéase parasitaire présentant à la fois des propriétés gélatino- et élastinolytique.Le but de ce travail est de caractériser, purifier et identifier cette gélatinase de T. gondii.Dans un premier temps, nous avons caractérisé la gélatinase d'environ 100 kDa sécrétée par T. gondii comme étant une MMP-9 like (métallo-endopeptidase à zinc) mais ne possédant pas le même processus d'activation que les MMPs humaines.Dans un deuxième temps, après purification partielle par une série de chromatographie chélatrice de zinc, nous avons identifié par spectrométrie de masse la gélatinase comme étant la TGME49_227948 annotée dans ToxoDB. Cette protéase présente les domaines protéiques d'une métalloprotéase à zinc de la sous-famille M16C, et est proche au niveau de sa structure 3D de la chaine A de la 2FGE présente chez Arabidopsis Thaliana. Afin de confirmer l'annotation de ToxoDB, nous avons séquencé l'extrémité 5' de l'ARNm de cette protéase. Cependant, nos résultats expérimentaux ne sont pas en concordance avec l'annotation prédite dans la base de données ToxoDB.La séquence en acides aminés de cette protéase, nous a permis de synthétiser deux anticorps polyclonaux spécifiques afin de mettre en évidence deux formes de 140 kDa et 100 kDa et donc d'émettre l'hypothèse que cette protéase pourrait être clivée afin d'être activée. De plus, cette métalloprotéase a été détectée par western blot dans le cytosol des parasites mais elle est aussi secrétée dans le milieu conditionné. Par immunolocalisation, la protéase est présente au sein du parasite, au niveau du cytosol sans localisation préférentielle dans un organite particulier.Dans ce travail, nous avons montré que la gélatinase parasitaire sécrétée par T. gondii pourrait dégrader des composés de la matrice extracellulaire, d'où son rôle potentiel dans le mécanisme de traversée des barrières biologiques. / Toxoplasma gondii is an intracellular protozoan parasite which belongs to the Apicomplexa phylum. In protozoans, proteases have key roles in the parasitic cycle. They thereby are considered as virulence factors. In T. gondii, metallopeptidases may be involved in the crossing of biological barriers. Currently, only five metallopeptidases from T. gondii are described: an aminopeptidase N, two toxolysins, one leucine aminopeptidase and one FtsH1 peptidase. During the study of the influence of human monocytes invasion by T. gondii on the monocytic matrix metalloproteases expression profile, we brought out a parasitic protease showing gelatino- and elastinolytic properties.The aim of this study is to characterize, purify and identify this gelatinase from T. gondii.First we characterized the 100 kDa-gelatinase secreted by T. gondii as an MMP-9-like (zinc metalloendopeptidase) but its activation process is different from human MMPs.Then, after the partial purification by a series of zinc-chelate chromatographies, we identified by mass spectrometry the gelatinase as the TGME49_227948 annotated in ToxoDB. This protease has M16C subfamily zinc-metalloprotease protein domains and is close to the 3D structure of the A chain of the 2FGE in Arabidopsis thaliana. In order to confirm the ToxoDB annotation, we sequenced the 5' end of the mRNA of this protease. Nevertheless our experimental results are not in the line with the predicted annotation in ToxoDB database.The amino acids sequence of this protease allowed us to synthesize two specific polyclonal antibodies in order to highlight two forms, 140 kDa and 100 kDa, and to emit the hypothesis that this protease could be cleaved to be activated. Moreover this metalloprotease was detected by Western Blot in the cytosol of the parasites but it can also be secreted in the conditioned medium. By immulocalization, the protease is present in the cytosol of the parasite without any preferential localization in a particular organelle.In this study, we showed that the parasitic gelatinase secreted by T. gondii could degrade extracellular matrix compounds, which could explain its potential role in the mechanism involved in the crossing of biological barriers.