D’abord, nous avons visé à établir un modèle ex vivo de la dysfonction endothéliale induite par le glucose élevé (HG) dans les artères isolées de rat Wistar mâle et porc. Notre but était de clarifier le rôle des SGLT1/2 dans les cellules endothéliales dans les conditions HG pour évaluer l'effet protecteur des gliflozines sur la fonction endothéliale. Cependant, HG n'a pas affecté la relaxation dépendant de l'endothélium. L'absence d'effet d’HG pourrait être liée aux facteurs, tels que les conditions d'incubation, le genre, l'âge, la souche, l’espèce d'animal et les conditions de logement. Enfin, nous avons caractérisé les artères mammaires internes humaines (AMI) de 58 patients ayant subi un pontage coronarien au Nouvel Hôpital Civil de Strasbourg. Nous avons trouvé l'association du diabète et de l'hypertension au niveau accru du stress oxydatif dans les AMI humaines. Les niveaux d'expression de la eNOS, des SGLT et du système d’angiotensine local doivent être étudiés plus en détail. / Firstly, we aimed to establish an ex vivo model of high glucose (HG)-induced endothelial dysfunction in isolated arteries from male Wistar rat and porc. Then, our goal was to clarify the contribution of SGLT1/2 in endothelial cells under HG conditions to evaluate the protective effect of gliflozins on the endothelial function. However, HG did not affect the endothelium-dependent relaxation response in all tested types of artery. The lack of effect of HG might be related to certain factors, such as the incubation conditions, gender, age, strain, species of studied animals, and conditions of housing of animals. Secondly, we characterized human internal mammary arteries (IMA) of 58 patients underwent coronary artery bypass grafting in the New Civil Hospital of Strasbourg. We found the association of diabetes and hypertension in the enhanced level of oxidative stress in human IMA. The expression levels of eNOS, SGLTs and the components of angiotensin system need to be further investigated.

L’étude de la réponse membranaire suite au stress éthanolique chez Saccharomyces cerevisiae vise à comprendre les mécanismes impliqués dans la survie des eucaryotes aux concentrations en éthanol élevées. La membrane cellulaire, par sa position entre l’environnement intra et extracellulaire, est la première cible des perturbations éthanoliques. Les expérimentations effectuées dans cette étude visent à caractériser le maintien de l’intégrité fonctionnelle en relation avec la composition en stérols membranaires chez la levure S. cerevisiae soumise à différents types de perturbations éthanoliques (augmentation de la concentrations en éthanol dans le milieu de croissance, chocs éthanoliques d’amplitude croissante et suivi au cours du temps ; choc à 20% pendant 15 minutes puis suivi au cours du temps après retour dans un milieu sans éthanol (« pulse » 20% d’éthanol)). Les résultats obtenus démontrent l’importance de l’ergostérol dans le maintien de l’intégrité membranaire et supportent également l’hypothèse du rôle « vecteur » de l’éthanol vis à vis d’une oxydation, dont l’efficacité serait dépendante de la nature des stérols présents au niveau membranaire. Les premiers résultats analysant la cinétique de transcription de gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif suggèrent une formation plus importante de formes réactives de l’oxygène (ROS), induite par le choc éthanol chez un mutant Δerg6, affecté dans la voie de biosynthèse de l’ergostérol. / The study of membrane response induced by ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae aims to understand mechanisms involved in the survival of eukaryotic cells submitted to high ethanol concentrations. The cell membrane by its position between the intra- and extracellular environment is the first target of ethanolic perturbations. Experiments performed in this study aimed to characterize the maintain of the functional integrity of the membrane in relation to the sterol composition in the yeast S. cerevisiae submitted to different types of ethanolic disturbances: increasing concentrations of ethanol in the growth medium; ethanolic shocks of increasing magnitude; shock 20% ethanol for 15 minutes and then return in a medium without ethanol ("pulse" 20% ethanol)). Our results demonstrate the importance of ergosterol in maintaining membrane integrity and also support the hypothesis of the vector role of ethanol in cell oxidation, whose effectiveness is dependent on the nature of sterols at the membrane level. In addition, our results analyzing the kinetics of transcription of genes involved in oxidative stress response suggest an increased formation of reactive oxygen species (ROS) induced by ethanol in the Δerg6 mutant, affected in the biosynthetic pathway of ergosterol.

L’aflatoxine B1 (AFB1) est une mycotoxine contaminant de nombreux substrats agricoles, notamment les céréales, arachides, pistaches, graines de coton et autres fruits secs. Elle est génotoxique, agit comme un initiateur de la cancérogenèse et elle est classée par le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer) dans le groupe I des molécules carcinogènes pour les hommes et les animaux. Cette toxine est produite par des espèces fongiques appartenant essentiellement au genre Aspergillus et à la section Flavi ; A. flavus étant l’espèce la plus préoccupante. Cette espèce peut se développer à la fois au champ ou lors du stockage des matières premières après récolte. Plusieurs études montrent qu’un grand nombre de denrées alimentaires destinées à l’alimentation humaine et animale sont contaminées par les aflatoxines mettant en évidence la faible efficacité ou l’insuffisance des stratégies actuelles utilisées pour la maîtrise de cette contamination. L’objectif principal de cette étude est le développement d’une stratégie alternative basée sur l’utilisation de produits naturels et visant à réduire la production de la toxine par les moisissures aflatoxinogènes. Grâce à l’élaboration d’un outil moléculaire regroupant un ensemble de gènes impliqués directement ou indirectement dans la biosynthèse de l’AFB1, ce travail permet de mieux comprendre le mécanisme d’action moléculaire de composés anti-aflatoxinogènes. Des extraits aqueux de plantes méditerranéennes ont été testés pour leur efficacité à inhiber l’aflatoxinogénèse. Ainsi, l’extrait aqueux d’hysope, Micomeria graeca, présente des propriétés anti-aflatoxinogènes importantes sans modification de la croissance fongique. Son effet inhibiteur sur plusieurs souches productrices d’aflatoxines ainsi que son mécanisme d’action ont été caractérisés. Ce dernier semble impliquer des gènes pivots dans la régulation des métabolismes fongiques primaire et secondaire ainsi que des voies impliquées dans la réponse cellulaire au stress oxydatif. Ces travaux permettent de valider l’utilisation d’extraits naturels comme stratégie alternative de lutte contre la contamination des aliments par les aflatoxines. / Aflatoxin B1 (AFB1) is a mycotoxin contaminating numerous agricultural commodities such as cereals, peanuts, pistachios, cottonseed and other dried fruits. It is a genotoxic initiating carcinogenesis and is classified by the IARC (International Agency for Research on Cancer) in the group I of molecules that are carcinogenic for humans and animals. This toxin is produced by fungal species mainly belonging to the Flavi section of the Aspergillus genus, A. flavus being the most preoccupying species. This species can develop both in the field and during storage of commodities following harvest. Several studies show that a significant number of food and feedstuffs are contaminated by aflatoxins, highlighting the feeble efficiency or the shortfall of the strategies currently used to prevent such contamination. The main objective of this study is the development of an alternative strategy based on the use of natural products and aiming the reduction of toxin production by aflatoxinogenic fungi. Through the elaboration of a molecular tool grouping a number of genes directly or indirectly linked to AFB1’s biosynthesis, this work allows a better understanding of the molecular mechanism of action of anti-aflatoxinogenic compounds. Aqueous extracts of Mediterranean plants were tested for their ability to inhibit aflatoxinogenesis. Thus, hyssop’s aqueous extract - Micomeria graeca – is shown to present significant anti-aflatoxinogenic properties without reducing fungal growth. Its inhibiting effect in other AFB1-producing species and its mechanism of action were both characterized. The latter seems to involve pivotal genes in fungal primary and secondary metabolisms as well as genes implicated in the fungal cellular response to oxidative stress. These works allocate the use of natural extracts as an alternative strategy to counteract aflatoxin contamination of food and feed.

Mon travail de thèse porte sur la protéine AhPDF1 de la plante Arabidopsis halleri. AhPDF1 est une défensine de 51 résidus, riche en cystéines qui participe à la défense de la plante en jouant un rôle antifongique. La défensine AhPDF1 possède 8 cystéines impliquées dans ses 4 ponts disulfure, elle présente un repliement en CSαβ. Des travaux récents sur AhPDF1 ont permis d’identifier une nouvelle fonction : la tolérance aux métaux lourds, en particulier la tolérance au zinc. L’objectif général du projet dans lequel s’intègre ma thèse est donc de comprendre, au niveau atomique et en lien avec l’état d’oxydation des cystéines, le mécanisme par lequel les défensines de plantes confèrent la tolérance au zinc. Dans une majeure partie de ma thèse j’ai travaillé à la production de la défensine AhPDF1 d’abord dans Escherichia coli puis dans Pichia pastoris. J’ai ensuite mis au point la synthèse chimique de la protéine AhPDF1 et optimisé l’étape la plus délicate, celle du repliement oxydatif. Après avoir produit la défensine AhPDF1 en quantité et qualité suffisante, j’ai réalisé son étude structurale par RMN. De plus cette structure m’a servi de base pour modéliser, par homologie, toutes les autres défensines actuellement identifiées d’Arabidopsis halleri et Arabidopsis thaliana. Enfin, j’ai appris à maîtriser les conditions qui permettent de conserver la protéine dans un état partiellement réduit et j’ai réalisé les premiers essais de chélation de la défensine avec le zinc. / My thesis focuses on the AhPDF1 plant defensin from Arabidopsis halleri. AhPDF1 is a 51-residue, cysteine-rich protein involved in the plant defense, and playing an antifungal role. AhPDF1 defensin has eight cysteins involved in its four disulfide bridges, and presents a folding in CSαβ. Recent work on AhPDF1 allowed to identify a new function : the tolerance to heavy metals, especially zinc tolerance. The overall objective of the project that fits my thesis is to understand, at the atomic level and in relation to the oxidation state of cysteins, the mechanism by which the plant defensins confer zinc tolerance. In a major part of my thesis I worked on the production of AhPDF1 defensin first in Escherichia coli and in Pichia pastoris. Then, I developed the chemical synthesis of AhPDF1 and optimized the most delicate step of the oxidative folding. After producing AhPDF1 defensin in sufficient quantity and quality, I realized its structural study by NMR. Furthermore, this structure was used as starting structure, for modeling by homology all other defensins currently identified from Arabidopsis halleri and Arabidopsis thaliana. Finally, I learnt how to master the conditions that maintain the protein in a partially reduced state in order to achieve the first assay of zinc chelation with defensin.

La bactérie hyperthermophile Thermotoga maritima a été cultivée dans un fermenteur dans lequel la concentration en O2 a été rigoureusement contrôlée. A 80°C et pH 7, il a été démontré que T. maritima pouvait survivre à des expositons de durées variables à l’O2 et qu’elle était capable de le consommer. La vitesse spécifique de consommation de l’O2 a été estimée à 73.6 µmoles O2.min-1.g protéines-1 lors d’une courte exposition à l’O2 (30 min). De longues expositions à l’O2 (20 h) nous ont permis de démontrer que la présence d’O2 ralentissait la croissance de T. maritima et conduisait à un shift du métabolisme vers la production de lactate aux dépens de l’acétate et à un arrêt de production d’H2. Dans ces conditions, il a été constaté que 73% du glucose était consommé selon un métabolisme partiellement oxydatif faisant intervenir simultanément les deux voies Embden-Meyerhof et Entner-Doudoroff de la glycolyse. En l’occurrence, l’oxydation incomplète du glucose est corrélée à la réduction de l’O2 en eau. Les études transcriptomiques ont montré que cette réduction de l’O2 résultait d’une cascade de réactions intermédiaires faisant intervenir des enzymes de type peroxydases [activation de l’expression des enzymes Ahp (alkyl hydroperoxyde réductase), Bcp1 et Bcp2 (thiol peroxydase thioredoxin-dépendante)] qui acheminent les électrons libérés via les radicaux libres. D’autres enzymes comme la rubréryhtrine et la neelarédoxine interviendraient pour détoxiquer les espèces réactives d’O2. Les électrons libérés seraient au final utilisés pour réduire l’O2 en H2O par l’enzyme FprA, dont l’expression varie en fonction du potentiel redox du milieu de culture. Ce schéma est proposé comme un des éléments essentiels du dispositif enzymatique permettant la consommation de l’O2 et la protection des cellules contre les effets des espèces réactives de l’oxygène chez T. maritima. / Batch cultures of the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima were performed in a bioreactor where O2 concentrations in the gas phase were strictly controlled. At 80°C and pH 7, we demonstrated that T. maritima survived despite being exposed to oxygen at different times and that it consumed it. O2 uptake rate was estimated at 73.6 µmoles O2 min-1g proteins-1 during a short exposure to O2 (30 minutes). A long time exposure of T. maritima cultures to oxygen (20h) led to a drastic reduction in growth, together with a shift in glucose metabolism towards lactate instead of acetate production and a stop in H2 production. Under these conditions, it has been observed that 73% of glucose was partially oxidised by using both Embden-Meyerhof and Entner-Doudoroff glycolytic payhways. Uncomplete oxidation of glucose is correlated to a reduction of O2 to H2O. Transcription analyses revealed that this reductive process of O2 involved enzymes like peroxidases [activation of alkyl hydroperoxide reductase (ahp), bcp1 and thioredoxin-dependent thiol peroxidase (bcp 2)]. Moreover, genes encoding reactive oxygen species (ROS)-scavenging systems (neelaredoxin and rubrerythrin), were found to be upregulated during oxygen exposure. The oxygen reductase FprA, which expression was shown to depend on the redox level of the culture medium, is proposed as a primary consumer of O2. All these enzymes are essential for T. maritima to consume O2 consumption and to fight against the toxic effects of ROS in cells.

Les virus Ebola (EBOV) et Marburg (MARV) causent des fièvres hémorragiques chez les primates, y compris l’homme. Le taux de létalité peut atteindre 90% et il n’existe ni vaccin ni traitement contre ces virus. En raison de leurs caractéristiques moléculaires communes, EBOV et MARV sont regroupés au sein de la famille des Filoviridae. Le virion est composé de 7 protéines, dont la VP24, qui joue un rôle important dans l’assemblage et la condensation des nucléocapsides, et pour EBOV, elle est également responsable de l’inhibition de la réponse à l’IFN. Des mutations dans la séquence protéique de VP24 sont impliquées dans le processus d’adaptation chez un nouvel hôte. La protéine VP24 d’EBOV est donc multifonctionnelle. Pour MARV, cette protéine ne semble pas porter les fonctions décrites pour la VP24 d’EBOV. Afin de comprendre le rôle de la VP24 de MARV, nous avons identifié ses partenaires cellulaires par un crible double-hybride en levures. Nous avons mis en évidence l’interaction entre Keap1 et la VP24 de MARV, et confirmé ce résultat en cellules mammifères. Keap1 est une protéine impliquée dans le contrôle de la réponse au stress oxydatif, car elle inhibe le facteur de transcription Nrf2, qui régule l’expression d’enzymes impliquées dans la réduction des ERO. Nos résultats montrent que le domaine de Keap1 liant la VP24 est le même que celui liant Nrf2, et que la VP24 de MARV active Nrf2 pour la synthèse de molécules anti-oxydantes. Nous avons enfin évalué l’impact de la VP24 de MARV sur ERR, une autre cible de Keap1, et mesuré l’activité Nrf2 au cours de l’infection par EBOV. Nos résultats montrent des effets opposés des VP24 d’ EBOV et de MARV sur l’activité de Nrf2. / Ebola (EBOV) and Marburgvirus (MARV) are responsible for severe hemorrhagic syndrome in primates, including humans. The lethality rate can reach 90%, and no vaccine or treatment is available to counteract these diseases. EBOV and MARV have similar genomic organization and thus are placed in a distinct family, Filoviridae. VP24 is one of the 7 structural proteins which form the virion and has been shown to play an important role in assembly and condensation of viral nucleocapsids. VP24 of EBOV is responsible for prevention of cellular response to IFN. Mutations in EBOV VP24 gene are necessary for the adaptation to a new host. EBOV VP24 thus acts as a multifunctional factor. Available data suggest that MARV VP24 is not implicated in either the counteraction of IFN response, or in the adaptation process. In order to discover new functions for VP24 of MARV, we searched for its interaction with cellular proteins, using a yeast-double hybrid approach. We discovered an interaction between MARV VP24 and Keap1 protein and further confirmed this interaction in mammalian cells. Keap1 is a cellular protein involved in intracellular detection of Reactive Oxygen Species (ROS) and in the control of oxidative stress response. It inhibits the Nrf2 transcription factor, which regulates expression of antioxidant enzymes. Our results indicate that Keap1 binding domain for VP24 is the same as the one involved in Nrf2 binding, resulting in activation of transcriptional activity of Nrf2. Impact of MARV VP24 on ERRa, another target of Keap1, was also measured, as well as Nrf2 activity during EBOV infection. Our results showed that VP24 of EBOV and MARV have opposite effect on Nrf2 activity.

La drépanocytose est une hémoglobinopathie essentiellement connue pour ses répercussions hématologiques, hémodynamiques et vasculaires chez les patients homozygotes (SCA). Bien que ces sujets présentent une intolérance à l'effort, la littérature est très pauvre concernant les répercussions musculaires de la maladie. Ce travail doctoral nous a permis de caractériser pour la première fois les répercussions structurales, énergétiques et microvasculaires du muscle d’hommes (étude 1) et de femmes (étude 2) drépanocytaires par rapport à des sujets SCT et contrôles (CON). Nos analyses histologiques et biochimiques ont mis en évidence chez les sujets SCA masculins une amyotrophie qui explique au moins en partie la diminution de l’IMC des SCA au dépend de la masse maigre. Nous avons également observé l’altération de plusieurs indices du métabolisme oxydatif (CS, β-HAD et COx) qui pourrait relever de la restriction d’approvisionnement et d’utilisation tissulaire en O2 et expliquer en partie l’intolérance à l’effort. Enfin, un remodelage microvasculaire caractérisé par une raréfaction, une moindre tortuosité et une fragilisation des microvaisseaux a également été démontré. Ce remodelage microvasculaire pourrait contribuer à limiter le risque d’enclavement des hématies falciformées et ainsi réduire les risques de vaso-occlusions. La recherche de ces différents stigmates dans le muscle de la population féminine homologue a rapporté un remodelage musculaire similaire à celui observé chez les hommes SCA, mais ce dernier semble atténué, suggérant un effet genre / Sickle cell anemia (SCA) is a hemoglobinopathy particularly known for its hematologic, hemodynamics and vascular repercussions. Although SCA patients are exercise intolerant, no studies have looked at muscle repercussions. We assessed repercussions of sickle cell anemia on skeletal muscle and its microvasculature in men (study 1) and women (study 2) for the first time. Our results showed that men with SCA displayed an amyotrophy which can at least partly explain the decrease of BMI at the expense of lean muscle mass. We also pointed out a decrease in muscle oxidative capacities (CS, β-HAD and COx) which could result from O2 supply and utilization disorders and partly explain their exercise intolerance. Finally, a microvascular remodeling characterized by a rarefaction, a decrease in microvessel tortuosity and a microvessel weakening was also highlighted. This remodeling could contribute to maintain local blood flow and reduce risks of entrapment of sickle red blood cells in the microvasculature, hence reducing vaso-occlusive risks. Muscle repercussions on a similar female population testified of the same muscle remodeling as the one observed in men with SCA, but this latter seemed to happen at a lesser extent in women with SCA, suggesting a gender effect

Une large part de la composante génétique du risque de cancer du sein est encore inexpliquée. J'ai ainsi étudié dans quelle mesure les variants observés sur le génome mitochondrial pourraient en partie expliquer ce risque. En effet la mitochondrie, en tant que source d'énergie cellulaire, est un organite impliqué dans la synthèse des espèces oxygénées réactives ou radicaux libres, éléments contribuant à l'instabilité génomique et au développement tumoral. Un premier axe de recherche m'a conduit à étudier une interaction potentielle entre des variants du génome mitochondrial et du génome nucléaire, en conjonction avec la consommation d'alcool. J'ai ensuite analysé les haplogroupes mitochondriaux peuvent être considérés en tant que potentiels modificateurs de l'association entre le risque de cancer du sein et les mutations causales portées par les gènes BRCA1 et BRCA2. L'haplogroupe T1a1 a été identifié comme modificateur du risque conféré par les mutations pathogènes localisées sur le gène BRCA2. Enfin, j'ai caractérisé par séquençage à haut débit le génome mitochondrial de 436 femmes ayant un cancer du sein et de forts antécédents familiaux, mais n'étant porteuses d'aucune mutation causale sur BRCA1 et BRCA2. Plusieurs variants ont été prédits comme dommageables. Deux gènes en particulier MT-ATP6 et MT-CYB, sont spécifiquement enrichis à la fois en nombre de variants portés, et de par le nombre d'individus porteurs de ces variants dans notre étude. L'ensemble du travail réalisé a ainsi contribué à enrichir les connaissances sur les potentielles associations entre les variations du génome mitochondrial et le risque du cancer du sein / A large part of the genetic component of breast cancer risk (BCR) is still unexplained. Therefore I studied if variants of the mitochondrial genome (mtDNA) might explain a part of this risk. In fact, mitochondria is the main source of reactive oxygen species (ROS), which contribute to genomic instability and tumor development. As a first axis of research, I studied potential interactions between some nuclear and mitochondrial variants, in conjugation to alcohol consumption. Despite the large dimensions of our dataset, the lack of statistical significant interaction in our data might reveal that former published results that show such interactions were not robust. I also studied if mitochondrial haplogroups could be considered as modificators of known association between BCR and pathogenic mutations in the BRCA1/2 genes. I identified haplogroup T1a1 such as modificator for individuals carrying a mutated BRCA2. Finally, I characterized by NGS mitochondrial genome of women diagnosed for a familial breast cancer, but tested negative for known pathogenic BRCA1/2 mutations. Several variants were identified as potentially damaging. Two genes, MT-ATP6 and MT-CYB are specifically enriched both in terms of distinct variants and in the number of individuals carrying these variants. They are both essential structural components of the mitochondrial respiratory chain, the main ROS production source in the cell. All these analyses contribute to enrich the knowledge about associations between BCR and variability of mtDNA, by integrating questions linked to interactions between genomic variants, environmental exposure, and effect modifications related to mitochondrial haplogroups

Les maladies d’Alzheimer et de Parkinson (MA et MP) sont des maladies neurodégénératives entrainant une diminution des fonctions cognitives et locomotrices et toujours dépourvues de traitements curatifs. La consommation d’huile d’olive et des polyphénols qu’elle contient atténuerait la survenue des démences telles qu’observées dans la MA ou la MP. À ce jour, ces composés phénoliques ont été étudiés de manière isolée afin de caractériser leur réactivité vis à vis des radicaux et leurs effets biologiques, mais les concentrations utilisées (5–100 µM) sont supérieures aux concentrations retrouvées dans le plasma (0.5-2,8 ng/ml). Jusqu’à présent, aucune étude n’a observé les effets de ces composés combinés, alors que l’oleuropéine et le tyrosol, des composés phénoliques parmi les plus abondants dans l’huile d’olive et que l’acide p-coumarique, un dérivé d’acide hydroxycinnamique, sont connus pour leurs activités antioxydantes et leur biodisponibilité. Dans un contexte cellulaire, les composés phénoliques agissent à travers leurs capacités de donneurs d’atomes d’hydrogène et/ou d’électrons, et impactent la régulation des défenses antioxydante. En conditions oxydatives, ils peuvent subir des modifications structurelles et mener à de nouveaux composés. L’impact cellulaire de ces derniers est encore peu étudié, car leur devenir dans le contexte d’un métabolisme oxydatif reste obscur. L’étude des métabolites issus de l’oxydation des composés phénoliques est donc d’une réelle importance afin d’approfondir les connaissances sur leurs mécanismes d’actions au niveau biologique. Nous avons émis l’hypothèse que la combinaison de l’oleuropéine, du tyrosol et de l’acide p-coumarique potentialise leurs effets neuroprotecteurs à travers leurs capacités de donneurs d’électrons et en lien avec la production des métabolites associés. Ce propose une approche pluridisciplinaire intégrant des composantes biologiques et des questions relevant de la physico-chimie, en s’appuyant sur des outils électrochimiques. En premier lieu, nous avons démontré que l’association de ces trois composés (Mix 1) permettait de potentialiser leurs effets neuroprotecteurs avec concentrations efficaces à 0.1 et 1µM, contrairement aux concentrations neuroprotectrices lorsque ces composés sont utilisés individuellement (5 à 10 fois plus élevées). Le Mix1 augmente la réactivité des composés phénoliques vis-à-vis d’espèces réactives de l’oxygène et permet une diminution de leur génération intracellulaire. Cette neuroprotection semble en partie médiée par une régulation des facteurs de régulation rédox endogènes. Dans un second temps, nous avons comparé le comportement en conditions oxydatives acellulaires de l’oleuropéine, du tyrosol et de l’acide p-coumarique individuellement et dans le Mix1. L’analyse en LC-MS2 des composés stables issus de l’oxydation du Mix 1 a montré une diminution des taux d’oxydation relatifs de chacun des composés, ainsi que la détection de trois néocomposés spécifiques de l’oxydation du Mix1. De plus, un effet neuroprotecteur significatif du Mix1 oxydé a été observé dès 1 et 5 nM, ce qui soutient l’hypothèse que les produits issus de l’oxydation des composés phénoliques peuvent participer aux effets biologiques des composés natifs. Notre troisième objectif était d’évaluer si les composés issus de l’oxydation des composés phénoliques pouvaient être générés dans un système biologique. L’analyse en LC-HRMS des extraits de cellules neuronales traitées avec le Mix1 en conditions oxydatives a révélé que ces composés étaient toujours présents sous leurs formes natives dans les cellules après plusieurs heures de traitement. Ce projet multidisciplinaire a permis d’observer les effets des composés phénoliques sous plusieurs angles. Il confirme qu’un effet neuroprotecteur de composés issus de l’oxydation est possible et ouvre la voie à de nouvelles approches pour le développement de formulations efficaces pour limiter le stress oxydatif au niveau cérébral. / Alzheimer and Parkinson diseases (AD and PD) are neurodegenerative disorders leading to cognitive function decline and curative treatments are still missing. Olive oil and related phenolic compounds consumption could prevent or slow down cognitive decline through neuronal preservation. Indeed, they have direct antioxidant properties as electrons or H-atom donors, which are largely suspected of being responsible for their biological effects, but also of some indirect properties as modulators of endogenous antioxidant defenses. The secoiridoid oleuropein and the monophenols tyrosol and p-coumaric acid have shown abilities to counteract oxidative injuries and associated neuronal death in several cellular and in vivo models. However, the basic mechanisms of action of phenolic compounds remain to be elucidated. In fact, phenolic compounds are highly sensitive to oxidative modifications and could be transformed into new compounds in an oxidative context. Cellular impacts of these products are rarely considered, probably because their intracellular detection is a great challenge and remain an important field to explore. Moreover, oleuropein, tyrosol and p-coumaric were individually evaluated in order to characterize their own reactivity towards ROS and their biological properties. However, the concentration ranges used to observe neuroprotection in cellular models (5 – 100 µM) were far from the possibly recovered phenolic concentration in plasma (0.5 - 2,8 ng /ml of plasma). To observe an effect with concentration range closer to the physiological ones, several antioxidant combinations could be proposed. Nevertheless, despite the biological promises of phenolic compounds from olive oil, studies which combined some of the most abundant phenolic compounds in the neuroprotection field is still missing. We thus hypothesized that the combination of oleuropein, tyrosol and p-coumaric acid in equimolar proportion (Mix 1) could potentiated their ROS scavenging and neuroprotective properties to counteract oxidative stress-induced neuronal death. These effects could be in part due to their oxidized metabolites. First, we demonstrated that the association of these three phenolic compounds potentiated their neuroprotective effects with efficient concentrations at 0.1 and 1µM, contrary to concentration ranges when there are used individually (5 to 10 higher). The Mix1 increase the reactivity of phenolic compounds towards ROS and decreases their intracellular production. These neuroprotective properties seems, at least in part, lead by a regulation of the endogenous redox factors. Then, we compared the behavior of Oleuropein, tyrosol and p-coumaric acid individually and in the Mix1 under acellular oxidative conditions. The oxidized Mix1 LC-ESI-MS2 profiles showed a regeneration of oleuropein through a decrease of the phenolic compounds oxidation rate and highlight the presence of specific oxidized products in Mix 1. This study also showed a significant neuroprotection of oxidized Ole and oxidized Mix1 with very low concentrations (1 and 5 nM), suggesting the putative relevant role of oxidized Ole products to protect or delay neuronal death. Our third objective was to evaluate if these oxidized metabolites could be produced in a biological system. Even under oxidative conditions, we recovered these compounds in cellular extracts under their native forms after few hours of treatments, attesting their accumulation in neuronal cells. Taking together, our results pointed out the relevance to study the phenolic compounds from a chemical and a biological point of view, which should always be as cellular redox reactions are between biological and chemical fields. Lastly, we confirmed the significance to take into account the oxidized metabolites from phenolic compounds to deeper understand their biological properties.

Une des propriétés majeures de la thyroïde est de capter l’iode de la circulation sanguine grâce à la présence d’un transporteur d’iodure (NIS pour Natrium Iodide Symporter). Cette capacité d’accumulation d’iode par les thyrocytes joue un rôle clé dans la synthèse des hormones thyroïdiennes ainsi dans le diagnostic et le traitement des cancers de la thyroïde. Cependant, en raison d’une diminution ou de l’absence de l’expression du NIS dans certaines tumeurs et métastases, des patients deviennent réfractaires à la radiothérapie métabolique et présentent une radiorésistance, causant ainsi un problème de santé publique.L’oncogène BRAFV600E, un puissant activateur de La voie MAP kinase, est détecté dans 40 - 60% des cancers thyroïdiens de type papillaires (CPT) qui représentent 80% de la totalité des cancers thyroïdiens. La mutation BRAFV600E est associée aux tumeurs thyroïdiennes les plus agressives. Cependant l’inhibition pharmacologique de la voie MAP kinase induite constitutivement par l’oncogène BRAFV600E ne permet pas, à elle seule, de rétablir l’expression du NIS chez des patients atteints d’un cancer de la thyroïde muté BRAFV600E. Ceci suggère que d’autres mécanismes compensatoires peuvent contribuer à la radiorésistance. Une étude récente menée sur un modèle murin a montré que la régulation négative du NIS par l’oncogène BRAFV600E est médiée par la voie du TGF beta. Une autre a montré que l’expression du NIS serait dépendante de l’état redox de la cellule, suggérant un rôle des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Dans les cellules les ROS peuvent être produites par les NADPH oxydases (NOX/DUOX). La thyroïde en exprime trois : DUOX2 nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes ainsi que DUOX1 et NOX4 dont le rôle physiologique reste inconnu. NOX4, surexprimé dans les CPTs, a été montré être un nouvel effecteur clé de la voie du TGF beta dans d’autres cancers.Dans mon projet de thèse, je me suis intéressée à l’étude du rôle de NOX4 dans la régulation négative du NIS dans les CPT mutés BRAFV600E. L’étude du mécanisme, réalisée à partir de deux lignées humaines issues de cancers papillaires mutés pour BRAF (BCPAP et 8505C), a permis d’établir que l’oncogène BRAFV600E contrôle l’expression de NOX4 au niveau transcriptionnel via la voie TGF-beta/Smad3. Ces résultats ont été validés sur une lignée de rat exprimant de manière conditionnelle BRAFV600E ainsi que sur des thyrocytes humains en culture primaire. De manière importante, l’utilisation d’antioxydants tels que le N-acetyl cystéine (NAC) ou l’inhibition spécifique de l’expression de NOX4 par ARN interférence permet de réinduire l’expression du NIS. Ces résultats qui montrent que les ROS produites par NOX4 inhibent l’expression du transporteur de l’iode (NIS) établissent un lien entre l’oncogène BRAFV600E et NOX4. Une analyse comparative de l'expression de NOX4 effectuée à partir de 500 cancers papillaires de la thyroïdes mutés ou non pour BRAF (données TCGA) confirme que NOX4 est significativement augmenté dans les cancers porteurs de la mutation BRAF et que ceci est corrélé à une diminution de l’ARNm du NIS. Par ailleurs, le niveau de NOX4 est inversement corrélé au score de différenciation thyroïdien, suggérant que NOX4 pourrait être impliqué dans le processus de dédifférenciation. Cette étude ouvre une nouvelle opportunité pour l’optimisation de l’utilisation de la radiothérapie métabolique dans le traitement des cancers thyroïdiens réfractaires à l’iode I131 et présente NOX4 comme une cible thérapeutique potentielle. / One of the major properties of the thyroid is iodine uptake from the bloodstream through an iodide transporter (NIS for Natrium Iodide Symporter). This capacity plays a key role in the thyroid hormones synthesis, but also in both diagnosis and treatment of thyroid cancer. However, due to a decrease or absence of the NIS expression in some tumors and metastases, patients become refractory to the metabolic radiotherapy and present a radioresistance, which cause a public health problem.The BRAFV600E oncogene, a potent activator of the MAP kinase pathway, is detected in 40-60% of papillary thyroid cancer (PTC), which represent 80% of total thyroid cancers. The BRAFV600E mutation is associated with the more aggressive thyroid tumors. However, the pharmacological inhibition of the MAP kinase pathway, constitutively induced by the BRAFV600E oncogene, is not able to restore alone the expression of NIS in patients with BRAFV600E mutated thyroid cancer. This suggests that other compensatory mechanisms may contribute to the radioresistance. A recent study in a mouse model demonstrated that downregulation of NIS by BRAFV600E oncogene is mediated through the TGF beta activation. An other showed that the expression of NIS is dependent on the redox status of the cell, suggesting a role for the reactive oxygen species (ROS). In cells, ROS can be produced by the NADPH oxidases (NOX/DUOX). The Thyroid gland expresses three of them: DUOX2, which is necessary for the thyroid hormones synthesis, but also DUOX1 and NOX4 whose the physiological role remains unknown. NOX4, which is overexpressed in the PTCs, has been shown to be a new key effector of the TGF beta pathway.In my thesis project, I was interested in studying the role of NOX4 in the negative regulation of NIS in BRAFV600E mutated CPT. The study of the mechanism, made from two human cell lines derived from BRAF-mutated papillary thyroid cancers (BCPAP and 8505C), has revealed that the oncogene BRAFV600E controls the expression of NOX4 at the transcriptional level via the TGF-beta/Smad3 pathway. These results were validated on both a rat thyroid cell line conditionnaly expressing BRAFV600E and on human thyrocytes in primary culture. Importantly, the use of antioxidants such as N-acetyl cysteine (NAC) or specific inhibition of NOX4 expression by RNA interference allow reinduction of NIS expression. These results, which show that ROS produced by NOX4 inhibit the expression of iodine transporter (NIS), establish a link between the oncogene BRAFV600E and NOX4. A comparative analysis of the NOX4 expression, made from 500 papillary thyroid cancers mutated or not for BRAF (TCGA data), confirms that NOX4 is significantly increased in BRAF-mutated cancers and that this is correlated with a decrease of NIS mRNA. Furthermore, the level of NOX4 is inversely related to thyroid differentiation score, suggesting that NOX4 might be involved in the dedifferentiation process. This study opens a new opportunity for optimizing the use of metabolic radiotherapy in the treatment of thyroid cancers refractory to radioiodine I131and makes NOX4 as a potential therapeutic target.