Les homéoprotéines sont des facteurs de transcription qui en plus de leur rôle important durant le développement des métazoaires, bénéficient de fonctions autonome et non autonome-cellulaire dans le cerveau adulte. Parmi ces homéoprotéines, Engrailed1/2 (collectivement Engrailed) est exprimée dans les neurones dopaminergiques mésencéphaliques adulte, ceux-là même qui dégénèrent dans la maladie de Parkinson. Chez les souris délétées d’une copie du gène (En1+/-), une dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques s’accompagne de symptômes moteurs et non moteurs rappelant la maladie de Parkinson, ce qui pourrait faire de ces souris un modèle nouveau et intéressant de cette maladie neurodégénérative. Des expériences de transduction de la protéine En1 dans les cellules du mésencéphale de souris démontrent son effet neuroprotecteur dans des modèles toxicologiques de la maladie de Parkinson et chez les souris En1+/-, menant à l’hypothèse qu’Engrailed est important dans la physiopathologie de cette maladie. L’essentiel de ce travail de thèse s’inscrit dans la compréhension des mécanismes d’action de l’homéoprotéine Engrailed dans les neurones dopaminergiques mésencéphaliques. L’activité physiologique importante de ces neurones et le stress métabolique oxydant qui est généré touche plusieurs compartiments cellulaires, dont le noyau. La stabilité du génome semble être un aspect majeur de l’action d’Engrailed dans ces neurones. D’abord contre les effets délétères du stress oxydatif sur l’intégrité de l’ADN et la structure de la chromatine, ensuite, contre l’activité génotoxique des éléments transposables LINE-1. / Homeoproteins are a major class of transcription factors that exert some of their functions through non-cell autonomous activity, due to their ability to transfer between cells. Two of these homeoproteins, En1 and En2 (collectively Engrailed) are responsible for midbrain dopaminergic (mDA) neuron development, and maintenance during adulthood. En1+/- mice display a selective and progressive degeneration of the mDA neurons, reminiscent of Parkinson disease (PD). Engrailed infusion confers neurotection against cell death in several mouse models of PD, leading to the hypothesis that Engrailed could be implicated in the physiopathology of the disease. To dissect the mechanisms underlying Engrailed-mediated protection, the transcriptome of mDA neurons in En1+/- was analyzed. It was found that the loss of one En1 allele leads to severe alterations in the expression of DNA damage response and chromatin remodeling genes. The same alterations were detected and amplified in an acute mouse model of oxidative stress, suggesting that mDA neurons from En1+/- mice are less resistant to oxidative stress and, conversely, that Engrailed may protect them against oxidative stress. Indeed, Engrailed transduction into mDA neurons saves them from cell death and restores all DNA damage and epigenetic marks. A second mechanism neuroprotection by Engrailed concerns LINE-1 elements. These retrotransposons have the ability to create genomic instability through their endonuclease activity. Their direct repression by Engrailed could be part of a general protective activity against genomic instability.

Parmi les principaux polluants générés par les activités industrielles, les métaux lourds, tels que le Cu, le Pb, le Cr... posent des problèmes particulièrement préoccupants. En effet, ces éléments, par nature non biodégradables, présentent une forte écotoxicité et pourraient être impliqués dans de nombreuses pathologies. Ainsi, pour reprendre les termes d'un récent rapport de l'Office Parlementaire des Choix Scientifiques et Technologiques : « si les métaux lourds ont fait la civilisation, ils peuvent aussi la défaire ». Il est donc aujourd'hui indispensable non seulement de mieux connaître les effets de ces polluants sur les organismes vivants, mais aussi de mettre en œuvre des solutions durables, visant à limiter leurs risques. Dans ce contexte, les plantes représentent un objet d'étude intéressant. En effet, celles-ci, directement confrontées aux composés toxiques du milieu, pourraient non seulement être utilisées en tant que marqueurs de la toxicité du milieu, mais aussi en tant qu'outil de stabilisation des polluants. Cependant, à l'heure actuelle, les données concernant l'influence des métaux lourds sur les communautés végétales soumises à une exposition chronique de polluants, de même que le rôle des plantes sur le devenir des métaux, sont encore insuffisantes. Il est donc nécessaire de poursuivre les recherches dans ce domaine afin de mieux comprendre les modalités des interactions entre les plantes et les milieux pollués et de trouver de nouvelles espèces utilisables dans des programmes de phytoremédiation.<br />Pour répondre à cet objectif, l'étude des populations végétales naturelles de trois crassiers métallurgiques de la région Rhône-Alpes a été réalisée. Malgré de fortes teneurs en métaux lourds, les relevés réalisés ont permis de répertorier un peu plus de 200 espèces de plantes supérieures appartenant à une cinquantaine de familles botaniques. Par ailleurs, l'utilisation d'une méthode chimique normalisée a montré que la fraction métallique “phytodisponible” était importante. Par opposition, l'analyse des concentrations foliaires n'a pas permis de mettre en évidence une accumulation métallique supérieure à celle retrouvée dans une plante référence. Par conséquent, le risque de transfert des polluants métalliques apparaît limité. L'analyse des relevés phytosociologique a cependant révélé que le substrat influence l'organisation de groupements végétaux inédits, qui pourraient être utiles pour désigner la végétation la plus adaptée pour un programme de phytoremédiation. Au sein de ces groupements, une espèce abondante, Plantago arenaria Waldst. & Kit. a montré de bonnes capacités de tolérance vis-à-vis de différents métaux lourds, en particulier pour le cadmium. Il s'est avéré que la tolérance de cette espèce est un caratère constitutif pour le Cd et le Ni et un caractère adaptatif pour le Cu. Cette bonne tolérance constitutive pourrait être une caractéristique des plantes pionnières et résistantes à la sécheresse. Chez cette espèce, les mécanismes de résistance au cadmium semblent impliquer une activation du système anti-oxydant racinaire et une limitation de la translocation.<br />La suite possible de ce travail pourrait consister à orienter les recherches vers les mécanismes complémentaires de la résistance aux métaux lourds chez P. arenaria et notamment en ce qui concerne les phénomènes de chélation intracellulaire. D'autre part, il serait intéressant de procéder aux premiers tests de recolonisation en conditions réelles.

L'induction par un hôte d'un stress oxydatif chez un parasite représente l'une des stratégies de défense chimique les plus répandues. Chez les Brassicacées, famille de plantes comprenant des espèces à fort intérêt agronomique comme le chou ou le colza, ou d'intérêt scientifique comme Arabidopsis thaliana, le stress oxydatif peut être généré soit par des formes actives d'oxygène libérées au niveau de la zone d'agression lors du burst oxydatif soit par des molécules issues du métabolisme secondaire de la plante telles que les isothiocyanates (ITC). Bien que fortement exposé à un tel stress lors de l'infection, Alternaria brassicicola, champignon pathogène nécrotrophe inféodé aux Brassicacées, est capable d'accomplir son cycle parasitaire et donc de s'y adapter. Cette thèse met en évidence que la tolérance du champignon aux stress oxydatif est partiellement dépendante du métabolisme du mannitol qui participe à la résistance des conidies lors du burst oxydatif in planta ou à la protection contre les dommages intracellulaires des FAO générées par les ITC lors des phases précoces de l'interaction. Les travaux réalisés montrent également que la charge fongitoxique des dérivés des glucosinolates peut être inhibée par leur conjugaison au glutathion via des Glutathion-Stransférases (GST) spécifiques. L'altération du métabolisme du mannitol ou l'inactivation de ces GST diminue significativement le pouvoir pathogène d'A. brassicicola et la régulation de ces voies métaboliques est donc à considérer dans l'optique de développer de nouvelles stratégies de protection des cultures.

Le cadmium (Cd) est un métal toxique, inducteur de stress oxydatif, dont la principale source de contamination pour l'humain non-fumeur est la nourriture. L'épithélium intestinal est la première barrière de l'organisme franchie par le Cd ingéré. Lors de sa phase proliférative, la lignée cellulaire Caco-2 est représentative des précurseurs d'entérocytes et, lors de sa phase différenciée, des entérocytes matures de l'épithélium intestinal. Un prétraitement de 24 h à 10 µM de Cd induit une tolérance au Cd dans les cellules prolifératives, mais pas dans les cellules Caco-2 différenciées alors que ces dernières sont, de façon naturelle, moins sensibles. Les objectifs de cette étude sont d'évaluer, en fonction du stade de différenciation entérocytaire, le rôle du stress oxydatif dans l'induction de cette tolérance et dans la toxicité aiguë du Cd, ainsi que de comparer la tolérance induite par le Zinc (Zn) à celle induite par le Cd. Les hypothèses de cette étude sont: i) le stress oxydatif est impliqué dans le mécanisme de résistance acquise des cellules prolifératives, ii) la MT-lIa et la HSP70 ne sont pas essentielles à ce processus de résistance et iii) les résistances acquises induites par le Zn et le Cd impliquent des processus différents. La méthodologie de cette étude comprend des techniques de culture cellulaire, des tests de viabilité cellulaire, des analyses d'expression de la MT-lIa et de la HSP70 par RT-PCR, des dosages de contenus en thiols intracellulaires et d'activité de la catalase (CAT) et de la glutathion peroxidase (GSH-Px), des mesures d'accumulation cellulaire de ¹⁰⁹Cd et des analyses de type de mort cellulaire par cytofluorimétrie de flux. Les résultats montrent que l'inhibition de la catalase par 100 mM de 3-amino-1,2,4-triazole (3 A T) empêche l'induction de la résistance acquise et provoque une sensibilisation des cellules prolifératives prétraitées au Cd, mais pas des cellules témoins. Cependant, l'inhibition de la synthèse de glutathion par 3 mM de L-buthionine sulfoximine (BSO) ainsi que de la synthèse protéique par 1 µM de cycloheximide (CHX) ne préviennent pas l'induction de cette résistance, mais elles sensibilisent les cellules à la toxicité aiguë du Cd. Contrairement à 10 µM de Cd, un prétraitement de 24 h à 100 µM de Zn en co-exposition avec 100 mM 3AT induit une résistance acquise. Enfin, l'induction de la MT-lla et de la HSP70 ne semble pas nécessaire au mécanisme de résistance acquise bien qu'un prétraitement au Cd ou au Zn augmentent les niveaux d'ARNm de ces deux protéines. En conclusion, les cellules Caco-2 répondent différemment à une exposition à une faible concentration de Cd selon leur état de différenciation et la présence de catalase active semble essentielle à l'induction, par le Cd mais pas par le Zn, d'une résistance acquise des cellules prolifératives à une exposition subséquente au Cd. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cadmium, Stress oxydatif, Épithélium intestinal, Cellules Caco-2, Résistance acquise.

La protéine L-isoaspartate méthyltransférase (PIMT) répare les protéines endommagées par la formation de résidus L-isoaspartates anormaux. Elle est majoritairement exprimée et active dans le cerveau. Or, la déficience en PIMT est largement associée à différentes maladies neurologiques tandis qu'une élévation de son niveau d'expression semble jouer un rôle protecteur. La PIMT est communément caractérisée comme une protéine monomérique du cytosol. Nous nous intéressons particulièrement aux mécanismes qui régulent son expression et son activité. Les dérivés réactifs de l'oxygène (DRO) peuvent agir comme des messagers secondaires des voies de signalisation physiologiques, par contre, l'accumulation de ceux-ci peut causer des dommages oxydatifs et contribuer fortement à l'altération des processus cellulaires. En raison de divers facteurs, les cellules cérébrales peuvent être plus vulnérables face à une augmentation des DRO (stress oxydatif). Pourtant, il existe peu d'information concernant la régulation de la PIMT par les DRO dans le cerveau. Par ailleurs, les mitochondries sont les principales sources de DRO intracellulaires et leur association avec les désordres neurologiques est de plus en plus rapportée. Malgré le fait que la PIMT est aussi présente et active dans les mitochondries, aucune étude n'a encore examiné la régulation de son express ion dans ces organites. L'objectif de cette thèse était de démontrer que les DRO régulent l'expression de la PIMT. Dans un premier volet, nous avons investigué les effets des DRO sur l'express ion de la PIMT. Le phénylarsine oxyde (PAO) est une molécule dérivée de l'arsenic qui altère les protéines en oxydant les résidus cystéines vicinales (voisines sur la chaîne polypeptidique). En premier lieu, nous rapportons que la synthèse de la PIMT est rapidement stimulée par le traitement des cellules d'astrocytomes humains U87 avec le PAO. Nous avons aussi confirmé que l'augmentation de l'express ion de la PIMT par le PAO était dépendante de protéines possédant des cystéines vicinales. De manière importante, nous avons observé que l'augmentation de l'expression de la PIMT corrélait avec la formation de DRO induite par le PAO. De façon convaincante, nous avons pu démontrer que la formation des DRO et la stimulation de l'express ion de la PIMT par la PAO étaient bloquées par l'agent antioxydant N-acétylcystéine ainsi que par l'inhibition de la NADH/NADPH oxydase avec le chlorure de diphenyleneiodonium. De plus, nous avons montré que l'inhibition de l'express ion de la PIMT par siRNA accroissait significativement la formation des DRO induits par le PAO, indiquant que la PIMT agissait indirectement comme une protéine antioxydante. Dans un deuxième volet, nous avons caractérisé la PIMT associée aux mitochondries. Nous avons trouvé que la PIMT est exprimée sous une forme monomérique, dimérique et multimérique dans les fractions mitochondriales des cellules de neuroblastomes humains, les SH-SY5Y. L'analyse par électrophorèse bidimensionnelle a révélé deux isoformes spécifiques de la PIMT dans les fractions mitochondriales. Lorsque nous avons traité les cellules avec le carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone (CCCP), un agent découplant qui perturbe l'activité mitochondriale, l'expression et l'activité des monomères de PIMT ont diminué alors que l'expression et l'activité des multimères de PIMT ont été stimulées. De manière significative, l'assemblage des multimères de PIMT est le résultat de monomères de PIMT liés par des ponts disulfures car le traitement des multimères avec un agent réducteur comme le dithiothréitol les transforme en monomères de PIMT. L'acide ascorbique, un antioxydant, bloque significativement la formation des multimères de PIMT induite par le CCCP, validant que les DRO contribuent à la multimérisation de la PIMT. De plus, on a trouvé que le CCCP conduit à l'accumulation des résidus aspartates endommagés sélectivement au niveau des protéines avec un haut poids moléculaire. Il est particulièrement intéressant de noter que l'élévation de l'activité catalytique des multimères de la PIMT par le CCCP a été drastiquement inhibée par l'agent réducteur dithiothréitol. Ces résultats indiquent que les monomères de PIMT sont généralement inactifs après les traitements au CCCP et que l'activation des multimères de PIMT est essentiellement dépendante de la formation des liens disulfures entre monomères de PIMT. Cette thèse rapporte la régulation de la PIMT par les DRO et démontre que cette enzyme de réparation est une nouvelle protéine antioxydante. En plus, elle met en évidence que les DRO contribuent à la multimérisation et l'activation de la PIMT dans les mitochondries. Ces travaux de recherche mettent en lumière un nouveau champ d'étude sur la PIMT. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : protéine L-isoaspartate méthyltransférase, dérivés réactifs de l’oxygène, mitochondries, liens disulfures, multimères

Thèse doctorat : Biochimie : Villeurbanne, INSA : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 169-194.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Ecotoxicologie : Toulouse, INPT : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 524 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Cancérologie : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 196-238.

Thèse de doctorat : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Strasbourg 1 : 2007. Thèse de doctorat : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Sofia - Bulgarie : 2007. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 143-155.

Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Tours : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.