Les inhibiteurs de la protéase virale (IPs) sont utilisés avec succès dans le cadre d'une thérapie anti-VIH-1. L'efficacité de ce traitement est incontestable notamment en terme de réduction de la charge virale et de maintient du taux de lymphocytes CD4 circulants. Depuis l'incorporation des IPs dans la prise en charge thérapeutique, on note une réduction significative de la morbidité et de la mortalité ainsi qu'un allongement de la durée de vie des patients. Cependant, la prise de ces molécules anti-rétrovirales s'accompagne de nombreux effets secondaires. Les plus préoccupants d'entre eux sont : une lipodystrophie partielle, une hyperlipidémie, une insulino-résistance, une athérosclérose prématurée, ainsi que des infarctus du myocarde. Les patients sont également confrontés à l'apparition de maladies généralement associées à l'âge telles que la neurodégenérescence, l'ostéopénie et le développement de tumeurs malignes. Les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans ces altérations métaboliques n'ont pas encore été élucidés. L'objectif de cette étude était d'étudier les effets cellulaires de quatre IPs (Atazanavir, Lopinavir, Ritonavir et Saquinavir) sur la cellule musculaire striée squelettique humaine. Ces travaux ont permis d'identifier une augmentation de la production d'espèces oxygénées réactives (ERO), une altération morphologique du réticulum sarco/endoplasmique (RS/RE) ainsi qu'une augmentation de l'expression de CHOP, un marqueur du stress de ce compartiment et une diminution de l'expression et de la localisation dans les microdomaines membranaires (lipid rafts) de la cavéoline 3 et de la flotilline 1. Enfin, l'utilisation d'un antioxydant, le Resvératrol protége le myotube primaire humain de ces différentes altérations engendrées par les IPs. Ces données suggèrent un rôle central de la surproduction d'ERO dans le développement du stress du RE/RS et de la perte de localisation des protéines résidantes des microdomaines membranaires. De plus , en l'absence de persceptive vaccinale concrète, le Resvératrol, au travers de ces effets protecteurs, pourrait se révéler un atout de choix dans l'atténuation des effets secondaires des IPs en contribuant ainsi à l'amélioration de la prise en charge du patient séropositif. / HIV protease inhibitors (PI) have been successfully used in highly active antiretroviral therapy (HAART) of HIV-1 infection, the most effective treatment currently available. Incorporation of protease inhibitors in HAART has significantly reduced the morbidity and mortality and prolonged the lifespan of patients with HIV infection. Protease inhibitor benefits are unfortunately compromised by a number of clinically important adverse side-effects. Most patients on HAART develop a metabolic syndrome associated with partial lipodystrophy, hyperlipidemia, insulin resistance, premature atherosclerosis and myocardial infarction. Moreover, these patients face a growing number of other age-related comorbidities, such as neurodegeneration, osteopenia and malignancies. The cellular and molecular mechanisms underlying protease inhibitor-associated metabolic abnormalities remain elusive, but they seem to be related to overproduction of reactive oxygen speci es (ROS), induction of endoplasmic reticulum stress and activation of the unfolded protein response (UPR). The objective of this thesis was to determine the cell effects of four PIs (Atazanavir, Lopinavir, Ritonavir and Saquinavir) in cultures of primary human skeletal myotubes. This study showed that PIs increased ROS production, altered sarco/endoplasmic reticulum (SR/ER) morphology, increased expression of C/EBP homologous protein, a SR/ER stress marker, and decreased expression and localization at lipid rafts of Caveolin 3 and Flotillin 1. In addition, we showed that the antioxidant Resveratrol protected the human primary myotube of these iatrogenic effects. These data suggest a central role of the overproduction of ERO in the development of SR/ER stress and mislocalization of lipid raft proteins induced by PIs. Besides, in absence of vaccine, Resveratrol may be used by a potentiel therapeutic agent to attenuate PI-induced side effects

De nombreuses études indiquent que la prématurité, qui représente 8 % des naissances, estassociée à des indices précoces de dysfonction vasculaire, d’élévation de la pression sanguineet de survenue de diabète de type 2. Les enfants nés prématurément sont plus sujets auxblessures oxydatives de par l’immaturité de leurs défenses antioxydantes et de leur expositionà des situations pro-oxydantes (exposition à l’air ambiant, à un supplément d’oxygène, ou àune exposition aux infections). Cependant, les conséquences à long terme des blessuresoxydatives induites par une exposition à l’oxygène en période périnatale restent méconnues.Le but de ce doctorat a été de mettre en évidence certains mécanismes pouvant relier lesdommages de la prématurité induits par l’oxygène, et le risque à long terme de développer desmaladies cardiovasculaires et métaboliques dans le concept global d’une programmationdéveloppementale de l’hypertension et des pathologies reliées au syndrome métabolique. Des ratons Sprague-Dawley (SD) ont été exposés à 80 % O2 (O2) vs air ambiant (AA) du 3èmeau 10ème jour de vie. Concernant les paramètres cardiovasculaires, nous avons mesuré aucours de la croissance, la pression sanguine à la queue (de la 4ème semaine à la 15ème semaine)et à l’âge adulte : la réactivité vasculaire à l’angiotensine II (AngII) et au carbachol (ex vivo,carotides) avec ou sans le tempol; la production d’oxyde nitrique (NO) en présence ou non Larginineet de L-sépiaptérine (aorte, immunohistochimie) ainsi que l’expression de la nitricoxyde synthase endothéliale (eNOS) (aorte, immunohistochimie et western blot); le stressoxydant vasculaire (aorte, chemiluminescence) par la mesure de la production d’anionssuperoxide en présence ou non des inhibiteurs de la nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) et de la nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), l’apocynine,et N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectivement, ainsi que le stress oxydantcirculant par la mesure des niveaux plasmatiques de malondialdéhyde (MDA, HPLC); ladensité microvasculaire a été évaluée au niveau du muscle tibial antérieur,immunohistochimie); la vitesse d’onde pulsée (VOP) (entre la valve aortique et juste avant labifurcation ilio-fémorale) a été mesurée par ultrason; le nombre de néphrons a été compté pardigestion acide. L’ontogenèse de la plupart de ces mécanismes a été regardée à l’âge de 4semaines.Concernant les paramètres métaboliques, le poids a été mesuré au cours de la croissance. Àl’âge adulte, la composition corporelle et la tolérance au glucose ont été évaluées. À l’âge de 4 semaines, aucune différence n’a été observée dans la pression sanguine, laréactivité vasculaire et le stress oxydant, mais chez les rats O2 vs AA, la densitémicrovasculaire est moindre, et des changements histologiques suggèrent la présence d’unerigidité artérielle augmentée.À l’âge adulte chez les rats O2 vs AA (n = 6-8 /groupe) : i) les pressions sanguines systoliqueset diastoliques sont augmentées; ii) la réactivité vasculaire à l’AngII est augmentée et celle aucarbachol est diminuée, le tempol prévient ces dysfonctions; iii) la production de NO est plusfaible au niveau basal et après stimulation par le carbachol, mais est restaurée après la préincubationavec L-arginine et L-sépiaptérine; iv) l’expression d’eNOS est diminuée parimmunohistochimie et augmentée par western blot; v) les niveaux d’anions superoxide, auniveau basal et en réponse à l’AngII, sont augmentés et sont induits par la NADPH oxydase etle non-couplage d’eNOS; vi) les niveaux plasmatiques de MDA sont augmentés; vii) Ladensité microvasculaire est moindre; viii) la VOP est augmentée; ix) le nombre de néphrons par rein est réduit; x) le poids est plus faible au cours de la croissance et un catch up estobservé à l’âge adulte; la composition corporelle n’est pas différente entre les groupes; xi) latolérance au glucose est diminuée. Ces résultats supportent l’hypothèse d’une programmation développementale des maladiescardiovasculaires et métaboliques à l’âge adulte à la suite d’un stress hyperoxique néonatal. / Many studies showed that prematurity, which represents 8 % of birth, is associated with earlyindices of vascular dysfunction, increased blood pressure and Type 2 diabetes. Prematuritybabies are more susceptible to oxidative injury, consequence of the immaturity of theirantioxidant defences, and exposure to pro-oxidant situations (oxygen supplementation,infection). However, the long-term consequences of oxidative injury induced by oxygenexposure in the neonatal period are unknown.The aim of these PhD studies was to unravel some mechanisms that might underlie thedamage induced by oxygen and the long-term risk of developing vascular and metabolicdiseases in the overall concept of developmental programming of hypertension and metabolicsyndrome-related diseases. Sprague-Dawley pups were kept with their mother in 80 % O2 (O2) or room air (RA) from day3 to 10 of life. Cardiovascular parameters, tail blood pressure was measured between 4 and15 weeks of life. In adulthood : vascular reactivity (ex vivo carotid rings) to angiotensine II(AngII) and carbachol with and without tempol was studied; studies of nitric oxide (NO)production with and without L-arginine and L-sépiaptérine (aorta, immunohistochemistry)and endothelial nitric oxide synthase expression (eNOS; aorta, immunohistochemistry,western blot) were performed; vascular oxidative stress (aorta, using chemiluminescence) bymeasuring superoxide anion production with and without inhibitors of nicotinamide-adeninedinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) and nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS),apocynin and N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectively, and circulating oxidative stress by measuring the plasma levels of malondialdéhyde (MDA, HPLC) wereevaluated; microvascular density was assessed on tibialis anterior muscle sections; pulse wavevelocity (PWV) was measured by ultrasound, between aortic valve and ilio-femoralbifurcation; nephrons were counted after hydrochloric acid digestion. The main observationswere also evaluated at 4 weeks of age. Metabolic parameters: body weight has beenmeasured during the growth. In adulthood, body composition, glucose tolerance wereevaluated. A 4 weeks of age, no difference was observed regarding blood pressure, vascular reactivity,and oxidative stress indices, but in rats O2 vs. RA (n = 6-8 /group), microvascular rarefactionand histological changes suggesting enhanced vascular stiffness were present.To adulthood, rats O2 vs. RA (n = 6-8/group) : i) systolic and diastolic blood pressures areincreased; ii) vascular reactivity to Ang II is increased and to carbachol is decreased, thesedysfunction were totally abolished by co-incubation of the vessel rings with tempol; iii) NOproductionis decreased in basal condition and after carbachol stimulation, but is restored afterpre-incubation of aorta sections with L- arginine and L-sépiaptérine; iv) eNOS expression isdecreased by immunohistochemistry but increased by western blot; v) vascular superoxideanion levels are increased in basal condition, after AngII stimulation and this is mediated byNADPH oxydase and eNOS uncoupling; vi) the plasma levels of MDA are increased; vii)microvascular density is decreased; viii) PWV is increased; ix) nephron count per kidney isdecreased; x) body weight is less during growth, but a catch up is observed in adulthood,body composition is similar; xi) the glucose tolerance is decreased in adults. These results support the hypothesis of developmental programming of vascular andmetabolic diseases in adulthood, after exposure to hyperoxic stress in the neonatal period.

Les bactéries du genre Deinococcus sont extrêmement tolérantes à de fortes doses de radiations. Des études antérieures ont montré que IrrE est nécessaire à la radiotolérance et à l'induction des gènes de réparation de l'ADN après exposition des cellules à l'irradiation. Pendant des années il est resté inconnu comment IrrE active l'expression de ces gènes. L'objectif de ma thèse était la caractérisation de la voie de signalisation dépendent de IrrE chez Deinococcus deserti. Pour cela, des approches biochimiques et génétiques ont été utilisées. Les premiers résultats ont fortement suggéré que IrrE agit indirectement sur l'activation de l'expression des gènes. En utilisant des expériences in vitro et in vivo, nous avons montré que IrrE de Deinococcus deserti interagit avec DdrO, un régulateur potentiel qui est codé par un gène radio-induit et qui est, comme IrrE, conservé chez les Deinococcus. De plus, IrrE clive DdrO in vitro mais aussi in vivo lorsque les deux protéines sont co-exprimées chez Escherichia coli. Ce clivage est abolit en présence d'un agent chélateur de métaux, l'EDTA. Chez D. deserti, le clivage de DdrO dépendent de IrrE a été observé mais seulement après exposition à l'irradiation. En parallèle, nous avons montré que la répression du promoteur d'un gène radio-inductible est dépendante de DdrO. Nos résultats montrent donc que IrrE est une métalloprotéase et nous proposons que le répresseur DdrO soit désactivé après clivage par IrrE conduisant à l'induction de différents gènes indispensables pour la réparation de l'ADN et la survie des cellules après exposition de Deinococcus à l'irradiation. / Deinococcus bacteria are famous for their extreme tolerance to high doses of radiation. Earlier studies have shown that IrrE protein is required for radiation tolerance and for induction of DNA repair genes after exposure of cells to radiation. However, for years it has remained unknown how IrrE activates gene expression. The aim of my thesis was to characterize the IrrE-dependent regulation pathway in Deinococcus deserti. For this, biochemical and genetic approaches were used. The first results strongly suggested that IrrE activates gene expression in an indirect manner. Then, using other in vivo and in vitro experiments, IrrE from Deinococcus deserti was found to interact with DdrO, a predicted regulator encoded by a radiation-induced gene that is, like irrE, highly conserved in Deinococcus. Moreover, IrrE was found to cleave DdrO in vitro and also in vivo when the proteins were co-expressed in Escherichia coli. This cleavage was not observed in the presence of the metal chelator EDTA. In D. deserti, IrrE-dependent cleavage of DdrO was observed only after exposure to radiation. Furthermore, DdrO-dependent repression of the promoter of a radiation-induced gene was shown. Our results demonstrate that IrrE is a metalloprotease and we propose that IrrE-mediated cleavage inactivates repressor protein DdrO, leading to transcriptional induction of various genes required for DNA repair and cell survival after exposure of Deinococcus to radiation.

Le développement d'organismes photosynthétiques (piégeant le C02 en préservant l'eau douce et les terres cultivables sans ajout d'engrais) capables d'utiliser l'énergie solaire pour produire du dihydrogène (H2) passe par une meilleure compréhension du rôle de l'hydrogénase dans le métabolisme cyanobactérien. Le Laboratoire de Biologie et Biotechnologie des Cyanobatéries où j'ai travaillé durant ma thèse utilise une approche de "Biologie Intégrative" pour analyser le métabolisme qui conduit à la photo-production d’H2 chez la cyanobactérie modèle Synechocystis sp. PCC6803. Mon travail s'est focalisé sur l’analyse des réseaux de régulation amenant à la production d'H2 par l’hydrogénase bidirectionnelle à centre Ni-Fe (composée de 5 sous-unités) codée par l’opéron hox. Lorsque j’ai débuté ce travail, 2 activateurs de l’opéron hox avaient été identifiés: AbrB1 et LexA. Un article dont je suis co-premier auteur est paru (Dutheil et al. 2012 J Bact.), il décrit l'identification par l'utilisation de diverses approches d'un nouveau facteur de transcription de l'opéron hox: AbrB2 (homologue d'AbrB1). J'ai ainsi montré que l'expression de l’opéron hox était régulée négativement par AbrB2 en utilisant des fusions transcriptionnelles au gène rapporteur cat (introduites dans la souche sauvage ou dépourvues d'AbrB2) ainsi que des expériences de qRT-PCR. Par la technique de retard sur gel, nous avons confirmé une interaction directe entre AbrB2 et la région promotrice de l’opéron hox. En collaboration avec deux laboratoires du CEA, nous avons montré qu'un mutant dépourvu d’AbrB2 possède une activité hydrogénase augmentée, confirmant ainsi qu'AbrB2 est un régulateur négatif de la production d'H2.Dans un deuxième temps et en collaboration avec deux post-doc du laboratoire, nous avons mis en évidence le rôle de la cystéine unique d'AbrB2 dans le contrôle redox de son activité de régulation transcriptionnelle.Par la technique du retard sur gel,j’ai montré que cette cystéine n’est pas cruciale pour la fixation d'AbrB2 sur le promoteur hox, mais que par contre, la modification redox de celle-ci l’affecte de manière drastique. Dans le cadre de collaborations, nous avons identifié la modification post-traductionnelle qui peut avoir lieu sur la cysteine d'AbrB2 et il s’agit de la première fois, qu’un tel mécanisme de régulation est identifié pour cette famille de régulateur et chez les cyanobactéries. J’ai construit une souche portant l'allèle muté abrB2 Cys>Ser sur le chromosome et exprimé par le promoteur sauvage d’abrB2. J’ai montré grâce à cette construction et en utilisant diverses techniques (activité hydrogénase, qRT-PCR, Western blot et transcriptome) que la cystéine d'AbrB2 joue un rôle dans son activité de régulation qui est 60% moins bonne sur les 529 gènes cibles (directes ou indirectes) du régulateur muté. L’effet est également visible sur l’activité hydrogénase. Ce résultat a été complété par des tests de surexpression thermoinduite d’AbrB2 qui montrent que la mutation C34S affecte la stabilité de la protéine qui ne s’accumule pas autant que la sauvage dans les même conditions et dont la surexpression est létale. Un manuscrit dont je suis copremier auteur et décrivant ces résultats est en cours de finalisation et sera prochainement soumis à l’Intern. Journ. of Hydrogen Energy.L’ensemble de ces travaux permet de mieux comprendre les mécanismes biologiques liés à l’expression de l’hydrogénase bidirectionnelle et vont dans le sens d’un rôle important de celle-ci dans la détoxification des stress redox. La détermination des relations entre les différents régulateurs de l’hydrogénase et les possibles modifications post-traductionnelles de chacun de ces facteurs que j’ai mises en évidence traduisent une enzyme à la régulation complexe. Ces nouvelles connaissances permettent d’éclairer sous un angle nouveau la photoproduction d’H2 par les cyanobactéries et permettront peut-être d’élaborer des stratégies de production d’H2 efficace. / Developing photosynthetic organism (trapping CO2 while preserving fresh water and arable soils without adding fertilizers) able to use Sun light to produce dihydrogen (H2) is depending on a better understanding of the role of hydrogenase in the cyanobacterial metabolism. The Laboratoire de Biologie et Biotechnologie des Cyanobactéries (LBBC) where I worked during my thesis uses « Integrative Biology » approach to analyze the metabolism leading to H2 photoproduction by the model cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. My work focused on analyzing the regulation network leading to H2 production by the bidirectionnal hydrogenase with Ni-Fe cluster (composed of 5 subunits) encoded by hox operon. When I started this work, two transcriptionnal activators were identified : AbrB1 and LexA. An article, of which I’m sharing first author position, is published (Dutheil et al. 2012 J Bact.), it describes the identification by different approachs of a new transcriptionnal factor of hox operon : AbrB2 (homologous to AbrB1). I showed that hox expression is negatively regulated by AbrB2 by using transcriptionnal fusion to cat reporter gene (introduced in the wild type background or the AbrB2-deleted one) and qRT-PCR experiments. By the electrophoretic mobility shift assay (EMSA) method, we confirmed a direct interaction between AbrB2 and the promoter region of hox operon. Collaborating with two CEA laboratories, we showed that a mutant lacking AbrB2 harbours an increased hydrogenase activity, validating that AbrB2 is a negative regulator of H2 production.In a second time of my thesis and colaborating with two post-doc of the laboratory, we evidenced the role of the unique cysteine of AbrB2 in redox-controlling the transcriptionnal regulator activity of the protein.Using the EMSA method, I showed that the cysteine is not crucial for AbrB2 fixing on hox promoter, but also that the redox modification occuring on this residue inhibits this same binding activity. Collaborating with other labs, we identified the post-translational modifications that may occur on AbrB2 cysteine and it is the first time that such a regulating mechanism is identified for this family of regulators and in cyanobacteria. I constructed a strand harbouring the abrB2C34S mutant allele on the chromosome and expressed by the abrB2 natural promoter. I showed with this construction and using diverse methods (hydrogenase activity, qRT-PCR, Western blot and transcriptome) that AbrB2 cysteine plays a role in its regulating activity : regulating activity is 60% less efficient towards the 529 target genes (either direct and indirect) of the mutated regulator. The effect is also seen on hydrogenase activity and hox genes. This result was completed by thermoinduced overexpression assays that show that C34S mutation of AbrB2 alters protein stability : the mutated protein accumulates less than wild type allele in the same conditions, which is lethal. A manuscript, of which I’m sharing first author position, and describing those results is being finalised and will be submitted soon to the IJHE (International Journal of Hydrogen Energy).Altogether, my results allow a better understanding of the biological mechanisms linked to bidirectionnal hydrogenase expression and agree with a possible role for hydrogenase in detoxifying redox stresses. The determination of the relationships between the different regulators of hydrogenase, and their possible post-translational modifications that I revealed, highlight an enzyme with complex regulation. This new knowledge brings an original outlook on hydrogen photoproduction by cyanobacteria and shall allow elaboration of efficient H2 production strategies.

L'insuffisance rénale chronique (IRC) demeure un problème de santé publique du fait de l'augmentation de sa prévalence. Malgré l'amélioration de la prise en charge, le taux de mortalité reste plus élevé comparé à la population générale. Parmi les causes de décès, les maladies cardiovasculaires, d'origine multifactorielle (élargissement et hypertrophie des artères, athérosclérose, calcifications vasculaires et valvulaires) sont au premier plan. A côté des facteurs de risque classiques, des facteurs non traditionnels, liés aux perturbations métaboliques de l'IRC, ont été mis en évidence, comme l'inflammation, la malnutrition, le stress oxydant, les anomalies du métabolisme minéralo-osseux. La meilleure connaissance de la physiopathologie de la vasculopathie de l'IRC permet d'émerger de nouveaux biomarqueurs pour stratifier le risque cardiovasculaire chez l'IRC.OBJECTIFS-METHODOLOGIE GENERALE : Nous avons réalisé une approche biochimique pour explorer trois composantes du risque cardiovasculaire chez l'IRC : stress oxydant, perturbations qualitatives des HDL (high-density lipoprotein) et métabolisme minéralo-osseux.RESULTATS : Dans une première publication la production d'anion superoxyde a été évaluée, via une méthode de chemoluminescence, en fonction du stade de l'IRC. Alors que la surproduction de formes réactives de l'oxygène est bien connue au stade 5d et peut être liée à la procédure dialytique, il existe peu de données aux stades précoces. Notre étude a porté sur 136 patients IRC non dialysés des stades 1à 5. Les résultats montrent que la production de FRO est assurée aux stades 4 et 5. Un bas débit de filtration glomérulaire (MDRD<30ml/min/1.73m2), l'inflammation (fibrinogène >3.7g/l) et des taux anormaux d' HDL (<1.42mM et >1.75mM) apparaissent comme les principaux déterminants du stress oxydant chez l'IRC non dialysé.Alors que dans la population générale, un taux bas de HDL est reconnu comme un facteur de risque important, nous avons montré (publication 1) que des taux anormaux de HDL, bas comme hauts, étaient indépendamment associés au stress oxydant chez les sujets IRC. Dans une deuxième publication, nous avons précisé la composition des HDL en se basant sur d'éventuelles modifications qualitatives des protéines associées à la structure des lipoprotéines. Une étude protéomique a été réalisée chez 7 patients hémodialysés versus 7 sujets sains. Nous avons retrouvé 40 protéines exprimées différemment sur les 122 identifiées, dont l'apoCII, l'apoCIII qui sont significativement augmentées et la transferrine abaissée. Ces protéines interviennent dans de nombreuses fonctions comme la réponse inflammatoire, l'activation du complément, la régulation de l'oxydation des lipoprotéines, l'homéostasie des cations.Dans une troisième publication, l'épuration du FGF23, phosphatonine impliquée dans les anomalies du métabolisme minéralo-osseux, été étudiée chez l'hémodialysé chronique en fonction de la techniques de dialyse (hémodialyse (HD) high flux versus hémodiafiltration on line (OL-HDF)). Notre étude a porté sur 53 patients dans le groupe HD et 32 patients dans le groupe OL-HDF. Dans les deux groupes le taux de FGF23 en post-dialyse est significativement plus bas qu'en pré-dialyse. Cependant, le taux de réduction, la clairance et le KT/V du FGF23 sont significativement plus bas dans le groupe OL-HDF.CONCLUSION-PERSPECTIVES : Chez l'IRC, avec l'appariation de facteurs de risque non traditionnels, de nouveaux biomarqueurs ont émergés dans la stratification du risque cardio-vasculaire. Ces biomarqueurs peuvent devenir des bioacteurs et représenter de nouvelles cibles d'action et de prévention de l'atteinte cardio-vasculaire chez l'IRC. La complexité des mécanismes physiopathologiques impliqués, nous incite à proposer des approches multimarqueurs. Actuellement des études biocliniques se poursuivent en mettant en place des cohortes régionales de patients aux stades 1 à 5 et de patients incidents en dialyse. / BACKGROUND: Chronic kidney disease (CKD) is a public health problem because of its increasing prevalence. Despite care improvements, the mortality rate remains higher compared to general population. Among causes of death, cardiovascular diseases with multifactorial origins (enlargement and hypertrophy of arteries, atherosclerosis, vascular and valvular calcifications) are in the foreground. Besides the traditional risk factors, non-traditional factors associated with metabolic disorders in CKD were bring out, such as inflammation, malnutrition, oxidative stress, mineral and bone disorder. A better knowledge of vasculopathy physiopathology in CKD allows the emergence of new biomarkers to stratify cardiovascular risk in CKD.AIMS-METHODOLOGY: We performed a biochemical approach to explore three components of cardiovascular risk in CKD: oxidative stress, qualitative alterations of HDL (high-density lipoprotein) and mineral and bone disorder.RESULTS: In a first publication, the superoxide anion production, according to the stage of CKD, was assessed using a chemiluminescence method. While the overproduction of reactive oxygen species is well known at the 5d stage of CKD and may be related to the dialysis procedure, there are few data in the early stages. Our study included 136 non-dialysis patients at stages 1 to 5 of CKD. Results showed an enhanced superoxide production at the pre-dialysis phase, stages 4 and 5 of CKD. Reduced glomerular filtration rate (MDRD <30 ml / min / 1.73m2), inflammation (fibrinogène≥3.7g / l) and abnormal levels of HDL (<1.42mM and ≥1.75mM) appears as main determinants of oxidative stress in non-dialysis CKD patients.While in general population, a low HDL rate is recognized as an important risk factor, we showed (publication 1) that abnormal levels of HDL, low as high, were independently associated with oxidative stress in CKD subjects. In a second publication, we have defined the HDL composition based on qualitative changes in the structure of proteins associated with lipoproteins. A proteomic study was performed in 7 patients on hemodialysis versus 7 healthy subjects. We found 40 proteins differently expressed on the 122 identified, including apoCII, apoCIII which are significantly increased and transferrin lowered. These proteins are involved in many functions such as inflammatory response, complement activation, regulation of lipoprotein oxidation and homeostasis cations. In a third publication, the removal of FGF23, phosphatonin involved in mineral and bone metabolism, was studied in chronic hemodialysis according to the dialysis techniques (high flux hemodialysis (HD) versus on line hemodiafiltration (OL- HDF)). Our study included 53 patients in the HD group and 32 patients in the OL-HDF group. In both groups the rate of FGF23 in post-dialysis was significantly lower than in pre-dialysis. However, rate of reduction, clearance and KT / V of FGF23 were significantly lower in the OL-HDF group.CONCLUSION-PROSPECTS: In the IRC, with the appearance of non traditional risk-factors, new biomarkers have emerged in the stratification of cardiovascular risk. These biomarkers can become bioactors and represent novel targets of action and prevention in the cardiovascular disease in CKD. The complexity of the involved physiopatholological mechanisms, leads us to propose multimarkers approaches. Currently bioclinical studies continue with the constitution of regional cohorts of patients at stages 1 to 5 of CKD and incident dialysis.

Des études antérieures ont démontré que le métabolisme de la rétine, son apport sanguin et sa consommation de l'oxygène sont plus élevés dans le noir (Riva C.E. et al. 1983, Wang L. et al. 1996, Tam B.M. and Moritz O.L. 2007). Les stimuli physiologiques jouent supposément un rôle important dans le développement des différents systèmes nerveux (Arthur W. Spira, David Parkinson 1991). La privation de la rétine de son stimulus physiologique, la lumière, est un moyen valable de démontrer la validité de ce concept. D'autres études ont affirmé que les injections de dichlorure de paraquat dans la cavité vitréenne causent une sévère rétinopathie (Rétinopathie induite par paraquat: RIP). Cette rétinopathie est provoquée par les dérivés réactifs de l'oxygène (DRO) générés par le paraquat (Cingolani C. et al. 2006, Lu L. et al. 2006). Le but de notre premier projet (''Dark rearing project'') était de déterminer si les conséquences nocives de l'hyperoxie postnatale chez les rats albinos SD pourraient être amoindries en élevant une portée de rats au noir. Nos résultats suggèrent qu'une augmentation du métabolisme de la rétine causée par la déprivation de lumière chez les ratons, pourrait protéger ou masquer certains effets néfastes de l'hyperoxie postnatale. Le but de notre deuxième étude (''Paraquat project'') était d'examiner les possibles points de similitude entre RIP et d'autres modèles de rétinopathies oxydatives étudiés présentement par notre équipe, à savoir: Rétinopathie induite par l'oxygène (RIO) et Rétinopathie induite par la lumière (RIL). Nos résultats suggèrent que l'injection de dichlorure de paraquat dans la cavité vitréenne cause des changements sévères de la fonction de la rétine, tandis que sa structure semble intacte. La sévérité de ces changements dépend inversement de la maturité de la rétine au moment de l'injection. / In previous studies it has been shown that retinal metabolism, blood flow and oxygen consumption are significantly higher during dark adaptation (Riva C.E. et al. 1983, Wang L. et al. 1996, Tam B.M. and Moritz O.L. 2007). Physiological stimuli are supposed to play an important role in development of different neural systems (Arthur W. Spira, David Parkinson 1991). One way to demonstrate the accuracy of this statement is depriving the retina of its physiological stimulus: light. It has also been shown that an intravitreal injection of paraquat dichloride causes a severe retinopathy (Paraquat-Induced Retinopathy: PIR) resulting from the reactive oxygen species (ROS) that it generates (Cingolani C. et al. 2006, Lu L. et al. 2006). The purpose of our first project (''Dark rearing project'') was to determine whether the harmful effects of postnatal hyperoxia in albino SD rats could be decreased by dark rearing the rats. Our results would suggest that the increase in the retinal metabolic rate triggered by the dark-rearing period, would protect (or mask) some of the deleterious effects of postnatal hyperoxia. The purpose of our second study (''Paraquat project'') was to examine how the PIR could be compared to the other models of oxidative retinopathy currently studied by our team, namely: Oxygen-induced retinopathy (OIR) and Light-induced retinopathy (LIR). Our results suggest that an intravitreal injection of paraquat causes a severe functional but not structural retinopathy, the severity of which appears to be inversely related to the state of retinal maturation reached at time of injection.

Le but de notre travail était l’étude des dysfonctions artérielle et musculaire dans des modèles d’agression aiguë et chronique puis l’évaluation de l’effet de la modulation pharmacologique du stress oxydant sur les anomalies vasculaires induites. Dans le modèle aigu de choc endotoxinique chez la souris, l’administration d’albumine humaine a permis d’augmenter leur survie, d’améliorer l’hyporéactivité vasculaire et la dysfonction endothéliale grâce à des propriétés ,concentration-dépendante, anti-oxydantes, modulatrices de l’inflammation, aboutissant à une diminution de l’expression de la NOS inductible et à une amélioration fonctionnelle et quantitative de la NOS endothéliale. L’administration chronique chez le rat de ciclosporine ou d’évérolimus induit une dysfonction endothéliale caractérisée par une altération de la voie de signalisation du NO et de l’EDHF et associée à une augmentation locale du stress oxydant. Au niveau musculaire cardiaque, seul l’évérolimus induit une augmentation de radicaux libres et une diminution de la respiration mitochondriale ventriculaire droite. L’administration préventive de polyphénols a permis, une amélioration de la composante EDHF de la dysfonction endothéliale, ciclosporine-induite, via une diminution de la surexpression de la NADPH oxydase et du stress oxydant vasculaire. Ainsi, le stress oxydant est une entité commune, impliquée dans la genèse de dysfonctions vasculaire et musculaire. Sa modulation par l’administration d’albumine ou de polyphénols a permis respectivement l’amélioration de l’hyporéactivité vasculaire du choc endotoxinique et de la dysfonction endothéliale dans nos deux modèles. / The aim of this work was to study the arterial and muscular dysfunctions in two rodent models of acute and chronic injuries, then the evaluation of pharmacological evaluation of oxidative stress on vascular abnormalities induced in these models.In the acute model, a mouse endotoxic shock, human serum albumin administration improved survival, endothelial dysfunction and reduced vascular hyporeactivity thanks to its concentration-dependant , anti-oxidative and anti-inflammatory properties, leading to a decrease of inductible NOS expression and an qualitative and quantitative increase of endothelial NOS.In the chronic model, rat’s administration of ciclopsorine and everolimus induced an endothelial dysfunction characterized by alterations of both NO and EDHF pathways and associated with an in situ oxidative stress. In the cardiac muscle, an increase of reactive oxygen species and a decrease of right ventricle mitochondrial respiratory chain complexes activities was observed only with everolimus. The preventive administration of polyphenols markedly increased the blunted EDHF component, but not the NO component, of the cyclosporine-induced endothelial dysfunction by reducing NADPH oxidase over expression and oxidative vascular stress. Finally, oxidative stress is a common entity, implicated in genesis of vascular and muscular dysfunctions. Its modulation by human albumin or polyphenols administration improves respectively arterial hyporeactivity of endotoxinic shock and endothelial dysfunction in our two models.

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 formes réactives de l’oxygène (FRO) ont un rôle bien établi dans l’oncogénèse et le fonctionnement des cellules tumorales en augmentant les capacités de prolifération et d’invasion cellulaire. Les FRO présentent une moindre toxicité dans les cellules normales où le niveau de stress oxydant est bas et les systèmes d’oxydoréduction opérationnels. Une modulation pharmacologique de l’équilibre d’oxydoréduction permet d’améliorer l’efficacité des molécules cytotoxiques qui agissent sur les FRO. L’activité anti tumorale de la chimiothérapie étant médiée en partie par le stress oxydant, nous nous sommes dans un premier temps intéressé aux variations du stress oxydant lors d’un traitement par le sorafenib (Nexavar©), un inhibiteur de tyrosine kinases. Nous avons mis en évidence une activité anti tumorale du sorafenib liée à l’augmentation de la production d’anion superoxyde par les cellules. Ce phénomène nous a permis d’identifier un marqueur prédictif d’efficacité du sorafenib, le dosage des Produits d’Oxydation Avancée des Protéines (AOPP), dans le sérum des patients cirrhotiques développant un carcinome hépatocellulaire. Sachant que l’efficacité anti tumorale des chimiothérapies conventionnelles passe en partie par l’induction de FRO, nous nous sommes intéressés dans un deuxième temps au mangafodipir, un modulateur du stress oxydant, qui est connu pour augmenter l’index thérapeutique des agents cytotoxiques in vivo. Le mangafodipir diminue les effets toxiques du stress oxydatif dans des cellules non tumorales et potentialise l’activité anti tumorale de l’oxaliplatine. Ces données nous ont conduits à explorer in vivo et in vitro le mécanisme de la neurotoxicité induite par l’oxaliplatine et le rôle protecteur du mangafodipir. Nous avons ainsi observé dans un modèle murin que le mangafodipir prévient la neurotoxicité induite par l’oxaliplatine au niveau de la gaine de myéline. Nous avons confirmé ces résultats chez l’homme lors d’une étude de phase II. Compte tenu des taux plus élevés de FRO dans les cellules tumorales par rapport aux cellules normales, plusieurs stratégies ont été proposées pour cibler sélectivement les tumeurs sans endommager les tissus sains avec des modulateurs du stress oxydant. Notre troisième axe de travail a eu pour objectif d’identifier et de valider de nouvelles molécules liées à la modulation des FRO. Cette étude a été réalisée dans le cadre d’un projet du programme Européen Pierre et Marie Curie (International Training Network 7-FP7-2007-1-1-ITN201114), au sein du réseau REDCAT. Cette collaboration a permis de concevoir et de synthétiser de nouveaux agents thérapeutiques, les organochalcogenes. Nous avons mis en évidence in vitro et in vivo le potentiel anti tumoral de cette nouvelle classe thérapeutique et principalement celui du composé LAB027. Le LAB027 présente une activité anti tumorale seul ou associé à l’oxaliplatine. L’ensemble de ces travaux nous a permis d’envisager l’évaluation précoce de l’efficacité du sorafenib par un marqueur du stress oxydant, les AOPP, de mettre en évidence l’effet anti-neurotoxique d’un mimétique de la superoxyde dismutase, le mangafodipir et d’identifier une nouvelle classe médicamenteuse en oncologie, les organochalcogènes. Ces optimisations thérapeutiques permettent d’envisager une meilleure prise en charge des malades traités par chimiothérapie afin d’optimiser l’efficacité des traitements utilisés en oncologie. / Reactive oxygen species (ROS) forms have an established role in oncogenesis and tumor cell function by increasing the capacity of proliferation and cell invasion. ROS have a lower toxicity in normal cells where the level of oxidative stress is low and redox systems operational. Pharmacological modulation of redox balance enhances the effectiveness of cytotoxic molecules that act on the FRO. The anti-tumor activity of chemotherapy is mediated in part by oxidative stress, we initially interested in the changes of oxidative stress during treatment with sorafenib (Nexavar©), an inhibitor of tyrosine kinases. We have demonstrated anti-tumor activity of sorafenib due to increased production of superoxide anion by cells. This allowed us to identify a predictive marker of efficacy of sorafenib dosing Products Advanced Oxidation Protein (AOPP) in the serum of patients with cirrhosis develop hepatocellular carcinoma. Knowing that the antitumor efficacy of conventional chemotherapy is partly through the induction of ROS, we are interested in a second time mangafodipir, a modulator of oxidative stress, which is known to increase the therapeutic index of cytotoxic agents in vivo. Mangafodipir reduces the toxic effects of oxidative stress in non-tumor cells and potentiates the anti-tumor activity of oxaliplatin. These data led us to explore in vivo and in vitro the mechanism of neurotoxicity induced by oxaliplatin and the protective role of mangafodipir. We observed in a mouse model that mangafodipir prevents neurotoxicity induced by oxaliplatin in the myelin sheath. We confirmed these results in humans in a phase II study. Given the higher levels of ROS in tumor cells compared to normal cells, several strategies have been proposed to selectively target tumors without damaging healthy tissue with modulators of oxidative stress. Our third area of work has aimed to identify and validate novel molecules related to the modulation of ROS. This study was conducted as part of a project of the European Pierre et Marie Curie (International Training Network 7-FP7-2007-1-1-ITN201114) within the network REDCAT. This collaboration has led to the design and synthesis of new therapeutic agents, organochalcogenes. We have demonstrated in vitro and in vivo antitumor potential of this new therapeutic class and mainly composed of the LAB027. LAB027 the present anti-tumor activity alone or in combination with oxaliplatin. All of this work has allowed us to consider the early assessment of the effectiveness of sorafenib a marker of oxidative stress, the AOPP, highlight the anti-nerve of a superoxide dismutase mimetic, mangafodipir and identify a new class of drugs in oncology, organochalcogènes. These optimizations allow therapeutic consider better care of patients treated with chemotherapy to enhance the efficacy of treatments used in oncology.

La réponse et l’adaptation des plantes à un stress métallique mettent en jeu de nombreux mécanismes afin de limiter les effets néfastes des éléments toxiques. Bien que certains de ces mécanismes soient bien caractérisés, de nombreux acteurs cellulaires et moléculaires restent à identifier pour mieux comprendre la diversité des stratégies mises en œuvre dans ces processus complexes et vitaux pour les plantes.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle de deux modifications post-traductionnelles, la phosphorylation et la méthylation des protéines non-histone dans la réponse à un stress induit par deux éléments non essentiels et toxiques, le cadmium (Cd) et l’uranium (U). Nous avons analysé la dynamique de ces modifications chez trois espèces du genre Arabidopsis : A. thaliana et A. lyrata, deux espèces sensibles au Cd, et A. halleri, espèce naturellement capable de tolérer et d’hyper-accumuler ce métal toxique dans ses feuilles. En utilisant une combinaison d’analyses par Western blot et par spectrométrie de masse nous avons montré que les patterns de méthylation des protéines changent au cours de stress métalliques. Puis, nous avons analysé l’expression des gènes codant les enzymes impliquées dans les réactions de phosphorylation et méthylation des protéines dans différentes conditions de stress. Ces analyses ont montré qu’un grand nombre de protéines kinases sont régulés au niveau transcriptionnel par un stress métallique tandis que seules quelques une en ce qui concerne la méthylation. Pour finir, nous avons mis en place un criblage génétique de mutants d’A. thaliana et identifié deux gènes codant des protéines lysine méthyltransférases impliqués dans la tolérance au Cd.Dans un deuxième temps, nous avons étudié les mécanismes cellulaires de la réponse du système racinaire d’A. thaliana lors d’une exposition à l’U. L’utilisation de différents systèmes rapporteurs et la mesure de différents paramètres physiologiques nous ont permis de mettre en évidence que l’architecture racinaire est fortement modulée en réponse à l’U et ceci de façon dose dépendante. Cet effet est lié à l’inhibition du cycle cellulaire et à la synthèse d’espèces réactives de l’oxygène et d’oxyde nitrique dont l’accumulation provoque la mort cellulaire. Ces changements sont associés à une perturbation du transport et de la distribution de l’auxine dans les racines. Ces événements sont temporellement corrélés avec l’accumulation de polymères de défense (callose et lignine) impliqués dans l’imperméabilisation des cellules et des parois. Cette étude confirme enfin que le stress induit par l’U est intimement lié à une perturbation de l’homéostasie de certains macronutriments (phosphate et fer) et partage les cascades de signalisation d’une carence en phosphate.Ce travail met en évidence des mécanismes de réponse et d’adaptation aux métaux toxiques à travers la régulation fine des phénomènes de méthylation des protéines non-histone et l’identification de processus cellulaires impliqués dans la réponse à la toxicité de l’U dans le système racinaire. / Plant response and adaptation to metallic stress are involving numerous mechanisms limiting the toxic effect of metals. Although a large number of these mechanisms are well characterized, many processes are in need to be identified in order to have a better understanding of strategies involved in plant response to toxic elements.In first instance, we investigated the role of two post-translational modifications, phosphorylation and methylation of non-histone proteins in response to stress induced by two toxic metals, cadmium and uranium. We analyzed the dynamic of these modifications in three species of Arabidopsis: A. thaliana, A. lyrata two species sensitive to cadmium and A. halleri, a species which naturally tolerate and hyperaccumulate toxic metals in her leaves. By using Western blots and mass spectrometry in parallel, we showed that lysine methylation pattern were changing during metallic stresses. Next, we analyzed the gene expression of enzymes involved in phosphorylation and lysine methylation processes in plants exposed to different adverse conditions. These analyses showed that numerous kinases expressions were differentially regulated in response to metallic stress. Concerning protein lysine methyltransferases, only a few enzymes were differentially regulated. Finally, through a mutant genetic screening we identified two genes coding for protein lysine methyltransferases involved in tolerance to a stress induced by cadmium.Secondly, we studied the physiological and cellular processes involved in the response of A. thaliana root system to uranium. Through the utilization of several reporters and the measure of physiological parameters, we demonstrated that the root architecture was strongly modulated in response to a stress induced by uranium and that in a dose dependent manner. These effects are linked to a cell cycle inhibition and the synthesis and accumulation of reactive oxygen species and nitric oxyde wich participated in the root apex cell death. These changes were associated with perturbation in auxin transport and distribution at the root apex and were temporally correlated to the deposition of defense polymers (callose and lignin) involved in cell proofing and cell wall stiffness. This study is confirming the fact that uranium induced stress is intimately linked to a disruption of phosphate and iron homeostasis. Furthermore, uranium-signaling cascade are sharing a part of the phosphate starvation-signaling cascade.Together, these two studies are revealing mechanisms involved in plant response and adaptation to metallic trace elements through the thin tuning of non-histone methylation and the identification of cellular process involved in the toxicity of uranium in roots.