Dans cette étude on décrit une méthode reproductible et efficace pour isoler des cellules microgliales et leurs exosomes. Les résultats montrent qu'il n'y a pas de différences morphologiques entre les cellules microgliales issues d'origines tissulaires différentes e.g. cortex et moelle épinière. D'autre part, en utilisant une plateforme de protéomique à grande échelle, nous démontrons que les microglies dérivées du cortex et de la moelle épinière des rats expriment des phénotypes différents tant dans les conditions physiologiques normales ou inflammatoires. Cette différence a été confirmée également au niveau des exosomes qu’elles sécrètent.Des essais biologiques in vitro démontrent que les exosomes dérivées de microglies testées sur des sphéroïdes 3D de gliomes de rat étaient capables d'inhiber l'invasion tumorale. Ces résultats ont permis de mettre en évidence que des exosomes dérivées de la microglie pouvaient être utilisés comme agents nano thérapeutiques vis-à-vis des gliomes. Sur la base des études précédentes conduites au laboratoire, nous avons montré que les EVs isolées à partir de macrophage KD PC1/3 traitées avec Paclitaxel inhibaient la croissance de la lignée C6 de gliome de rat. Nous avons isolé les exosomes et nos résultats mettent en valeur le potentiel d'une stratégie thérapeutique combinant Paclitaxel et inhibition de PC1/3 et utilisation des exosomes produits par ces cellules comme agents thérapeutiques. / In present study, we present a reproducible and an efficient method for isolating microglial cells and their exosomes. The results show that there are no morphological differences between microglial cells from different tissue origins e.g. cortex and spinal cord. On the other hand, using a large-scale proteomic platform, we demonstrate that microglia derived from the cortex and spinal cord of rats express different phenotypes under both normal and inflammatory physiological conditions. This difference has also been confirmed at the level of the exosomes they secrete.In vitro bioassays demonstrate that microglia-derived exosomes tested on 3D spheroids of rat gliomas were able to inhibit tumor invasion. These results made it possible to demonstrate that exosomes derived from microglia could be used as nano-therapeutic agents vis-à-vis gliomas.Based on previous studies conducted in the laboratory, we have shown that EVs isolated from KD PC1/3 macrophage treated with Paclitaxel inhibited the growth of the rat glioma C6 line. We isolated the exosomes and our results highlight the potential of a therapeutic strategy combining Paclitaxel and PC1/3 inhibition and use of the exosomes produced by these cells as therapeutic agents.

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

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

Mondialement, le cancer du sein est celui le plus fréquent et mortel chez les femmes. Malgré un programme de dépistage national et de nouveaux traitements, le taux de rechute demeure haut. Ceci illustre le besoin de nouvelles thérapies. Même dans un pays industrialisé comme le Canada, ce cancer est toujours le deuxième plus mortel chez les femmes. Nos travaux précédents ont identifié PACE4, un membre de la famille des proprotéines convertases (PCs), comme étant une nouvelle cible thérapeutique dans le cancer de la prostate. Dans cette étude, nous avons vérifié si PACE4 pourrait aussi être une cible dans le cancer du sein. À l’aide d’échantillons clinique de cancer du sein, nous avons premièrement démontré que PACE4 est spécifiquement surexprimé dans le sous-type moléculaire positif aux récepteurs hormonaux. Par la suite, nous avons sélectionné une lignée cellulaire pour poursuivre nos expériences. Nous avons choisi la lignée de cancer du sein ZR-75-1 parce qu’elle provient du sous-type positif aux récepteurs hormonaux et qu’elle exprime PACE4. En culture cellulaire, nous avons comparé la croissance de cellules ZR-75-1 modifiées qui sous-exprimaient furine, PACE4 ou PC7. Lors de ces expériences, PACE4 était la seule PC importante pour la prolifération cellulaire. L’importance de PACE4 pour la croissance tumorale a aussi été confirmée in vivo à l’aide d’un modèle de xénogreffes de cellules ZR-75-1 chez des souris immunosupprimées. Les inhibiteurs peptidiques spécifiques à PACE4 C23 et Multi-Leu (ML) ont aussi été testés en culture cellulaire où ils étaient en mesure de diminuer la prolifération des cellules ZR-75-1 et MCF-7. Nous avons aussi démontré, à l’aide d’un peptide ML radiomarqué, que l’expression de PACE4 est nécessaire pour que les peptides inhibiteurs pénètrent dans la cellule. De plus, le peptide C23, lorsqu’administré systémiquement à des souris immunosupprimées portant des tumeurs de cancer du sein, était en mesure de diminuer la croissance tumorale. De manière intéressante, les tumeurs sous-exprimant PACE4 et celles traitées avec le peptide C23 démontraient un ralentissement de la croissance tumorale similaire. De plus, lorsque ces tumeurs ont été analysées en immunohistochimie, elles possédaient une diminution du marqueur de prolifération Ki67 et une augmentation de cellules positives aux marqueurs d’arrêt du cycle cellulaire p27KIP1 et p21Waf1/Cip1 comparativement aux tumeurs contrôles. Pour conclure, la sous-expression de PACE4 et l’administration systémique d’un inhibiteur de PACE4 en culture cellulaire ainsi que dans un modèle de xénogreffe résultent en une diminution de la prolifération néoplasique. Nos résultats suggèrent que PACE4 est une cible intéressante dans le cancer du sein positif aux récepteurs hormonaux. / Abstract: Breast cancer is the most frequent and deadly malignancy in women worldwide. Despite national screening prog rams combined with new treatments relapse rate remain high and new therapies are needed. Even in industrialized country like Canada, it is still the second most deadly cancer in women. From previous work, we identified PACE4, a member of the proprotein convertases (PCs) family of endoproteases, as a novel therapeutic target in prostate cancer. In the present study, we examined whether PACE4 could also be a potential target in breast cancer. In clinical samples of breast adenocarcinoma, we observed a specific overexpression of PACE4 in the estrogen-receptor-positive (ER+) subtype. We therefore looked for a breast cancer cell line model which would be representative and thus focused on ZR-75-1 since it both expresses PACE4 and is estrogen-receptor-positive. We compared stable knockdowns of furin, PACE4 and PC7 in the estrogen-receptor-positive cell line ZR-75-1 to evaluate their respective contribution to cell growth and tumor progression. PACE4 was found to be the only PC displaying a decrease in cell growth. The impact of PACE4 on tumor growth was also confirmed in vivo with xenograft of the ZR-75-1 cell line in athymic nude mice. PACE4 specific peptide-based inhibitors (C23 and Multi-Leu) were tested and shown to decrease prolife ration of ZR-75-1 cells in cell-based assays. We also confirmed that PACE4 expression was necessary for its specific peptide-based inhibitors to penetrates in the cell using a radiolabeled Multi-Leu peptide. Moreover, the systemic administration of C23 had a potent effect on tumor growth on xenografts of the ZR-75-1 cell line. Interestingly, PACE4-silencing and systemic administration of the PACE4 inhibitor C23 resulted in similar slowed tumor growth in vivo. Furthermore, these tumors demonstrated lower Ki67 proliferative indices with increased cell quiescence assessed with p27 KIP1 and p21 Waf1/Cip1 biomarkers. To conclude, PACE4-silencing and systemic administration of a PACE4 inhibitor result in hindered tumor progression and slower cellular proliferation. Our results suggest that PACE4 is a promising target for estrogen-receptor-positive breast cancer.

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Les proprotéines convertases (PCs) sont responsables de la maturation de plusieurs protéines précurseurs et sont impliquées dans divers processus biologiques importants. Durant les 30 dernières années, plusieurs études sur les PCs se sont traduites en succès cliniques, toutefois les fonctions spécifiques de PC7 demeurent obscures. Afin de comprendre PC7 et d’identifier de nouveaux substrats, nous avons généré une analyse protéomique des protéines sécrétées dans les cellules HuH7. Cette analyse nous a permis d’identifier deux protéines transmembranaires de fonctions inconnues: CASC4 et GPP130/GOLIM4. Au cours de cette thèse, nous nous sommes aussi intéressé au rôle de PC7 dans les troubles comportementaux, grâce à un substrat connu, BDNF. Dans le chapitre premier, je présenterai une revue de la littérature portant entre autres sur les PCs. Dans le chapitre II, l’étude de CASC4 nous a permis de démontrer que cette protéine est clivée au site KR66↓NS par PC7 et Furin dans des compartiments cellulaires acides. Comme CASC4 a été rapporté dans des études de cancer du sein, nous avons généré des cellules MDA-MB-231 exprimant CASC4 de type sauvage et avons démontré une diminution significative de la migration et de l’invasion cellulaire. Ce phénotype est causé notamment par une augmentation du nombre de complexes d’adhésion focale et peut être contrecarré par la surexpression d’une protéine CASC4 mutante ayant un site de clivage optimale par PC7/Furin ou encore en exprimant une protéine contenant uniquement le domaine clivé N-terminal. Finalement, des résultats provenant de base de données de patients atteint de cancer du sein ont démontrés que l’expression élevé des gènes CASC4 et PCSK7 corrélaient à un mauvais prognostique, tandis qu’une expression élevée de CASC4 mais faible de PCSK7 était associée un meilleur prognostique. Dans le chapitre III, nous avons démontré que GPP130 est aussi clivé par PC7 et Furin mais au niveau des motifs H67RSRLEK73↓SL et K274PTR277↓EV dans les endosomes/TGN ou à la membrane plasmique. Récemment, GPP130 a été rapporté comme étant impliqué dans la prolifération cellulaire de cancers de la tête et du cou. Nos analyses provenant de la banque de données cBioPortal ont montré que le gène GPP130/GOLIM4 était surexprimé dans 35% des cas de cancer du poumon. Nous avons aussi montré qu’une réduction de GPP130 dans les cellules de cancer de poumon A549 augmente légèrement la prolifération cellulaire. Nous étudions actuellement l’hypothèse que GPP130 transporterait des cargos qui pourraient influencer la prolifération cellulaire. Finalement, durant le chapitre IV de cette thèse, nous avons poursuivi les études comportementales chez les souris PC7 KO afin d’investiguer si ces souris seraient protégées d’un effet anxiogène causé par l’obésité induite par l’alimentation. Nous avons montré que les souris PC7 KO ont une tendance à être moins affectées par la diète riche en gras saturé. Nous avons aussi montré que les souris PC7 ont une réponse déficiente face au stress. En conclusion, nos travaux de recherche ont permis d’identifier de nouveaux substrats de PC7 afin de mieux comprendre son rôle biologique, / The proprotein convertases (PCs) are responsible for the maturation of precursor proteins and are involved in multiple biological processes. Over the past 30 years, the PCs have had great translational achievements, but the physiological roles of PC7, the seventh member of the family, are still obscure. Searching for new PC7 substrates, a quantitative proteomics screen for selective enrichment of N-glycosylated polypeptides secreted from hepatic HuH7 cells identified two type-II transmembrane-proteins of unknown function(s): Cancer Susceptibility Candidate 4 (CASC4) and Golgi Phosphoprotein of 130 kDa (GPP130/GOLIM4). The chapters II and III of this thesis will focus on the investigation of CASC4 and GPP130 shedding by PC7 and Furin, and their corresponding physiological functions. In chapter IV we pursued the PC7 KO mice behavior phenotyping. Concentrating on CASC4 in chapter II, its mutagenesis characterized the PC7/Furin-shedding site to occur at KR66↓NS, in HEK293 cells. We further defined PC7 and Furin activity and demonstrated that CASC4 shedding occurs in acidic endosomes and/or trans-Golgi Network. Since CASC4 has been reported in breast cancer studies, we generated MDA-MB-231 cells stably expressing CASC4 WT and we showed a significant reduction of migration and invasion, caused by an increased number of paxillin-positive focal adhesions. This phenotype was reversed in cells overexpressing an optimally PC7/Furin-cleaved CASC4 mutant, or upon overexpression of CASC4 N-terminal domain. In accord, breast cancer patients’ datasets show that high CASC4 and PCSK7 expression levels predict a significantly worse prognosis compared to high CASC4 but low PCSK7 levels. In chapter III, we demonstrated that GPP130 is also cleaved by PC7 and Furin at similar and distinct motifs (H67RSRLEK73↓SL and K274PTR277↓EV) within acidic endosomes or at the TGN. GPP130 is predicted to be trafficking cargos and is responsible for the binding and retrograde trafficking of the Shiga toxin. In addition, GPP130 was recently reported to be implicated in cell proliferation in head and neck cancer cells. Our analysis from cBioPortal for Cancer Genomics has shown that the GPP130/GOLIM4 gene is amplified in up to 35% of the patients with lung cancer. During this chapter we also showed that GPP130 knockdown in A549 cells slightly increases cell proliferation. We are currently investigating that GPP130 transports important cargos that would influence cell proliferation. Finally, during the chapter IV of this thesis we have pursued the characterization of the PC7 KO mice anxiolytic phenotype that was previously described, and we investigated a possible protection from diet-induced obesity anxiety-like behavior. Interestingly, we have shown that the PC7 KO mice have a tendency to be less affected by the saturated high-fat anxiogenic diet. Also, we showed that the PC7 KO mice have an impaired stress-coping response that will need further investigations. In conclusion, we identified new PC7 substrates to better understand its biology but we also investigated more deeply known substrates, such as BDNF in the PC7 KO mice to fully grasp the physiological functions of this enigmatic proprotein convertase.

Le cancer du poumon est la principale cause de mortalité par cancer au Canada et entraîne un taux de mortalité important chez les patients. En effet, l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) indique que le cancer du poumon est la principale cause de décès liés au cancer dans le monde, avec 2.21 millions de diagnostics par année qui conduisent en moyenne à 1.8 millions de décès par an. Initialement asymptomatique, ce cancer évolue rapidement, devenant très invasif et métastatique, et est alors responsable de plus de morts par an que ces quatre cancers meurtriers combinés : côlon, sein, prostate et pancréas. Les Proprotéines Convertases (PCs) sont une famille de 9 sérines protéases qui jouent un rôle dans la maturation des précurseurs de protéines. Les PCs activent/désactivent ces précurseurs en les clivant à un unique ou une paire de résidus d’acides aminés et sont ainsi essentiels pour divers processus biologiques, tels que l’activation de facteurs de croissance qui jouent un rôle vital dans la transformation cellulaire et les risques de formation de tumeurs. Parmi les neufs membres des sérines protéases identifiées, les rôles physiologiques du septième membre de la famille, PC7, restent encore largement méconnus à ce jour. Afin d'identifier davantage de substrats de PC7, un criblage protéomique quantitatif a été réalisé pour l'enrichissement sélectif de polypeptides Nglycosylés, sécrétés par les cellules hépatiques HuH7. Deux protéines transmembranaires de type II clivées par PC7/Furine, et sécrétées sous forme soluble, ont alors été identifiées : CAncer Susceptibility Candidate 4 (CASC4) and Golgi PhosphoProtein de 130 kDa (GPP130). Des études ultérieures menées sur CASC4 par iii notre laboratoire ont mis en évidence son rôle protecteur contre la migration et l'invasion du Cancer du Sein Triple Négatif. GPP130 est une protéine transmembranaire de type II avec un domaine luminal contenant des déterminants endosomaux et de récupération du Golgi, lui offrant une voie de trafic cellulaire unique. Jusqu'à présent, le rôle de GPP130 a principalement été étudié dans la liaison et le trafic rétrograde des Shiga-toxines. Un récent rapport a cependant aussi montré son implication dans la progression du cycle cellulaire et dans la prolifération des cellules du cancer de la tête et du cou. Ainsi, notre analyse du cBioPortal pour Cancer Genomics a révélé que GPP130 est amplifié jusqu'à 35% chez les patients atteints de cancer du poumon. Le travail présenté ici montre les implications du clivage de GPP130 par PC7 et Furine dans la progression du cancer du poumon, en identifiant la région de GPP130 responsable de la croissance cellulaire. Ce projet dévoile ainsi des stratégies thérapeutiques potentielles ciblant la prolifération cellulaire induite par GPP130. / Lung Cancer is the leading cause of cancer death in Canada and causes significant morbidity in patients. Globally, World Health Organization (WHO) reports lung cancer as the leading cause of cancer-related deaths, with 2.21 million diagnoses/year, resulting in approximately 1.8 million deaths/year. Initially asymptomatic, it progresses to a highly invasive and quickly metastasizing cancer. It is responsible for more deaths per year than the combined death of the four deadly cancers: colon, breast, prostate, and pancreas. Proprotein Convertases (PCs) are a family of nine serine proteases that play a role in the maturation of secretory precursor proteins. Basic amino acid-specific PCs activate/inactivate precursor proteins by cleaving them at single or paired basic aminoacid residues. They are crucial for various biological processes, including the activation of growth factors that play a vital role in cellular transformation and the likelihood of tumor formation. Of the nine serine proteases identified, the physiological functions of the seventh member of the family, PC7, currently remain mostly unidentified. To further identify novel PC7 substrates, a quantitative proteomics screen for selective enrichment of N-glycosylated polypeptides, secreted from hepatic HuH7 cells, was performed. This identified two type-II transmembrane proteins, which were shed into soluble secreted forms by PC7/Furin: CAncer Susceptibility Candidate 4 (CASC4) and Golgi PhosphoProtein of 130 kDa (GPP130). Subsequent studies on CASC4 by our laboratory reported the protective role that CASC4 plays against migration and invasion in Triple Negative Breast Cancer. v GPP130 is a type-II transmembrane protein with a luminal domain containing endosomal and Golgi-retrieval determinants enabling a unique subcellular trafficking route. So far, the role of GPP130 has only been extensively studied in the binding and retrograde trafficking of Shiga toxin. However, recent reports have shown its implication in cell-cycle progression and cellular proliferation of head and neck cancer cells. Our analysis from cBioPortal for Cancer Genomics revealed that GPP130 is amplified in up to 35% of patients with lung cancer. The work presented here shows the implications of shedding GPP130 by PC7 and Furin in lung cancer progression by identifying the region of GPP130 responsible for cellular growth and unravelling potential therapeutic strategies for GPP130-induced cellular proliferation.