Une faible exposition à des stress tels qu'un choc thermique, du stress oxydatif ou des radiations peut induire une réponse adaptative qui permet aux cellules et aux organismes qu'elles constituent de continuer à fonctionner normalement lorsqu'ils sont confrontés à un stimulus négatif. Ces réponses adaptatives impliquent de nombreux changements dans l'expression de gènes et de protéines, dont l'induction de défenses cellulaires (antioxydants, protéines de choc thermique (heat shock proteins (Hsps)), etc.) qui permettront à la cellule de survivre. Si une réponse adaptative ne parvient pas à contrer les effets de l'exposition au stress, les cellules sont éliminés via des processus de mort cellulaire comme l'apoptose ou la nécrose. Une exposition préalable à des températures modérées, de l'ordre de 40°C, induit une réponse adaptative (la thermotolérance) qui permet aux cellules de résister à une agression toxique ultérieure. La thermotolérance induite par des températures modérées de l'ordre de 39-40°C (ce qui correspond physiologiquement à un état fiévreux) a été peu étudiée et est mal comprise. Les deux objectifs principaux de cette étude sont : (i) d'évaluer si l'induction d'un système de défense par une température modérée et non-létale (40°C) peut permettre de protéger la cellule contre l'activation de la cascade apoptotique par le stress oxydatif, et (ii) de comprendre les mécanismes moléculaires détaillés de l'apoptose induite par le stress oxydatif. L'apoptose est évaluée au niveau des voies de signalisation médiées par les mitochondries, des récepteurs de mort et le réticulum endoplasmique (RE) dans des cellules HeLa. L'objectif premier est de déterminer si un choc thermique modéré peut induire un mécanisme de défense cellulaire autre que les Hsps. En effet, une thermotolérance modérée (40°C, 3h) induit une augmentation du taux de plusieurs antioxydants et protéines de stress du RE. L'expression protéique et l'activité enzymatique de la manganèse superoxyde dismutase (MnSOD) et de la catalase sont augmentées dans les cellules thermotolérantes, comparées aux contrôles (37°C). Les niveaux intracellulaires de glutathion et de y-glutamylcysteine synthétase, l'enzyme qui synthétise le glutathion, sont aussi augmentés. Ceci peut être expliqué par l'augmentation de la production de dérivés réactifs de l'oxygène (reactive oxygen species, ROS) dans les cellules thermotolérantes. De plus, l'expression des protéines de stress du RE, PERK, p-PERK, eIF2α et p-eIF2α, est accrue dans ces cellules. Cela démontre que la thermotolérance modérée accroit les effets pro-survie de la voie PERK/eIF2α de réponse aux mauvais repliements de protéines (unfolded protein response, UPR). Le second objectif a pour but de déterminer les mécanismes de l'apoptose induite par le stress oxydatif. Lorsqu'elles sont exposées à du peroxyde d'hydrogène (H2O2), les cellules entrent en apoptose via les voies des mitochondries, des récepteurs de mort et du RE. L'activation de la cascade mitochondriale de l'apoptose implique la translocation de Bax à la mitochondrie, la dépolarisation de la membrane mitochondriale, la libération du cytochrome c, l'activation des caspases -9 et -3 et la condensation de la chromatine du noyau. De plus, H2O2 cause l'activation de p53 et l'induction de sa protéine cible PUMA, ainsi que l'apoptose caspase-indépendante impliquant le facteur d'induction de l'apoptose (AIF). Ces évènements sont tous inhibés dans les cellules thermotolérantes, ce qui suggère qu'une exposition préalable à des températures modérées et physiologiques peut protéger les cellules contre l'apoptose mitochondriale déclenchée par le stress oxydatif, qu'elle soit caspase-dépendante ou -indépendante. De plus, H2O2 active la voie d'apoptose du Fas récepteur de mort par l'induction du ligand FasL, le recrutement de la protéine FADD à la membrane plasmique et l'activation des caspases -8 et -2. Ceci mène au clivage de Bid et à la voie mitochondriale de l'apoptose. Tous ces évènements sont diminués dans les cellules thermotolérantes, ce qui démontre une fois de plus le rôle anti-apoptotique de cette réponse adaptative. L'induction de FasL, l'activation des caspases -8 et -2 et l'apoptose sont inhibées par pifithrin-α, un inhibiteur de p53, ce qui suggère que p53 agit en amont dans l'activation de la voie des death receptors par H2O2. Une exposition courte (15 min) des cellules au H2O2 donne lieu à l'activation de l'UPR, comme le confirment l'augmentation de l'expression de p-PERK, p-eIF2α, p-IRE1α et du clivage de ATF6. Une exposition plus longue (1-3 h) au H2O2 induit l'apoptose liée au RE, durant laquelle l'expression de CHOP ainsi que l'activité enzymatique de la calpaïne et des caspase -7, -4, -12 et -3 augmentent. Tous ces évènements pro-apoptotiques sont diminués dans les cellules thermotolérantes. Il a été montré que le calcium, la calpaïne et la caspase -7 agissent en amont de l'activation de l'apoptose liée au RE par H2O2. De plus, la réponse adaptative (UPR) prédomine lors d'expositions courtes au H2O2 (stress léger) tandis que lors d'expositions plus longues (stress sévère), c'est l'apoptose liée au RE qui est la plus fréquente. En conclusion, cette étude permet d'ajouter aux connaissances sur l'effet anti-apoptotique et protecteur de la réponse adaptative induite par un stress modéré, tel une fièvre, sur le stress oxydatif. Cette étude améliore également notre compréhension de l'activation de la cascade apoptotique par le pro-oxydant H2O2, cascade qui a d'importantes répercussions sur la santé humaine si l'on considère le rôle des ROS dans les pathologies majeures que sont le cancer, le diabète, les maladies cardiovasculaires ou encore les maladies neurodégénératives. ______________________________________________________________________________

Il est généralement admis que l'expertise scientifique et technique des laboratoires de recherche ainsi que l'expertise médicale des services cliniques contribuent toutes à mieux connaître et à améliorer la santé de l'homme en favorisant les interfaces entre recherche fondamentale et recherche médicale cognitive et clinique. Ce présent projet vient soutenir cette contribution en soutenant l'intégration de l'hyperthermie comme possibilité thérapeutique dans la lutte contre le cancer au sein des établissements de santé canadiens. Ce travail de recherche comprend deux volets. En premier lieu, nous nous sommes intéressés à la toxicité du choc thermique et à sa capacité d'induire différentes voies de signalisation de l'apoptose. En second lieu, nous avons évalué l'effet protecteur de la thermotolérance induite à des températures douces contre la toxicité d'un choc thermique subséquent létal. Plus précisément, nous avons étudié les mécanismes moléculaires d'induction de la voie des récepteurs de mort Fas par le choc thermique (1), ainsi que la tendance du choc thermique à activer les voies de signalisation cellulaire impliquant les protéines MAP kinases et la protéine p53(2) et à générer un stress du réticulum endoplasmique (3). Dans les trois chapitres de l'étude, nous avons également investigué le rôle de la thermotolérance et des protéines de choc thermique dans la protection des cellules contre l'induction de l'apoptose par l'hyperthermie létale. L'exposition des cellules à des températures élevées létales (42-45°C) a conduit les cellules vers une mort majoritairement apoptotique. Les trois voies de l'apoptose (voie mitochondriale, voie du récepteur de mort Fas et voie du RE) ont été induites. Cependant, l'inhibition spécifique de la voie du récepteur de mort Fas nous a permis de conclure que cette dernière était responsable de l'induction de la voie intrinsèque de l'apoptose médiée par la mitochondrie. Pour sa part, la voie du réticulum endoplasmique (RE) est induite suite à un stress prolongé du RE. Il s'est avéré aussi que l'induction de cette voie n'est pas indispensable pour l'induction de l'apoptose par choc thermique létal. Durant ces cascades signalétiques, les MAP kinases, en particulier les protéines JNK et p38, jouent un rôle crucial dans la phosphorylation et l'activation de divers facteurs pro-apoptotiques tels que Bax, Puma, Noxa et p53. Ceci a conduit à l'arrêt du cycle cellulaire en phase G0/S, et à la translocation de Bax à la mitochondrie et la dégradation de Bcl-2. D'autre part, suite à l'induction de la thermotolérance à la température de la fièvre (40°), nous étions capables de protéger les cellules contre la cytotoxicité d'un choc thermique létal subséquent. Malgré qu'aucunes évidences n'aient été établi, cet effet protecteur de la thermotolérance semble être en parfaite corrélation avec l'augmentation du niveau d'expression des HSPs. L'utilisation conjointe de l'hyperthermie létale et non létale (la thermotolérance) pourrait constituer une possibilité à envisager lors du traitement du cancer par les méthodes classiques. La pertinence et l'originalité de ce projet réside dans le fait que cette alternative est avant tout naturelle et biologique, peu coûteuse, et exemptée de la plupart des effets secondaires observés lors de l'utilisation des méthodes classiques de traitement, qui sont généralement toxiques et couteuses. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Hyperthermie, HSPs, Thermotolérance, Apoptose, Nécrose, Caspases, Calcium, ROS, Bcl-2, Fas, Mitochondrie, Réticulum Endoplasmique, p53, MAP kinases, Calpaïnes

Le coup de chaleur est une pathologie grave sans thérapeutique spécifique. Les animaux en coup de chaleur souffrent d'une inflammation accompagnée d'un déséquilibre métabolique en dépit de l'induction de « heat shock proteins » (Hsp70) et de la sécrétion de glucocorticoïdes. Le rôle relatif des ARNm Hsp70 et des glucocorticoïdes dans la tolérance à la chaleur est analysé. Les animaux vigiles intolérants à la chaleur présentent : une hyperthermie et une déshydratation sévères, un déséquilibre métabolique, une moindre sécrétion de glucocorticoïdes, des signes d'hyperactivation et d'agression cellulaires ainsi qu'une activation des processus inflammatoires. L'expression des ARNm Hsp70 est dépendante de l'intensité de l'agression et apparaît comme un mécanisme suiveur. Les glucocorticoïdes sont impliqués dans la tolérance en réduisant le développement des processus inflammatoires locaux et en favorisant l'expression des ARNm du facteur inhibiteur κBα (IκBα).

La fibrose pulmonaire peut être induite par différentes agressions comme certaines chimiothérapies et notamment la bléomycine. Elle est souvent idiopathique (FPI) sans étiologie retrouvée. Cette maladie, qui n’a pas de traitement efficace et un pronostic sombre, débute dans les régions sous-pleurales. Elle est caractérisée par la présence de myofibroblastes responsables de la synthèse de la matrice extracellulaire qui va s’accumuler de façon disproportionnée. Ce dépôt excessif de collagène conduira à une perte des fonctions mécaniques du poumon et une limitation des échanges gazeux. L’origine des myofibroblastes est encore discutée mais une hypothèse récente propose que les cellules épithéliales puissent, sous l’influence de Transforming Growth Factor (TGF)-β1, une cytokine majeure du processus fibrosant, se transformer en myofibroblastes par un procédé nommé transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés dans un premier temps au rôle de la plèvre dans l’initiation de la FPI en développant un nouveau modèle de fibrose pleurale, puis nous avons étudié l’implication de la petite protéine de choc thermique HSP27 dans l’EMT. Enfin, nous nous sommes intéressés à la toxicité d’un dérivé de la bléomycine, la déglyco-bléomycine. Nous avons montré dans le premier projet que la bléomycine, quelque soit son mode d’administration, pouvait, si elle était associée à la présence de nanoparticules de carbone dans l’espace pleural (particules présentes dans la fumée de cigarette et dans la pollution), induire une fibrose pleurale progressive. Cette fibrose pleurale ne se limitait pas à une accumulation de collagène au niveau de la plèvre mais se propageait dans les régions sous-pleurales. Cette invasion de la fibrose s’expliquait par la capacité des cellules mésothéliales à subir une EMT. Dans une deuxième étude nous avons montré qu’HSP27 était fortement surexprimée au niveau de la plèvre et dans le parenchyme pulmonaire lors de la fibrose pulmonaire idiopathique et également dans nos différents modèles animaux de fibrose pulmonaire et pleurale. Nous avons montré in vitro qu’HSP27 était aussi fortement surexprimée au cours de l’EMT et que sa surexpression seule suffisait à induire une EMT. Au contraire, l’inhibition de son expression in vitro bloquait l’induction d’une l’EMT par le TGF-β1 et in vivo empêchait le développement de la fibrose pleurale et la migration des cellules mésothéliales dans le parenchyme pulmonaire. Enfin dans la troisième partie de notre travail, nous avons démontré chez le rongeur que la déglyco-bléomycine, dérivé de la bléomycine, avait le même effet anti-tumoral que cet anticancéreux mais sans sa toxicité pulmonaire fibrosante. Notre travail met en lumière le rôle probable de la plèvre dans l’initiation de la fibrose pulmonaire idiopathique. Nous espérons que nos travaux sur HSP27 et sur la déglyco-bléomycine vont pouvoir rapidement déboucher sur des applications thérapeutiques chez l’homme. / Pulmonary fibrosis could be induced by a number of injuries like chemotherapy (i.e. bleomycin) or could be idiopathic (IPF). This disease has currently no treatment. IPF classically starts in sub-pleural areas and is characterized by the presence of myofibroblasts producing the extracellular matrix that will accumulated into the parenchyma resulting in impaired lung functions and respiratory failure. The origin of the myofibroblasts is still debated but one recent hypothesis suggests that epithelial cells could become myofibroblasts through the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). This process is initiated by Transforming Growth Factor (TGF)-β1 one of the most, if not the most important cytokine involved in fibrotic process. In this work we focused on the role of the pleura in the onset of IPF and developed a new pleural fibrosis model in mice. We studied the implication of the heat shock protein 27 (HSP27) in pulmonary fibrotic processes. We then focused on the pulmonary toxicity of the deglyco-bleomycin a product derived from the anticancerous bleomycin. We demonstrated in the first part of our work that bleomycin was able, in combination with the presence of carbon nanoparticules in the pleural space (found in cigarette’s smoke and pollution), to induce a progressive pleural fibrosis. This pleural fibrosis was associated with a progression of the disease within the subpleural area as observed in IPF patients. This invasion within the parenchyma was explained by the fact that mesothelial cells undergo an EMT. In the second part of our work, we showed that HSP27 was overexpressed in the parenchyma and the pleura of IPF patients and also in all our pleural and pulmonary fibrosis models in rodents. Furthermore we established in vitro that HSP27 was also overexpressed during EMT and that its overexpression was sufficient to induce EMT. Additionally HSP27 inhibition blocks TGF-β1 induced EMT in vitro and blocks pleural fibrosis development and mesothelial cells migration within the parenchyma in vivo. In the last project we demonstrated that deglyco-bleomycin had the same anti-tumoral effect than bleomycin in vivo and was devoided from its pulmonary toxicity. This work highlights the potential role of the pleura in initiating IPF and may open fields for the development of new therapeutics by preventing pulmonary fibrosis initiation but also progression.