L'hyménoptère Cotesia congregata (Microgastrinae ; Braconidae) pond ses oeufs à l'intérieur de son hôte, la chenille du lépidoptère Manduca sexta (Noctuidae ; Sphingidae) et introduit des particules virales de bracovirus contenant 30 cercles d'ADN double brin. Les gènes viraux portés par ces cercles codent pour une série de protéines qui sont produites dans les tissus de la chenille parasitée. Ces protéines virales jouent un rôle indispensable à la réussite parasitaire. En effet, l'expression des gènes viraux entraîne de nombreuses altérations de la physiologie de l'hôte, notamment un contournement de l'immunité de la chenille qui permet le développement des larves du parasite. D'autre part, le développement de l'hôte est bloqué à un stade pré-pupal. Les travaux portant sur la caractérisation des génomes de bracovirus ont beaucoup progressé et plusieurs familles de gènes ont été découvertes. Une synthèse des connaissances actuelles sur l'immunité des insectes et les gènes de bracovirus potentiellement impliqués dans le contrôle de l'immunité et du développement des lépidoptères est présentée en introduction.<br />Au cours de ma thèse, le séquençage et l'analyse du génome du bracovirus de Cotesia congregata ont été réalisés (Espagne et al 2004). L'existence de plusieurs familles multigéniques a été mise en évidence, notamment la famille des protéines tyrosines phosphatases (PTP) composée de 27 gènes (Provost et al 2004), la famille des cystatines composée de 3 gènes (Espagne et al soumis) et enfin celle des protéines à motif ankyrine composée de 6 gènes (Pennacchio et al en préparation). La caractérisation détaillée de la famille des PTP a été effectuée. La technique d'électrophorèse en champs inversés (FIGE) a permis la localisation physique de ces gènes sur l'ensemble du génome viral, et leur expression a été analysée dans une série de tissus de l'hôte parasité grâce à une méthode de PCR multiplex. Enfin, des tests d'activité biochimique de PTP de bracovirus produites in vitro grâce à un système d'expression en baculovirus.<br />Les gènes des familles décrites sont exprimés dans l'hôte parasité et les protéines possèdent, en général, la fonction biochimique prédite grâce aux domaines conservés qu'elles contiennent. Ceci suggère que ces protéines virales jouent un rôle actif dans les modifications de la physiologie de l'hôte induite par le parasitisme. La caractérisation des gènes viraux exprimés dans l'hôte est une étape indispensable vers l'identification du rôle individuel de chaque protéine dans le contrôle de la physiologie des chenilles parasitées.

Résumé : Les podocytes, cellules épithéliales rénales, sont nécessaires au maintien de la structure et de la fonction de filtration des glomérules rénaux. La dédifférenciation et l’apoptose des podocytes sont des évènements précoces de la néphropathie diabétique. Des études ont rapporté que l’insuline est nécessaire à la survie des podocytes puisque la délétion du récepteur à l’insuline dans les podocytes de souris entraîne une pathologie glomérulaire semblable à la néphropathie. D’autres études ont montré que la protéine tyrosine phosphatase Src homology-2 domain-containing phosphatase-1 (SHP-1) inhibe les voies de signalisation de l’insuline au niveau du foie et du muscle en déphosphorylant la sous-unité bêta du récepteur à l’insuline (IRβ) et la kinase Phosphatidylinositide 3-kinase (PI3K). Il a récemment été démontré que l’expression de SHP-1 est élevée dans les cortex rénaux de souris diabétiques. Nous avons donc émis l’hypothèse que l’expression de SHP-1 induite par l’hyperglycémie altère les actions de l’insuline dans les podocytes. Nous avons premièrement utilisé un modèle in vivo de souris diabétiques de type 1 (Ins2+/C96Y; Akita). Comparées aux souris contrôles (Ins2+/+), les souris Akita présentaient une apoptose élevée des podocytes ainsi qu’une perte des pédicelles. La phosphorylation de la protéine kinase B (Akt) et de Extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2), suite à une injection systémique d’insuline, était également significativement diminuée dans les cortex rénaux des souris Akita. Cette diminution correspondant à une résistance à l’insuline corrélait avec une augmentation de deux fois de l’expression de SHP-1 dans les glomérules. Nous avons ensuite utilisé une lignée immortalisée de podocytes murins en culture et avons observé que l’exposition à des concentrations élevées de glucose (HG; 25 mM) pendant 96 h, entraînait l’augmentation de l’expression de marqueurs apoptotiques et de l’activité enzymatique de caspase-3/7 en comparaison aux concentrations normales de glucose (NG; 5,6 mM). L’exposition en HG a augmenté l’expression de l’ARNm et protéique de SHP-1, en plus de réduire la signalisation de l’insuline dans les podocytes. La surexpression de la forme dominante-négative de SHP-1 dans les podocytes a permis de renverser les effets de HG et de restaurer les actions de l’insuline. Finalement, l’augmentation de l’expression de SHP-1, tant in vivo qu’in vitro, a été directement corrélée à son association avec IRβ et à la diminution de la phosphorylation de IRβ, Akt et ERK1/2 suite à une stimulation à l’insuline. En conclusion, nous avons montré que l’expression élevée de SHP-1 dans les glomérules cause une résistance à l’insuline et la mort des podocytes contribuant ainsi à la néphropathie diabétique. // Abstract : Podocytes are epithelial renal cells required to preserve glomerular structure and filtration. Their dedifferentiation and apoptosis are early events of diabetic nephropathy progression. Previous studies have shown that insulin action is critical for podocyte survival since deletion of its receptor lead to a glomerular pathology similar to nephropathy. It has also been demonstrated that Src homology-2 domain-containing phosphatase-1 (SHP-1), a protein tyrosine phosphatase, inhibits insulin signaling pathway in liver and muscle by dephosphorylating tyrosine residues on insulin receptor beta-subunit (IRβ) and the Phosphatidylinositide 3-kinase (PI3K). A recent study concluded that SHP-1 is elevated in kidney cortex of type 1 diabetic mice. We hypothesized that hyperglycemia-induced SHP-1 expression may affect insulin actions in podocytes. To confirm this hypothesis, we used type 1 diabetic Akita mice (Ins2+/C96Y). Compared to control littermate mice (Ins2+/+), Akita mice developed elevated podocyte foot process effacement and podocyte apoptosis. In contrast to control mice, insulin-stimulated protein kinase B (Akt) and extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) phosphorylation was remarkably reduced in renal podocytes of Akita mice. This phosphorylation diminution associated to a renal insulin resistance was correlated with a two-fold increase of SHP-1 expression in the glomeruli. We then used cultured murine podocytes cell line to confirm our in vivo results. Podocytes exposed to high glucose concentration (HG; 25 mM) for 96 h exhibited high levels of apoptotic markers and caspase-3/7 enzymatic activity as compared to normal glucose concentration (NG; 5,6 mM). HG exposure raised mRNA and protein levels of SHP-1 and reduced the insulin-signaling pathway in podocytes. Overexpression of dominant-negative SHP-1 in podocytes prevented HG effects and restored insulin actions. Finally, elevated SHP-1 expression induced by high glucose levels was directly correlated to an increased association with insulin receptor-β subunit (IRβ) in vitro and in vivo. This association is therefore leading to the reduction of both IRβ phosphorylation and insulin-stimulated Akt and ERK phosphorylation. In conclusion, our results showed that high levels of SHP-1 in glomeruli cause insulin resistance and podocyte loss, thereby contributing to diabetic nephropathy.

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

Résumé : Bien que l’hypoxie soit un puissant inducteur de l’angiogenèse, l’activation des facteurs de croissance est perturbée en hyperglycémie au niveau du pied et du cœur. Cette perturbation entraîne la perte de prolifération et de migration chez les cellules endothéliales, musculaires lisses vasculaires et péricytes empêchant la formation de nouveaux vaisseaux qui mènera à l’amputation des membres inférieurs chez les patients diabétiques. Une étude a démontré qu’une augmentation de la protéine tyrosine phosphatase Src homology-2 domain-containing phosphatase-1 (SHP-1) en condition hyperglycémique chez les péricytes entraînait l’inhibition de la signalisation du PDGF-BB, ce qui résultait en le développement d’une rétinopathie diabétique. Nous avons alors soulevé l’hypothèse que l’expression de SHP-1 dans les cellules musculaires lisses vasculaires affecte la prolifération et la migration cellulaire par l’inhibition de la signalisation de l’insuline et du PDGF-BB en condition diabétique. Nos expérimentations ont été effectuées principalement à l’aide d’une culture primaire de cellules musculaires lisses primaires provenant d’aortes bovines. Comparativement aux concentrations normales de glucose (NG : 5,6 mM), l’exposition à des concentrations élevées de glucose (HG : 25 mM) pendant 48 h a résulté en l’inhibition de la prolifération cellulaire par l’insuline et le PDGF-BB autant en normoxie (20% O2) qu’en hypoxie (24 dernières heures à 1% O2). Lors des essais de migration cellulaire, aucun effet de l’insuline n’a été observé alors que la migration par le PDGF-BB fut inhibée en HG autant en normoxie qu’en hypoxie. L’exposition en HG à mener à l’inhibition de la signalisation de la voie PI3K/Akt de l’insuline et du PDGF-BB en hypoxie. Aucune variation de l’expression de SHP-1 n’a été observée mais son activité phosphatase en hypoxie était fortement inhibée en NG contrairement en HG où on observait une augmentation de cette activité. Finalement, une association a été constatée entre SHP-1 et la sous-unité bêta du récepteur au PDGF. En conclusion, nous avons démontré que l’augmentation de l’activité phosphatase de SHP-1 en hypoxie cause l’inhibition des voies de l’insuline et du PDGF-BB réduisant les processus angiogéniques des cellules musculaires lisses vasculaires dans la maladie des artères périphériques. / Abstract : Even though hypoxia is a strong angiogenic inducer, pro-angiogenic factor signaling pathways in peripheral limb and heart are altered by hyperglycemia. This disruption leads to loss of endothelial cells, vascular smooth muscle cells and pericytes proliferation and migration preventing new blood vessel formation which results in amputation of lower extremities in diabetic patients. A study has shown that increase expression of the protein tyrosine phosphatase Src homology-2 domain-containing phosphatase-1 (SHP-1) in hyperglycemic condition in pericytes caused PDGF-BB signaling inhibition resulting in the development of diabetic retinopathy. Our hypothesis is that SHP-1 expression in vascular smooth muscle cells inhibits cell proliferation and migration induced by insulin and PDGF-BB in diabetic condition. Our experiments were performed using primary culture of vascular smooth muscle cells (SMC) from bovine aortas. As compared to normal glucose concentrations (NG:5,6 mM), high glucose level (HG: 25 mM) exposure for 48h inhibited SMC proliferation induced by insulin and PDGF-BB in both normoxia (20% O2) or hypoxia (1% O2 for the last 24h). During cell migration assays, no effect of insulin was observed while PDGF-BB action of SMC migration was reduced in HG in both normal and low oxygen concentrations. HG exposure lead to inhibition of insulin- and PDGF-BB-stimulated PI3K/Akt signaling pathway in hypoxia. No variation of SHP-1 expression was observed in HG condition. However, SHP-1 phosphatase activity was elevated in HG condition during hypoxia as compared to NG concentrations. Finally, our data showed an association between SHP-1 and the PDGF receptor beta subunit. In conclusion, our results demonstrated that the increase of SHP-1 phosphatase activity in hyperglycemia and hypoxia environment caused inhibition of insulin and PDGF-BB signaling pathways reducing angiogenic processes in vascular smooth muscle cells contributing to peripheral arterial disease in diabetes.

La scoliose est la déformation de la colonne vertébrale la plus répandue. Elle atteint 3 à 4% de la population pédiatrique et dans 85% des cas, aucune cause n’a été identifiée. Ces cas sont appelés idiopathiques et les symptômes apparaissent durant la puberté; d’où le terme de ‘scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA). Cette pathologie atteint le plus souvent les jeunes filles, en nombre et en sévérité. Ces dernières années, plusieurs hypothèses ont été proposées afin d’élucider l’étiologie de cette pathologie. Celles-ci ont mis de l’avant différents facteurs génétiques, biochimiques, mécaniques, neurologiques, musculaires ou hormonaux. Plusieurs études ont rapporté des formes familiales de scoliose, soutenant la thèse d’une prédisposition génétique. Nous avons démontré que les patients souffrant de SIA présentent un défaut de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi et un taux élevé d’ostéopontine (OPN) circulante. En utilisant une approche de type ‘gène candidat’, nous avons montré que la protéine tyrosine phosphatase μ (PTPμ) régule l’activité du complexe d’intégrines α5/β1 (récepteur de l’OPN) via la protéine kinase PIPKIγ. Dans ce but, nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de biopsies de patients et de cas traumatiques comme sujets contrôles. Les biopsies osseuses de patients ont été obtenues lors de l’intervention chirurgicale à partir des vertèbres T3 à L4, selon les différentes procédures. Les biopsies issues de cas traumatiques proviennent d’autres types d’os (tibia, crête iliaque, fémur). Les profils d’expression du gène PTPRM (codant pour la protéine PTPμ) ont été étudiés par PCR quantitative (qPCR). Les taux de protéines PTPμ ont été analysés par immunoprécipitation suivi d’un western blot. Pour évaluer le rôle de cette protéine, nous avons bénéficié d’un modèle murin. Machida et al. ont démontré qu’il existe un taux plus élevé de scoliose parmi les souris C57Bl/6 bipèdes obtenues suite à l’amputation des membres supérieurs, sous anesthésie, cinq semaines après la naissance. Nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de la colonne ii vertébrale de souris C57Bl/6 bipèdes, délétées du gène PTPRM (souris dites ‘KO’), afin d’évaluer le niveau de signalisation cellulaire spécifique des protéines Gi par un test fonctionnel: la technique de spectroscopie cellulaire di-électrique (SCD). Selon nos données, 85% des souris bipédales ‘KO’ pour le géne PTPRM développent une scoliose (modérée à sévère) contre 55% des souris contrôles C57Bl6 bipèdes. De plus, les niveaux de PTPμ exprimée par les ostéoblastes de 34 patients SIA se trouvent diminués par comparaison à 17 sujets contrôles. Nos études de souris bipèdes ont montré que l’inactivation du gène PTPRM augmente l’incidence et la sévérité de la scoliose, sans pour autant affecter les taux circulant d’OPN ou l’expression de ses récepteurs. Par ailleurs, dans ce même contexte, nous avons remarqué une augmentation de l’interaction entre l’OPN et l’intégrine β1 en l’absence du gène PTPRM. Les cellules issues de ces souris bipèdes KO montrent une réduction dans leurs niveaux de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi après stimulation par l’OPN. Cette diminution est en grande partie récupérée après traitement des cellules par un siRNA spécifique de la protéine PIPK1γ, substrat de PTPμ qui favorise la fixation de ligands aux intégrines. Ces études apportent les premières indications que la perte d’expression de PTPμ est impliquée dans le développement de la SIA, en amplifiant probablement l’effet inhibiteur de l’OPN sur la signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi. Ces études permettent une meilleure compréhension de l’étiologie de la SIA. Elles pourraient avoir une contribution importante dans le développement futur de méthodes diagnostique et thérapeuthique dans le but d'arrete l’apparition et l’évolution de la maladie chez les enfants atteints. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is the most common form of scoliosis that affects 3-4% of the global pediatric population. In more than 85% of cases, no specific cause can be identified. Such cases are called idiopathic and occur mostly during adolescence. AIS affects mainly females in number and severity. Over the past years, many hypotheses were proposed to explain the etiology of AIS, including genetic, biochemical, mechanics, neurological, muscular and hormonal factors. Several studies have reported a high incidence of scoliosis in some families, which argues for a genetic cause of this disease. We demonstrated that AIS patients have a Gi protein signaling defect and exhibit high levels of circulating Osteopontin (OPN). The goal of this thesis is to identify the mechanisms regulating OPN signaling activity in AIS patients. We have used a candidate gene driven approach and discovered that protein tyrosine phosphatase μ (PTP μ) regulates α5β1 integrin (a known OPN receptor) through phosphate kinase type 1 gamma (PIPK1γ). To achieve our goal, we have used primary osteoblast cell cultures derived from AIS patients and biopsies from control subjects. Bone specimens were obtained intraoperatively from vertebras (varying from T3 to L4 according to the surgical procedure performed) while with trauma cases used as non-scoliotic controls, bone specimens were obtained from other anatomical sites (tibia, femur or iliac crest). Expression profiles of the RPTPM gene (encoding for PTPμ) were studied by qPCR. On the other hand, PTPμ protein levels were determined by immunoprecipitation followed by western blot. To evaluate the role of this protein in AIS etiopathogenesis, we took advantage of an animal model exhibiting a higher scoliosis incidence when maintained in a bipedal state. [1], [2] Bipedal surgeries were performed on C57Bl/6 mice after weaning (5-weeks after birth) by amputation of the forelimbs and tail under anesthesia as reported by Oyama et al. (2006). [1] We used the same approach with PTPμ knockout mice and primary osteoblast culture were derived from the spine of these mice to assess Gi protein signaling through a functional assay termed Cellular Dielectric Spectroscopy (CDS). Bipedal PTPμ knockout mice develop scoliosis more often (85%) in number and severity, than control C57Bl/6 bipedal mice (55%). Interestingly, functional analysis of osteoblasts derived from PTPμ KO mice by CDS method showed a flaw in the transmission of Gi protein coupled receptor signaling similar to a specific AIS patient subgroup. Furthermore, the clinical relevance of PTPμ was strengthened by the fact that a decrease in the gene expression level of PTPμ was observed in 34 AIS patients when compared to 17 control subjects. Such a decrease was also confirmed at the protein level. We demonstrated that genetic deletion of PTPμ enhances the incidence and severity of scoliosis without affecting plasma levels of OPN or the expression of its receptors. In contrast, increased interaction of OPN with β1 integrin was noticed in cells depleted of PTPμ. Furthermore, reduction of Gi- protein coupled receptor GiPCR signaling by OPN was also enhanced in these cells, while their response to GiPCR stimulation was improved with siRNA of phosphatidylinositol-phosphate kinase type 1 gamma (PIPK1γ), a PTPμ substrate that favours ligand binding to integrins. These studies provide the first indication that the loss of PTPμ influences the nature of idiopathic scoliosis, possibly by amplifying the inhibitory effect of OPN on GiPCR signaling. This study allows a better understanding of AIS etiology and could have an impact for the future development of innovative diagnostic methods and eventual pharmacological approaches in order to prevent AIS and stop its progression in affected children.

Afin d'apporter une aide pour la chimiotaxonomie du genre Stereocaulon, les acides gras totaux de dix espèces de Stéréocaulon, de quelques cyanolichens et d'une cyanobactérie ont été étudiés. Les profils obtenus des acides gras saturés, insaturés et ramifiés ont été comparés par classification hiérarchique ascendante. Les acides gras iso et antéiso pourraient permettre de distinguer le genre Stereocaulon des cyanolichens à la différence des autres classes d'acides gras. Dans un deuxième temps, l'étude phytochimique du lichen S. evolutum récolté en Bretagne a permis d'isoler et de caractériser 22 métabolites secondaires. Parmi ces composés, deux sont nouveaux. Sept molécules possèdent une structure proche de l'atranorine, depside abondant et récurrent chez les Stéréocaulons. L'atranorine ayant montré lors d'un criblage une activité intéressante sur le virus de l'hépatite C, six molécules ainsi que deux dérivés hémisynthétiques ont alors été évalués. L'atranorine et le 4-O-déméthylbarbatate de méthyle ont présenté une bonne activité anti-VHC, le premier ciblant l'étape de pénétration et le deuxième l'étape de réplication. D'autres composés, deux depsidones et cinq diphényléthers, ont été testés sur l'enzyme Protéine Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B) qui est une cible d'intétêt dans le traitement du diabète de type 2 et le cancer du sein. Les deux depsidones (acide lobarique, acide norlobarique) et un diphényléther, l'anhydro-sakisacaulon A, ont montré une inhibition de PTP1B avec des CI₅₀ similaires au témoin acide ursolique. La modélisation de cette enzyme ayant été réalisée en parallèle, les études de docking ont permis de proposer des mécanismes d'interactions mis en jeu lors de l'inhibition de PTP1B par ces métabolites secondaires lichéniques et d'envisager l'optimisation structurale de ces composés en vue d'augmenter leur activité. / Total fatty acids (FA) of ten species of Stereocaulon in addition to cyanolichens and one cyanobacterium were studied. FA profiles based on saturated-, unsaturated- and branched chain-FAs were compared using a hierarchical ascendant classification. Cyanolichens differed from the Stereocaulon genus according iso- and anteiso-FAs profiles while no differences were seen according the other FAs families. The phytochemical study of Stereocaulon evolutum, harvested in Brittany, led to isolation and identification of 22 secondary metabolites. Two were new for lichens. Among the isolated compounds, seven compounds were structurally close to atranorin, a common and abundant depside in the Stereocaulon genus. In a previous screening, atranorin exhibited a noteworthy HCV inhibition, thus six lichen compounds and two synthetic molecules were also tested. Atranorin and methyl 4-O-demethylbarbatate were the most potent without any cytotoxicity, the first being active towards the virus penetration and the latter against the virus replication. Two depsidones and five diphenylethers were also isolated and were evaluated on the Protein Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B), a promising target for type 2 mellitus diabetis and breast cancer. Both depsidones (lobaric acid, norlobaric acid) and the diphenylether anhydrosakisacaulon A were as potent as the positive control ursolic acid. Simultaneously, a molecular docking study between PTP1B and the seven compounds suggested the most significant interactions to conceive possible more active compounds.