La protéine tau est une protéine neuronale associée aux microtubules. L’exon 10 code pour un domaine de liaison aux microtubules et son épissage alternatif définit deux types d’isoformes ayant une fonction biologique distincte. En effet, quand l’exon 10 est exclu, les isoformes de tau ont trois domaines de liaison aux microtubules (Tau3R) alors que les isoformes en possèdent quatre lorsque l’exon 10 est inclus (Tau4R). Ainsi, les isoformes Tau4R sont connues pour avoir une meilleure affinité pour les microtubules, et permettent de mieux les stabiliser au sein de l’axone des neurones. Les tauopathies sont des maladies neurodégénératives qui se caractérisent par la présence d’agrégats de la protéine tau sous forme hyperphosphorylée. Parmi ces agrégats, certains sont composés des isoformes Tau3R et Tau4R, alors que d’autres sont essentiellement composés soit des isoformes Tau3R, soit des isoformes Tau4R. Ces données montrent qu’un défaut d’épissage alternatif de l’exon 10 de tau peut conduire à une pathologie. Cependant, la régulation de l’épissage alternatif de l’exon 10 est encore mal connue à la fois dans un contexte physiologique et pathologique et l’absence de données sur la physio-pathologie des tauopathies et de modèles d’études intégrés rendent l’avancement des connaissances et le développement de stratégies thérapeutiques nébuleux. De manière intéressante, il existe un changement d’épissage alternatif de l’exon 10 au cours du développement du cerveau chez la souris. En effet, les isoformes Tau3R sont majoritaires dans les premiers stades du développement et ne sont plus du tout exprimées à l’âge adulte. En revanche, le cerveau humain à l’âge adulte exprime autant d’isoformes Tau3R que d’isoformes Tau4R. Nous avons remarqué que deux évènements ont lieu simultanément au cours du développement du cerveau chez la souris : le changement d’expression des isoformes de tau et la mise en place de la thermogénèse. Plusieurs études ont montré que la température influence le niveau de phosphorylation de la protéine tau, mais aucune n’a mis en évidence l’impact de la température sur l’épissage alternatif de tau. Ainsi, notre hypothèse de départ est que la température représente un nouveau régulateur de l’expression des isoformes de tau, en modulant l’épissage alternatif de l’exon 10. Les principaux objectifs de cette thèse étaient d’analyser l’impact de la température sur l’épissage alternatif de l’exon 10 de tau et les mécanismes cellulaires associés aux changements d’épissage alternatif de l’exon 10. Dans un premier temps, nous avons utilisé le développement du cerveau chez la souris comme modèle pour faire une caractérisation plus précise de l’expression des isoformes de tau. Ensuite, nous avons utilisé des cultures de neurones primaires de souris, dans le but d’évaluer l’impact de changements directs de température sur l’expression des isoformes de tau. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé une approche in vitro, pour caractériser les changements d’épissage alternatif de l’exon 10 de tau au niveau de l’ARNm et protéique. Dans un troisième temps, nous avons analysé les mécanismes cellulaires responsables de ces changements d’expression. Nos résultats montrent que la température affecte directement l’épissage alternatif de l’exon 10 au niveau de l’ARNm mais également des protéines synthétisées. De plus, nous avons vu que l’hypothermie favorise l’exclusion de l’exon 10, ce qui conforte notre observation de départ en lien avec le développement du cerveau chez la souris, tandis que l’hyperthermie favorise l’inclusion de l’exon 10 dans tous les modèles analysés. Nous avons également montré que la température affecte l’épissage alternatif de l’exon 10 humain. Nos résultats montrent également que la température affecte le patron développemental d’expression des isoformes de tau. De plus, nos résultats ciblent le facteur d’épissage Muscle blind-like (MBNL), comme mécanisme cellulaire responsable des changements d’expression des isoformes de tau induits par la température. De manière préliminaire, nos travaux de recherche montrent ainsi un nouveau rôle de la température dans la régulation de l’expression des isoformes de tau. Les prochaines étapes seraient d’évaluer l’impact fonctionnel de ces changements d’expression de tau sur le cerveau et de tester les changements de température comme nouvelle avenue thérapeutique pour le traitement des tauopathies présentant un défaut d’épissage alternatif de l’exon 10 de tau. / Tauopathies are a group of neurodegenerative disorders characterized by the presence of aggregates of hyperphosphorylated tau protein. These aggregates are either constituted of the six tau isoforms, or Tau4R isoforms or Tau3R isoforms, suggesting that altered tau exon 10 alternative splicing can lead to neurodegeneration. This was further supported by the discovery of mutations on matp gene mainly responsible for fronto-temporal dementia. The regulation of tau exon 10 alternative splicing is not fully understood in both physiological and pathological conditions. Indeed, the lack of data on the development of sporadic tauopathies (in absence of tau mutations) and models to study them make therapeutics strategies compromised. Interestingly, changes of tau isoforms expression has been reported during the mouse brain development. Indeed, Tau3R isoforms are dominant in the first developmental stages (embryonic and early post-natal) and are absent in adulthood. To the opposite, human adul brain expresses both Tau3R and Tau4R to equal amount. This inter-species fundamental difference of expression of tau isoforms is not understood. We noctided that some events are concomitant during the mouse brain development: shift of tau isoforms, shift of tau phosphorylation state and pups thermoregulation efficiency. It has been reported that temperature can influence the phosphorylation of tau protein and especially that hypothermia increases it. To date, no study has shown the impact of temperature on tau exon 10 alternative splicing. Thus, our hypothesis is that temperature is a new regulator of the expression of tau isoforms by modulating the alternative splicing of tau exon 10. The major goals of this thesis were to analyze the impact of temperature on the alternative splicing of tau exon 10 overall, and especially during the mouse brain development. On another hand, we want to analyze the mechanisms responsible for temperature-mediated tau exon 10 alternative splicing changes. First, we used the mouse brain development to characterize the expression of tau isoforms. Thus, we used mouse primary neuronal cells in the aim of analyzing the impact of direct changes of temperature on tau isoforms expression. Second, we used in vitro approaches to characterize the impact of temperature on tau exon 10 alternative splicing at both mRNA and proteins levels. Third, we have analyzed mechanisms involved in these changes. Our results show that temperature directly affects tau exon 10 alternative splicing at both mRNA and protein levels. For the first time, we show that hypothermia induces tau exon 10 exclusion whereas hyperthermia favors exon 10 exclusion. Moreover, we show that temperature is able to modulate the alternative splicing of human tau exon 10. Our results with primary neuronal cells show that temperature can influence the developmental pattern of expression of tau isoforms, suggesting that temperature is a strong modulator of tau exon 10 alternative splicing. Eventually, our results highlight the role of Muscle blind-like proteins (MBNL) as potential mechanisms involved in the regulation of tau exon 10 alternative splicing by the temperature. Interestingly, our work put in relief a new role of the temperature in the regulation of tau isoforms expression. As perspectives, it should be important to evaluate the functional impact of temperature-mediated changes of tau isoforms expression on brain.

La malaria est un des fléaux les plus dévastateurs dans les pays en voie de développement. L’absence d’un vaccin et la résistance aux agents antimalariaux disponibles démontrent le besoin urgent d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Les phosphoinositides (PIP) sont des composants essentiels des membranes cellulaires chez les eucaryotes jouant un rôle important dans la signalisation intracellulaire, la synthèse d’ADN et le trafic protéique, par exemple. Malgré leur importance chez les eucaryotes, on en connaît peu sur leurs fonctions chez le parasite de la malaria Plasmodium falciparum. Dans notre laboratoire, nous avons réalisé un criblage par inactivation génique de 36 effecteurs potentiels de la voie métabolique PIP pour identifier les gènes qui sont essentiels à la prolifération chez P. falciparum. Notre étude a montré que 72% des gènes potentiellement impliqués dans la voie métabolique des PIP ne pouvaient être inactivés et sont donc potentiellement essentiels pour la survie du parasite. L’analyse d’une souche knock-out pour la protéine PfPX, ayant un domaine de liaison aux PIP de type Phox, a démontré un ralentissement sévère de la croissance du parasite. La caractérisation de la protéine PfPX a révélé qu’elle se localisait à la membrane de la vacuole digestive, le site où le parasite digère l'hémoglobine (Hb) de l'hôte afin de subvenir à ses besoins en acides aminés. Nous avons montré que les parasites dépourvus de la protéine Phox accumulaient plus d'Hb et que celle-ci était piégée dans des vésicules à proximité de la vacuole digestive, suggérant un rôle pour cette protéine dans la fusion des vésicules d’Hb avec la membrane de la vacuole digestive. Globalement, nos résultats ont révélé que les PIP ont un rôle important dans le transport de l'Hb chez P. falciparum / Malaria is one of the most devastating curses in developing countries. The absence of a vaccine and resistance to available antimalarial agents demonstrate the urgent need to identify new therapeutic targets. Phosphoinositides (PIPs) are essential components of cell membranes in eukaryotes, playing an important role in intracellular signaling, DNA synthesis and protein trafficking, for example. Despite their importance in eukaryotes, little is known about their functions in the malaria parasite Plasmodium falciparum. In our laboratory, we screened 36 putative effectors of the PIP pathway by gene inactivation to identify the genes that are essential for proliferation in P. falciparum. Our studies showed that 72% of genes possibly involved in the PIP pathway could not be inactivated and are therefore potentially essential for parasite survival. Analysis of a knockout strain for PfPX protein, having a Phox-like PIP binding domain, demonstrated a severe slowdown in parasite growth. Characterization of the PfPX protein revealed that it was localized to the food vacuole membrane, the site where the parasite digests the hemoglobin (Hb) of the host in order to meet his needs in amino acids, and in vesicular type structures. We have shown that parasites lacking the Phox protein accumulate more Hb and that it is trapped in vesicles near the digestive vacuole, suggesting a role for this protein in the fusion of Hb vesicles with the membrane of the digestive vacuole. Overall, our results revealed that PIPs play an important role in the transport of P. falciparum Hb

Les concentrés de protéines de lait sont couramment utilisés comme ingrédients lors de la standardisation du lait de fromagerie. La concentration des protéines est généralement réalisée par ultrafiltration (UF) à l’aide de membranes polymériques ayant un seuil de coupure de 10 kDa, et ce, jusqu’à un facteur de concentration volumique de 3.5X. Dans l’optique d’améliorer l’efficience du procédé d’UF, l’étude avait pour but de caractériser l’impact du mode opératoire (pression transmembranaire constante (465 et 672 kPa) et flux constant) ainsi que la température (10°C et 50°C) sur la performance du système jusqu’à un facteur de concentration volumique de 3.6X. Le module de filtration à l’échelle pilote comprenait une membrane d’UF en polyéthersulfone de 10 kDa d’une surface de 2,04 m2. La performance du système a été caractérisée sur le flux de perméation, la sélectivité et la consommation énergétique totale. L’étude a montré que le flux de perméation était 1,9 fois plus élevé à une température de 50°C comparativement à 10°C lors de l’UF du lait. Le coefficient de rejet des protéines n’a pas été affecté significativement par la pression transmembranaire et la température (P< 0,05). L’effet de la température a été observé au niveau de la teneur en calcium, laquelle était plus élevée de 12% dans les rétentats générés à 50C. La consommation énergétique totale du système d’UF était plus élevée à 10C comparativement à 50C, représentant 0,32±0,02 et 0,26±0,04 kWh/kg rétentat respectivement. Les résultats montrent que le ratio d’efficience énergétique (rapport entre le flux de perméation et la consommation énergétique) optimal a été obtenu à faible pression transmembranaire constante et à 50C. L’approche développée dans le cadre de ce projet fournira des outils aux industriels laitiers pour améliorer l’éco-efficience de leurs procédés de séparation baromembranaire. / The milk proteins concentrates are widely used as a dairy ingredient for cheese milk standardization. Milk protein concentrates are generally produced by ultrafiltration (UF) using polymeric membranes with molecular weight cut-off of 10 kDa, until a volume concentration factor of 3.5X. To improve the efficiency of the UF process, this study aimed at characterizing the impact of operating mode (constant transmembrane pressure (465 and 672 kPa) and constant flux) and temperature (10C and 50C) on the UF system performances during skim milk concentration until a volume concentration factor of 3.5X. A pilot-scale filtration module equipped with a 10 kDa polyethersulfone UF membrane with an effective surface of 2,04 m2 was used. System performance was characterized by the permeation flux, membrane selectivity and the total energy consumption. Experiments demonstrated that the permeation flux was 1,9 times higher at 50C compared to 10C. The protein rejection was not significantly affected by the transmembrane pressure and the temperature (P< 0,05). The temperature had an impact in terms of calcium content, which was 12% higher in the retentate generated at 50°C compared to the one produced at 10C. The total energy consumption was higher during UF at 10°C (0,32±0,02 kWh/kg retentate) compared to 50°C (0,26±0,04 kWh/kg retentate). The results showed that the energy efficiency ratio (ratio of the permeation flux and total energy consumption) was optimal at low constant transmembrane pressure and 50°C. The experimental approach developed in this project provides tools to dairy processors to improve the eco-efficiency of their membrane separation systems.

La sécrétion d'insuline stimulée par les incrétines tels le GLP-1 (glucagon-like peptide-1) et le GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide), a un rôle majeur dans la régulation du métabolisme des glucides, puisque les incrétines sont responsables de 50 à 70 % de la réponse postprandiale de la cellule beta du pancréas endocrine. Les mécanismes impliquant l'activation de l'adénylate cyclase, l'augmentation intracellulaire de l'AMP cyclique (AMPc) et, en conséquence, l'activation de certaines protéines AMPc-dépendantes, sont responsables de l'effet sécrétagogue des incrétines. Cependant, l'effet du GLP-1 sur la sécrétion d'insuline est préservé même en absence de l'activation de ces protéines, ce qui suggère que des mécanismes indépendants de l'AMPc sont également impliqués. Dans la présente étude, nous nous sommes intéressés à élucider ces mécanismes. Nous avons observé que la voie de la kinase AMP-dépendante (AMPK), qui semble avoir un rôle dans la sécrétion d'insuline stimulée par des nutriments, était également modulée par le GLP-1 dans des cellules beta du pancréas. Nous avons ensuite démontré que l'activation de cette voie réduisait l'effet du GLP-1 sur la sécrétion d'insuline. Ainsi, notre étude a permis l'identification d'une nouvelle voie contribuant à l'effet du GLP-1 sur la sécrétion d'insuline.

Les maladies cardiométaboliques représentent la première cause de mortalité à travers le monde. La prévalence croissante de ces pathologies est majoritairement due à notre mode de vie sédentaire et à la mauvaise qualité nutritionnelle de notre alimentation. La maladie du foie associée à un dysfonctionnement métabolique, pathologie inflammatoire chronique, est caractérisée par une accumulation de lipides au foie et touche davantage les hommes. Ses causes sont multiples, à savoir : l'obésité, les dyslipidémies, le diabète de type 2, l'hypertension et les facteurs génétiques. Les premiers stades de cette pathologie sont sans symptôme apparent. Cependant, avec le temps, des complications cliniques peuvent survenir si cette dernière n'est pas diagnostiquée et prise en charge rapidement. Afin d'affiner les connaissances concernant cette maladie, il est primordial de caractériser les facteurs associés à la stéatose hépatique et de déterminer la manière dont ils sont impliqués dans la pathogenèse. La protéine de liaison aux facteurs de croissance analogues à l'insuline-2 (IGFBP-2) est majoritairement produite par le foie et est retrouvée dans la circulation systémique. Elle intervient, entre autres, dans le métabolisme énergétique, et notamment celui des triglycérides. Des études récentes ont mis en évidence une association inverse entre les niveaux sériques d'IGFBP-2, la résistance à l'insuline et la quantité de lipides hépatiques. Sur la base de ces éléments, nous avons émis l'hypothèse que la protéine IGFBP-2 pourrait être inversement associée à une accumulation légère de lipides au foie et pourrait être un biomarqueur candidat de la stéatose hépatique. Ces volets ont été testés chez des hommes et femmes asymptomatiques ayant subi une imagerie du foie. Pour affiner les relations entre IGFBP-2 et le métabolisme des lipides, l'association entre IGFBP-2 et la cinétique des lipoprotéines a été évaluée. Nous avons également déterminé, chez des souris mâles et femelles, l'impact direct de l'absence d'IGFBP-2 sur l'accumulation de lipides dans le foie et l'aorte en condition de stress métabolique induit par une diète riche en gras. Les travaux décrits dans cette thèse identifient IGFBP-2 en tant que facteur inversement associé à la stéatose hépatique ; et ce pour les tout premiers stades de la maladie chez l'humain. Des niveaux plasmatiques élevés en IGFBP-2 ont également été associés à un foie sain malgré la présence de graisse viscérale. Les niveaux plasmatiques d'IGFBP-2 combinés à la mesure du tour de taille ont permis de caractériser les individus atteints de stéatose hépatique légère avec une bonne sensibilité et spécificité. D'autre part, de hauts niveaux d'IGFBP-2 ont été corrélés à une meilleure élimination des VLDL et à une production moindre de chylomicrons chez les hommes, ce qui pourrait diminuer les triglycérides accumulés au foie. En revanche, l'absence d'IGFBP-2 n'a pas conduit à une exacerbation marquée de l'accumulation de lipides dans le foie et l'aorte chez la souris. Par conséquent, nos travaux ne suggèrent pas de rôle essentiel d'IGFBP-2 dans la modulation des lipides hépatiques. Finalement, IGFBP-2 ne semble pas contribuer au dimorphisme sexuel retrouvé dans la maladie du foie associée à un dysfonctionnement métabolique. Dans l'ensemble, nos résultats supportent le lien entre IGFBP-2, le métabolisme des lipides et leur accumulation au foie et suggèrent que cette protéine pourrait aider à l'identification précoce des individus à risque de présenter une stéatose hépatique. Des études supplémentaires dans de plus grandes populations sont nécessaires afin de valider le potentiel d'IGFBP-2 comme biomarqueur intégrateur de la stéatose hépatique liée à un dysfonctionnement métabolique. / Cardiometabolic diseases are the first cause of mortality in the world. Sedentary lifestyle and poor nutritional quality are responsible for the increased prevalence of these diseases. Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease is a chronic inflammatory disease leading to progressive accumulation of lipid in liver and with a higher prevalence and severity in men. Obesity, dyslipidemia, type 2 diabetes, hypertension, and genetic factors are risk factors of fatty liver disease. Although first stages of the pathology are asymptomatic, without treatment, clinical manifestations can occur over time. Insulin-like growth factor binding protein-2 (IGFBP-2) is mostly produced and secreted in blood by the liver. IGFBP-2 plays a key role in energy metabolism, especially that of triglycerides. Low IGFBP-2 levels are inversely correlated with insulin resistance and recent evidence suggests links with hepatic fat fraction. Based on these previous observations, we investigated the hypothesis that IGFBP-2 is inversely associated with early hepatic lipid accumulation and represents a potential biomarker of fatty liver disease. This hypothesis was tested in a cohort of asymptomatic men and women who underwent liver imaging. To better describe the links between IGFBP-2 and lipid metabolism, the relationship between IGFBP-2 levels and lipoprotein kinetics was also assessed in men. In male and female mice, we further analyzed the direct impact of IGFBP-2 deletion on liver fat accumulation and the thoracic aorta induced by a high fat diet. Our work shows that IGFBP-2 is inversely associated with hepatic steatosis. Moreover, high concentrations of IGFBP-2 were associated with healthy liver despite the visceral fat. We also found that the combination of IGFBP-2 concentration and waist circumference identifies individuals at risk of hepatic steatosis in the first stages of disease with good sensitivity and specificity. Furthermore, in men, high levels of IGFBP-2 have been correlated with increased clearance of VLDL and a low chylomicron production, which could contribute to the negative relationship between IGFBP-2 and plasma triglycerides. However, the absence of IGFBP-2 had a little impact on lipid accumulation in the liver and aorta in mice. Therefore, our studies suggest that high IGFBP-2 is associated with a better cardiometabolic profile and lower hepatic TG content but that its absence does not overly alter lipid metabolism. More work will be required to validate the potential of IGFBP-2 as integrative fatty liver biomarker.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019. / Les fonctions des cellules épithéliales reposent sur la distribution asymétrique de différents constituants cellulaires, organisation structurale nommée polarité épithéliale. Plus de 80% des cancers sont d’origine épithéliale, et l’altération de la polarité cellulaire contribue à la progression du cancer. L’élucidation des mécanismes moléculaires contrôlant la polarité épithéliale est donc primordiale. La protéine Yurt permet de maintenir l’intégrité de la membrane latérale et de limiter la croissance de la membrane apicale dans les épithéliums polarisés. Les orthologues humains de Yurt, EHM2 et EPB41L5, sont surexprimés dans des cellules cancéreuses hautement métastatiques et sont associés à un mauvais pronostic. EPB41L5 est aussi impliquée dans la transition épithélio-mésenchymateuse et dans la formation des métastases. Le développement d’inhibiteurs de EHM2 et EPB41L5 pourrait donc contrer la progression tumorale. L’objectif général de mon doctorat était de mieux comprendre les modes de régulation de ces protéines, ce qui est un préalable essentiel pour la mise en place de stratégies thérapeutiques dans le contexte du cancer. Durant la polarisation des cellules épithéliales, Yurt est confinée à la membrane latérale et assure l’intégrité de ce domaine membranaire en réprimant la machinerie apicale. Aux stades tardifs de l’embryogenèse, le recrutement apical de Yurt permet de restreindre la taille de la membrane apicale. Néanmoins, les mécanismes moléculaires soutenant la dynamique spatiotemporelle de Yurt, et les mécanismes précis par lesquels Yurt inhibe la machinerie apicale étaient non définis. Au cours de mon doctorat, nous avons montré que la kinase apicale aPKC phosphoryle Yurt pour empêcher sa localisation apicale prématurée. Une version non phosphorylable de Yurt démantèle le domaine apical, indiquant que l’exclusion apicale de Yurt dépendante de aPKC est cruciale pour la polarité épithéliale. En retour, Yurt antagonise les fonctions de aPKC pour prévenir l’apicalisation de la membrane plasmique. La capacité de Yurt à lier et restreindre les fonctions de aPKC est centrale pour son rôle dans la polarité épithéliale. En effet, déléter le site de liaison à aPKC neutralise l’activité de Yurt. Ainsi, Yurt et aPKC sont impliquées dans une relation antagoniste bidirectionnelle qui contribue à la ségrégation des domaines membranaires, ce qui soutient l’architecture fonctionnelle des tissus épithéliaux. iv Ensuite, pour comprendre plus en profondeur comment est modulée l’activité de Yurt, nous avons investigué les propriétés biochimiques de Yurt et de ses orthologues. Ces protéines appartiennent à la famille des protéines à domaine « Four-point-one, Ezrin, Radixin, Moesin » (FERM). Elles possèdent également un domaine adjacent à FERM (FA pour « FERM-adjacent »), définissant un sous-groupe de la famille FERM. Certaines protéines de cette famille ont la capacité de former des homo-oligomères, ce qui module leurs fonctions. Nos résultats indiquent que Yurt et EPB41L5 sont également capables de s’homo-oligomériser. Nous avons démontré que l’unité FERM-FA définit une interface oligomérique. De plus, nous avons montré que la phénylalanine 281 (F281) et le tryptophane 283 (W283) sont particulièrement importants pour l’interaction homotypique de Yurt. En effet, la substitution de ces résidus en arginine (R) abolit l’interaction homotypique de Yurt in vitro. Nous avons alors généré une lignée de drosophile exprimant YurtF281R, W283R à partir du locus endogène yurt grâce à la technique CRISPR/Cas9. Les embryons exprimant YurtF281R, W283R sont phénotypiquement similaires aux embryons complètement dépourvus de Yurt, suggérant fortement que la multimérisation de Yurt est cruciale pour ses fonctions in vivo. Nous avons également démontré que la kinase aPKC déstabilise l’oligomère de Yurt conduisant à une répression de ses fonctions. Ceci révèle un mécanisme par lequel cette kinase supporte la formation du domaine apical. En résumé, mes travaux de doctorat ont permis de décrypter le mécanisme d’exclusion apicale de Yurt par la kinase aPKC dans les cellules épithéliales immatures. Nous avons également mis en évidence une relation antagoniste bidirectionnelle entre Yurt et aPKC. Ceci contribue à maintenir la bonne ségrégation des domaines membranaires, et ainsi soutenir l’architecture fonctionnelle des tissus épithéliaux. De plus, nous avons démontré que l’oligomérisation de Yurt est cruciale pour ses fonctions in vivo. Cette propriété biochimique est conservée chez son orthologue humain EPB41L5. Ceci offre donc une opportunité unique dans la lutte contre le cancer. En effet, des composés interférant avec cette oligomérisation pourraient limiter l’activité de EPB41L5, et ainsi combattre la progression tumorale. / The polarized architecture of epithelial cells along the apical-basal axis is crucial for epithelial tissue morphogenesis, physiology and homeostasis. Over 80% of cancers are of epithelial origin, and the alteration of cell polarity contributes to cancer progression. Elucidating the molecular mechanisms controlling epithelial polarity is therefore essential. The protein Yurt stabilizes the lateral membrane and limits apical membrane growth in polarized epithelia. The human Yurt orthologs EHM2 and EPB41L5 are overexpressed in many cancers. This correlates with poor outcome for patients. EPB41L5 also supports epithelial-mesenchymal transition and metastasis. Elaborating strategies limiting EHM2 and EPB41L5 activity is of special interest in oncology. The general objective of my PhD was to decipher the regulation of these proteins to pave the way for new therapeutic strategies for the treatment of cancer. During organogenesis, Yurt is confined to the lateral membrane and supports the stability of this membrane domain by repressing the apical machinery. At later stages of embryogenesis, the apical recruitment of Yurt establishes a local negative regulatory feedback loop that restricts the size of the apical membrane. However, the molecular basis sustaining the spatiotemporal dynamics of Yurt, and the precise mechanisms by which Yurt inhibits apical promoting factors were undefined. During the first part of my Ph.D., we demonstrated that aPKC phosphorylates Yurt to prevent its premature apical localization. A non-phosphorylatable version of Yurt dominantly dismantles the apical domain, showing that its aPKC-mediated exclusion is crucial for epithelial cell polarity. In return, Yurt counteracts aPKC functions to prevent apicalization of the plasma membrane. The ability of Yurt to bind and restrain aPKC signaling is central for its role in polarity, as removal of the aPKC binding site neutralizes Yurt activity. Thus, Yurt and aPKC are involved in a reciprocal antagonistic regulatory loop that contributes to the segregation of discrete and mutually exclusive membrane domains, thereby sustaining the functional architecture of epithelial tissues. To further define how Yurt activity is modulated, we investigated the biochemical properties of Yurt and its orthologs. Yurt and EPB41L5 belong to the Four-point-one, Ezrin, Radixin, Moesin (FERM) domain protein family. These proteins also contain a FERM-adjacent (FA) domain which defines a subfamily of FERM proteins. Some proteins of this superfamily have the ability to multimerize. Our results indicate that both Yurt and EPB41L5 oligomerize. Our data also establish that the FERM-FA unit forms an oligomeric interface, and that multimerization of Yurt is crucial for its function in epithelial cell polarity regulation. Finally, we demonstrated that aPKC destabilizes the Yurt oligomer to repress its functions, thereby revealing a mechanism through which this kinase supports apical domain formation. In summary, my Ph.D. work has deciphered the mechanism sustaining the apical exclusion of Yurt by aPKC in immature epithelial cells. We have also demonstrated a reciprocal antagonistic regulatory loop between Yurt and aPKC. This contributes to maintaining the proper segregation of membrane domains, and thus supporting the functional architecture of epithelial tissues. In addition, we have demonstrated that Yurt oligomerization is crucial for its in vivo functions. This biochemical property is conserved in its human ortholog EPB41L5. This offers a unique opportunity in the fight against cancer. Indeed, compounds interfering with this oligomerization could limit the activity of EPB41L5, and thus counteract tumor progression.

Les concentrés laitiers à haute teneur en protéines (plus de 80% de protéines sur base sèche) sont générés par ultrafiltration (UF) et diafiltration (DF). Des membranes polymériques spiralées en polyéthersulfone de seuil de coupure de 10 kDa sont généralement utilisées en industrie laitière afin de maximiser la rétention des protéines. La baisse des flux de perméation et l’encrassement membranaire sont les principales limites à l’efficience du procédé. Ces inconvénients pourraient être limités par une sélection optimale du seuil de coupure membranaire et de la séquence UF-DF. Ce projet avait pour objectif de caractériser les performances (flux de perméation, résistance hydraulique, composition et consommation en énergie et en eau) de procédés d’UF-DF en fonction du seuil de coupure (10 et 50 kDa) et de la séquence UF-DF (3,5X – 2 diavolumes (DV) et 5X – 0,8DV). Les séquences UF-DF ont été réalisées avec du lait écrémé et pasteurisé au moyen d’un système de filtration pilote opéré à 50°C et à une pression transmembranaire (PTM) constante de 465 kPa. Pour une même séquence UF-DF, il a été démontré que le seuil de coupure n’avait pas d’impact (p>0.05) sur les flux de perméation, qui étaient toutefois significativement plus élevés (p<0.05) à l’étape de DF pour la séquence 3,5X – 2DV. Les données expérimentales de ces essais ont été utilisées dans le cadre d'une simulation pour la production d’un concentré de protéines laitières dans une usine laitière modèle traitant 1500 m3 de lait en 20 heures. Cet exercice a révélé que, malgré la forte baisse du flux de perméation (89% pour la séquence 5X – 0,8DV contre 58% pour la séquence 3,5X – 2DV) survenant lors d'une concentration du lait à haute teneur en solides, limiter l'étape de DF demeurerait bénéfique du point de vue de la consommation en énergie et en eau. Les données générées par ce projet permettront d’outiller les industriels pour leurs choix technologiques quant au niveau de concentration à cibler en lien avec une démarche d’amélioration de l’éco-efficience. / High-milk protein concentrates (over 80% total protein on a dry weight basis) are typically produced by ultrafiltration (UF) with constant-volume diafiltration (DF). Polymeric spiral-wound UF membranes with a molecular weight cut-off (MWCO) of 10 kDa are mostly used at commercial scale in order to maximize protein retention. Flux decline and membrane fouling during UF have been studied extensively and the selection of an optimal UF-DF sequence is expected to have a considerable impact on both the process efficiency and the generated volumes of by-products. The objective of this work was to characterize performances of UF-DF process in terms of permeate flux decline, fouling resistance, energy and water consumption and retentate composition as a function of MWCO (10 and 50 kDa) and UF-DF sequence (3.5X – 2 diavolumes (DV) and 5X – 0.8DV). UF-DF experiments were performed on pasteurized skim milk by means of a pilot-scale filtration system operated at 50°C and under a constant transmembrane pressure (TMP) of 465 kPa. Results showed that MWCO had no impact (p>0.05) on permeate flux for a same UF-DF sequence. However, permeate flux values were significantly higher during DF for the 3.5X – 2DV sequence whatever MWCO (p<0.05). Experimental values were used as part of a simulation for the production of high milk protein concentrates in a model dairy plant processing 1500 m3 of skim milk in 20 hours. This work revealed that despite the severe total flux decline occurring during high solid concentration of milk (89% for the 5X – 0.8DV sequence vs. 58% for the 3.5X – 2DV sequence), reducing the DF step could still be of great interest in terms of energy and water consumption. The results generated by this project will benefit dairy processors producing high-milk protein concentrates with regards with their technological choices in a sustainable development perspective. / Diafiltration

Plusieurs indices nous portent à croire que le tremblement essentiel (TE) soit relié à un trouble neurodégénératif du cervelet. Une collaboration avec les neurologues Dr Ali et Alex Rajput nous a permis d’obtenir une banque d’échantillons post-mortems de cervelets : 14 de patients atteints du TE, 15 de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP) et 20 de sujets témoins. Plusieurs maladies neurodégénératives sont caractérisées par une accumulation d’agrégats protéiques. Nous avons donc évalué dans le cervelet de ces groupes la présence de protéinopathies classiques telles que la synucléinopathie, la protéinopathie « TAR DNA binding protein 43 » (TDP-43) et la taupathie, que l’on retrouve chez des maladies neurodégénératives classiques. J’ai effectué des immunobuvardages de type « Western » et mes analyses n’indiquent pas la présence d’une protéinopathie franche dans le TE, outre une augmentation non significative de l’hyperphosphorylation de l’épitope AT100 de la protéine tau, un marqueur neuropathologique de la maladie d’Alzheimer (MA), chez les personnes atteintes de TE. / Various studies have led to the hypothesis that essential tremor (ET) is a syndrome resulting from a neurodegenerative process in the cerebellum. The collaboration with the neurologists, Dr Ali and Alex Rajput has allowed to a bank of post-mortem cerebellar cortices: 14 ET patients, 15 Parkinson disease (PD) patients and 20 control subjects. Most neurodegenerative diseases involve a proteinopathy, characterized by the accumulation of misfolded-proteins. I investigated common types of proteic abnormalities such as: synucleinopathies, « TAR DNA binding protein 43 » (TDP-43) and taupathies observed in classic neurodegenerative diseases, using Western immunoblotting. However, results do not indicate a distinctively the presence of a proteinopathy in ET cerebellum, except for a non-significant increase of tau epitopes AT100, a neuropathological marker of Alzheimer's disease (AD).

Titre de l'écran-titre (visionné le 1er mai 2023) / Introduction. La transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) est associée à la perte de polarité épithéliale et à l'acquisition d'une invasion accrue. La polarité épithéliale divise les cellules épithéliales en domaines apical, latéral et basal, et elle est importante pour le bon fonctionnement des tissus. La protéine Drosophila Yurt (Yrt), localisée corticalement, oligomérise via ses domaines FERM et FERM-FA et est importante dans la régulation de la polarité épithéliale. Ses orthologues humains, EPB41L5 et EPB41L4B, sont surexprimés dans plusieurs cancers épithéliaux. De plus, leur surexpression favorise la formation de métastases et est associée à un mauvais pronostic. Ainsi, ces protéines seraient des cibles importantes pour limiter les métastases. Cependant, la régulation de Yrt n'est pas encore complètement élucidée. Nous avons émis l'hypothèse que la localisation subcellulaire est cruciale pour la fonction de Yrt et de ses orthologues humains. Le but de cette étude était d'élucider les domaines structuraux de Yrt lui permettant de s'associer au cortex cellulaire et les mécanismes régulant cette localisation. Méthodologie. Une analyse structure-fonction couplée à l'immunofluorescence a été réalisée pour identifier les domaines responsables de la localisation corticale de Yrt in vivo. De plus, la quantification du signal cortical et cytoplasmique des différentes constructions Yrt a été effectuée. L'impact fonctionnel a été analysé à partir de cuticules embryonnaires. Résultats. Nous avons découvert que le motif basique et hydrophobe (BH) dans les lobes F1 et F3 du domaine FERM de Yrt influence son ciblage cortical. Les motifs BH contiennent des résidus chargés positivement qui interagissent avec les phospholipides membranaires chargés négativement par le biais d'interactions électrostatiques. De plus, nous avons constaté que lorsque Yrt est mal localisé au cortex cellulaire, sa fonction est affectée. Conclusion. Nos résultats mettent en évidence le rôle important du ciblage de la membrane électrostatique du Yrt. Ces connaissances pourraient ainsi contribuer au développement de stratégies thérapeutiques innovantes contre les orthologues humains Yrt dans la tumorigenèse. / Introduction. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is associated with the loss of epithelial polarity and the acquisition of enhanced invasion. Epithelial polarity divides epithelial cells into apical, lateral, and basal domains, and it is important for proper tissue function. The cortically localized Drosophila Yurt (Yrt) protein oligomerizes via its FERM and FERM-FA domains in regulating epithelial polarity. Its human orthologs, EPB41L5 and EPB41L4B, are over expressed in several epithelial cancers. Furthermore, their overexpression promotes metastasis leading to overall poor survival and prognosis. Thus, these proteins would be significant targets in limiting metastasis. However, the exact mode of Yrt regulation is yet to be fully elucidated. We hypothesized that subcellular localization is crucial for Yrt regulation and its human orthologs. Thus, we elucidated the domains and subdomains of Yrt allowing it to target the cell cortex and the mechanisms regulating this localization. Methods. A structure-function analysis was performed coupled with immunofluorescence to identify the domains responsible for the cortical localization of Yrt in vivo. Also, we quantified the signal intensity at the cortical and cytoplasmic region for the various Yrt constructs tested. We further analyzed the functional impact using embryonic cuticle. Results. We discovered that the basic and hydrophobic motifs within the F1 and F3 lobes of the FERM domain influences Yrt cortical targeting. These motifs contain positively charged residues that interact with negatively charged membrane phospholipids through electrostatic interactions. Moreover, we found that when Yrt is mislocalized from the cell cortex, its function is impacted. Conclusion. Our findings highlight the important roles of electrostatics and oligomerization in the cortical targeting of the Yrt. This knowledge could thus contribute to the development of innovative therapeutic strategies against Yrt human orthologs in tumorigenesis.

Les tissus épithéliaux recouvrent les surfaces et les cavités du corps et fonctionnent comme des barrières sélectives capables d'échanges entre les différents compartiments de l'organisme. La fonctionnalité de ces tissus repose notamment sur la mise en place et le maintien d'une asymétrie structurale des cellules épithéliales, aussi appelée « polarité épithéliale ». La modulation des mécanismes orchestrant l'asymétrie membranaire est centrale dans la formation et le maintien de l'architecture des tissus épithéliaux. Ainsi, des défauts de polarité épithéliale provoquent des anomalies morphologiques et fonctionnelles des tissus épithéliaux, qui peuvent contribuer au cancer chez l'Homme. C'est pourquoi, la compréhension des processus liés à la polarité épithéliale constitue des objectifs cruciaux dans la biologie des épithéliums et dans la santé humaine, pour assurer le développement de nouvelles thérapies liées au rétablissement des fonctions soutenues par une asymétrie membranaire. Les mécanismes de polarité épithéliale et leurs fonctions signalétiques dans la morphogenèse des tissus épithéliaux jouent un rôle central dans ma thèse et font l'objet de mon introduction. Mon projet de doctorat a consisté à caractériser la fonction et la régulation de Crumbs, un acteur clé dans la mise en place du domaine apical, dans le contrôle de la morphologie cellulaire et dans la morphogenèse des tissus épithéliaux. C'est pourquoi, l'étude de la régulation de la fonction de Crb au sein de la cellule épithéliale revêt un rôle capital dans la compréhension de la biologie des épithéliums. Dans ce cadre, nous avons d'abord permis d'approfondir les modalités d'une éventuelle fonction du domaine extracellulaire de CRB3A. De plus, nous montrons que la GTPase Rac1 permet de contrôler Crumbs dans un contexte tridimensionnel. Ainsi, nous proposons un modèle fonctionnel de Crumbs, soutenu par des approches in vitro et in vivo, dans le contrôle de la morphologie cellulaire et la morphogenèse des tissus tridimensionnels.