La goutte est une arthrite particulièrement douloureuse due à une réponse immunitaire contre des cristaux d’urate monosodique (MSU). Le neutrophile est un leucocyte qui contribue grandement à la perpétuation de l’inflammation lors d’une crise de goutte. Avant d’être recrutés au site d’inflammation, les neutrophiles rencontrent plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont la protéine S100A9. Nous montrons ici que S100A9 accentue plusieurs réponses effectrices des neutrophiles humains aux MSU, notamment la production de dérivés réactifs de l’oxygène (ROS), la sécrétion de CXCL8/IL-8 et d’IL-1β et la glycolyse. S100A9 augmente également la mobilisation intracellulaire de calcium du neutrophile en plus d’augmenter la phosphorylation des tyrosines, la phosphorylation des sérines des substrats de la PKC, d’AKT et de la p38. Nous avons identifié un des mécanismes par lesquels S100A9 contribue à la pathogenèse de la goutte ainsi que les voies de signalisation impliquées dans ce phénomène qui sont des cibles thérapeutiques potentielles pour cette maladie. / Gout is the common and painful type of inflammatory arthritis. It is caused by an immune response against monosodium urate crystals (MSU) that form in the affected joint. Neutrophils are the most abundant leukocytes in the gout joint and play a key role in perpetuating inflammation during a gout flare. During their recruitment to the site of inflammation, neutrophils are exposed to several pro-inflammatory mediators such as S100A9. Although blocking S100A9 dampens MSU-induced inflammation, the role of this protein in the pathogenesis of gout remains incompletely characterized. We identified a novel role for S100A9 in MSU-induced inflammation, the priming of neutrophils towards MSU activation. We provide evidence for the ability of S100A9 to enhance several effector functions of human neutrophils triggered by MSU including the production of reactive oxygen species (ROS), the secretion of CXCL8/IL-8 and IL-1β as well as glycolysis. As for intracellular signaling, S100A9 increases the mobilisation of calcium, induces tyrosine phosphorylation of intracellular proteins as well as serine phosphorylation of PKC, AKT and p38 kinase. In summary, we report for the first time that S100A9 acts as a priming agent during MSU-induced inflammation and identify the underlying signaling pathways that could be targeted to treat gout.

La malaria est une maladie infectieuse causant plus de 500 000 morts chaque année. La maladie est causée par un protozoaire de la famille Plasmodium. L’apparition de souches résistantes aux traitements actuels et l’absence de vaccin efficace rendent la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques urgente. Le parasite possède un complexe apical, un groupement de vacuoles sécrétoires spécialisées contenant les protéines responsables de l’invasion du globule rouge. Nous nous intéressons aux mécanismes gouvernant le transport intracellulaire de ces protéines et à la biogenèse du complexe apical lors de la formation des nouveaux parasites. Plus particulièrement, nous nous intéressons au rôle des phosphoinositides dans le recrutement des protéines à la membrane de l’appareil de Golgi. Par analyse bio-informatique du génome de P. falciparum, nous avons identifié plusieurs protéines effectrices liant potentiellement les phosphoinositides. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent Mal13P1.188, une protéine possédant un domaine Pleckstrin homology. Nous proposons que Mal13P1.188 ait un rôle dans la génération du complexe apical en recrutant les protéines le constituant à la membrane du Golgi par la liaison avec les phosphoinositides. Afin de vérifier nos hypothèses, nous avons généré une lignée de parasite dont le gène de Mal13P1.188 est fusionné avec une GFP et une hémagglutinine. À l’aide de cette lignée de parasite, nous avons pu identifier Mal13P1.188 à proximité de l’appareil de Golgi lorsque les parasites étaient sous la forme schizont du cycle érythrocytaire. D’autres expériences ont permis de confirmer que le domaine Pleckstrin homology de Mal13P1.188 était capable de reconnaître les différentes formes de phosphoinositides. Finalement, d’autres travaux devront être faits sur Mal13P1.188 afin de déterminer si elle est essentielle à la survie du parasite. / Malaria is a deadly infectious disease taking more than 500,000 lives each year. The disease is caused by a protozoan of the Plasmodium family. Resistant strains beginning to spread and the inexistence of an efficient vaccine make the discovery of new targets urgent. The parasite secretes proteins to invade the red blood cell. Those proteins are regrouped in the apical complex, a group of organelles used for the invasion. Our research team focus on the transport mechanisms that drive the formation of the apical complex during the cellular division of new parasite. In other terms, we are interested on the role of phosphoinositide in the recruitment of protein inside the Golgi apparatus. After a bioinformatics analyse the P. falciparum genome, we identified many effectors protein that can bind phosphoinositides. Among them, we focused our work on Mal13P1.188, a protein with a Pleckstrin homology domain. We propose that Mal13P1.188 has a role in the recruitment of the apical proteins to the Golgi membrane using phosphoinositide as a marker on the membrane. To verify that hypothesis, we generated a strain of parasite with endogenous Mal13P1.188 tagged to a GFP and a hemagglutinin. With those parasites, we identified Mal13P1.188 near the Golgi apparatus during the Schizont stage of the blood cycle. Other experiment confirmed that the Pleckstrin homology domain of Mal13P1.188 is able to bind different form of phosphoinositides. Finally, more work has to be done to confirm if Mal13P1.188 is essential to the parasite survival.

Les petites protéines de choc thermique (sHsps) ont été découvertes initialement chez Drosophila. Les membres de cette famille sont des chaperons moléculaires sont présentsdans la plupart des organismes eucaryotes et procaryotes et certains virus. En plus d’être induites en réponse à la plupart des stresseurs dont un choc thermique, elles sont également exprimés en absence de stress. Les sHsps forment des structures dynamiques s'assemblant en oligomères et elles sont essentielles durant les conditions de stress en empêchant l'agrégation des protéines dénaturées et en favorisant leur repliement par des chaperons moléculaires dépendants de l'ATP. Le génome de Drosophila melanogastercode pour 12 sHsp, qui ont des profils d'expression développementaux, des localisations intracellulaires diverses et des spécificités de substrats distincts. DmHsp22 est jusqu'à présent la seule sHsp localisée dans les mitochondries avant et après un choc thermique. Elle est préférentiellement régulée lors du vieillissement et en réponse à la chaleur et aux stress oxydants. La surexpression de DmHsp22 augmente la durée de vie et la résistance au stress et sa régulation négative est préjudiciable. C'est un chaperon efficace, qui pourrait être impliqué dans la réponse mitochondriale au dépliement protéique (UPRMT). Cependant, le mécanisme exact de son action est mal compris. Structurellement, DmHsp22 forme une population d'oligomères semblable aux nombreux sHsps de métazoaires et différente deDmHsp27. L'alignement des séquences de la région ACDde DmHsp22 avec des sHsp de drosophile et d'autres organismes a démontré la présence de trois résidus d'arginine hautement conservés dans ce domaine. Une forte conservationde ces résidus suggère leur implication possible dans la structure et la fonction de DmHsp22. La substitution des résidus d'arginine hautement conservés dans les sHsps de mammifères est associée à certaines pathogenèses et déclenche des changements de conformation des protéines ainsi que l'agrégation des protéines intracellulaires. La mutation de l'arginine en glycine au niveau de trois résidus hautement conservés d'ACD dans DmHsp22 (R105, R109, R110) résulte en une population oligomérique qui, dans le cas de R110G, perturbe la structure et provoque la formation de petits oligomères. Bien que DmHsp22 ainsi que les mutants aient été caractérisés comme des chaperons efficaces in vitro, les mécanismes d'action exacts dans les mitochondries et l'information sur le comportement protecteur nécessitent la détermination du réseau d’interaction in vivo. Nous avons utilisé la technique capture d’immunoaffinité (CIA) pour récupérer 60 protéines qui interagissent spécifiquement avec DmHsp22 in vivo pendant le traitement normal et thermique, dans le surnageant des cellules de mammifères exprimant la DmHsp22. L’CIA effectuée sur la fraction mitochondriale a permis d’identifies 39 protéines qui interagissent spécifiquement avec DmHsp22. La combinaison de l’IAC avec l'analyse par spectroscopie de masse de mitochondries de cellules HeLa transfectées avec DmHsp22 a conduit à l'identification de partenaires de liaison à DmHsp22 dans des conditions de normales et de choc thermique. L'interaction entre DmHsp22 et deux autres chaperons mitochondriaux a été validée par immunobuvardage. Notre approche a montré que les cellules HeLa exprimant DmHsp22 augmentent la consommation d'oxygène mitochondrial et les teneurs en ATP, ce qui confère un nouveau rôle à DmHsp22 dans les mitochondries. En outre, l'activité d’une luciférase exogène a légèrement augmenté dans les cellules HeLa exprimant DmHsp22 après que l'activité enzymatique ait été réduite à la suite de l'exposition à la chaleur. En résumé, ce projet a permis de caractériser la structure oligomérique de DmHsp22 et un certain nombre de mutants dans le domaine alpha cristallin tout en fournissant un rôle potentiel mécanistique dans l’homéostase mitochondriale. La détermination du réseau mitochondrial de DmHsp22 suggère son importance dans cette organelle non seulement en tant que chaperon moléculaire, mais aussi en tant que protéine impliquée dans plusieurs fonctions cellulaires significatives. / The small heat shock proteins (sHsps) were first discovered in Drosophila. Members of this family are molecular chaperones and are present in most eukaryotic and prokaryotic. Although, they are induced in response to most of the stressors including heat shock, they are also expressed in absence of stress. SHsps for mdynamic structures that assemble into oligomers which are essential during stress conditions by preventing aggregation of denatured proteins and promoting their folding by ATP dependent molecular chaperones. Drosophila melanogaster genome encodes 12 sHsps, that have developmental expression patterns, diverse intracellular localizations and distinct substrate specificities. DmHsp22 is up to now the only sHsp localized in mitochondria before and after heat shock. It is preferentially regulated during ageing and in response to heat and oxidative stresses. Over-expression of DmHsp22 increases lifespan and resistance to stress and its down-regulation is detrimental. It is an efficient chaperone and could be involved in the mitochondrial unfolding protein response (UPRMT). However, the exact mechanism of its action is poorly understood. Structurally, DmHsp22 forms one population of oligomers similar to the many metazoan sHsps but DmHsp27. Sequence alignment of DmHsp22 with sHsps in Drosophilaand other organisms at the alpha crystalline domain (ACD) region demonstrated the presence of three highly conserved arginine residues in this domain. Strong conservation of these residues suggest their possible involvement in structure and function of DmHsp22. Substitution of highly conserved arginine residues in mammalian sHsps is associated with some pathogenesis and triggers protein conformational changes as well as intracellular protein aggregation. Mutation of arginine to glycine at three highly conserved residues of ACD in DmHsp22 (R105, R109, R110) results in one oligomeric population as well which in the case of R110G disrupts the structure and causes formation of smaller oligomers. Although DmHsp22 as well as mutants have been characterized as effective in vitro chaperones, the exact mechanism(s) of action in mitochondria and information about protective behavior requires defining of in vivoprotein interacting network. We have used immunoaffinity conjugation (IAC) technique to recover 60 proteins that specifically interact with DmHsp22 in vivo during normal and heat treatment using cell extract of mammalian cells expressing DmHsp22. The IAC performed on mitochondrial fraction identified 39 proteins that specifically interact with DmHsp22. Combination of IAC with mass spectroscopy analysis of mitochondria of HeLa cells transfected with DmHsp22 resulted in identification of DmHsp22-binding partners under normal andunder heat shock conditions. Interaction between DmHsp22 and two other mitochondrial chaperones was validated by immunoblotting. Our approach showed that HeLa cells expressing DmHsp22 increase maximal mitochondrial oxygen consumption and ATP contents which provides a new mechanistic role for DmHsp22 in mitochondria. Further more, exogenous luciferase activity slightly increased in HeLa cells expressing DmHsp22 after the enzyme activity reduced as a result of exposure to heat. In summary, this project has characterized the oligomeric structure of DmHsp22 and a number of mutants inthe alpha crystalline domain while providing a potential mechanistic role in mitochondrial homeostasis. Determining mitochondrial network of DmHsp22 suggest its importance in this organelle not only as a molecular chaperone but also as a protein involved in several significant cellular functions.

NOTICE EN COURS DE TRAITEMENT / Les microARN (miARN) sont des courts ARN non codants qui régulent l'expression des gènes, au niveau post-transcriptionnel. Ces molécules d'environ 22 nucléotides de long s'associent aux protéines Argonautes (AGO) pour former un complexe appelé microRNA induced silencing complex (miRISC). Ensuite, les miARN recrutent le miRISC à des séquences partiellement complémentaires, dans les régions 3' non traduites d'ARN messagers (ARNm). Le miRISC peut ainsi réprimer la traduction d'ARNm spécifiques et souvent induire leur dégradation. Ce mécanisme est notamment important pour le développement animal et des défauts dans cette voie moléculaire sont liés à diverses pathologies chez l'humain. Des évidences récentes montrent que les interacteurs du miRISC et son mode d'action sur les ARNm peuvent diverger à différents moments du développement du nématode Caenorhabditis elegans. Nous avons donc posé l'hypothèse que des modifications post-traductionnelles pourraient expliquer certaines de ces différences moléculaires et fonctionnelles. Les objectifs de ce projet de recherche étaient donc d'identifier les événements de phosphorylation sur la protéine Argonaute ALG-1 de C. elegans et de déterminer leur fonction biologique au cours du développement animal. À cette fin, nous avons purifié la protéine Argonaute ALG-1 chez C. elegans avec un anticorps spécifique, ainsi que ses orthologues humains AGO 1-4, à partir de cellules humaines en culture. Nous avons déterminé par spectrométrie de masse les modifications post-traductionnelles sur ces protéines. En utilisant des méthodes de mutagenèse par édition du génome chez C. elegans, nous avons criblé l'importance de nombreux sites de phosphorylation en s'attardant aux phénotypes associés à la perte de fonction des miARN. Ceci nous a permis de mettre en évidence l'importance d'une région phosphorylable conservée de cinq résidus sérines/thréonine sur le domaine PIWI des Argonautes. La perte de phosphorylation de ALG-1, lorsque ces acides aminés sont mutés en alanines, produit des phénotypes développementaux beaucoup plus sévères que chez des animaux déplétés du gène alg-1. Au niveau moléculaire, nous avons montré, à partir de cellules humaines en culture, que l'hyperphosphorylation de ces acides aminés réduit l'association aux ARNm. De plus, nous avons montré que des mutants AGO2 qui ne sont pas en mesure de lier les miARN, ne sont pas hyperphosphorylés sur ces résidus dans les cellules humaines en culture. Ces résultats mettent en évidence un nouveau mécanisme de régulation de la voie de miARN, dans lequel l'hyperphosphorylation du domaine PIWI de l'Argonaute permet la dissociation du miRISC de sa cible. Nous proposons donc que la phosphorylation de cette région permettrait au miRISC d'être recyclé et de réprimer l'expression d'autres ARNm après sa déphosphorylation. En second lieu, notre crible a permis d'identifier une sérine phosphorylable sur le domaine MID de ALG-1 qui régule l'association de la protéine aux miARN, lors du développement du nématode. Nous avons montré que lorsque cette sérine est mutée en glutamate (phospho-mimétique) ALG-1 perd son association aux miARN. Par ailleurs, les animaux qui portent cette mutation présentent des niveaux de miARN moins élevés que chez les animaux sauvages, ainsi qu'une accumulation de brins passagers qui sont issus des duplex de miARN et normalement dissociés par AGO. Nous avons ensuite identifié l'enzyme qui produit la phosphorylation de cette sérine. Avec des expériences de phosphorylation in vitro, nous avons montré que cette phosphorylation pourrait être induite par la protéine kinase A (PKA). De surcroît, nos expériences soutiennent que alg-1 et PKA interagissent génétiquement. Précisément, le mutant non phosphorylable alg-1(S642A) supprime des phénotypes développementaux observés lors de la perte de fonction de la sous-unité régulatrice de PKA, kin-2. En somme, ce projet de recherche a permis de mettre en évidence un mécanisme conservé au cours de l'évolution qui régule l'association du miRISC aux ARNm par la phosphorylation des Argonautes, ainsi qu'un mécanisme qui régule l'association de ALG-1 aux miARN chez C. elegans. Notre étude indique d'ailleurs que le miRISC serait possiblement inhibé à des moments précis lors du développement animal, par exemple lors de la phosphorylation par PKA. Les études futures des voies signalétiques qui activent PKA chez le nématode nous permettra de mieux comprendre la fonction biologique et le contexte cellulaire qui requerrait l'inactivation du miRISC. / MicroRNAs (miRNAs) are a class of short non-coding RNAs that regulate gene expression in eukaryotes. These molecules are ~22 nucleotides in length and associate with Argonaute proteins (AGO) to guide them to mRNAs that contain sequences with partial complementarity, commonly found in the 3' untranslated region (UTR). The interaction between the miRISC (miRNA induced silencing complex) and the mRNA inhibits protein synthesis and often leads to degradation of the transcripts. While the function and importance of this gene regulation pathway has been studied in plant and animal models, mechanisms that modulate the miRISC gene silencing efficiency in different biological settings are still poorly understood. The hypothesis of my research project conveys the idea that post-translational modifications of Argonaute proteins modulate gene silencing during animal development. To test this hypothesis, we aimed to identify phosphorylation events on the Argonaute ALG-1 in the nematode C. elegans and uncover how these modifications affect its function during animal development. We purified ALG-1 protein from C. elegans extracts with a specific antibody and human Argonautes AGO1-4 from human cell cultures. We identified phosphorylated Argonaute peptides using mass spectrometry analysis and then we screened which modification affected ALG-1 function using gene editing. This led to the discovery of a highly conserved serine/threonine phosphorylation cluster on the PIWI domain of the Argonaute that when mutated into non-phosphorylatable amino-acids (alanine) caused phenotypes that were more severe than the loss of alg-1 in C. elegans. Molecular analysis of these phosphorylation sites showed that they modulate association to miRNA targets. Specifically, when using phospho-mimicking mutations on human AGO2, we showed that the hyperphosphorylation of this cluster causes the Argonaute to lose interaction with mRNAs. Furthermore, we showed that AGO mutants that are deficient for miRNA binding do not undergo hyperphosporylation. These results revealed a new mechanism that regulate miRNA-mediated gene silencing by which unphosphorylated AGO binds miRNA targets and following hyperphosporylation the miRISC is released from mRNAs. We proposed that this mechanism could be used by cells to recycle the complex and permit multiple rounds of silencing by the miRISC after dephosphorylation. Our forward genetic screen of ALG-1 phosphorylation sites identified a serine on the MID domain that modulates association to miRNAs. We showed that phospho-mimicking mutation of ALG-1 at this position impaired the ability of ALG-1 to bind most miRNAs. Furthermore, we found that this mutation led to accumulation of passenger strands miRNAs in the total RNA. Since the passenger strands are not bound by the phospho-mimicking mutant, we suggested that they accumulate as duplexes which would render them refractory to degradation by single stranded nucleases. Last we showed that the protein kinase A (PKA) phosphorylates this residue in vitro and interacts genetically with alg-1. Altogether, this research project uncovered new mechanisms that regulate the miRNA pathway through the phosphorylation of the Argonaute proteins. Our study also suggests that ALG-1 is inhibited at specific timing by PKA during C. elegans development, and further study of the biological settings that require this inactivation will be crucial to understand its function.

Nos travaux de recherche ont consisté à étudier chez trois mammifères (la vache, la truie et la souris), la distribution des membres de la famille des protéines liées au X-fragile (protéines liant l'ARNm). Selon notre hypothèse, ces protéines seraient impliquées dans la formation et la fonction de transport des extensions cytoplasmique des cellules du cumulus vers l'ovocyte appelées projections transzonales (TZPs). L'étude de la présence de ces protéines (FMRP, FXR1P et FXR2P) dans l'ovaire a révélé une distribution selon le stade folliculaire. Nous avons observé une forte expression de FMRP dans les follicules primordiaux et primaires suivi d'une diminution de celle-ci à partir des follicules secondaires. Une expression faible mais stable de la protéine FXR2P le long de la folliculogenèse et une forte expression de la protéine FXR1P à partir du stade secondaire avec une compartimentation périnucléolaire. Nous avons également caractérisé la présence des protéines CYFIP1 comme ayant la même distribution que FMRP tout au long de la folliculogenèse. Le passage du follicule au stade secondaire étant marqué par la présence du réseau de TZPs, nous avons pu déduire un rôle de FMRP dans la formation des TZPs. Nous avons également pu observer que l'absence de FMRP aune incidence sur le réseau de TZPs en ce qu'elle entraîne l'immaturité de celui-ci. De plus, cette absence semble être en partie compensée par une augmentation de la protéine FXR2P mettant ainsi en évidence un processus essentiel à l'établissement de la compétence au développement supporté par l'infertilité des souris femelles double KO pour les gènes FMR1 et FXR2. Des trois protéines de la famille du X-fragile, FXR1P a été déterminé comme étant le plus abondant à l'intérieur des TZPs. Cette observation nous a permis de supposer une plus grande contribution de ce dernier au transport actif des transcrits. Ces travaux s'inscrivent dans une optique d'approfondissement des connaissances du rôle de soutien des cellules du cumulus. / Using three mammalian animal models (cow, pig, mouse), the focus of my work was to study the role and distribution of members of the Fragile X protein family (mRNA binding proteins) which we hypothesize as being implicated in the establishment and function of transzonal projections network (TZPs) which is a network formed by cytoplasmic extension of cumulus cells (CC) towards the oolemma (OO). Our results show an overall fluctuation in protein abundance during folliculogenesis. We observed high FMRP levels in primordial and primary follicles and declining of those levels in secondary follicles. FXR2P was weakly but stably detected in all stages of folliculogenesis. FXR1P was highly abundant and characterized by a perinucleolar localization starting from the secondary follicle stage. Finally, CYFIP1 showed a similar distribution to FMRP during folliculogenesis. One of the main physical differences of reaching the secondary follicle stage is the noticeable presence of TZP's network. The distribution of FMRP and CYFIP1 in folliculogenesis suggests a role for FMRP and CYFIP1 in the establishment of TZPs. In the absence of FMRP, the TZPs network was noticeably immature in appearance. The absence of FMRP also led to the up regulation of FXR2P in primordial and primary follicles proving that this family has an important role in the ovaries. This was further supported by evidence in the literature of infertility in the absence of both FMRP and FXR2P. Of the three the fragile X protein family members, FXR1P was the most abundant in TZPs suggesting that it is the likely one involved in active transport of mRNA granules from the cumulus cells to the oocyte. This work is part of an effort to deepen our knowledge of the supporting role of cumulus cells.

Résumé : Les ostéosarcomes sont des tumeurs malignes osseuses primaires qui affectent principalement les enfants et les adolescents. Les thérapies utilisées depuis les 30 dernières années n'ont malheureusement eu que très peu d'effet sur la survie des patients. Ce projet de doctorat évalue deux stratégies pour contrer certaines dérégulations des cellules d'ostéosarcome humain. La première consiste à abolir leur résistance à l'apoptose avec un alcaloïde d'origine végétale. La seconde consiste à accroître leur différenciation ou à réduire leur prolifération en utilisant des protéines morphogénétiques osseuses (BMPs) et leurs peptides dérivés (pBMPs). La première partie de ce doctorat s'intéresse donc au comportement et à la régulation des cellules d'ostéosarcome en comparaison avec celui des cellules osseuses normales afin d'identifier des cibles potentielles. Elle met l'accent sur trois caractéristiques de l'ostéosarcome: la résistance à l'apoptose, la prolifération incontrôlée des cellules et leur différenciation défectueuse. La sanguinarine, un alcaloïde d'origine végétale, est déjà utilisée pour traiter plusieurs types de cancers (sein et colon). Cet alcaloïde a été choisi pour vaincre la résistance à l'apoptose des cellules d'ostéosarcome. La sanguinarine a éradiqué les deux lignées cellulaires humaines d'ostéosarcome, MG-63 et SaOS-2, d'une manière dépendante du temps et de la dose. Les deux lignées cellulaires se distinguent par des états de différenciation et des taux de prolifération différents. L'alcaloïde induit l'apoptose par les voies extrinsèque et intrinsèque en activant les caspases-8 et -9. La sanguinarine semble agir sur les cellules d'ostéosarcome en fonction de leur potentiel tumorigène. La BMP-2, la BMP-9 et leurs peptides dérivés, pBMP-2 et pBMP-9, ont été utilisés pour contrer la différenciation défectueuse ou la prolifération incontrôlée des cellules d'ostéosarcome. La BMP-2, la BMP-9 et le pBMP-9 activent la phosphorylation des Smads dans les deux lignées cellulaires MG-63 et SaOS-2. Le pBMP-2 n'a eu aucun effet sur ces cellules d'ostéosarcome. Alors que le pBMP-9 agit sur la voie canonique des BMPs, il n'a cependant eu aucun effet significatif sur l'expression des gènes des marqueurs ostéogéniques à 6h. La BMP-2 induit essentiellement la phosphorylation de ERK 112, tandis que la BMP-9 et le pBMP-9 activent la voie p38. De plus, un inhibiteur de MEK1 bloque complètement l'augmentation de la phosphorylation de ERK1/2 induite par la BMP-2 et renforce la phosphorylation de la p38 en présence de BMP-9 ou du pBMP-9. Le traitement avec la BMP-2 ou la BMP-9 et l'inhibiteur MEKI augmente l'expression de gènes codant pour des marqueurs ostéogéniques précoces dans les cellules SaOS-2, tout en inhibant la croissance des cellules MG-63. Ainsi, la sanguinarine ou les BMPs en combinaison avec un inhibiteur MEKI pourraient donner lieu à un traitement anti-cancéreux prometteur. D'autres expériences sont néanmoins nécessaires pour déterminer leurs effets sur les cellules souches cancéreuses. // Abstract : Osteosarcomas are malignant primary bone tumours that normally occur in children and adolescents. Currently used therapies have not measurably improved patient survival rates over the last 30 years. This doctoral research evaluates two strategies for overcoming the major features of osteosarcoma cells. One is to abolish their resistance to apoptosis with a plant-derived alkaloid. The other is to block their defective differentiation or uncontrolled proliferation with bone morphogenetic proteins (BMPs) and peptides derived from them (pBMPs). The first part of this thesis compares the behaviour and regulation of osteosarcoma cells and normal bone cells to identify potential targets. It focuses on three features of osteosarcoma: resistance to apoptosis, uncontrolled cell proliferation, and defective cell differentiation. The plant-derived alkaloid, sanguinarine, is already used to treat several cancers (breast and colon). It was selected to overcome the resistance of osteosarcoma cells to apoptosis. Sanguinarine killed both MG-63 and SaOS-2 human osteosarcoma cells in a time- and dose-dependent manner. These two cell lines have different differentiation states and proliferate at different rates. The alkaloid induces apoptosis through the extrinsic and intrinsic pathways, activating both caspases-8 and -9. Sanguinarine seems to act on osteosarcoma cells depending on their tumourigenic potential. BMP-2, BMP-9, and their derived peptides, pBMP-2 and pBMP-9, were used to overcome the defective differentiation or uncontrolled proliferation of osteosarcoma cells. BMP-2, BMP-9, and pBMP-9 activated the phosphorylation of Smad in both MG-63 and SaOS-2 cells. pBMP-2 had no effect on osteosarcoma cells. While pBMP-9 acted on the canonical BMP pathway, it had no significant effect on the expression of genes encoding osteogenic markers at 6h. BMP-2 mainly increased the phosphorylation of ERK1 /2, while BMP-9 and pBMP-9 activated the p38 pathway. A MEKI inhibitor completely blocked the BMP-2-triggered increase in ERK1/2 phosphorylation and enhanced the phosphorylation of p38 induced by BMP-9 or pBMP-9. Treatment with BMP-2 or BMP-9 and MEKI inhibitor increased the the expression of genes encoding osteogenic markers in SaOS-2 cells, while inhibiting the growth of MG-63 cells. Thus, sanguinarine or BMPs plus a MEK I inhibitor could give rise to a promising anti-cancer treatment. Further experiments are now required to determine their effect on cancer stem cells.

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

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

Afin de se répliquer, les rétrovirus doivent disposer à la fois d’ARN épissés et non épissés. Chez le virus du Sarcome de Rous (RSV), l’accumulation de l’ARN non épissé dépend de l’élément NRS (Negative Regulator of Splicing). L’élément NRS est un élément bipartite. Sa région 5’ est assimilée à une séquence ESE (Exon Splicing Enhancer) à laquelle se fixent de nombreuses protéines SR tandis que sa région 3’ contient un pseudo-site 5’ non fonctionnel qui constitue un leurre qui est responsable de l’inhibition de l’épissage à l’unique site 5’ fonctionnel du virus. Seule la structure 3D de la partie 3’ du NRS qui contient le pseudo-site a été expérimentalement établie. Dans ce travail, nous avons déterminé la structure 2D de la totalité de l’élément NRS à l’aide de sondes chimiques et enzymatiques. La comparaison de cette structure expérimentale à celles que nous avons établies pour d’autres éléments NRS mutants fonctionnels et non fonctionnel ainsi qu’à celles théoriques de la totalité des virus aviaires séquencés argumente en faveur de la forte signification biologique de notre modèle. Des expériences d’épissage in vitro réalisées sur l’élément NRS sauvage ainsi que ses formes tronquées ont permis de mettre en évidence le rôle crucial de deux structures tige-boucles dans la fonction du NRS. Les expériences de purification de complexes formés avec un extrait nucléaire de cellules HeLa sur ces différents éléments NRS par des techniques chromatographie d’affinité ont permis de démontrer l’importance de l’association de ces deux structures tige-boucles avec les protéines SR et la snRNP U1. Nous avons défini un nouvel élément NRS minimal fonctionnel capable d’inhiber l’épissage et nous avons démontré l’activation de l’inhibition de l’épissage de l’élément NRS par la protéine 9G8 in vitro et in cellulo / Retroviruses require both spliced and unspliced RNAs for productive replication. Accumulation of unspliced RNA in Rous Sarcoma Virus (RSV) depends on the NRS element, (Negative Regulator of Splicing). The NRS element is bipartite. Its 5’ terminal part is considered as an ESE that binds SR proteins and its 3’ part contains a decoy 5’-splice site (ss), which inhibits splicing at the bona fide 5’ ss. Only the 3D structure of a small NRS fragment including the decoy 5’ ss had been experimentally studied. Here, by chemical and enzymatic probing of entire RSV NRS, we determine its 2D structure. By comparative analysis of 2D structures of functional and non-functional avian NRS variants and of all sequenced avian NRSs, we bring strong arguments for a biological significance of the established structure. By in vitro splicing assays, we show a crucial role of two of the established stem-loop structures and by affinity purification of complexes formed by WT and truncated NRSs in HeLa cell nuclear extract, we demonstrate their importance for SR protein and U1 snRNP association. We define a new small NRS element retaining splicing inhibitory properties and finally demonstrate the capability of the SR protein 9G8 to increase NRS activity in vitro and in cellulo

Le cytosquelette bactérien des homologues d’actine (protéines de la famille MreB) joue un rôle majeur dans la morphogénèse cellulaire. Des homologues de MreB sont retrouvés chez la plupart des espèces bactériennes non sphériques, où ils sont essentiels pour la viabilité cellulaire. Les bactéries à Gram-positif ont généralement plusieurs isoformes. L’organisme modèle Bacillus subtilis en possède trois : MreB, Mbl et MreBH, tous trois impliqués dans la détermination de la forme de la cellule. Le postulat actuel est une organisation, des complexes de synthèse du peptidoglycane, le long des parois latérales par les filaments hélicoïdaux des MreB-like. Cependant, les mécanismes moléculaires et les protéines effectrices impliqués dans cette fonction ne sont pas encore élucidés. Par analogie avec les rôles de l’actine eucaryote, des implications dans d’autres processus cellulaires cruciaux et la présence de partenaires protéiques sont également attendus pour les actines procaryotes. Afin d’explorer les rôles des protéines MreB chez B. subtilis nous avons généré, par des criblages génomiques double hybride chez la levure, un réseau d’interaction protéine-protéine centré sur MreB, Mbl et MreBH. Une vérification systématique et drastique de toutes les interactions obtenues lors des criblages a été réalisée afin d’éliminer les faux positifs. Les interactions identifiées révèlent des liens entre les protéines MreB-like et seize protéines issues de catégories fonctionnelles variées ou de fonction inconnue. Une étude exploratoire a été menée pour huit des protéines partenaires par des approches in silico et in vivo et nous a permis de sélectionner une seule interaction à caractériser plus en détail. Nous nous sommes principalement intéressés à l’interaction physique et directe entre MreB et DapL, une protéine essentielle vraisemblablement impliquée dans la voie de biosynthèse des précurseurs du peptidoglycane, par analogie à DapE d’E. coli. La caractérisation approfondie de DapL a confirmé son essentialité dans la synthèse du peptidoglycane. Bien que l’interaction MreB-DapL ait été confirmée biochimiquement, son rôle biologique exact n’a pas été élucidé. Cependant, nous avons mis en évidence d’autres interactions entre MreB et DapG, LysA et MurE, des enzymes également impliquées dans les étapes précoces de la synthèse du peptidoglycane. L’existence de telles interactions renforce le rôle du cytosquelette MreB de B. subtilis dans l’orchestration des machineries de synthèse de la paroi cellulaire. / Bacterial actin homologues (MreB proteins) play a major role in cell morphogenesis in non-spherical bacteria. The prevailing model postulates that helical, membrane-associated MreB-like filaments organize elongation-specific peptidoglycan-synthesizing complexes along the sidewalls. However, the mechanistic details, as well as the effector proteins of MreBs morphogenetic function, remain to be elucidated. MreB proteins are also involved in DNA segregation, cell polarity, cell motility and, by analogy to eukaryotic actins, possibly in other functions that require the targeting and accurate positioning of proteins and molecular complexes in the cell. Gram-positive bacteria usually have more than one MreB isoform. Our model organism, Bacillus subtilis, has three called MreB, Mbl and MreBH. To explore the roles of the MreB cytoskeleton in B. subtilis, we used genome-wide yeast two-hybrid screens to identify proteins that physically associate with MreB, Mbl and MreBH. Stringent specificity assays were systematically performed to remove false positives and confirm the specificity of all potential interactions identified in the screens. A protein-protein interaction network centered on the three MreBs was generated which includes 16 protein partners. This interaction network provides insights into the links of MreB proteins with proteins belonging to several functional categories as well as proteins of unknown function. An exploratory study was conducted in silico and in vivo for 8 of the partner proteins identified in the network and allowed us to select one interaction for a more in-depth analysis. We next focused in the physical interaction between MreB and DapL, an essential protein presumably involved in the early steps of peptidoglycan biosynthesis. The characterization of DapL confirmed its essential role in cell wall synthesis. The MreB-DapL interaction was confirmed biochemically and we showed that MreB also associates with other proteins involved in the synthesis of the PG precursors (DapG, LysA and MurE). Together, these results suggest that B. subtilis MreB orchestrates the PG biosynthetic cytosolic machineries to achieve and maintain its rod shape.