Les maladies à prion sont un cas unique de pathologie où l’agent infectieux, le prion, est une protéine. La protéine prion possède plusieurs caractéristiques qui la rendent particulière vis-à-vis d’autres protéines cellulaires, telles que sa capacité à agréger et à transmettre sa conformation agrégée à la protéine soluble ainsi que la transmission des agrégats de la protéine d’une cellule à l’autre et d’un organisme à un autre. De plus en plus, on associe l’agrégation de protéines à différentes maladies humaines, comme les maladies d’Alzheimer, de Parkinson et le diabète de type 2. Certaines protéines impliquées dans ces pathologies font partie des prionoïdes, une catégorie réservée aux protéines aux propriétés agrégatives qui démontrent certaines des caractéristiques associées aux prions. Récemment, la protéine p53, un facteur de transcription fortement impliqué dans le cancer, a été montrée comme étant capable d’agréger in vitro. Une accumulation de la protéine a également été observée dans des cellules tumorales, laissant croire que l’agrégation de p53 se produit également in vivo, et pourrait avoir un rôle dans le développement du cancer. Ces observations portent à croire que la protéine p53 pourrait elle aussi faire partie des prionoïdes. L’objectif de cette étude est donc de montrer que la protéine p53 possède certaines des caractéristiques des prions. Pour ce faire, la protéine p53 recombinante a été produite pour former des agrégats de p53 et ces agrégats ont été utilisés pour déterminer si la protéine démontre des caractères prionoïdes. Les résultats obtenus montrent une agrégation in vitro de p53WT pleine longueur ainsi que de sa forme tronquée, p53C. De plus, des cellules en culture sont capables d’internaliser ces agrégats, qui co-agrègent ensuite avec la protéine p53 endogène de ces cellules. Enfin, nos résultats montrent clairement que l’internalisation des agrégats par les cellules se fait par la macropinocytose. Nous avons donc réussi à prouver que la protéine p53 agit comme un prion puisqu’elle s’agrège spontanément, ses agrégats sont internalisés par des cellules en culture et sont capables de co-agréger avec la protéine soluble.

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

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Les protéines sont des entités intrinsèquement dynamiques et de nombreuses études ont démontré l’importance de cette propriété à leurs fonctions. Plus particulièrement, la flexibilité protéique est essentielle dans le processus de reconnaissance moléculaire. Lors de tels évènements, les protéines peuvent subir des changements conformationnels mineurs (déplacement de chaînes latérales des acides aminés), majeurs (déplacement de domaines entiers de la protéine) et/ou même se replier. Mes travaux de thèse ont permis de démontrer que de tels réarrangements mineurs sont fréquents et ont aussi permis d’élucider certaines causes potentielles physiques et chimiques. De plus, mes travaux ont démontré l’importance de considérer la flexibilité des chaînes latérales lors de simulations de tels évènements de reconnaissance moléculaire. Plusieurs méthodes computationnelles, dont la dynamique moléculaire et l’arrimage moléculaire, peuvent être utilisées pour prédire la liaison d’un ligand à sa cible. D’un côté, la dynamique moléculaire permet de considérer la flexibilité protéique à toute échelle, mais nécessite un pouvoir computationnel énorme. D’un autre côté, l’arrimage moléculaire restreint le nombre de degrés de liberté considérés, entre autres imposés par la flexibilité protéique. Mes travaux de thèse, en ce qui a attrait au développement de la méthode d’arrimage moléculaire appelée FlexAID, ont permis d’inclure une certaine flexibilité protéique intrinsèque limitant ainsi le nombre de degrés de liberté requis, tout en offrant la possibilité d’ajouter des degrés de liberté supplémentaire pour les mouvements de plus grande envergure ne pouvant être accommodés par cette plasticité protéique. De plus, mes travaux démontrent que FlexAID est compétitive aux autres méthodes dans le domaine et obtient de meilleures performances dans le scénario où les conformations des protéines sous la forme liée sont inconnues. Dans un autre ordre d’idées, les nombreuses simplifications introduites par un logiciel d’arrimage lui permettent d’être une méthode rapide et applicable à la découverte de nouvelles molécules ayant un effet thérapeutique potentiel. Lorsqu’une méthode de repointage est utilisée, les résultats de FlexAID en enrichissement de composés se rapprochent des performances d’autres logiciels couramment utilisés lors de criblage virtuel. Mes travaux portant sur le système biologique de la Matriptase-2 montrent que la méthode FlexAID peut être utilisée à la découverte de nouvelles petites molécules.

Les réactions adverses aux médicaments sont une série de réactions physiologiques indésirables, qui apparaissent suite à un traitement médicamenteux. Plusieurs hypothèses reconnues tentent d'expliquer les phénomènes sous-jacents à l'apparition d'une de ses réactions. Celles-ci sont généralement séparées selon les groupes simplifiés suivants : A) Interaction directe entre le médicament et le système immunitaire; B) Interaction indirecte avec le système immunitaire, via la formation d'haptène; C) Interaction indirecte avec le système immunitaire, via un signal de danger. Or, le métabolisme des médicaments est omniprésent dans les différentes hypothèses. Sans pour autant expliquer complètement tous les effets toxiques observés, plusieurs protéines pourraient ainsi être modifiées par des métabolites réactifs. Par contre, l'information recueillie jusqu'à maintenant est limitée et ne permet pas la compréhension du processus menant à la formation de métabolites réactifs, pas plus qu'à l'identification des protéines impliquées dans le stress cellulaire et l'activation du système immunitaire. Dans ce projet, nous avons choisi de concentrer nos efforts à trois niveaux : A) sur l'identification de cibles protéiques de l'acide tiénilique, un diurétique reconnu entre autres pour les hépatites qu'il induit; B) sur le développement et la caractérisation d'un analogue pouvant permettre la récupération et l'identification des cibles protéiques de la névirapine, un bloqueur de la transcriptase inverse dont l'administration peut provoquer des réactions adverses sévères; C)et finalement sur l'identification d'un modèle cellulaire pour l'étude de l'agranulocytose. En effet, selon nous, une meilleure compréhension du métabolisme des médicaments et du phénomène menant à la modification protéique est souhaitable au développement de stratégies thérapeutiques plus sécuritaires.

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

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

L'adénocarcinome pancréatique canalaire présente une composante stromale très abondante. Les fibroblastes associés au cancer (CAFs) sécrètent énormément de facteurs participant à la survie des cellules cancéreuses ainsi qu'à leur chimiorésistance. Nos travaux démontrent la possibilité d'atténuer les propriétés chmioprotectrices des CAF en ciblant leur voie de signalisation mTOR/4E-BP1 qui est retrouvée fortement activée notamment dans les primo cultures de CAF isolées à partir de résections chirurgicales humaines. Les CAF expriment exclusivement le récepteur de somatostatine sst1. L'analogue SOM230 (Pasiréotide) active ce récepteur et inhibe la signalisation mTOR/4E-BP1 conduisant à une nette diminution du niveau de synthèse protéique des CAF. En conséquence, la croissance tumorale ainsi que la chimiorésistance des tumeurs (co xénogreffes réalisées chez la souris nude) ont été limitées lorsque la combinaison thérapeutique SOM230 / Gemcitabine a été appliquée. Tandis que, seule, la gemcitabine ne présente pas d'effet, le SOM230 sensibilise la tumeur à son action cytotoxique en agissant sur le stroma et en présentant un rôle anti fibrotique. Nous proposons alors une nouvelle approche thérapeutique qui consiste à cibler la synthèse protéique des CAF exprimant sst1 par un analogue de la somatostatine afin de limiter leur potentiel chimio protecteur et restaurer indirectement la sensibilité des cellules cancéreuses pancréatiques à l'action cytotoxique de la gemcitabine. / Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is extremely stroma-rich. Cancer-associated fibroblasts (CAFs) secrete proteins that activate survival and promote chemoresistance of cancer cells. Our results demonstrate that CAF secretome-triggered chemoresistance is abolished upon inhibition of the protein synthesis mTOR/4E-BP1 regulatory pathway which we found highly activated in primary cultures of a-SMA-positive CAFs, isolated from human PDAC resections. CAFs selectively express the sst1 somatostatin receptor. The SOM230 analogue (Pasireotide) activates the sst1 receptor and inhibits the mTOR/4E-BP1 pathway and the resultant synthesis of secreted proteins including IL-6. Consequently, tumour growth and chemoresistance in nude mice xenografted with pancreatic cancer cells and CAFs, or with pieces of resected human PDACs, are reduced when chemotherapy (gemcitabine) is combined with SOM230 treatment. While gemcitabine alone has marginal effects, SOM230 is permissive to gemcitabine-induced cancer cell apoptosis and acts as an antifibrotic agent. We propose that selective inhibition of CAF protein synthesis with sst1-directed pharmacological compounds represents an anti-stromal-targeted therapy with promising chemosensitization potential.

L'assemblage des protéines est une problématique fondamentale d'intérêt pour différents secteurs (alimentaire, médical, pharmaceutique, etc.). La compréhension des mécanismes à l'origine des interactions initiales et des assemblages protéiques offre la possibilité de contrôler et d'orienter le processus de formation ainsi que la nature et les propriétés fonctionnelles des structures supramoléculaires résultantes. L'objectif de la thèse était d'acquérir de nouvelles connaissances à différentes échelles d'étude sur les mécanismes d'assemblages protéiques et les structures supramoléculaires dans un mélange protéique binaire incluant deux protéines globulaires de charge globale opposée à pH neutre : le lysozyme (LYS) et l'alpha-lactalbumine (alpha-LA). L'utilisation de techniques de fluorescence a permis de caractériser l'interaction moléculaire et la formation d'hétérodimères entre ces deux protéines aussi bien avec les formes chargée (holo alpha-LA) et déplétée (apo alpha-LA) en calcium de l'alpha-LA. La formation de ces hétérodimères s'effectue par la mise en œuvre d'interactions électrostatiques. Les propriétés d'assemblage de ces hétérodimères sont différentes et intimement liées à la stabilité de l'alpha-LA. Les hétérodimères LYS – holo alpha-LA ne semblent pas former de structures supramoléculaires, alors que les hétérodimères LYS – apo alpha-LA s'assemblent en agrégats ou en structures sphériques selon la conformation de l'apo alpha-LA. Une conformation de type « molten globule » de l'apo alpha-LA favorise la formation de microsphères. Ces dernières sont constituées de LYS et d'apo alpha-LA en quantité équimolaire qui sont parfaitement co-localisés au sein de la microstructure. Ce travail souligne le rôle clé joué par la conformation et la flexibilité des protéines dans la formation et l'orientation des assemblages entre protéines alimentaires.

La neuropathie sensitive et motrice héréditaire avec agénésie du corps calleux (NSMH/ACC) se traduit par une atteinte neurodégénérative sévère associée à des anomalies développementales dans le système nerveux central et du retard mental. Bien que rare dans le monde, ce désordre autosomique récessif est particulièrement fréquent dans la population Québécoise du Canada Français du fait d’un effet fondateur. L’unique étude réalisée sur la mutation québécoise du gène qui code pour le co-transporteur de potassiumchlore 3 (KCC3) a montré qu’il y a une perte de fonction de la protéine. Cependant, la maladie est également retrouvée hors du Québec et il reste encore à élucider les pathomécanismes mis en jeu. Nous avons donc séquencé les 26 exons du gène KCC3 chez des individus recrutés dans le monde entier et suspectés d’être atteints de la maladie. Nous avons ainsi identifié trois nouvelles mutations. L’étude fonctionnelle de ces mutations nous a confirmé la perte de fonction systématique des co-transporteurs mutés. Puisque l’inactivation de KCC3 se produit majoritairement via l’élimination de segments peptidiques en C-terminus, nous avons concentré notre attention sur l’identification des interactions qui s’y produisent. À l’aide d’approches double hybride, pull-down et immunomarquage, nous avons déterminé que KCC3 interagit avec la créatine kinase CK-B et que cette interaction est perturbée par les mutations tronquantes. De plus, l’utilisation d’un inhibiteur de créatine kinase inactive KCC3, ce qui démontre qu’il existe bien un lien fonctionnel et pathologique entre KCC3 et ses partenaires C-terminaux. Nous avons aussi identifié des anomalies majeures de localisation membranaire des KCC3 mutés. Que KCC3 soit tronqué ou pleine longueur, sa distribution subcellulaire est affectée dans des cellules en culture, dans les ovocytes de Xenopes et dans des échantillons de cerveau de patients. La perte d’interaction entre KCC3 et CK-B et/ou les défauts de transit intracellulaire de KCC3 sont donc les mécanismes pathologiques majeurs de la NSMH/ACC. / Heredirary motor and sensory neuropathy with agenesis of the corpus callosum (HMSN/ACC) is a severe neurodegenerative disease associated with developmental anomalies in the central nervous system and mental retardation. Although rare worldwide, this autosomal-recessive disorder is frequent in the French-Canadian population of Quebec because of a founder effect. Different mutations in the gene coding for the potassiumchloride co-transporter 3 (KCC3) have been associated with the disease; however, little is known about the mechanisms leading to the inactivation of the co-transporter. We sequenced 26 exons of the KCC3 gene in individuals recruited worldwide and suspected to be affected by the disease. We identified three new mutations. The functional study of these mutations gave confirmation of a systematic loss-of-function of the mutant co-transporters. As the loss of function occurs mainly via the elimination of C-terminal peptide fragments, we focused on the identification of C-terminal interacting partners. Using different biochemical approaches, such as yeast two-hydbrid, pull-down, and immunostaining, we established that KCC3 interacts with the brain-type creatine kinase CK-B and that this interaction is disrupted by the HMSN/ACC truncation mutations. In addition, a specific creatine kinase inhibitor inactivates KCC3 and shows for the first time the functional link between KCC3 and its C-terminal partners. In addition, we found that anomalies in KCC3 transit—as seen in cultured cells, in Xenopus oocytes, and in human brain samples—is a major pathogenic mechanism that also leads to the disease manifestations.