Les antagonistes des récepteurs aux minéralocorticoïdes (MR) appartiennent à l'arsenal thérapeutique pour le traitement de diverses maladies cardiovasculaires, mais les mécanismes conférant leurs effets bénéfiques sont encore mal compris. Une partie de ces effets peuvent être liée à la régulation de l'expression du canal Ca2+ de type L Cav1.2, largement impliqué dans l'insuffisance cardiaque et l'hypertension. Nous montrons que MR fonctionne comme un facteur de transcription transformant le signal de l'aldostérone dans l'utilisation du 'cardiaque' promoteur alternatif P1, dirigeant l'expression du long N-terminal transcrit (Cav1.2-LNT. L'aldostérone augmente de façon concentration- et de temps dépendente l'expression de Cav1.2-LNT dans les cardiomyocytes en raison de l'activation du promoteur P1, par interactions des MR avec des séquences spécifiques de l'ADN sur le promoter P1. Ce mécanisme de cis-régulation induit l'activation de promoteur P1 dans les cellules vasculaires conduisant à une nouvelle signature moléculaire de Cav1.2-LNT associé à une sensibilité réduite aux bloqueurs des canaux Ca2+. Ces résultats révèlent Cav1.2-LNT comme une cible minéralocorticoïde spécifique qui pourrait influencer sur l'éfficacité thérapeutique dans les maladies cardiovasculaires. / The mineralocorticoid receptor (MR) antagonists belong to the current therapeutic armamentarium for the management of cardiovascular diseases, but the mechanisms conferring their beneficial effects are still poorly understood. Part of these MR effects might be related to the L-type Cav1.2 Ca2+ channel expression regulation, critically involved in heart failure and hypertension. Here, we show that MR acts as a transcription factor triggering aldosterone signal into specific alternative 'cardiac' P1-promoter usage, given rise to long (Cav1.2-LNT) N-terminal transcripts. Aldosterone increases Cav1.2-LNT expression in cardiomyocytes in a time- and dose-dependent manner due to MR-dependent P1-promoter activity, through specific DNA sequence-MR interactions. This cis-regulatory mechanism induced a MR-dependent P1-promoter switch in vascular cells leading to a new Cav1.2-LNT molecular signature with reduced Ca2+ channel blocker sensitivity. These findings uncover Cav1.2-LNT as a specific mineralocorticoid target that might influence the therapeutic outcome of cardiovascular diseases.

Les glucocorticoïdes (GC), généralement sécrétés par le cortex surrénalien, exercent de très nombreuses fonctions dans l’organisme, via leur liaison au récepteur des glucocorticoïdes (GR). Les rares mutations inactivatrices du GR déjà décrites, sont responsables d’un syndrome de résistance aux GC et peuvent conduire à une hypertension artérielle (HTA), une hyperplasie surrénalienne (HBS), un hirsutisme et une obésité. Dans ce travail, nous avons caractérisé fonctionnellement 13 variants hétérozygotes du GR (expression, transactivation, localisation subcellulaire,...). Six variants du GR, découverts par séquençage à haut débit (NGS) ne sont pas pathogènes alors que 7 mutations hétérozygotes originales délétères ont été identifiées dans le cadre du protocole hospitalier de recherche clinique (Muta-GR). Ce PHRC a permis de préciser une prévalence à 5% de mutations inactivatrices du GR dans une cohorte de 100 patients avec HBS associée à une HTA et/ou un hypercortisolisme biologique sans signe clinique de Cushing.Une haploinsuffisance du GR, démontrée par la diminution d’induction par la déxamethasone du gène cible FKBP5, a été mise en évidence dans les fibroblastes cutanés de certains patients porteurs de mutations inactivatrices du GR. Ces patients présentent souvent un hypercorticisme avec hypokaliémie, aldostérone et rénine basse, signant un pseudohyperaldostéronisme. Nous avons démontré que le gène HSD11B2 codant pour l’enzyme 11β-HSD2, assurant l’inactivation des GC, est une cible directe du GR comme démontré par transfection transitoire de gène-rapporteur, RT-qPCR, LC/MSMS et ChIP. L’établissement des modèles de knock-in de mutations GR par stratégie Crispr/cas9 dans des lignées cellulaires préadipocytaires ou corticosurrénaliennes humaines s’est soldé par un échec. Ce travail devrait faciliter la sélection des patients chez qui la recherche de mutation inactivatrice du GR doit être faite et invite à un suivi régulier de ces patients. / Glucocorticoids (GC) regulate many essential biological functions by activating the glucocorticoid receptor (GR). GR loss-of function mutations are responsible for GC resistance syndrome, often associated with high blood pressure, hirsutism, bilateral adrenal hyperplasia (BAH) and obesity. Herein, functional characterization of 13 GR variants is presented (expression and binding studies, transactivation assays, subcellular localization) 6 variants were discovered with next-generating sequencing and had no functional impact on GR signaling while 7 GR loss-of-function mutations were mainly discovered during the National Clinical Hospital Research Program, Muta-GR. This PHRC discloses a 5% prevalence of GR loss-of-function mutations in a cohort of 100 patients with BAH, biological hypercortisolism and/or hypertension without Cushing signs. A GR haploinsuffisiency was demonstrated by a reduced dexamethasone-induced FKBP5 expression in skin fibroblasts of some patients harbouring GR loss-of-function mutations. These patients often presented with hypercorticism, hypokalemia, low renin and aldosterone levels, consistent with a pseudohypermineralocorticism. We showed that HSD11B2 encoding the 11β-HSD2 enzyme inactivating GC, is a direct GR target gene by transient transfection of reporter gene, RT-qPCR, LC/MSMS and ChIP. We failed to introduce GR loss-of-function mutations in human preadipocytes and adrenocortical cells by Crispr/Cas 9 technology. This work should facilitate selection of patients in whom GR mutation may be search, enabling an appropriate follow-up.

Les tumeurs rhabdoïdes (TR) constituent un rare cancer indifférencié du jeune enfant et du nourrisson, avec un âge médian au diagnostic de 20 mois. Ces tumeurs sont caractérisées par une inactivation biallélique du gène suppresseur de tumeur SMARCB1, un des membres du complexe SWI/SNF, acteur majeur du remodelage de la chromatine, sans autre altération génomique récurrente. Le pronostic des TR est péjoratif, le taux de survie globale atteignant 30% dans la plupart des séries, malgré des approches thérapeutiques conventionnelles particulièrement agressives. Les approches d’immunothérapies ont obtenu un succès certain dans certains cancers de l’adulte, et récentes analyses de l’infiltrat immun des cancers pédiatriques ne montrent pas un fort taux de tumeurs infiltrées à l’exception de rare types de cancers dont les TR intracrâniennes. Nous avons donc procédé à une analyse multimodale de l’infiltrat immun de cohortes de patients ainsi que d’un modèle de TR murines établi dans notre laboratoire. Nous avons identifié une forte proportion de tumeurs infiltrées dans certains sous-groupes de TR. Cet infiltrat était composé à la fois de cellules myéloïdes incluant des populations au phénotype immunosuppresseur, et lymphocytaires T notamment de phénotype résident mémoire caractérisées par une forte expansion clonale probablement spécifique d’un antigène tumoral. Nous avons identifié des cibles thérapeutiques communes aux tumeurs humaines et au modèle murin syngénique, et trouvé que cibler l’infiltrat lymphocytaire T ou myéloïde était susceptible d’induire une réponse tumorale complète avec induction d’une mémoire immunitaire, confirmant le caractère immunogénique des TR, et apportant de nouvelles stratégies thérapeutiques utiles en clinique. Enfin, nous avons identifié que les TR étaient le site d’une réexpression de rétrovirus endogènes, dépendante de celle de SMARCB1, avec activation des voies de l’interféron, apportant une base à une immunogénicité des TR issue du génome non codant. / Rhabdoid tumors (RT) are highly undifferentiated cancers occurring in infancy and early childhood, with a median age at diagnosis about 20 months. These tumors are characterized by the biallelic inactivation of SMARCB1 tumor suppressor gene, core member of the SWI/SNF complex, one major chromatin remodeling actor, in an otherwise highly stable genome. The prognosis of RT is dismal with overall survival hardly reaching 30% in most series, despite particularly aggressive conventional treatment. Immunotherapy approaches has gained a striking success within some adult cancer types and recent analyses of immune cell content of pediatric cancers don’t reveal a high rate of infiltrated tumors, except in few tumor types such as intracranial rhabdoid tumors. Then, we conducted a comprehensive analysis of the immune context of both human RT cohorts and a mouse RT model, including at single cell level. We identified a high recurrence of infiltrated tumors, in a RT-subgroup related manner, composed of both myeloid cells including cells with immune suppressive phenotypes, and T cells with notably a tissue resident memory phenotype demonstrating a high clonal expansion highly suggestive of immunogenicity. We identified common targetable immune populations between human and mouse RTs, and found that targeting both T and myeloid infiltrating cells was able to induce complete anti-tumor response with induced memory, confirming the immunogenic properties of RTs, and identifying new therapeutic strategies of clinical relevance. We finally identified that RTs were the site of SMARCB1-dependent endogenous retroviruses reexpression, with subsequent activation of interferon signaling, likely triggering the immune response in the context of RT, and providing a basis of non-coding genome-driven immunogenicity for these tumors.

L’intestin est un organe majeur de l’organisme de par ses fonctions et sa localisation, établissant une barrière active avec un environnement complexe composé du microbiote intestinal, des aliments digérés et d’éléments sécrétés par l’hôte. Outre ses fonctions digestives, absorptives et immuno-modulatrices, l’intestin est également un important organe endocrinien, sécrétant une vingtaine d’hormones régulant des fonctions physiologiques telles que la prise alimentaire, le métabolisme énergétique ou la digestion et le transit intestinal. Ces hormones sont produites par une famille de cellules épithéliales, les cellules entéroendocrines, et sécrétées en réponse à l’activation de récepteurs reconnaissant des éléments du contenu intestinal. En particulier, les cellules entéroendocrines de type L sécrètent GLP-1 et Peptide YY (PYY), impliqués respectivement dans le contrôle de la sécrétion d’insuline et dans la régulation de la prise alimentaire ainsi que le contôle du transit intestinal. Elles sont majoritairement localisées dans l’iléon et le côlon, là où le microbiote intestinal est le plus dense. Le microbiote intestinal permet notamment la fermentation des fibres en acides gras à chaîne courte (AGCC), la production de vitamines, la maturation du système immunitaire de l’hôte et joue lui-même un rôle de barrière contre les pathogènes. Un dialogue entre le microbiote intestinal et l’hôte est nécessaire dans le maintien de l’homéostasie intestinale, nécessitant la reconnaissance par l’hôte de produits bactériens. En particulier, les récepteurs Toll-Like (TLR) permettent la reconnaissance de motifs moléculaires microbiens conservés et sont impliqués dans l’immunité innée de l’hôte. Certains produits bactériens ont également un rôle physiologique tels que les AGCC qui sont une source d’énergie importante pour les colonocytes, en plus d’activer des voies de signalisation. Il a été montré que des régimes riches en fibres, et donc permettant une production accrue d’AGCC, ou plus directement l’administration d’AGCC dans le colon, induit chez l’Homme ou la souris une augmentation des concentrations plasmatiques de PYY, par des mécanismes encore peu compris. En utilisant des lignées cellulaires humaines modèles de cellules entéroendocrines, nous avons caractérisé les effets des AGCC et des motifs bactériens reconnus par les TLR sur l’expression et la sécrétion de PYY et les réponses calciques dans ces cellules. Nous avons pu démontrer que les TLR sont exprimés de manière fonctionnelle, à l’exception de TLR4 et TLR8 dans ces cellules, et que le butyrate augmente leur expression et leur activité. De plus, la stimulation des TLR augmente l’expression de Pyy d’un rapport de 2, mais a peu d’effet sur la sécrétion dans ces cellules. Les AGCC ont des effets divers sur l’expression et la sécrétion de PYY. Alors que le butyrate et le propionate augmentent très fortement l’expression de Pyy, par des rapports respectivement de 120 et 40, par un mécanisme d’inhibition des déacétylases d’histone et de lysine, l’acétate augmente l’expression de Pyy plus modestement par l’activation des récepteurs aux AGCC FFAR2 et FFAR3. L’activation de FFAR2 par les AGCC induit une forte réponse calcique oscillatoire induisant la sécrétion de PYY alors que l’activation de FFAR3 et de GPR109a par le butyrate diminue la concentration calcique cellulaire et réduit les réponses sécrétoires. Ainsi, les AGCC augmentent la production de PYY et régulent sa sécrétion, mais avec et par des effets différents. Ces travaux ont permis de montrer le rôle des cellules entéroendocrines humaines de type L dans la reconnaissance de produits bactériens par l’expression de TLR et par leurs réponses aux AGCCs modulant l’expression et de la sécrétion de PYY. De plus, ces résultats ont déterminés en partie les mécanismes impliqués dans la réponse bénéfique de l’hôte à la consommation de fibres et l’augmentation de la production d’AGCC. / The human gut exerts major functions, mainly due to its localization and by forming an active barrier between a complex environment made of the gut microbiota, digested food products and secreted elements by the host. The main functions of the gut are digestion and absorption of nutrients and it is the first pool of immune cells and a barrier against pathogens, but the gut is also a main endocrine organ secreting more than twenty different hormones. These hormones regulate a wide range physiological functions including food intake, energy metabolism or digestion. Enteroendocrine cells, a sparse family of intestinal epithelial cells, produce and secrete these hormones in response to the activation of a variety of receptors that sense luminal content. Among them, L-cells secrete GLP-1 and Peptide YY (PYY) that are implicated in the regulation of insulin secretion, food intake and intestinal motility. They are mainly found in the distal ileum and in the colon where the microbiota is the densest. Gut microbiota ferments fibers into short chain fatty acids (SCFAs), produces vitamins, participates in regulation of host immune system and is a barrier against pathogens. The cross talk between microbiota and intestinal epithelium is important to maintain the local homeostasis, and is mediated by host receptors recognizing microbial products. Among them, Toll-like receptors (TLRs) recognize conserved microbial associate molecular patterns (MAMPs) and participate to the host innate immunity. Some microbial products also have important functions for the host such has SCFAs that are an important energy substrate for colonocytes and can also activate different signaling pathways. It was shown that fiber-rich diets, increasing production of SCFAs, as well as direct administration of SCFAs in the colon in humans or mice increased PYY plasma levels through mechanisms still undeciphered. Taking advantage of human cell lines as L-cell models, we assessed the different effects of SCFAs and TLR stimulation on PYY expression and secretion and calcium signaling in these cells. We showed that TLRs are functionally expressed in these cells at the exception of TLR4 and TLR8, and that butyrate, one of the three main SCFAs produced by the microbiota increases cell sensitivity to TLR stimulation by increasing their expression. Moreover, TLR stimulation increases Pyy expression by a fold of two but has little effect on secretion. SCFAs differently regulate Pyy expression. Propionate and butyrate highly increase Pyy expression by a fold of 40 and 120 respectively, and their effects are mainly mediated by inhibition of lysine/histone deacetylases whereas acetate increases expression of Pyy by a fold of 1.8 through stimulation of FFAR2 and FFAR3. SCFAs also induce a strong FFAR2-dependent oscillatory response monitoring PYY secretion whereas butyrate via FFAR3 and GPR109a decreases cytosolic calcium concentration and consequently reduces secretory responses. Thus, SCFAs differently increase PYY production and secretion depending of their chain length. Altogether, these results highlight the role human L-cells in microbiota-host crosstalk by sensing microbial products through expression of TLRs and their responses to SCFAs modulating PYY production and secretion. Furthermore, we deciphered some of the mechanisms implicated in beneficial host response to enriched fiber diets and increased production of SCFAs.

About 70% of breast tumors express the estrogen receptor alpha (ERα). Antiestrogens (AEs) are used to treat all stages of ER+ breast cancer. There are two types of AEs: Selective Estrogen Receptor Modulators (SERMs) and Selective Estrogen Receptor Downregulators (SERDs). SERMs such as Tamoxifen (Tam) have tissue-specific partial agonist activity, while SERDs such as Fulvestrant or Faslodex (ICI182, 780) fully repress estrogen target genes regardless of the tissue and cell type. Previously, it has been reported that SERDs induce ERα ubiquitination and degradation. ERα is also SUMOylated in the presence of SERDs. Abrogating SUMOylation of ERα using a deSUMOylase (SENP1) resulted in a partial de-repression of estrogen target genes in the presence of SERDs. Mapping the domains using deletion mutagenesis in the presence of ICI 182,780 showed that C-terminal domain (CDEF regions) is required of the ICI induced modification but not the N-terminal domain (AB region). Thus, a detailed dissection of the structural determinants for the selective action of SERDs on ERα SUMOylation and ubiquitination remained unknown. Our work shows that pure antiestrogens like ICI182,780 induce SUMOylation and ubiquitination of ERα but not ERβ in live cells. Utilizing the fact that domains of ERα and ERβ display sequence homology, we designed chimeras to map the minimal domain required for ERα modification in the presence of antiestrogens. Interestingly, swapping domains between ERα and ERβ showed that the Ligand Binding Domain (LBD) of ERα is sufficient to confer the induction of ERα modification in the presence of AEs such as Raloxifene (Ral) and ICI182,780. Further dissecting this region, we also found that helices 3 to 6 (H3H6) located in the LBD region is sufficient to confer the induction of SUMOylation and ubiquitination in the ICI182,780. Importantly, the lysine residues in this region between ERα and ERβ are conserved, which suggests that conformational differences in the LBD determine the capacity of ICI182, 780 bound ERα to be modified by SUMO and ubiquitin. Replacement of Leucine at position 536 in helix 12 (H12) of ERα’s LBD by a Valine residue or mutating Aspartate at position 351 abolished the increase in SUMOylation and ubiquitination observed in the presence of Ral. This suggested that Ral, a SERM, required a different set of determinants than ICI182,780 present in the LBD of ERα. vi Our work has also showed that saturating concentrations (increasing the amount of drug added will not result in a higher response) of ICI 182,780 modified and fully repressed constitutively active mutations such as Y537C, N or S and D538G. Other mutation such V534E and L536R/Q mutants exhibited some residual activity and were not modified in the presence of saturating concentrations of ICI182,780. Interestingly, the loss of SUMOylation correlated with the partial resistance to AEs. Structure function analysis of residues at position 536 indicates amino acids with a bulky hydrophobic side chain residue at this position result in preservation of ERα modifications in the presence of ICI 182,780. However, Using BRET-FECT, we have demonstrated that ERαwt/L536R heterodimerize and have intermediate levels of SUMOylation compared to ERαwt in the presence of ICI 182,780. Our results shed light onto the molecular basis for the diverse pharmacological properties of antiestrogens and should help guide the design of novel SERDs for breast cancer treatment. / Environ 70% des cancers du sein expriment le récepteur des oestrogènes alpha (ERα). Les anti-oestrogènes (AEs) sont utilisés pour traiter tous les stades de cancer du sein ER+. Il y a deux types d’AEs : les Selective ER Modulators (SERMs) et les Selective ER Downregulators (SERDs). Les SERMs, comme le Tamoxifen (Tam), ont une activité agoniste partielle tissu-spécifique, alors que les SERDs, tel Fulvestrant ou Faslodex (ICI182,780), répriment entièrement les gènes cibles d’ER, quel que soit l’organe ou le type cellulaire. Il a précédemment été montré que les SERDs induisent l’ubiquitination et la dégradation d’ERα. ERα est aussi SUMOylé en présence des SERDs. Supprimer la SUMOylation d’ERα en utilisant une déSUMOylase (SENP1) résulte en une dérépression partielle des gènes cibles d’ER en présence de SERDs. La délétion successive des différents domaines d’ERα en présence d’ICI182,780 a révélé que la région C-terminale (domaines CDEF) est requise pour la modification induite par ICI, mais pas la région N-terminale (domaines AB). Ainsi, la dissection détaillée des déterminants structuraux responsables de l’activité sélective des SERDs pour la SUMOylation et l’ubiquitination d’ERα reste à entreprendre. Nos travaux montrent que les AEs purs comme ICI182,780 induisent la SUMOylation d’ERα, mais pas d’ERβ, dans des cellules en culture. Tirant profit de l’homologie de séquences des différents domaines d’ERα et ERβ, nous avons conçu des chimères pour cartographier la région minimale requise pour la modification d’ERα en présence d’AEs. De manière intéressante, l’interversion des domaines d’ERα et ERβ a montré que le domaine de liaison au ligand (LBD) d’ERα est suffisant pour permettre l’induction de la modification d’ERα en présence d’AEs tels le Raloxifene (Ral) et ICI182,780. En décortiquant davantage ce domaine, nous avons trouvé que les hélices 3 à 6 (H3H6) du LBD sont suffisantes pour induire la SUMOylation et l’ubiquitination d’ERα en présence d’ICI182,780. De manière importante, les résidus Lysine de cette région sont conservées entre ERα et ERβ, ce qui suggère que des différences conformationnelles entre les deux LBD déterminent la capacité d’ERα lié par ICI182,780 d’être modifié par SUMO et l’ubiquitine. La mutation de la Leucine à la position 536 dans l’hélice H12 du LBD d’ERα par une Valine, ou la mutation de l’Aspartate à la position 351 abolissent l’augmentation de la SUMOylation et l’ubiquitination observée en présence de iv Ral. Cela suggère que Ral, un SERM, requière différents déterminants structuraux du LBD d’ERα qu’ICI182,780. Nos travaux ont aussi montré que des concentrations saturantes (l’augmentation de la quantité de drogue ajoutée ne mènera pas à une réponse plus élevée) d’ICI182,780 modifient et répriment entièrement des mutants constitutivement actifs d’ERα comme Y537C, N ou S et D538G. D’autres mutants, tels V534E et L536R/Q, présentent une activité résiduelle et ne sont pas modifiés sous traitement avec des concentrations saturantes d’ICI182,780. De façon intéressante, la perte de SUMOylation corrèle avec la résistance partielle aux AEs. Une analyse structure – fonction des résidus à la position 536 indique que les acides aminés avec une chaine latérale hydrophobe volumineuse à cette position permettent de préserver les modifications d’ERα en présence d’ICI182,780. Cependant, en utilisant la technique BRET-FECT, nous avons démontré que les récepteurs ERα sauvage et L536R forment un hétérodimère qui présente des niveaux intermédiaires de SUMOylation en présence d’ICI182,780. Nos résultats révèlent les bases moléculaires des diverses propriétés pharmacologiques des AEs et devraient aider à guider la conception de nouveaux SERDs pour le traitement des cancers du sein.

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

Les récepteurs nucléaires font partie d’une famille de protéine multigénique agissant comme facteurs de transcription qui, en réponse à la liaison d’un ligand, régulent l’expression de gènes cibles impliqués dans une variété de fonctions physiologiques. Cependant, les récepteurs nucléaires orphelins, qui n’ont pas de ligand connu, peuvent également être régulées par des modifications post-traductionnelles (PTMs) comme la SUMOylation et la phosphorylation. La famille des NR4A, incluant Nurr1, Nur77 et Nor1, sont des récepteurs orphelins dépendant grandement des PTMs au niveau de l’AF-1 afin de moduler leurs activités essentielles dans la différenciation, le développement et le métabolisme des fonctions neurologiques. En particulier, il est connu que les PTMs permettent le recrutement de cofacteurs comme l’isomérase Pin-1, une enzyme recrutée par des motifs phospho-sérine/thréonine-proline qui catalyse l’isomérisation cis/trans du lien avec la proline. Notre laboratoire a récemment identifié un site de SUMOylation atypique nommé pSuM (phosphorylation-dependent Sumoylation Motif) possédant une extension phosphorylable de motif sérine/thréonine-proline au niveau du domaine AF-1 (Activation Function-1) de certains récepteurs nucléaires, soutenant un processus de régulation transcriptionnelle des récepteurs via la SUMOylation et la phosphorylation. Le récepteur Nor1 possède un motif pSuM dont le rôle exact de la SUMOylation et l'implication de Pin-1 comme régulateurs de l’activité de Nor1 dans les mécanismes de neuroprotection reste inconnu. Ainsi nos objectifs sont de déterminer et caractériser le mécanisme de recrutement et l'impact de Pin-1 sur la régulation de Nor1 ainsi que de déterminer le rôle de Pin-1 sur l’expression des gènes cibles impliqués dans la neuroprotection. Nos résultats démontrent que l’isomérase Pin-1 favorise l’expression de gène impliquées dans la neuroprotection comme Eno3, Nrip1 et Atf3 via un mécanisme dépendant de la SUMOylation et de la phosphorylation qui permet la régulation positive de l’activité transcriptionnelle de Nor1 dans un modèle de cellules neuronales de souris. En conclusion, les résultats de ce travail permettent d’identifier l’isomérase Pin-1 comme un nouveau cofacteur de Nor1 impliqué dans le contrôle de l’expression génique associé à la neuroprotection et démontre un mécanisme de régulation de Nor1 par la SUMOylation et la phosphorylation de l’extension du pSuM. / Nuclear receptors are part of a family of multigene proteins acting as transcription factors that, in response to ligand binding, regulate the expression of target genes involved in various physiological functions. However, orphan nuclear receptors, which have no known ligand, can also be controlled by post-translational changes (PTMs) such as SUMOylation and phosphorylation. The NR4A family, including Nurr1, Nur77, and Nor1, are orphan receptors highly dependent on PTMs at the AF-1 domain to modulate their essential activities in the differentiation, development, and metabolism of neurological functions. The PTMs of nuclear receptors allow the recruitment of cofactors such as the Pin-1 isomerase, an enzyme recruited by phospho-serine/threonine-proline motifs that catalyzes the cis/trans isomerization of the proline. Our laboratory has recently identified an atypical SUMOylation site named pSuM (phosphorylation-dependent Sumoylation Motif) characterized by a phosphorylation-sensitive extension of serine/threonine-proline pattern usually present in the AF-1 (Activation Function-1) domain of receptors and providing transcriptional regulation via SUMOylation and phosphorylation. As of now, the role of SUMOylation and Pin-1 as regulators of Nor1 activity in neuroprotection mechanisms remains unknown. Thus, our objectives were to determine and characterize the recruitment mechanism of Pin-1 and its impact on the transcriptional regulation of Nor1 as well as to determine the role of Pin-1 on the expression of target genes involved in neuronal integrity. Our results have shown that Pin-1 isomerase enhances the expression of genes involved in neuroprotection such as Eno3, Nrip1, and Atf3 through a SUMOylation and phosphorylation mechanism that upregulates the transcriptional activity of Nor1 in neuronal cells. In conclusion, this project identifies Pin-1 as a novel cofactor of Nor1 that is regulated by SUMOylation and phosphorylation of the pSuM extension, thus allowing a tight control over the transcription of genes involved in neuroprotection processes.

L'alpha-1 antitrypsine (A1AT) est un inhibiteur de sérine protéase sécrété principalement par le foie et libéré dans la circulation où sa concentration physiologique est de 1,5 à 3,5 g/L. La principale fonction de l'A1AT est d'inhiber l'activité de l'élastase des neutrophiles (NE) afin de maintenir l'équilibre protéase/anti-protéase dans les poumons. Son déficit (A1ATD) touche plus de 3,4 millions d'individus dans le monde chez qui l'élastase des neutrophiles décompose l'élastine, provoquant ainsi une diminution de l'élasticité du poumon ainsi qu'une dégradation de son tissu conjonctif. En conséquence, l'A1ATD entraîne des troubles respiratoires tels que l'emphysème ou la maladie pulmonaire obstructive chronique et ceux qui en sont atteints nécessitent des injections fréquentes d'A1AT purifiée à partir du sang d'un donneur. Cependant, l'A1AT plasmatique est hétérogène dans son état de glycosylation et sa qualité varie d'un lot à l'autre. De plus, il y a un risque, même très faible, de transmission d'agents pathogènes avec l'administration d'A1AT purifiée par plasma. Par conséquent, il existe un besoin pour une version recombinante. La glycoprotéine mature possède trois sites de N-glycosylation comprenant principalement des structures de type complexe bi-antennaires afucosylées et α-2,6-di-sialylées, A2G2S2 (6,6). Bien que la glycosylation ne soit pas essentielle à l'activité inhibitrice de l'A1AT, il a été démontré qu'elle a un impact significatif sur sa demi-vie in vivo. Notamment, l'acide sialique, un monosaccharide terminal chargé négativement présent sur les N-glycanes, aide à prolonger la demi-vie de l'A1AT dans le sérum en empêchant l'interaction entre l'avant-dernier galactose (Gal) du N-glycane et les récepteurs hépatiques des asialoglycoprotéines (ASGPRs), composés de deux sous-unités appelées lectines hépatiques (HL) 1 et 2, qui se lient aux glycoprotéines asialylées contenant un Gal terminal et conduisent à leur dégradation. Par conséquent, il est important de produire A1AT dans un système d'expression qui peut effectuer les modifications post-traductionnelles (PTM) appropriées à des fins thérapeutiques. Jusqu'à présent, la production d'A1AT recombinante (rA1AT) a été tentée dans différents systèmes d'expression cellulaire avec un succès limité. Malgré la disponibilité de diverses lignées cellulaires, les cellules ovariennes de hamster chinois (CHO) ont été largement utilisées pour la production de glycoprotéines thérapeutiques car ces cellules sont compatibles avec des stratégies de glyco-ingénierie pour produire des glycoprotéines recombinantes composées de glycanes de type humain. Cependant, ces cellules synthétisent des N-glycanes de type complexe comprenant de la fucosylation centrale et de l'acide sialique lié en α-2,3. Par conséquent, dans ce projet, l'objectif était de développer une version recombinante d'A1AT avec un profil de glycosylation humaine exprimée en cellules CHO modifiées et qui se prête à des utilisations thérapeutiques. À cette fin, dans notre étude, nous avons d'abord empêché l'α-2,3 sialylation ainsi que la fucosylation centrale en éliminant les gènes responsables via la technologie CRISPR/Cas9, suivie de la surexpression de l'α-2,6‐sialyltransférase humaine à l'aide d'un système d'expression inductible au cumate. Nous avons ensuite montré la supériorité du promoteur inductible CR5 pour l’expression de A1AT par rapport à cinq promoteurs constitutifs forts couramment utilisés dans l'industrie. En utilisant le promoteur CR5, nous avons généré des populations de CHO stables modifiées par glyco-ingénierie produisant plus de 2,1 g/L pour la forme native et 2,8 g/L pour la version mutée d'A1AT avec des N-glycanes analogues au produit clinique dérivé du plasma, la Prolastin-C. L'effet bénéfique de la supplémentation en N‐acétylmannosamine du milieu de culture cellulaire sur la glycosylation de l'A1AT a également été démontré. Enfin, nous avons montré que l'activité anti‐élastase des rA1ATs est comparable à celle de la Prolastin-C, et que la substitution des résidus méthionines critiques par des valines rendait A1AT significativement plus résistante à l'oxydation. Nous avons ensuite étudié l'impact de la glycosylation d'A1AT sur son interaction avec les orthologues d'ASGPR. Pour cela, nous avons initialement utilisé un test d'internalisation cellulaire basé sur la lignée cellulaire hépatique humaine HepG2 connue pour exprimer les ASGPRs à sa surface et avons examiné leur interaction avec les rA1ATs possédant divers profils de glycosylation. Comme le test d'internalisation basé sur les cellules HepG2 a démontré un faible rapport signal sur bruit (SNR) ainsi qu'un niveau élevé de signal de fond d'internalisation, nous avons cherché à développer un nouveau test basé sur des cellules CHO surexprimant des orthologues ASGPR recombinants. Alors que la sous-unité HL-1 humaine seule était suffisante pour lier et internaliser l'A1AT asialylée, les sous-unités HL-1 et HL-2 étaient nécessaires pour former des récepteurs fonctionnels et ayant une forte affinité pour les ASGPR de rat et de souris. Afin d'améliorer le SNR de notre test cellulaire d'internalisation, le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) a été utilisé pour enrichir les populations de cellules CHO pour celles exprimant des niveaux élevés d'orthologues ASGPR. Enfin, en utilisant des structures de glycanes remodelés par voie enzymatique de Prolastin-C, nous n'avons observé aucune internalisation lorsque les glycanes sont terminés avec α-2,6-Neu5Ac ni α-2,8-Neu5Ac-α-2,6-Neu5Ac par l’ASGPR de l'humain, du rat et de la souris. D'autre part, l'absorption de Prolastin-C portant des glycanes bi-antennaires avec une branche terminée par de l'acide sialique α-2,3 et l'autre par du galactose terminal, par l'ASGPR de souris a été statistiquement plus élevée que celle de l'humain et du rat. En somme, l'A1AT recombinante résistante à l'oxydation décrite dans ce projet pourrait représenter un meilleur médicament biothérapeutique tout en offrant une alternative sûre et plus stable pour la thérapie d'augmentation. Nous avons également contribué à une meilleure compréhension de l'impact de la sialylation de l'A1AT sur son internalisation cellulaire par les orthologues ASGPR. / Alpha-1 antitrypsin (A1AT) is a serine protease inhibitor secreted primarily by the liver, and released in the circulation where its physiological concentration is 1.5-3.5 g/L. The main physiological function of A1AT is to inhibit the activity of neutrophil elastase (NE) to maintain the protease/anti-protease balance in the lung. The A1AT deficiency (A1ATD) is affecting more than 3.4 million individuals worldwide where neutrophil elastase breaks down elastin, thereby causing a decrease in the elasticity of the lung as well as a degradation of its connective tissue. As a result, A1ATD leads to respiratory disorders such as emphysema or chronic obstructive pulmonary disease. Treatment of this health condition requires frequent injections of A1AT purified from donor blood. However, plasma A1AT is heterogeneous in its glycosylation state and its quality varies from batch to batch. Moreover, there is a risk, however very low, of pathogen transmittance with plasma-purified A1AT administration. Therefore, there is a need for recombinant version. The mature glycoprotein has three N-glycosylation sites possessing mostly afucosylated, α-2,6-di-sialylated bi-antennary complex-type structures, A2G2S2 (6,6). Though glycosylation is not essential for A1AT's inhibitory activity, it has been shown to have a significant impact on its in vivo half-life. Notably, sialic acid, a terminal negatively charged monosaccharide present on N-glycans, helps to prolong the half-life of A1AT in serum by preventing the interaction between the penultimate galactose (Gal) of the N-glycan and the hepatic asialoglycoprotein receptors (ASGPRs), composed of two subunits termed hepatic lectin (HL) 1 and 2, which bind to asialylated glycoproteins containing terminal Gal and lead to their degradation. To this extend, it is important to produce A1AT in an expression system that can carry out the appropriate post-translational modifications (PTMs) for therapeutic purposes. Thus far, the production of recombinant A1AT (rA1AT) has been attempted in different cell expression systems with limited success. Despite the availability of various cell lines, Chinese hamster ovary (CHO) cells have been widely used to produce therapeutic glycoproteins as these cells can tolerate glycoengineering strategies to produce recombinant glycoproteins with human-like glycans. However, these cells synthesize complex-type N-glycans with core-fucosylation along with α-2,3-linked sialic acid. Therefore, in this research project, the aim was to develop a recombinant version of A1AT with human glycosylation pattern expressed in genetically engineered CHO cells that would be amenable to therapeutic uses. To this end, in our study, we first prevented α-2,3 sialylation as well as core-fucosylation by eliminating the corresponding genes via CRISPR/Cas9 technology, followed by overexpressed human α-2,6‐sialyltransferase using a cumate‐inducible CHO expression system. We then showed superiority of the CR5 inducible promoter compared to five strong constitutive promoters commonly used in the industry. Using the CR5 promoter, we generated glycoengineered stable CHO pools producing over 2.1 g/L of the wild-type and 2.8 g/L of the mutein forms of A1AT, with N‐glycans analogous to the plasma‐derived clinical product, Prolastin-C. The effect of N‐acetylmannosamine supplementation to the cell culture media on the A1AT glycosylation was also demonstrated. Finally, we showed that the anti‐elastase activity of rA1ATs is comparable to that of Prolastin-C, and that substitution of critical methionine residues with valines rendered A1AT significantly more resistant to oxidation. We then studied the impact of A1AT glycosylation on its interaction with ASGPR orthologs. For this, we initially used a cell-based internalization assay based on the human HepG2 hepatic cell line known to express ASGPRs at its surface and examined their interaction with rA1ATs possessing various glycosylation profiles. As HepG2 cell-based internalization assay demonstrated poor signal-to-noise ratio (SNR) as well as high level of background internalization signal, we then aimed at developing a new assay based on CHO cells overexpressing recombinant ASGPRs orthologs. While human HL-1 subunit alone was sufficient to bind and internalize asialylated A1AT, both HL-1 and HL-2 subunits were required to form functional and high affinity receptors for the rat and mouse ASGPRs. To enhance SNR of our cell-based uptake assay, fluorescence-activated cell sorting (FACS) was used to enrich the CHO pools for cells expressing high levels of ASGPR orthologs. Finally, using enzymatically remodelled glycan structures of Prolastin-C, we observed no uptake when glycans are terminated with α-2,6-Neu5Ac nor α-2,8-Neu5Ac-α-2,6-Neu5Ac by human, rat, and mouse ASGPR orthologs. On the other hand, the uptake of Prolastin-C bearing bi-antennary glycans with one branch terminated with α-2,3 sialic acid and the other with terminal galactose, by mouse ASGPR was observed to be statistically higher than that by human and rat ASGPR orthologs. Collectively, the oxidation-resistant recombinant A1AT described in this project could represent a viable biobetter drug while offering a safe and more stable alternative for augmentation therapy. We also contributed a better understanding of the impact of A1AT sialylation on its cellular uptake by ASGPR orthologs.

L'axe microbiote-intestin-cerveau joue un rôle potentiel dans la dépression et l'anxiété. L'acide γ-aminobutyrique (GABA) fait partie de cet axe et est altéré chez les individus dépressifs et/ou anxieux. Plusieurs probiotiques à effets antidépresseurs appartiennent à des genres bactériens capables de produire du GABA. Le mécanisme par lequel ces probiotiques ont un effet sur la dépression et l'anxiété reste à établir. L'objectif principal de la présente étude était d'évaluer les comportements associés à la dépression et à l'anxiété ainsi que les sous-unités α1-5 du récepteur GABA-A dans le cerveau et l'intestin chez un modèle murin de stress social chronique. Des souris mâles de lignée C57BL/6N ont été exposées à un stresseur de défaite sociale chronique (SDSC) ou à une condition témoin. L'évitement social, la peur envers des environnements ouverts et éclairés, la motivation à se toiletter, et l'adaptation passive au stress ont été évalués et des échantillons de l'hippocampe, du cortex préfrontal, du jéjunum et du côlon ont été recueillis. L'objectif secondaire de la présente étude était de déterminer, par bioluminescence, la viabilité in vivo d'une bactérie contenant le gène glutamate décarboxylase beta (GadB, une enzyme permettant la conversion du glutamate en GABA). Le SDSC a augmenté l'évitement social et l'inactivité chez les souris susceptibles aux effets comportementaux du stresseur. Les sous-unités α1-5 sont demeurées inchangées par le SDSC, mais une coordination élevée entre ces sous-unités a été détectée dans le cortex préfrontal des souris susceptibles. La bactérie munie de GadB a survécu au transit intestinal, étant détectée dans les fèces jusqu'à 24h post-gavage. Le profil comportemental et moléculaire établi dans la présente étude sera utilisé comme fondation pour une étude évaluant les effets d'une bactérie productrice de GABA.

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