La nano-organisation de la membrane cellulaire est essentielle à la régulation de certaines fonctions cellulaires. Dans cette thèse, les récepteurs EGF, CPεT et de la transferrine ont été marqués avec des nanoparticules luminescentes et ont été suivis à la fois dans leur environnement local dans la membrane cellulaire vivantes pour de longues durées et sous un flux hydrodynamique. Nous avons alors appliqué des techniques d'inférence bayésienne, d’arbre de décision et de clustering de données extraire des informations quantitatives sur les paramètres caractéristiques du mouvement des récepteurs, notamment la forme de leur confinement dans des microdomaines. L’application d’une force hydrodynamique sur les nanoparticules nous a alors permis de sonder les interactions auxquelles ces récepteurs sont soumis. Nous avons appliqué cette approche in vitro pour favoriser et mesurer la dissociation in vitro de paires récepteur / ligand à haute affinité entre des récepteurs membranaires et leurs ligands pharmaceutiques, telles que HB-EGF et DTR et l’avons ensuite appliqué à l’étude d’interactions à la membrane cellulaire. Nous avons ainsi mis en évidence trois modes différents d'organisation de la membrane et de confinement des récepteurs: le confinement de CPεTR est déterminé par l'interaction entre les récepteurs et les constituants lipidiques / protéiques des microdomaines, le potentiel de confinement de l'EGFR résulte de l'interaction avec les lipides et les protéines de l’environnement du radeau et de l’interaction avec la F-actine; les récepteurs de la transferrine diffusent librement dans la membrane, uniquement limités stériquement par des barrières d’actine, selon le modèle ‘picket-and-fence’. Nous avons de plus montré que les nanodomaines de type radeau sont rattachés au cytoskelette d’actine. Ce travail présente donc à la fois un aperçu quantitatif du récepteur membranaire, des mécanismes d’organisation à l’échelle nanométrique, et établit un cadre méthodologique avec lequel différents types de propriétés membranaires peuvent être étudiés. / In this thesis, EGF, CPεT and transferrin receptors were labeled with luminescent nanoparticles, , and were tracked both in their local environment in the cell membrane and under a hydrodynamic flow. Bayesian inference, Bayesian decision tree, and data clustering techniques can then be applied to obtain quantitative information on the receptor motion parameters. Furthermore, we introduced hydrodynamic force application in vitro to study biomolecule dissociation between membrane receptors and their pharmaceutical ligands in high affinity receptor- ligand pairs, such as HB-EGF and DTR. Finally, three different modes of membrane organization and receptor confinement were revealed: the confinement of CPεTR is determined by the interaction between the receptors and the lipid/protein constituents of the raft; the confining potential of EGFR results from the interaction with lipids and proteins of the raft environment and from the interaction with F-actin; transferrin receptors diffuse freely in the membrane, only sterically limited by actin barriers, according to the “picket-and-fence” model. We moreover showed that all raft nanodomains are attached to the actin cytoskeleton.

Ce travail a porté sur la préparation de copolymères à blocs et l’étude de leur assemblage supramoléculaire basé sur des liaisons hydrogènes entre les motifs homocomplémentaires ou hétérocomplémentaires. La stratégie de synthèse était basée sur la combinaison de la polymérisation radicalaire contrôlée de type RAFT et de la chimie supramoléculaire. Dans le chapitre 2, nous avons développé une stratégie s'appuyant sur la conception d'agents RAFT portant des groupements de type thymine / diaminopyridine (DAP) capables de générer des copolymères en étoile de type « miktoarm » bien définis. Pour élargir le champ d’application de ces agents RAFT capables d’établir des liaisons H, nous avons également étudié, dans le chapitre 3, la préparation d’agents RAFT fonctionnalisés par des motifs présentant de très hautes constantes de liaison. Le couple Hamilton / barbiturate (log (K) ≈ 4-5) a été sélectionné pour générer de plus stables copolymères à blocs supramoléculaires. Afin d’élaborer des macromolécules originales aux hautes propriétés d’association et de simplifier la stratégie de la synthèse, nous avons finalement exploré la préparation de copolymères tribloc ABC supramoléculaires à base de PA11 (oligomères OPA11) dans le chapitre 4. L’introduction d'un groupe dithiobenzoate pertinemment choisi sur les oligomères conduit à l’obtention de macroagents RAFT qui permettent la préparation de copolymères tribloc ABC supramoléculaires, où A est semi-cristallin, B à l'état caoutchouteux et C à l'état vitreux. Les études sur l'incorporation de tels copolymères dans les réseaux époxy sont en cours. / This work dealt with the preparation and the study of supramolecular block copolymers based on hydrogen-bonding between homocomplementary or heterocomplementary stickers. The synthetic strategy was based on the combination of RAFT-mediated controlled radical polymerization and supramolecular chemistry. In the Chapter 2, we developed a strategy relying on the design of RAFT agents bearing thymine/diaminopyridine (DAP) recognition pairs and capable to grow well-defined miktoarm star supramolecular copolymers. To further extend the scope of H-bonding RAFT agents, in the Chapter 3, we also investigated the preparation of RAFT agents functionalized with motifs exhibiting very high binding constants. The Hamilton/barbiturate couple (log(K)≈4-5) was selected to generate more stable supramolecular block copolymers. Aiming at elaborating original associating macromolecules and at simplifying the strategy of synthesis, we finally explored the preparation ABC triblock supramolecular copolymers based on PA11 oligomers (OPA11) in Chapter 4. Ligation of a relevant dithiobenzoate group on the oligomers afforded oligomeric RAFT agents that allow for the preparation of ABC triblock supramolecular copolymers, where A is semi-crystalline, B in rubbery state and C in glassy state. Studies on the incorporation of such copolymers in epoxy networks are under progress.

La fibrillation auriculaire (FA) est l’arythmie cardiaque soutenue la plus fréquente et elle peut mener à des conséquences médicales sévères, comme les accidents vasculaires cérébraux (AVC). Des remodelages électrophysiologiques, c’est-à-dire dans les courants ioniques, ainsi que des remodelages structurels, comme l’hypertrophie et la fibrose, ont été associés avec la fibrillation auriculaire. Ces remodelages peuvent affecter la conduction auriculaire, augmentant les risques de fibrillation auriculaire. Plusieurs facteurs de risque ont été associés avec la fibrillation auriculaire, parmi ceux-ci, on compte les niveaux élevés d’angiotensine II. L’angiotensine II est l’effecteur principal du système rénine-angiotensine (SRA) et ses effets néfastes sont médiés par le récepteur de type I à l’angiotensine II (AT1R). La suractivation du SRA, par l’action d’AT1R peut entraîner, entre autres, l’hypertension, l’insuffisance cardiaque, ainsi que des arythmies, comme la fibrillation auriculaire. Cependant, les mécanismes par lesquelles l’angiotensine II affectent directement le cœur et prédispose à la fibrillation auriculaire sont encore peu connus. L’objectif de ce projet de recherche consiste à étudier les remodelages électriques et structurels chez des souris transgéniques surexprimant le récepteur AT1 de manière cardiomyocyte-spécifique. Ces souris, nommées souris AT1R, permettent de voir l’effet de la suractivation du SRA uniquement au niveau cardiaque, sans modification hémodynamique. Les souris AT1R ont été utilisés à deux âges afin de distinguer les effets directs d’AT1R sur l’électrophysiologie auriculaire (50 jours), de ceux induit par la présence de remodelage structurel (6 mois). Ceci a été validé par la quantification de la fibrose auriculaire par marquage histologique de type rouge Sirius. L’utilisation des deux groupes est importante puisque la fibrose est connue pour affecter l’électrophysiologie cardiaque et altérer la conduction auriculaire. L’hypothèse de ce projet de recherche est que la surexpression d’AT1R induit un remodelage électrique auriculaire qui altère la conduction et mène au développement de fibrillation auriculaire. La présence de remodelage structurel amplifierait ces effets néfastes, favorisant davantage la survenue de fibrillation auriculaire. Les données obtenues montrent une diminution du courant sodique d’environ 60% comparativement aux souris contrôles (CTL) dès l’âge de 50 jours. Cette diminution est associée avec une augmentation de l’expression protéique sarcolemmale de la PKCα, une protéine kinase capable de phosphoryler le canal Nav1.5 menant à la réduction du courant sodique. L’expression génique du canal Nav1.5 (encodé par le gène Scn5a) n’était pas modifiée à 50 jours, suggérant une absence de régulation transcriptionnel pour ce canal. De plus, une diminution de l’expression génique des connexines 40 et 43 a été observée chez les souris AT1R dès 50 jours. Une prolongation de la durée de l’onde P, qui correspond au temps nécessaire à la dépolarisation des oreillettes, est observée à 50 jours sur les électrocardiogrammes des souris AT1R par rapport aux CTL. À 6 mois, la présence de remodelage structurel n’aggrave pas les remodelages au niveau du courant sodique et des connexines, mais prolonge encore davantage la durée de l’onde P. La susceptibilité à la fibrillation auriculaire est légèrement augmentée à 50 jours et nettement plus à 6 mois. En conclusion, la surexpression d’AT1R induit directement des remodelages électriques qui affectent la conduction dans l’oreillette, et ce indépendamment de la présence de remodelage structurel. Le remodelage structurel affecte la conduction auriculaire, mais n’amplifie pas les altérations du courant sodique et des connexines observées dans ce projet. Ainsi, ce projet apporte des connaissances sur les mécanismes par lesquels l’angiotensine II peut altérer la conduction auriculaire et mener à la fibrillation auriculaire, indépendamment des effets hémodynamiques. / Atrial fibrillation (AF) is the most common sustained cardiac arrhythmia and is associated with an increased risk of strokes and other morbidities. Atrial fibrillation has been associated with ionic currents remodeling, as well as structural remodeling, such as fibrosis and hypertrophy. These atrial remodeling can slow down atrial conduction velocity increasing the risk of atrial fibrillation. Several risk factors have been associated with atrial fibrillation and elevated levels of angiotensin II are one of them. Angiotensin II is the primary effector of the renin-angiotensin system (RAS). Angiotensin II type 1 receptors (AT1R) are responsible for the several pathologies induced by RAS overactivity, such as hypertension, heart failure and atrial fibrillation. However, the direct effects of angiotensin II on the heart and its role in atrial fibrillation pathophysiology remain largely unexplored. The objective of this research project is to study electrical and structural remodeling in transgenic mice overexpressing AT1R specifically in cardiomyocytes. These mice, identified as AT1R mice, do not have hemodynamic changes and are therefore suitable for studying the direct effect of RAS overactivation on the heart. Two age groups were used to distinguish the direct effects of AT1R on atrial electrophysiology (50-day-old mice) from those induced by structural remodeling (6-month-old mice). The presence of atrial fibrosis solely in 6 months old AT1R mice was confirmed using Picrosirius Red histological method. Characterizing electrical remodeling with and without structural remodeling is important since fibrosis is known to modulate cardiac electrophysiology and impair atrial conduction. The hypothesis of this project is that AT1R overexpression induces atrial electrical remodeling which alters conduction, leading to atrial fibrillation. Structural remodeling is expected to worsen conduction defects, further increasing the risk of atrial fibrillation. In this project, we measured an approximately 60% decrease in sodium current in 50 days old AT1R mice compared to controls (CTL). This change in sodium current was associated with an increase of PKCα protein expression in the sarcolemmal fraction. PKCα is a protein kinase able to phosphorylate Nav1.5 channels, resulting in a decrease in its function. Scn5a gene expression, encoding for Nav1.5 channels, was not changed at 50 days, suggesting an absence of transcriptional regulation of the sodium current. Moreover, a decrease in connexins 40 and 43 gene expression was observed in AT1R mice from the age of 50 days. Accordingly, a prolongation in P wave duration, which corresponds to atrial depolarization, is observed at 50 days in AT1R mice compared to CTL. At 6 months, structural remodeling did not worsen the reduction in sodium current or connexins induced by AT1R overexpression but was associated with a further prolongation of P wave duration. Susceptibility to AF was slightly increased in 50 days old AT1R mice and even more at 6 months. In conclusion, AT1R overexpression directly induces electrical remodeling, which slows down atrial conduction, independently of structural remodeling. Structural remodeling further alters atrial conduction without changes in sodium current or connexins expression. This project provides knowledge on mechanisms by which angiotensin II alters atrial conduction and leads to atrial fibrillation, even in absence of angiotensin II-induced hemodynamic changes.

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

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué et le plus mortelle chez la femme, où sa progression vers le stade métastatique constitue une menace pour la vie des patientes. La présence de métastases représente le défi clinique central de l'oncologie des tumeurs solides, de sorte que les mécanismes et les voies sous-jacents au processus métastatique doivent être mieux définis. L'expression aberrante du récepteur tyrosine kinase (RTK) AXL a été liée cliniquement à la formation de métastases et à l'acquisition d'une résistance aux médicaments contre le cancer. AXL est un membre de la sous-famille des récepteurs tyrosine kinase TAM et intervient dans plusieurs processus biologiques tels que l'atténuation de la réponse immunitaire, l'élimination des cellules apoptotiques et la promotion de la survie cellulaire. L'expression d'AXL dans les tumeurs primaires humaines corrèle avec la faible survie des patients. Malgré sa régulation positive préférentielle dans les lignées cellulaires triple négatives / basales B, des études ont montré que l’expression d’AXL est indépendante du sous-type de la tumeur mammaire des patients. AXL peut être activé par son ligand GAS6 ou par d'autres RTK. Lors de son activation, AXL induit une signalisation en aval entraînant l'activation d'intermédiaires de signalisation canoniques, notamment MAPK, AKT et PI 3-kinases. Cependant, les voies de signalisation spécifiques engagées par AXL pour conférer un tel pouvoir pro-invasion ne sont pas connues. Ainsi, le but de cette thèse est d'identifier des substrats spécifiques d’AXL et des voies en aval qui jouent un rôle important dans le maintien d'un état « EMT » et d'un renforcement du phénotype mésenchymal dans les cellules cancéreuses. À la recherche de régulateurs en amont du complexe ELMO/DOCK1 impliqués dans l’activation de RAC, nous présentons au chapitre 2 les protéines d’échafaudage ELMO en tant que substrats directs et partenaires de liaison d’AXL. Grâce à des approches de protéomique et de mutagenèse, nous révélons que la kinase AXL phosphoryle ELMO1/2 sur un résidu tyrosine carboxy-terminal conservé. Dans les cellules cancéreuses du sein, l'activation d'AXL dépendante de GAS6 a conduit à la phosphorylation endogène d'ELMO2 sur Tyr-713, menant ainsi à la formation du complexe AXL/ELMO. En outre, l'activation de RAC induite par GAS6 dans les cellules cancéreuses du sein dépendait de l'expression d'ELMO2. Semblable au blocage d’AXL, l'inhibition d’ELMO2 ou l'inhibition pharmacologique de DOCK1 supprime l'invasion des cellules du cancer du sein, qui, selon nous, dépendait de l'état de phosphorylation d'ELMO. Notre travail au chapitre 2 définit un nouveau mécanisme par lequel AXL favorise la prolifération et l'invasion cellulaire et identifie l'inhibition de la voie ELMO/DOCK comme une cible thérapeutique potentielle pour arrêter les métastases induites par AXL. Bien qu'il soit encore difficile de savoir comment les signaux d’AXL induisent son phénotype pro-invasif, notre travail au Chapitre 3 vise à identifier des substrats et des voies de signalisation spécifiques qui sont significativement modulés lors de l'activation d'AXL. Pour y remédier, nous avons défini le phosphoprotéome de la régulation d’AXL dans des cellules cancéreuses du sein triple-négatives en utilisant une approche quantitative. Nous révélons qu’AXL module de manière robuste, parmi de nombreux processus et voies biologiques importants, la phosphorylation d'un réseau de protéines d'adhésion focale (FA) aboutissant à un désassemblage plus rapide des FA. De manière intéressante, nous avons trouvé que la modulation de la voie FA était unique à AXL par rapport à d'autres RTK tels que l'EGFR. En particulier, nous avons trouvé qu’AXL phosphoryle la protéine NEDD9, modulant la formation du complexe NEDD9/CRKII/DOCK3, qui orchestre la phosphorylation de la pseudo-kinase PEAK1 médiée par AXL. Nos données révèlent un mécanisme distinct par lequel les complexes PEAK1 avec la kinase CSK médient la phosphorylation de PXN et le renouvellement des FA induit par AXL. En utilisant l'injection orthotopique de cellules cancéreuses du sein dans le tissu adipeux mammaire des souris et dans la veine de la queue, nous révélons que l'inactivation de PEAK1 par CRISPR diminue la croissance tumorale et les métastases in vivo. De plus, notre travail au chapitre 3 révèle une contribution unique et inattendue de la signalisation d’AXL à la dynamique des FA, révélant un mécanisme longtemps recherché sous-tendant l'activité invasive d'AXL. Cette compréhension approfondie des réseaux de signalisation régulés par AXL identifie PEAK1 comme une nouvelle cible thérapeutique dans les tumeurs AXL positives. En conclusion, cette thèse a identifié, pour la première fois, le phosphoprotéome d’AXL et des voies de signalisation spécifique à AXL, pouvant justifier le rôle du récepteur en tant que promoteur de métastases et de résistance aux médicaments. Notre travail révèle de nouvelles cibles thérapeutiques qui pourraient avoir un grand potentiel si elles sont utilisées en thérapie combinatoire avec l’inhibition d’AXL pour prévenir la formation de métastases des tumeurs AXL positives. / Breast cancer is the most frequently diagnosed cancer in women where its progression to the metastatic stage poses a threat to the life of patients. The metastatic disease represents the central clinical challenge of solid tumor oncology such that mechanisms and pathways underlying the metastatic process must be better defined. The aberrant expression of the receptor tyrosine kinase (RTK) AXL has been linked clinically to metastasis and acquisition of drug resistance. AXL is a member of the TAM subfamily and functions in several biological processes such as dampening the immune response, clearing apoptotic cells and promoting cell survival. Despite its preferential upregulation in triple negative/basal B cell lines, studies have shown AXL expression in the clinic to be subtype independent. AXL can be activated by its ligand GAS6 or by a crosstalk with other RTKs. Upon its activation, AXL induces downstream signaling resulting in the activation of canonical signaling intermediates including MAPKs, AKT and PI 3-kinases. However, the specific signaling pathways engaged by AXL to confer such enhanced pro-invasion power are not known and the goal of this thesis is to identify AXL-specific substrates and downstream pathways that are behind AXL’s significant role in maintaining an EMT state and reinforced mesenchymal phenotype in cancer cells. In search of upstream regulators of ELMO/DOCK1 complex involved in RAC activation, we reported ELMO scaffolds as direct substrates and binding partners of AXL. Through proteomics and mutagenesis approaches, we revealed phosphorylation of ELMO1/2 by AXL kinase on a conserved carboxyl-terminal tyrosine residue. In breast cancer cells, GAS6-dependent activation of AXL led to endogenous ELMO2 phosphorylation on Tyr-713 and AXL/ELMO complex formation. In addition, GAS6-induced RAC activation in breast cancer cells was dependent on ELMO2 expression and phosphorylation. Our work in chapter 2 defines a new mechanism by which AXL promotes cell proliferation and invasion and identifies inhibition of ELMO/DOCK pathway as a potential therapeutic target to stop AXL-induced metastases. While it still remains elusive how AXL signals to induce its pro-invasive phenotype, our work strove to identify specific substrates and signaling pathways that are significantly modulated upon AXL activation using a quantitative phosphoproteomics approach. By generating GAS6-induced AXL phosphoproteome, we found that AXL robustly modulates, among many different significant biological processes and pathways, the phosphorylation of a network of focal adhesion (FA) proteins culminating in faster FA disassembly. Interestingly, we found AXL modulation of FA pathway to be unique to AXL in comparison with other RTKs such as EGFR. NEDD9 FA protein was identified to be a direct substrate of AXL, where its phosphorylation modulates its complex formation with CRKII/DOCK3, and this subsequently orchestrates the AXL-mediated phosphorylation of the pseudo-kinase PEAK1. Our data revealed a distinct mechanism by which PEAK1 complexes with CSK kinase, mediating PXN phosphorylation and AXL-induced FA turnover. Using in vivo assays such as tail-vein metastasis assay and tumor growth assay, we revealed that gene inactivation of PEAK1 by CRISPR CAS9 decreased tumor growth and metastasis. Furthermore, our work in chapter 3 uncovers an unexpected and unique robust contribution of AXL signaling to FA dynamics revealing a long sought-after mechanism underlying AXL pro-invasive activity. This in-depth understanding of AXL regulated signaling networks identifies PEAK1 as a new therapeutic target in AXL positive tumors. In conclusion, this thesis identified, for the first time, AXL phosphoproteome and AXL specific downstream signaling pathways that may justify AXL’s role as a promoter of metastasis and drug resistance. Our work reveals novel therapeutic drug targets that may hold a great potential if used in combinational therapeutics with AXL inhibition to prevent metastasis of AXL positive tumors.

Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des œstrogènes alpha (ERα), un facteur de transcription ligand dépendant responsable de la prolifération oncogénique de ces cellules. Ces tumeurs, dites ER positives (ER+), bénéficient de thérapies endocrines comme les antiœstrogènes (AE). Les AE sont des ligands compétitifs de ERα qui inhibent son activité transcriptionnelle. Le tamoxifène est l’antiœstrogène le plus utilisé en première ligne de traitement chez les patientes ayant un cancer du sein ER+. Malgré un bon pronostique initial, plus du tiers d’entre elles finiront par développer une résistance, parfois après de nombreuses années. L’absence de résistance croisée avec le tamoxifène place le fulvestrant comme seul dé-régulateur sélectif de ER (SERD) autorisé en clinique contre les tumeurs mammaires avancées résistantes. Malgré son profil antagoniste pur, le fulvestrant ne s’est pas révélé supérieur au tamoxifène en première ligne de traitement, cela étant attribué à sa faible biodisponibilité. D’autres SERD oralement disponibles sont en cours d’évaluation clinique. Des mutations du gène ESR1 (ERα) sont retrouvées dans environ 20% des tumeurs avancées résistantes à l’hormonothérapie et contribuent à la résistance au fulvestrant. Les mutations sont toutes retrouvées dans le domaine de liaison au ligand. La maladie progressera éventuellement avec le développement de métastases qui sont incurables. Il est donc crucial de (1) comprendre les mécanismes moléculaires médiant l’antiestrogénicité pure et l’impact des altérations génétiques impliquées dans la résistance aux AE pour (2) développer des thérapies ciblées plus efficaces qui pourraient lutter contre les tumeurs avancées résistantes. Les résultats prometteurs de plusieurs études in vitro et en clinique combinant un AE avec un inhibiteur d’histones désacétylases (HDACi) ont mené à la création de molécules hybrides combinant les deux fonctionnalités en une seule molécule. Nos travaux montrent que ces molécules hybrides dérivées du tamoxifène démontrent des propriétés inhibitrices améliorées par l’ajout d’un groupe fonctionnel inhibiteur des HDAC sur le squelette du tamoxifène. Ces composés sont antagonistes contre ERα et plusieurs HDAC et l’un d’eux possède une activité antiproliférative accrue par rapport aux composés parentaux dans les cellules de cancer du sein ER+ MCF-7. Notre étude fournit une preuve de concept que la combinaison d’une fonction pharmacologique HDACi sur le noyau d’un AE est prometteuse. Afin de mieux comprendre les déterminants moléculaires liés à l’induction de la SUMOylation de ERα et l’inhibition de son activité transcriptionnelle par le fulvestrant, nous avons testé l’impact de différentes mutations sur l’activité de plusieurs SERD, comprenant le fulvestrant. Nos résultats valident l’importance du résidu L536 dans la SUMOylation et la répression transcriptionnelle de ERα en réponse aux SERD. Les mutations ponctuelles L536P, Q et R, trouvées en clinique, compromettent la réponse au fulvestrant et à une sélection de SERD oraux in vitro. En résumé, nos résultats participent à une meilleure compréhension des caractéristiques moléculaires liées au mécanisme d’action du fulvestrant et de plusieurs SERD oraux de nouvelle génération. L’ensemble de nos résultats devraient aider au développement de nouvelles molécules plus efficaces contre les tumeurs résistantes, y compris des composés avec une double fonction inhibitrice AE-HDACi. / Two thirds of breast tumors are classified as positive for estrogen receptor alpha (ERα), a ligand-dependent transcription factor driving breast cancer cell proliferation. ER-positive (ER+) tumors benefit from endocrine therapies such as antiestrogens (AE). AE compete with ERα natural ligands and inhibit its transcriptional activity. Tamoxifen is the gold-standard for antiestrogenic therapy in patients with primary ER+ breast cancer. Despite a good initial prognosis, more than one-third will eventually develop resistance, sometimes after long periods of latency. Fulvestrant, known as a “pure” AE, is the only selective ER deregulator (SERD) approved in advanced breast cancer even after development of resistance to tamoxifen. Despite its pure antagonistic profile, fulvestrant has not proven superior to tamoxifen in first-line treatment, which is attributed to poor pharmacological properties. New generation SERDs with orally bioavailable properties are currently tested in the clinic. Mutations of ERα are found in about 20% of hormone-resistant advanced tumors and contribute to resistance to fulvestrant. The mutations are all located in the ligand binding domain. Resistant tumors will eventually progress and develop metastases which are deadly. It is therefore crucial to (1) understand the molecular determinants of pure antiestrogenicity and the impact of genetic alterations involved in AE resistance to (2) develop treatments with improved cytotoxic activities to achieve a more efficient suppression of advanced tumors. Promising results from several in vitro and clinical studies combining an AE with a histone deacetylase inhibitor (HDACi) have led to the design of hybrid molecules combining both functionalities into a single molecule. Our work shows that tamoxifen-derived hybrids display properties by the addition of an HDAC inhibitory functional group (HDACi) on the tamoxifen backbone. These compounds have inhibitory activities against ERα and several HDACs. One hybrid exhibits an improved cytotoxic activity against ER+ MCF-7 breast cancer cells compared to parental molecules. Our study provides proof of concept that combining HDACi function to the core of an AE is promising. To better understand the molecular determinants related to the induction of ERα SUMOylation and transcriptional repression by fulvestrant, we evaluated the impact of different mutations on the activity of several SERDs, including fulvestrant. Our results validate the importance of residue L536 in SUMOylation and transcriptional repression of ERα in response to SERDs. L536P, Q, and R point mutations are found in the clinic compromise the response to fulvestrant and to several oral SERDs in vitro. In summary, our results give better insights into the mechanism of action of fulvestrant and new generation oral SERDs and on the impact of naturally occurring mutations on transcriptional responses to these AE. Taken together, our results should help in the design of more efficient molecules, including compounds with dual AE-HDACi inhibitory function.

Introduction: L'étude des biomarqueurs a le potentiel de documenter sur les mécanismes sous-jacents de l'étiologie du cancer du poumon. Dans cette étude, nous avons étudié l’association entre la méthylation de l’ADN dans les gènes F2RL3 et AHRR et le cancer du poumon. Méthodes: Une étude cas-témoin avec échantillonnage cumulatif a été nichée dans la cohorte CARTaGENE. Les cas (N=187) se composent de tous les participants diagnostiqués avec un cancer du poumon incident entre le début de la cohorte (2009) et 2015 et qui avaient fourni un échantillon de sang; les témoins (N=378) ont été échantillonnés à la fin du suivi parmi les non-malades selon un appariement fréquentiel (2:1) pour l'âge, le sexe et le moment du prélèvement sanguin. Sequenom EpiTYPER® a été utilisé pour quantifier les niveaux de méthylation dans sept et 33 sites CpG de F2RL3 et AHRR, respectivement. Les rapports de méthylation de l'ADN sur tous les sites CpG individuels et en tant que mesure moyenne ont été paramétrés à la fois comme variables continues et catégorielles. Une régression logistique multivariable non conditionnelle a été utilisée pour estimer les rapports de cotes (OR) et les intervalles de confiance (IC) à 95 % de l’association entre la méthylation de F2RL3 et AHRR et le cancer du poumon tout en contrôlant les facteurs de confusion identifiés à l'aide de graphiques acycliques dirigés. Résultats: Une forte association inverse entre les niveaux moyens de méthylation de l'ADN et le cancer du poumon a été observée pour F2RL3 (OR par écart type (SD) de changement de méthylation = 0,65, IC à 95 %: 0,53-0,80) et AHRR (OR par SD de changement de méthylation = 0,66, IC à 95 %: 0,53 à 0,80). De même, les sites CpG individuels ont montré des ORs (par SD de changement de méthylation) allant de 0,61 à 0,70 pour six des sept sites CpG de F2RL3 et de 0,57 à 0,79 pour 17 des 33 sites CpG de AHRR. Les sites CpG restants de F2RL3 et AHRR n'ont montré aucune association avec le risque de cancer du poumon, à l'exception d'un site CpG dans AHRR (chr5:369774) qui avait un OR de 1,25 (IC à 95 %: 1,02-1,54). Conclusion : Ces résultats confirment le rôle des mécanismes épigénétiques dans l'étiologie du cancer du poumon. / Background: The study of biomarkers has the potential to inform on underlying mechanisms in lung cancer etiology. In this study, we investigated DNA methylation in the F2RL3 and AHRR genes, and lung cancer risk. Methods: A case-control study with cumulative sampling was nested in the CARTaGENE cohort. Cases (N=187) consisted of all participants diagnosed with incident lung cancer from baseline to 2015 and who had provided a blood sample; controls (N=378) were sampled at a ratio of 2:1 with frequency-matching by age, sex, and timing of blood sampling. Sequenom EpiTYPER® was used to quantify methylation levels in seven and 33 CpG sites of F2RL3 and AHRR, respectively. DNA methylation ratios across all individual CpG sites and as an average measure were parametrized both as continuous and categorical variables. Unconditional multivariable logistic regression was used to estimate odds ratios (ORs) and 95% confidence intervals (CI) for lung cancer associated with F2RL3 and AHRR methylation while controlling for confounders identified using directed acyclic graphs. Results: A strong inverse relationship between average DNA methylation levels and lung cancer was observed for both F2RL3 (OR per standard deviation (s.d.) in methylation change = 0.65, 95% CI: 0.53-0.80) and AHRR (OR per s.d. in methylation change = 0.66, 95% CI: 0.53-0.80). Similarly, ORs for individual CpG sites (per s.d. in methylation change) ranged from 0.61-0.70 for six out of the seven CpG sites of F2RL3 and from 0.57-0.79 for 17 out of 33 CpG sites of AHRR. The methylation levels of the remaining CpG sites within F2RL3 and AHRR were not associated with lung cancer risk, except for one CpG site within AHRR (chr5:369774) which had an OR of 1.25 (95% CI: 1.02-1.54). Conclusion: These findings support the role of epigenetic mechanisms in lung cancer etiology.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone est impliqué dans la physiopathologie de l’insuffisance cardiaque (IC). L’inhibition de l’aldostérone par les antagonistes du récepteur aux minéralocorticoïdes (ARM), la spironolactone et l’éplérénone, est associée à une réduction de morbidité et mortalité. Or, la spironolactone est un antagoniste non sélectif, avec des effets hors-cibles sur d’autres récepteurs stéroïdiens. Des données suggèrent qu’elle pourrait avoir un effet défavorable sur l’homéostasie du glucose, avec une augmentation en hémoglobine glyquée (HbA1c), un marqueur de contrôle du glucose à long terme. Au contraire, l’éplérénone semble exercer un effet neutre. Les objectifs de cette thèse de doctorat sont les suivants : 1) Assembler toutes les connaissances dans la littérature au sujet de l’effet glycémique des ARM; 2) Évaluer le risque de développement de diabète avec la spironolactone chez les patients IC; 3) Analyser si la spironolactone peut moduler l’effet glycémique d’autres médicaments utilisés en IC; 4) Comparer la spironolactone à l’éplérénone sur des marqueurs de glucose chez les patients IC avec dérèglements glycémiques. Quatre projets ont été effectués afin de répondre à ces questions. Premièrement, une revue systématique a permis d’identifier toutes les études publiées contenant de l’information sur l’effet glycémique des ARM. Les résultats étaient hétérogènes, mais ont suggéré que l’effet est dépendant de la pathologie et serait potentiellement néfaste dans les maladies à haut risque d’évènements cardiovasculaires. Une méta-analyse d’études en diabète indique que l’effet à long terme serait non significatif. Le deuxième projet utilise une cohorte de patients IC de bases de données administratives entre 1995 et 2009 (suivi jusqu’en 2010). Nous n’avons pas détecté d’association significative entre l’utilisation de la spironolactone et le risque de diabète. Par contre, l’étude a démontré qu’un âge plus jeune, la digoxine, et les corticostéroïdes augmentent le risque de diabète. Le troisième projet est une sous-étude d’une étude clinique CANDIID-II (Effect of ACE inhibitor alone versus ACE inhibitor plus high dose candesartan on BNP, immune markers, inflammatory status, and urinary kinins in patients with symptomatic left ventricular systolic dysfunction) chez des patients IC traités avec un inhibiteur de l’enzyme de conversion à l’angiotensine et le candésartan, antagoniste du récepteur à l’angiotensine II. Ces classes pharmacologiques ont des effets bénéfiques sur la glycémie. En comparant les patients traités aussi avec la spironolactone versus les patients sans ARM, nous n’avons pas trouvé que la spironolactone module l’effet bénéfique du candésartan sur le métabolisme du glucose. Le dernier projet consiste d’une étude prospective, multicentrique, randomisée, contrôlée à double-insu : SNOW (A comparison of the effects of selective and non selective mineralocorticoid antagonism on glucose homeostasis and lipid profile of heart failure patients with glucose intolerance or type 2 diabetes). Elle compare, pendant 16 semaines, la spironolactone à l’éplérénone sur des marqueurs glycémiques, notamment, l’HbA1c, chez 62 patients IC avec diabète de type II ou intolérance au glucose. Aucune différence significative n’a été observée entre les groupes. En résumé, les résultats de cette thèse indiquent que les ARM ne présentent pas de risque de détérioration du contrôle du glucose sur une durée modérée à longue en IC. / The renin-angiotensin-aldosterone system is involved in the pathophysiology of heart failure (HF). The inhibition of aldosterone by mineralocorticoid receptor antagonists (MRAs), spironolactone and eplerenone, is associated with a reduction in morbidity and mortality. However, spironolactone is a non selective antagonist, with off-target effects on other steroid receptors. There is some evidence suggesting that it may have an unfavorable effect on glucose homeostasis, with an increase in glycated hemoglobin (HbA1c), a marker of long-term glucose control. On the contrary, eplerenone seems to exert a neutral effect. The objectives of this doctoral thesis were the following: 1) Compile all current knowledge in the literature on the subject of MRAs’ glycemic effects; 2) Evaluate the risk of developing diabetes with spironolactone in HF patients; 3) Analyze if spironolactone may modulate the glycemic effects of other medications used in HF; 4) Compare spironolactone to eplerenone on markers of glucose control in HF patients with glycemic disorders. Four projects were conducted in order to meet these objectives. Firstly, a systematic review allowed us to identify all published studies containing information on MRAs’ glycemic effects. The literature search yielded heterogenous results; however, it suggested that the effect was disease-specific and would be potentially harmful in diseases with a high risk of cardiovascular events. A meta-analysis of studies in diabetes insinuated that the effect is non significant on a long-term basis. The second project uses a cohort of HF patients from administrative databases between 1995 and 2009 (follow-up till 2010). We did not detect a significant association between the use of spironolactone and the risk of diabetes. On the other hand, the study demonstrated that younger age, digoxin, and corticosteroids increase the risk of diabetes. The third project is a substudy of a clinical trial CANDIID-II (Effect of ACE inhibitor alone versus ACE inhibitor plus high dose candesartan on BNP, immune markers, inflammatory status, and urinary kinins in patients with symptomatic left ventricular systolic dysfunction) among HF patients treated with an angiotensin converting enzyme inhibitor and candesartan, an angiotensin II receptor blocker. These pharmacological classes have beneficial effects on glycemia. By comparing patients also treated with spironolactone versus patients without an MRA, we did not find that spironolactone alters the effect of candesartan on glucose metabolism. The last project consisted of a prospective, multicenter, randomized, controlled, double-blind trial: SNOW (A comparison of the effects of selective and non selective mineralocorticoid antagonism on glucose homeostasis and lipid profile of heart failure patients with glucose intolerance or type 2 diabetes). It compares, for 16 weeks, spironolactone to eplerenone on glycemic markers, notably, HbA1c, among 62 HF patients with type II diabetes or glucose intolerance. There was no significant difference between groups. In summary, the research results from this thesis reveal that, in HF, MRAs do not present additional risks of deterioration in glucose control over a moderate to long period.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les récepteurs couplés aux protéines G sont la porte d'entrée de plusieurs signaux hormonaux. L'activation de ses récepteurs par des ligands agonistes induit une cascade métabolique qui implique des transducteurs (protéine G) et des effecteurs (enzymes) qui produiront en fin de compte l'intégration de la réponse physiologique. Plusieurs ligands des récepteurs sont de puissants agents thérapeutiques. L'étude des mécanismes d'action de ces ligands est donc très importante en pharmacologie. Jusqu'à présent le rôle et surtout l'efficacité des ligands agonistes étaient bien établis, alors que les activités des antagonistes demeuraient fortement associées à la présence de l'agoniste pour laquelle l'antagoniste compétitionne l'interaction avec le récepteur. Ce concept est maintenant remis en question avec l'observation de nouvelles propriétés indépendantes de la présence de l'agoniste. Afin de démontrer la validité d'un concept d'une activité des antagonistes indépendante des agonistes, nous avons étudié trois nouvelles propriétés pharmacologiques des antagonistes du récepteur sérotoninergique 5-HT2cde rat exprimés en cellules Sf19. Ces nouvelles activités des antagonistes du récepteur sont : l'activité agoniste inverse, la sous-régulation atypique ainsi que la sensibilisation fonctionnelle de la réponse du récepteur 5-HT2c. Nos résultats indiquent que les antagonistes de ce récepteur inhibent l'activation spontanée du récepteur, réduisent la densité de sites de liaison et sensibilisent la réponse fonctionnelle du récepteur. Les mécanismes associés à la sous-régulation atypique et la sensibilisation fonctionnelle demeurent, cependant, des modèles mathématiques nous permettent de prédire l'action des agonistes et des agonistes inverses (antagonistes). Afin de nous familiariser avec le modèle étendu à complexe ternaire, nous avons également étudier l'effet du précouplage fonctionnel (interaction récepteur/protéine G) sur la liaison des agonistes inverses du récepteur Al de l'adénosine exprimé en cellules Sf9. Nos résultats suggèrent que les propriétés pharmacologiques des agonistes inverses sont affectées par l'interaction récepteur/protéine G de manière opposée aux agonistes. Les nouvelles propriétés des antagonistes décrites dans ce manuscrit auront assurément une grande importance dans l'étude du mécanisme d'action et dans le développement de nouveaux agents thérapeutiques.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.