L’acide rétinoïque (AR) est le dérivé actif majeur de la vitamine A et a de multiples rôles au niveau cellulaire ainsi que pendant le développement. L’AR agit via deux familles de récepteurs nucléaires : les Récepteurs de l’Acide Rétinoïque (RAR) et les Récepteurs X des Rétinoïdes (RXR). Ces récepteurs sont des facteurs de transcription dépendants du ligand et leur activité est régulée par des phosphorylations via des kinases activées par l’AR. Durant ma thèse, je me suis intéressé à l’étude fonctionnelle et évolutive de la voie de l’AR et de la phosphorylation des RAR chez le poisson-zèbre Danio rerio. En étudiant l’activité des différents sous-types de RAR chez le poisson-zèbre, nous avons mis en avant qu’il existe une activité transcriptionnelle propre à chaque sous-type dans un embryon précoce de poisson-zèbre. De plus, mes travaux ont montré qu’au cours de l’évolution, l’acquisition d’un site de phosphorylation chez RARα permet une régulation fine de son activité chez les mammifères. Enfin, en étudiant les mécanismes moléculaires à l’origine de la diversification de la denture chez les poissons, mes travaux mettent en avant un rôle de la voie de l’AR dans la genèse de nouveaux traits phénotypiques. / Retinoic acid (RA) is the main active metabolite of vitamin A and plays multiple roles in cellular processes but also during embryonic development. RA acts through two families of nuclear receptors: Retinoic Acid Receptors (RAR) and Retinoid X Receptors (RXR). Those receptors act as ligand-dependent transcription factors and their transcriptional activity is also regulated by phosphorylation processes through kinases activated by RA. During my PhD, I focused on the functional and evolutionary study of RA pathway and of the phosphorylation of RARs using zebrafish (Danio rerio). By studying the activity of the different RAR subtypes in zebrafish, we provide evidences that they can regulate gene expression in a subtype-specific fashion in the early zebrafish embryo. Furthermore, my work showed that during evolution, the acquisition of a phosphorylated residue in RARα promotes the fine-tuned regulation of its activity in mammals. Finally, aiming at deciphering the molecular mechanisms behind dentition diversification in fish, we propose a role for RA signaling in generating morphological novel traits during evolution.

De nombreuses études révèlent que le domaine de liaison au ligand de RXRα est très dynamique, même en présence d'un ligand agoniste. Nous avons utilisé les données expérimentales (HDX, RMN et X-ray) disponibles sur ce domaine pour mettre en place un protocole, basé sur la dynamique moléculaire accélérée, permettant d'explorer efficacement la dynamique conformationnelle du domaine de liaison au ligand de RXRα et de valider les ensembles conformationnels obtenus. Ce protocole a été appliqué pour analyser l'influence de la phosphorylation pSer260, située à proximité de la surface d'interaction avec les protéines coactivatrice et impliquée dans le développement de carcinomes hépatocellulaires, sur la structure de ce domaine et sa dynamique. Parallèlement, une méthode de réduction de la dimensionnalité a été développé afin d'analyser de longues trajectoires de dynamique moléculaire. Ainsi grâce à cette méthode, nous avons pu identifier plusieurs nouvelles conformations alternative stables du domaine de liaison au ligand de RXRα. / Many studies reveal that the ligand binding domain of RXRα is very dynamic, still even in a presence of an agonist ligand. Therefore, the availability of experimental data (HDX, NMR and X-ray) on the domain was used as a leverage in order to set up a protocol, based on accelerated molecular dynamics, to explore its conformational dynamic and to validate it. This protocol was applied to understand the influence of the pSer260 phosphorylation, closed to the binding surface of coactivator proteins and implied in the hepatocellular carcinoma growth, on its structure and its dynamic. At the same time, a dimensional reduction method was developed to analyse long molecular dynamic trajectories. Thus, with this approach, we identified a couple of new alternative and stable conformations of the ligand binding domain of RXRα.

L’utilisation de glucocorticoïdes (GC) pour le traitement de maladies inflammatoires ou d’antagonistes des androgènes pour le cancer de la prostate est limitée par l’induction d’effets secondaires, tels que l’atrophie musculaire. Comme les mécanismes sous-jacents étaient mal connus, nous avons caractérisé le rôle de ces hormones dans la régulation des fonctions musculaires. Nos résultats montrent que le récepteur aux GC des myofibres contrôle négativement la masse musculaire par des actions distinctes en présence de concentrations physiologiques et pharmacologiques de GC. De plus, notre étude a permis d’identifier de nouveaux réseaux de gènes contrôlés par les GC dans le muscle. Nous avons également démontré que les androgènes favorisent le gain de performance musculaire via l’amélioration de la force. Ainsi, cette étude a clarifié les mécanismes régulant l’homéostasie musculaire et ouvre des perspectives prometteuses pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. / The use of glucocorticoids (GC) to treat inflammatory diseases or androgen antagonists for prostate cancer is limited by the occurrence of side effects such as muscle atrophy. As the underlying mechanisms were unclear, we characterized the effects of GC and androgens on muscle mass and function. Our results demonstrate that myofiber GC receptor negatively controls muscle mass by distinct actions under physiological and pharmacological levels of GC. Moreover, our data identified many genes and networks controlled by GC in myofibers. We also showed that androgens promote the gain in muscle performance during postnatal development via the improvement of specific maximal force and power. Thus, this study allowed to clarify the molecular and cellular mechanisms regulating muscle homeostasis, and paves the way to identify new therapeutic targets.

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.

Les problèmes de développement induits par les perturbateurs endocriniens (PE) sont actuellement peu étudiés, alors qu’une exposition précoce peut entraîner plus tard des problèmes permanents. Les lignées transgéniques de poisson zèbre (Danio rerio) avec une expression tissu-spécifique de la GFP sont des outils utiles pour identifier les organes affectés par un composé donné. Nous avons utilisé 7 lignées transgéniques pour visualiser in vivo si 6 PEs connus et 3 médicaments pouvaient avoir des effets sur le développement du poisson zèbre. Ce crible a révélé que 4 produits chimiques ont des effets sur 4 organes différents. Le tétrabromobisphénol-A, ainsi que le diclofénac, la trichostatine A et l'acide valproïque) perturbent le développement du système vasculaire. De plus, les inhibiteurs de HDAC trichostatine A et acide valproïque inhibent le développement du pancréas et induisent des retards de développement dans le foie et dans les dents pharyngiennes.La médecine chinoise traditionnelle (TCM) est un élément de la médecine moderne. Cependant, nous savons peu de choses sur les activités biologiques des composés TCM au cours du développement. Nous avons étudié les effets de 3 plantes et de 5 composés sur l'embryogenèse du poisson zèbre. Des extraits aqueux de Astragalus membranaceus et Akebia quinata provoquent des retards du développement. Nous avons aussi constaté que le développement vasculaire a été affecté à différents niveaux par Salvia miltiorrhiza et 3 de ses composants principaux, soit utilisés seuls ou mélangés entre eux.Nos résultats montrent que les PEs et les TCM peuvent causer des problèmes lors de l'embryogenèse. Ils montrent également que le poisson zèbre est un outil puissant pour le criblage rapide in vivo de petites molécules et de leurs effets sur le développement. Ce travail nous permet d'établir un parallèle entre EDC et TCMs, qui peuvent agir sur des cibles similaires, tels que les récepteurs nucléaires. / Development problems induced by endocrine disruptors (EDCs) are currently understudied. However, early exposure to EDCs may lead to deleterious and permanent problems in later lifetime. Zebrafish (Danio rerio) transgenic lines with tissue-specific expression of GFP are useful tools to identify the organs affected by a given compound. We have used 7 transgenic lines to visualize in vivo whether 6 known EDCs and 3 other pharmaceuticals can alter organogenesis during development of zebrafish. This screen revealed that 4 chemicals have effects on 4 different organs. The EDC tetrabromobisphenol-A, as well as the tested medicines (diclofenac, trichostatin A and valproic acid) disrupt vascular system development in zebrafish embryo. Moreover, HDAC inhibitors trichostatin A and valproic acid inhibit both endocrine and exocrine pancreas development. Developmental delays were also induced by trichostatin A and valproic acid in the liver and in the pharyngeal teeth. Traditional Chinese medicines (TCMs) are important components of modern medicine. However we know little about the biological activities of TCMs compounds during development. We used zebrafish embryos to study the effects of 3 plants and 5 of their major compounds on the development. We observed that zebrafish embryogenesis was delayed by water extracts from Astragalus membranaceus and Akebia quinata. We also found that the vascular development was affected at different levels by Salvia miltiorrhiza water extracts and by its 3 major components either used alone or mixed together.Our results show that EDCs and TCMs can cause problems during zebrafish embryogenesis. They also show that zebrafish is a powerful tool for rapid in vivo screening of small molecules and their effects on development. This work also enables us to draw a parallel between EDC and some TCMS, which may act on similar targets, such as nuclear receptors.

L'épithélium intestinal est un tissu en constant renouvellement, grâce à des cellules souches somatiques présentes dans les cryptes intestinales. Le renouvellement perpétuel et l’homéostasie de ce tissu sont assurés par plusieurs réseaux de signalisation. Il est maintenant admis que la dérégulation de ces mêmes voies est impliquée dans le processus d’initiation et/ou de progression tumorale. Mon laboratoire a décrit l'implication des hormones thyroïdiennes (HT) et de leur récepteur nucléaire TRα1 dans le contrôle de l'homéostasie intestinale, via la régulation de la voie Wnt, jouant un rôle clé dans la physiopathologie de ce tissu. Plus précisément, TRα1 active l’expression et la stabilisation de β-caténine via un mécanisme impliquant le facteur sFRP2. Au cours de ma thèse, j’ai participé, d’une part à l’étude de souris transgéniques surexprimant TRα1 dans l’épithélium intestinal et à l’analyse des mécanismes moléculaires de la régulation croisée entre TRα1 et la voie Wnt canonique dans l’induction des tumeurs intestinales. Nous avons donc démontré un rôle oncogénique de TRα1 dans l’épithélium intestinal. De plus, le mécanisme moléculaire et fonctionnel implique les deux effecteurs de la voie canonique, β-caténine et TCF4. D’autre part, j’ai analysé la fonction de sFRP2 dans la physiopathologie intestinale, et son action sur la voie Wnt. D’une manière intéressante, l’étude de la fonction de sFRP2 nous a permis de révéler son rôle original dans la différenciation des cytotypes épithéliaux. De plus, nous avons montré que sFRP2 est un modulateur positif des voies Wnt canonique et non canonique (JNK). Par ailleurs, l’absence d’expression de sFRP2 a pour conséquence d’augmenter l’apoptose dans les cryptes intestinales et ainsi diminuer le nombre de tumeurs chez des animaux double mutants sFRP2-/-/Apc+/1638N comparé aux simple mutants Apc+/1638N. Ces résultats fournissent des éléments originaux et importants sur les relations fonctionnelles entre les voies des HT et Wnt. / The intestinal epithelium is a tissue constantly renewing through somatic stem cells located within the crypts. Several signalling pathways control this process and the homeostasis in this tissue. It is now recognized that the deregulation of these pathways is involved in the process of initiation and/or progression of intestinal tumors. My laboratory has described the involvement of thyroid hormones (TH) and their nuclear receptor TRα1 in the control of the intestinal homeostasis via the regulation of Wnt pathway, which plays a key role in the intestinal physiopathology. Specifically, TRα1 directly activates the expression of β-catenin and controls its stabilization through a mechanism involving sFRP2 (secreted frizzled-related protein 2). During my thesis, I participated to the characterization of transgenic mice overexpressing TRα1 in the intestinal epithelium. Moreover, I have been involved in the study of the molecular mechanisms of the cross-regulation between TRα1 and the canonical Wnt in the induction of intestinal tumors. We have therefore demonstrated an oncogenic role of TRα1 in the intestinal epithelium. In addition, the molecular and functional mechanisms involve both effectors of the canonical pathway, β-catenin and TCF4. On the other hand, I carried out the study of sFRP2 function in the intestinal physiopathology, and its action on the Wnt pathway. My data strongly suggest that sFRP2 plays an essential role in the differentiation of epithelial cytotypes. In addition, we showed that sFRP2 is a positive modulator of the canonical and non-canonical (JNK) Wnt. For instance, the absence of sFRP2 expression increases the apoptosis in the intestinal crypts and thus reduces the number of tumors in the double mutant sFRP2-/-/Apc+/1638N compared to simple mutant Apc+/1638N. These results provided original and important data of the functional relationships between TH and Wnt pathways.