NUR77 est un récepteur nucléaire (RN) orphelin impliqué dans la régulation de processus biologiques dont la mort cellulaire, notamment dans la maladie de Parkinson (MP), découlant de la perte de neurones dopaminergiques, et dans le cancer du sein, résultant de la prolifération de cellules mammaires. NUR77 est impliqué dans le déclenchement et la protection de la mort cellulaire et son activité serait indépendante de la liaison d’un ligand. Nous avons émis l’hypothèse que l’activité de NUR77 est influencée par ses modifications post-traductionnelles (MPTs) et ses partenaires d’interactions. L’objectif général de cette thèse était de caractériser les MPTs et les partenaires d’interaction modulant l’activité de NUR77, dans des modèles de cellules en culture, afin de mieux comprendre ses fonctions biologiques - notamment dans la mort cellulaire. Le premier objectif de ce doctorat était de caractériser le rôle de la SUMOylation, une modification modulant l’activité des RN, chez NUR77, par des essais rapporteurs dans les cellules Human Embryonic Kidney 293 (HEK293). La surexpression de la E3 SUMO ligase PIASγ et/ou de l’isoforme 2 de la SUMO, protéines importantes dans la régulation de la SUMOylation chez les RN, a engendré un effet répresseur sur l’activité transcriptionnelle de NUR77. L’effet de PIASγ sur l’activité de NUR77 est modulé par la Sentrin SUMO-specific protease 1, qui hydrolyse la liaison des SUMO. Les mutations des résidus lysine dans des sites consensus de SUMOylation, de NUR77 (K102 et K577), empêchant cette MPT, ont causé des effets opposés sur son activité transcriptionnelle, suggérant le recrutement différent de corégulateurs de la transcription. Ces résultats combinés indiquent que la SUMOylation et les PIASγ et SUMO2 sont, respectivement, une MPT et des corégulateurs importants dans l’activité de NUR77. Le deuxième objectif de cette thèse était de caractériser l’interactome de NUR77 dans des HEK293 vivantes afin d’identifier les interacteurs pouvant moduler son activité, à l’aide d’une méthode de marquage des protéines proximales avec la biotine basée sur la peroxydase APEX2, combinée à la spectrométrie de masse. Ce procédé a identifié 336 potentiels interacteurs de NUR77, dont plusieurs connus. Des essais de coimmunoprécipitation et de coimmunofluorescence menés dans les HEK293 et dans les cellules du cancer du sein MCF-7 ont montré, respectivement, que la protéine régulatrice de l’apoptose Apoptosis Inhibitor 5 (API5), interagissait et colocalisait avec NUR77. La privation de sérum dans le milieu de culture des cellules et la diminution de l’expression de API5 a conduit à une augmentation des niveaux protéiques et de l’activité de NUR77 et à une diminution de la survie cellulaire. Ces données suggèrent que API5 constitue un régulateur de NUR77 dans les voies de signalisation associées à la mort cellulaire et que cette interaction pourrait constituer une cible pour moduler l’apoptose. Elles valident également l’approche d’identification d’interacteurs de NUR77. Les travaux de cette thèse ont donc permis de générer des outils pour caractériser l’activité de NUR77 et ont révélé des corégulateurs de cette activité. La poursuite de ces projets pourrait révéler le caractère opportun de cibler NUR77 comme modulateur de la mort cellulaire, notamment dans la MP et le cancer du sein. / NUR77 is an orphan nuclear receptor (NR) involved in the regulation of multiple cell biology processes including cell death, in particular in Parkinson's disease (PD), which results of the loss of dopaminergic neurons, and in breast cancer (BC), which is caused by the proliferation of mammary epithelial cells. NUR77 is involved in triggering and inhibiting cell death and its activity is believed to be independent of a ligand binding. We hypothesized that the regulation of NUR77 activity does not occur through a ligand, but through the influence of its post-translational modifications (PTMs) and its interaction partners. The general objective of this PhD project was to characterize the PTMs and the interacting partners that modulate the activity of NUR77 in cultured cell models, to better understand its physiological roles, in particular in the regulation of cell death. The first objective of this thesis was to characterize the role of SUMOylation, a modification that regulates NR activity, in regulating NUR77 transcriptional activity in reporter assays in Human Embryonic Kidney (HEK293) cells. Overexpression of the E3 SUMO ligase PIASγ or/and the isoform 2 of SUMO, both important regulators in SUMOylation of the NUR77 homolog NURR1, produced a repressive effect on the transcriptional activity of NUR77. The effect of PIASγ on the activity of NUR77 was shown to be modulated by the Sentrin SUMO-specific protease 1 protein, which removes SUMO tags on target proteins. In addition, mutations of lysine residues in SUMO consensus sites in NUR77 (K102 and K577) had opposite effects on its transcriptional activity, suggesting different recruitment of coregulators of transcription in the regions. The combination of these results indicates that SUMOylation is an important PTM for the regulation of NUR77 activity and that PIASγ and SUMO2 proteins are important transcriptional coregulators of NUR77. The second objective of this thesis was to evaluate NUR77 interactome in HEK293 living cells to identify the interactors that can modulate its activity, using a biotin-labelling method for proximal proteins based on the APEX2 peroxidase combined with mass spectrometry. This approach identified 336 potential interactors of NUR77, some that are consistent with the literature. Coimmunoprecipitation and coimmunofluorescence assays carried out in HEK293 cells and in MCF-7 breast cancer cell line have shown that the regulator of apoptosis Apoptosis Inhibitor 5 vi (API5), interacted and colocalized with NUR77. By depriving cells of serum and decreasing API5 expression, increased protein levels and activity of NUR77 was observed, as well as a decrease in cell viability. These data support that API5 is a regulator of NUR77 in its involvement in signalling pathways associated with cell death and that this interaction could be a target for modulating apoptosis. More generally, they validate the APEX2 tool which can be used to identify novel NUR77 interactors. In conclusion, the work of this thesis resulted in the generation of tools to better understand the activity of NUR77 and revealed important coregulators in this activity. The continued characterization of these interactors may provide opportunities to target NUR77 as a regulator of cell death, particularly in PD and in breast cancer.

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In this work, the identification of the promoter for c-cytochromes Cyt c Id-1 in Ideonella dechloratans has been investigated. Additionally, the study examined investigating whether gene expression is affected by the presence and absence of oxygen. This was investigated by amplifying the promoter region of Cyt c Id-1 (389 bp) and then cloning it into a reporter vector lacking a functional promoter for the upstream gene β-galactosidase. The reporter vector was transformed into E. coli RM101 and grown under both aerobic and anaerobic conditions. To examine the gene expression of Cyt c Id-1 the activity of β-galactosidase has been measured in both the aerobic and anaerobic cultures. The result showed that the gene is induced more in an anaerobic environment than in an aerobic environment, by comparing the activity of β-galactosidase under aerobic and anaerobic conditions. / I detta arbete har identifiering av promotorn för c-cytokromer Cyt c Id-1 i Ideonella dechloratans undersökts, samt att undersöka om genuttrycket påverkas av närvaro och frånvaro av syre. Detta är undersökts genom att amplifiera promotorregionen för Cyt c Id-1 (389 bp) för att sedan klona in den in i en reportervektor som saknar en fungerande promotor för uppströms genen β-galaktosidas. Reportervektorn transformerades till E. coli RM101 och odlades under både aeroba och anaeroba förhållanden.  För att undersöka genuttrycket av Cyt c Id-1 har aktiviteten hos β-galaktosidas uppmätts i både de aeroba och anaeroba odlingarna. Resultatet visat att genen induceras mer i anaerob miljö än i aerob miljö, genom att jämföra aktiviteten av β-galaktosidas under både aerob och anaerob förhållande.

Das Verständnis natürlicher biologischen Materialien für die Entwicklung neuer biomimetischer Materialien ist von großem Interesse in der Chemie und den Materialwissenschaften. In vielen komplexen biomolekularen Materialien ist die Etablierung der Struktur-Funktionsbeziehungen von Proteinbausteine notwendig, um die Eigenschaften der daraus aufgebauten weichen, biologischen Materialien zu verstehen, wie z. B. die extrazelluläre Matrix. Inspiriert durch bekannte Faltungsmotive von ECM-Proteinen, wurden vereinfachte Modellpeptide entwickelt, um deren Funktion zu untersuchen oder diese als biomimetische Bausteine für synthetische Biomaterialien zu verwenden. Ziel dieser Arbeit war die Synthese von hybriden Hydrogelen, die aus einem synthetischen Polymer und ECM-inspirierten Modellpeptiden zusammengesetzt sind. Insbesondere Kollagen-mimetische Peptide und Coiled-Coil-formende Peptide wurden benutzt, um das biokompatible und hydrophile Polymer Polyethyleneglykol zu vernetzen. Dabei wurde von der Fähigkeit dieser Peptide zur dynamischen Selbstassemblierung Gebrauch gemacht. Unter Verwendung von Kollagen-mimetischen Peptiden mit langsamer Dissoziationskinetik wurden Hydrogele synthetisiert, die weichen, glasartigen Materialien mit einem gestauchten exponentiellen Relaxationsverhalten entsprechen und auch einen Alterungsprozess zeigen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Netzwerkkonnektivität ein bis dato selten gebrauchter Designparameter ist, um die rheologischen Eigenschaften von Hydrogelen nach Wunsch zu kontrollieren. Die Kombination molekular einstellbarer Vernetzer mit einem Fluoreszenz-Reportersystem, welches deren Zustand auslesen kann, kann detaillierte Einblicke in das Reaktionsvermögen solcher Netzwerke auf mechanische Stimuli ermöglichen. Das Verständnis molekularer Prozesse erlaubt langfristig die Synthese von ECM-inspirierten Biomaterialien, deren Eigenschaften nach Wunsch einstellbar sind und die selbst ihren mikroskopischen und mesoskopischen Zustand anzeigen. / Understanding natural biological materials for the development of novel biomimetic materials has drawn enormous attention from the areas of chemistry and material science. In many complex biomolecular materials, establishing molecular structure-function relationships of proteins forms the basis for understanding the emerging properties of various biological soft materials, such as the extracellular matrix (ECM). Inspired by common association motifs of ECM proteins, simplified model peptides have been developed for functional studies and as biomimetic building blocks for synthetic biomaterials. The aim of this thesis was to utilize ECM-inspired and molecularly controlled model peptides for the synthesis of peptide-polymer hybrid hydrogels. Specifically, collagen-mimetic peptides (CMPs) and coiled coil (CC)-forming peptides were utilized to crosslink the biocompatible and hydrophilic polymer poly(ethylene glycol) (PEG), making use of the ability of these peptides to dynamically self-assemble. Employing CMPs with slow dissociation kinetics, hydrogels have been synthesized that resemble soft glassy materials with compressed exponential relaxation and aging. Furthermore, network connectivity has been shown to be an underutilized design parameter for tuning the rheological properties of hydrogels. Combining molecularly controlled crosslinks with a fluorescence reporter system that allows to read out crosslink status will ultimately allow for more detailed insights into the response of such networks to mechanical perturbation and thus aid the synthesis of ECM-inspired biomaterials with tunable and self-reporting properties.

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Kolorektale Karzinome (CRC) zeigen eine heterogene Ätiologie. Die Progression prämaligner Vorläufer zu CRC unterscheidet (U) sich in Morphologie, molekularen Veränderungen und Interaktion mit der Tumorumgebung. CRC weisen oft onkogene Mutationen in KRAS und BRAF auf. Diese steigern die MAPK Signalwegaktivität (Mpa). Obwohl sie im selben Signalweg wirken, sind KRAS und BRAF auf die CRC-Entitäten U verteilt. Dabei ist KRAS häufiger im sogenannten konventionellen und BRAF im serratierten Weg zu CRC mutiert. In dieser Studie nutzte ich murine intestinale Organoide (iO), die induzierbare (Ind) KRAS oder BRAF Onkogene exprimieren. Große U zwischen KRAS und BRAF zeigten sich sowohl in Signaltransduktion (ST) als auch im Phänotyp. Phosphoprotein-, ERK-Reporter-, scRNA-Seq und EM-Analysen ergaben eine starke Mpa durch BRAF, die zu hoher Expression von MAPK-Zielgenen und Verlust der epithelialen Integrität führte. iO nach KRAS-Ind blieben intakt, korrelierend mit moderater, zelltypspezifischer (ZS) Mpa in sekretorischen und undifferenzierten Zellen. Die meisten Enterozyten waren Mpa-negativ. ERK-Reporter zeigten: Das ZS Muster der Mpa ist nicht nur gegenüber KRAS, sondern auch dem Entzug von Wachstumsfaktoren stabil. Dies spricht für eine intrinsische, robuste Regulierung der Mpa. BRAF-Ind Mpa setzte die ZS Regulierung der MAPK außer Kraft und schädigte das Gewebe, im Einklang mit einer oberen Grenze tolerabler Mpa. Die ZS Mpa wurde in CRC-Zelllinien bestätigt, deren Mpa durch KRAS aber nicht BRAF U ausfiel. Ferner, nutzte ich iO mit bCatenin+KRAS-Ind, um den konventionellen Weg zu CRC zu modellieren. Die Kombination führte zu synergistischen Effekten, die sich in EGFR-unabhängigem Wachstum und der Aufhebung der ZS Mpa-Blockade äußerten, die durch eine Verschiebung der Differenzierung zu mehr Progenitorzellen bewirkt wurde. Zusammenfassend konnte ich U in der Mpa durch KRAS oder BRAF im Darmepithel feststellen, was dazu beiträgt, deren Rollen in der CRC-Genese zu bestimmen. / Colorectal cancer (CRC) is a disease with heterogeneous etiology. Premalignant lesions follow distinct routes of progression to carcinoma reflected by differences in morphology, molecular alterations and the tumor environment. Mutant KRAS and BRAF are frequent, leading to MAPK pathway activation (Mpa), which is relevant for CRC therapy. Despite acting in the same pathway, mutant KRAS and BRAF segregate to different entities, as KRAS is more frequent in the conventional- and BRAF being specific for the serrated route to CRC. I used murine intestinal organoids (iO) expressing inducible oncogenic KRAS or BRAF to study the impact of oncogenes in primary cells. I found marked differences in signal transduction and phenotype. Phospho-protein, ERK-reporter, scRNA-seq and EM data showed strong Mpa upon BRAF induction followed by ERK-target gene expression leading to tissue disruption. In contrast, KRAS left the tissue intact resulting in less and cell type-dependent Mpa limited to secretory cells, a subset of late-stage enterocytes and undifferentiated crypt cells. Most enterocytes were irresponsive to KRAS. The pattern of Mpa was robust towards KRAS or growth factor depletion arguing in favor of intrinsic, resilient MAPK regulation. In iO, BRAF-induced Mpa could break this cell type-specific regulation, indicating an upper limit of tolerable Mpa. I validated these findings in CRC cell lines that differed in Mpa in response to oncogenic KRAS but not BRAF. Finally, I used iO expressing an inducible form of stabilized bCatenin in combination with KRAS to mimic events frequently found in the conventional pathway to CRC. Expression of KRAS and bCatenin synergized in driving EGFR independent growth and breaking the villus-specific block of Mpa by altering differentiation towards progenitor cell types. In summary, this study emphasizes differences between Mpa induced by oncogenic KRAS or BRAF which helps clarifying their nature in different etiological routes to CRC genesis.

Les maladies inflammatoires de l'intestin (MII) sont caractérisées par des réponses immunitaires incontrôlées dans l'intestin. Des études génétiques ont associé un polymorphisme dans le gène de l'IL23R à la résistance aux MII. IL23R code pour la protéine de l’IL-23r, une sous-unité du récepteur à l’IL-23 (IL-23R). Ce récepteur appartient à la famille de l’IL-12R, contenant plusieurs récepteurs hétérodimériques. D’ailleurs, IL-12R et IL-23R partagent la sous-unité IL12Rb1. Néanmoins, ces deux récepteurs favorisent des réponses immunitaires distinctes (Th1 vs Th17). Ce mémoire caractérise les dynamiques d’expression cellulaires de l’IL-23R et l’IL-12R, afin d’élucider leurs rôles dans l’inflammation. Nous avons établi qu’IL-23R et IL-12R ne sont jamais co-exprimés, malgré qu’ils partagent la sous-unité IL-12Rβ1. Parmi les cellules de rates de souris, la protéine IL-23r est trouvée dans certaines cellules T TCRγδ ou T CD4+, quelques cellules B et des cellules Lti-like. La protéine IL-12Rβ2 est exprimée par quelques cellules B. L’analyse de l’expression de l’IL-23R et l’IL-12R dans différents organes révéla que la plus grande proportion de cellules exprimant l’IL-23R se retrouve dans la lamina propria de l'intestin grêle, alors que les cellules exprimant l’IL-12Rβ2 ont été retrouvées en proportion équivalente dans tous les organes lymphoïdes. Ces observations appuient les études génétiques suggérant un rôle prédominant de l’IL23R dans les intestins. Finalement, des cultures in vitro suggèrent que l’IL-23R ou l’IL-12R avaient des réactions croisées à l’IL-12 ou l’IL-23. L’étude de l’IL-23R dans les MII devrait donc être complémentée par l’étude de l’IL-12R, car les deux récepteurs pourraient avoir des rôles complémentaires. / Inflammatory bowel diseases (IBD) are characterised by uncontrolled immune responses in the gut. Genome-wide association studies (GWAS) have identified a protective polymorphism for IBD in the IL23R gene. IL23R codes for the IL-23r protein, one of the two subunits of IL-23R. IL-23R belongs to the IL-12R family, which contains many heterodimeric receptors. For example, both IL-12R and IL-23R share the IL-12Rβ1 subunit. Nevertheless, IL-12R and IL-23R are associated with different immune processes (Th1 vs. Th17). This thesis characterizes the cellular patterns of expression of both IL-23R and IL-12R, to further elucidate their roles in inflammation. We established that IL-23R and IL-12R were never co-expressed together, even though they share the IL-12Rβ2 subunit. Analysis of murine splenocytes revealed that IL-23R is expressed by some TCRγδ T-cells, a few B-cells, CD4+ T-cells and several Lti-like cells. IL-12R protein was found in a few B-cells. The analysis of IL-23R and IL-12R expression in different organs revealed that the lamina propria of the small intestine was the organ containing the largest proportion of IL-23r+ cells. IL-12R+ cells were found in constant numbers throughout the organs. Finally, in vitro cultures showed that IL-23R and IL-12R had crossed reaction to IL-12 and IL-23. Study of IL-23R in IBD should always be accompanied by IL-12R analysis, because both receptors could have complementary roles.