Résumé: Chaque année, les épidémies saisonnières d’influenza causent de 3 à 5 millions de cas sévères de maladie, entraînant entre 250 000 et 500 000 décès mondialement. Seulement deux classes d’antiviraux sont actuellement commercialisées pour traiter cette infection respiratoire : les inhibiteurs de la neuraminidase, tels que l’oseltamivir (Tamiflu) et les inhibiteurs du canal ionique M2 (adamantanes). Toutefois, leur utilisation est limitée par l’apparition rapide de résistance virale. Il est donc d’un grand intérêt de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement de l’influenza. Le virus influenza dépend de l’activation de sa protéine de surface hémagglutinine (HA) pour être infectieux. L’activation a lieu par clivage protéolytique au sein d’une séquence d’acides aminés conservée. Ce clivage doit être effectué par une enzyme de l’hôte, étant donné que le génome du virus ne code pour aucune protéase. Pour les virus infectant l’humain, plusieurs études ont montré le potentiel de protéases à sérine transmembranaires de type II (TTSP) à promouvoir la réplication virale : TMPRSS2, TMPRSS4, HAT, MSPL, Desc1 et matriptase, identifiée récemment par notre équipe (Beaulieu, Gravel et al., 2013), activent l’HA des virus influenza A (principalement H1N1 et H3N2). Toutefois, il existe peu d’information sur le clivage de l’HA des virus influenza B, et seulement TMPRSS2 et HAT ont été identifiées comme étant capables d’activer ce type de virus. Les travaux de ce projet de maîtrise visaient à identifier d’autres TTSP pouvant activer l’HA de l’influenza B. L’efficacité de clivage par la matriptase, hepsine, HAT et Desc1 a été étudiée et comparée entre ces TTSP. Ces quatre protéases s’avèrent capables de cliver l’HA de l’influenza B in vitro. Cependant, seul le clivage par matriptase, hepsine et HAT promeut la réplication virale. De plus, ces TTSP peuvent aussi supporter la réplication de virus influenza A. Ainsi, l’utilisation d’un inhibiteur de TTSP, développé en collaboration avec notre laboratoire, permet de bloquer significativement la réplication virale dans les cellules épithéliales bronchiques humaines Calu-3. Cet inhibiteur se lie de façon covalente et lentement réversible au site actif de la TTSP par un mécanisme slow tight-binding. Puisque cet inhibiteur cible une composante de la cellule hôte, et non une protéine virale, il n’entraîne pas le développement de résistance après 15 passages des virus en présence de l’inhibiteur dans les cellules Calu-3. L’inhibition des TTSP activatrices d’HA dans le système respiratoire humain représente donc une nouvelle stratégie thérapeutique pouvant mener au développement d’antiviraux efficaces contre l’influenza. / Abstract: Seasonal influenza epidemics cause between 3 and 5 millions severe cases of disease, leading to 250 000 to 500 000 deaths worldwide. Only two classes of drugs are currently available to treat influenza infections: neuraminidase inhibitors, such as oseltamivir (Tamiflu) and M2 channel inhibitors (adamantanes). However, the use of these antivirals is restricted by rapid emergence of viral resistance. It is therefore of great interest to develop new therapeutic strategies for the treatment of influenza disease. The influenza virus requires activation of its surface protein hemagglutinin (HA) to become infectious. This activation is achieved by proteolytic cleavage in a highly conserved amino acid sequence of the protein. Host cell proteases are responsible for this cleavage since the viral genome doesn’t encode any protease. For viruses that infect humans, many studies have shown the potential of type II transmembrane serine proteases (TTSP) to promote viral replication: TMPRSS2, TMPRSS4, HAT, MSPL, Desc1 and matriptase, recently identified by our team (Beaulieu, Gravel et al., 2013), activate HA of influenza A viruses (mainly H1N1 and H3N2). However, little is known about cleavage of influenza B virus HA, and only TMPRSS2 and HAT have been identified as being capable of activating this type of virus. This project aimed to identify other TTSPs able to activate influenza B HA. Cleavage efficacies of matriptase, hepsin, HAT and Desc1 were studied and compared. These four proteases were shown to be able to cleave influenza B HA using in vitro assays. However, only cleavage by matriptase, hepsin and HAT promoted viral replication. Moreover, these TTSPs also supported the replication of influenza A viruses. Thus, the use of a slow, tight-binding inhibitor (developed in collaboration with our laboratory) that binds to the TTSP active site, forming a covalent and reversible bond, significantly blocked viral replication in human bronchial epithelial Calu-3 cells. Since this inhibitor targets a host cell component, instead of a viral protein, viruses did not develop resistance after 15 passages in presence of the inhibitor in Calu-3 cells. Thus, inhibition of HA-activating TTSPs in the human respiratory tract represents a novel therapeutic strategy against influenza.

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

La capacité d'adaptation des bactéries à leur environnement repose, entre autres choses, sur des mécanismes de transduction du signal. Ces mécanismes leur permettent de percevoir la nature et les modifications du milieu dans lequel elles évoluent et d'adapter en conséquence leur métabolisme et leur physiologie. L'un de ces mécanismes identifié chez les procaryotes repose sur un processus de régulation impliquant, suite à un stimulus extérieur, une modification réversible des protéines au niveau de résidus séryles et thréonyles par phosphorylation via les sérine/thréonine protéine-kinases (STPK). Chez les bactéries pathogènes, notamment Mycobacterium tuberculosis et Staphylococcus aureus, les STPKs sont impliquées dans la régulation du métabolisme central, de la division cellulaire, de la composition de la paroi et de la virulence. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif d'approfondir les connaissances sur la régulation post-traductionnelle des protéines via les STPKs chez ces deux pathogènes humains. Nous avons ainsi identifié de nouveaux substrats des STPKs chez M. tuberculosis et S. aureus et caractérisé l'effet de la phosphorylation sur l'activité de ces substrats. L'ensemble de mes travaux de thèse met en avant le rôle important de la régulation par les STPKs de voies métaboliques diverses chez ces deux pathogènes. / To overcome the stressful conditions imposed during host infections, pathogens have evolved various protective and offensive responses that could be achieved through cascades of phosphorylation. Many of the encountered external stimuli are transduced via sensor kinases embeded within the bacterial membrane, allowing the pathogen to adapt and survive in hostile environments. In addition to the classical two-component systems, Staphylococcus aureus and Mycobacterium tuberculosis possess eukaryotic-like Serine/Threonine Protein-Kinases (STPK). It is becoming clear that in these two human pathogens, many of the STPKs are involved in the regulation of metabolic processes, division, cell wall composition, virulence, etc. Therefore, signalling through STPK phosphorylation has recently emerged as a key regulatory mechanism in pathogenic bacteria. Thus, to investigate the mechanisms of STPK-dependent regulation in M. tuberculosis and S. aureus, we identified and characterized novel endogenous phosphorylated substrates, and analyzed the impact of phosphorylation on their specific activity. Overall, the results presented herein emphasize the important role of STPK-dependent mechanisms in various metabolic pathways in these two pathogens.

Ce travail porte sur l’étude des mécanismes de phosphorylation des protéines par les sérine/thréonine kinases chez Staphylococcus aureus. Nous avons, tout d’abord, mis en évidence et caractérisé une seconde Ser/Thr-kinase, nommée Stk2. Cette kinase présente peu d’homologies avec les autres Ser/Thr-kinases bactériennes décrites à ce jour, en particulier avec la première Ser/Thr-kinase mise en évidence précédemment chez S. aureus, Stk1. Nous avons ensuite caractérisé dix sites d’autophosphorylation de Stk2 et nous avons montré que trois sites sont nécessaires à son activité. Enfin, nous avons montré que le régulateur global de virulence, SarA, est phosphorylé à la fois par Stk1 et Stk2. La phosphorylation de SarA influence sa capacité de liaison à l’ADN. Cette étude contribue à mieux appréhender, au niveau moléculaire, le rôle des Ser/Thr-kinases dans le métabolisme des bactéries et, plus particulièrement, dans la régulation de leur virulence / We report that protein phosphorylation on serine and threonine is required for controlling staphylococcal virulence. We identified and characterized a second serine/threonine kinase, Stk2, in S. aureus. Biochemical analyses revealed that this enzyme displays autokinase activity on both threonine and serine residues. Stk2 is atypical in the sense that it exhibits a weak similarity with the first Ser/Thr-kinase previously detected, Stk1, and its undergoes a different mechanism of activation compared to the other bacterial Ser/Thr-kinases described so far. We also showed that SarA, a major transcription factor that regulates more than a hundred virulence genes, is phosphorylated by both Stk1 and Stk2. Phosphorylation of SarA leads to strong effects on its ability to bind DNA. The study of Stk1 and Stk2, at the molecular level, provides a better understanding of the role of these staphylococcal Ser/Thr-kinases in bacterial metabolism and, in particular, in the regulation of virulence

Le système endocannabinoïde est un important modulateur des fonctions physiologiques. Il est composé des récepteurs aux cannabinoïdes, de ses ligands lipides endogènes (les endocannabinoïdes) et de la machinerie enzymatique pour leur synthèse et leur dégradation. Les récepteurs aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) sont exprimés dans différents types cellulaires dans le cerveau et sont connus pour être impliqués dans les processus mnésiques. Les endocannabinoïdes sont mobilisés dépendamment de l’activité notamment dans les régions cérébrales impliquées dans la mémoire telle que l’hippocampe. Dans cette région, les récepteurs CB1 sont exprimés au niveau des terminaisons neuronales présynaptiques où leur stimulation inhibe la libération de neurotransmetteurs, modulant ainsi différentes formes d’activité synaptique. Outre leur expression sur les neurones, les récepteurs CB1 sont également exprimés par les astrocytes. Avec l’élément pré- et post-synaptique, les astrocytes font partis de la « synapse tripartite » où ils participent à la plasticité synaptique et les processus mnésiques associés. De manière intéressante, la stimulation des récepteurs CB1 astrocytaires facilite la transmission glutamatergique dans l’hippocampe. Dans cette région, les astrocytes régulent l’activité des N-methyl-Daspartate receptors (NMDARs) à travers le contrôle des niveaux synaptiques de leur co-agoniste, la D-serine, modulant ainsi la plasticité synaptique à long terme. Cependant, le mécanisme entrainant la libération de D-serine par les astrocytes n’est pas identifié. De manière intéressante, notre laboratoire a montré que les effets délétères des cannabinoïdes exogènes sur la mémoire de travail spatial sont médiés par les récepteurs CB1 astrocytaires à travers un mécanisme dépendant des NMDARs dans l’hippocampe. Cependant, le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires restent méconnus. Une des formes de mémoire impliquant le récepteurs CB1 est la mémoire de reconnaissance d’objet (NOR). La stimulation exogène des récepteurs CB1 hippocampique inhibe la consolidation de la NOR mais la délétion constitutive des récepteurs CB1 n’affecte pas la NOR, suggérant que la signalisation des récepteurs CB1 endogènes n’est pas nécessaire. Cependant, de récentes études soulignent que la délétion globale du gène CB1 pourrait masquer le rôle des récepteurs CB1 des différents types cellulaires. Ceci indique la nécessité de nouveaux outils plus sophistiqués afin de totalement comprendre le rôle physiologique du système endocannabinoïde dans des comportements complexes. Dans cette étude, nous avons étudié le rôle physiologique des récepteurs CB1 astrocytaires dans la formation de la NOR et la plasticité synaptique. En utilisant une combinaison d’approches génétiques, comportementales, électro-physiologiques, d’imagerie et de biochimie, nous avons montré que l’activation endogène des récepteurs CB1 astrocytaires est nécessaire pour la consolidation de la NOR à long terme, et ceci à travers un mécanisme impliquant l’apport en D-sérine, afin de stimuler l’activité des NMDARs synaptiques de l’hippocampe dorsal. Cette étude révèle un mécanisme inattendu à la base de la libération de D-sérine, entrainant l’activité des NMDARs et la formation de la mémoire à long terme. / The endocannabinoid system is an important modulator of physiological functions. It is composed of cannabinoid receptors, their endogenous lipid ligands (the endocannabinoids) and the enzymatic machinery for endocannabinoid synthesis and degradation. The type-1 cannabinoid receptors (CB1) are expressed in different cell types of the brain and are known to be involved in memory processes. Endocannabinoids are mobilized in an activity-dependent manner in brain areas involved in the modulation of memory such as the hippocampus. In this brain region, CB1 receptors are mainly expressed at neuronal pre-synaptic terminals where their stimulation inhibits the release of neurotransmitters, thereby modulating several forms of synaptic activity. Besides their expression in neurons, CB1 receptors are also expressed in astrocytes. Along with the pre- and post-synaptic neurons, astrocytes are part of the “tripartite synapse”, where they participate in synaptic plasticity and associated memory processes. Interestingly, modulation of astroglial CB1 receptors has been proposed to facilitate glutamatergic transmission in the hippocampus. In this brain area, astrocytes regulate the activity of N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs) through the control of the synaptic levels of their co-agonist D-serine, thereby mediating long-term synaptic plasticity. However, the mechanisms inducing D-serine release by astrocytes are still not identified. Interestingly, our laboratory showed that the negative effect of exogenous cannabinoids on spatial working memory is mediated by astroglial CB1 receptors through a NMDAR-dependent mechanism in the hippocampus, but the physiological role of astroglial CB1 remains unknown. One of the forms of memory involving CB1 receptors is novel object recognition (NOR) memory. The exogenous stimulation of hippocampal CB1 receptors inhibits the consolidation of long-term NOR formation. Constitutive global deletion of CB1 receptors in mice leaves NOR memory intact, suggesting that endogenous CB1 receptor signaling is not necessary for long-term NOR. However, recent studies pointed-out that, likely due to compensatory mechanisms, the global deletion of the CB1 gene might mask cell type-specific roles of CB1 receptors, indicating that more sophisticated tools are required to fully understand the physiological roles of the endocannabinoid system in complex behavioral functions. In this work, we investigated the physiological role of the astroglial CB1 receptors on NOR memory formation and synaptic plasticity. By using a combination of genetic, behavioral, electrophysiological, imaging and biochemical techniques, we showed that endogenous activation of astroglial CB1 receptors is necessary for the consolidation of long-term NOR memory, through a mechanism involving the supply of D-serine to enhance synaptic NMDARs-dependent plasticity in the dorsal hippocampus. This study uncovers an unforeseen mechanism underlying D-serine release, triggering NMDARs activity and long-term memory formation.ory.

Ixodes ricinus est l’espèce de tique la plus abondante et ayant la plus vaste répartition géographique en Europe. Elle est le vecteur de nombreux agents pathogènes d’importance en santé publique et vétérinaire. Le remplacement des acaricides générant pollution environnementale et apparition croissante de résistances requiert le développement urgent de nouvelles stratégies de lutte efficaces contre les tiques et les agents pathogènes qu’elles transmettent. La découverte de telles stratégies passe nécessairement par une meilleure connaissance des interactions entre les tiques, leurs hôtes et les agents pathogènes transmis. La salive de tique, à l’interface de ces interactions, est un fluide essentiel pour ces arthropodes et possède notamment des propriétés protéolytiques, anticoagulantes, immunomodulatrices, analgésique, et anti-inflammatoires qui permettent à la tique de réaliser ses repas sanguins extrêmement longs. Afin de comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la transmission des agents pathogènes et pour identifier de possibles candidats vaccinaux contre I. ricinus, une étude transcriptomique comparative entre des glandes salivaires infectées et non infectées par la bactérie Bartonella henselae a été antérieurement réalisée. Le transcrit le plus surexprimé suite à cette infection était IrSPI, un inhibiteur de sérine protéase de la famille des Kunitz. Les analyses fonctionnelles par ARN interférence ont montré l’implication de ce gène dans le gorgement et de l’infection des glandes salivaires par B. henselae. Ainsi, les travaux de thèse présentés ici ont concerné l’analyse structurelle, biochimique et fonctionnelle de IrSPI en tant que molécule impliquée dans les interactions tick-hôte-pathogène. Le premier objectif était de définir la structure et la séquence du gène IrSPI mais, malheureusement, bien que nos résultats aient permit des avancés sur cette question, nous n'avons pu obtenir la totalité de sa séquence. Dans un second temps, la dynamique d’expression d’IrSPI a été évaluée au cours du gorgement et de l’infection des tiques par différents agents pathogènes, montrant que son expression est induite par le repas sanguin, par des agents transmis par la tique mais pas par Escherichia coli, bactérie non transmise. De plus, nos résultats ont montré l’expression de IrSPI dans plusieurs organes de la tique, suggérant son implication dans diverses fonctions au sein de ce vecteur. Parmi elles, la mise en évidence d'une injection, par la salive, de la protéine à l'hôte vertébré nous a permis d'envisager un rôle sur les réponses de l'hôte à la piqûre de tique. Nos résultats n’ont montré aucune implication dans la voie extrinsèque de la coagulation ni dans la fibrinolyse, ni dans l’angiogenèse. En revanche, ils ont démontré que IrSPI inhibe la prolifération des lymphocytes TCD4+ sous stimulation monogénique quand chez des lymphocytes B non stimulés IRSPI, il induit une hausse de la prolifération. De plus IrSPI a montré une action négative significative sur la production de la majorité des cytokines et chimiokines pro-inflammatoires produites par les macrophages et les splénocytes. Ainsi, IrSPI, correspond à un des composants salivaires d’I. ricinus lui permettant de moduler la réponse immune de l’hôte pour lui permettre de prélever son repas sanguin tout en favorisant la transmission des agents pathogènes. Enfin, des résultats préliminaires dans l'identification des interactants de IrSPI à la fois chez la tique et l’hôte vertébré ouvre de nombreuses voies de recherche quant à la compréhension de ses fonctions. / Ixodes ricinus tick species, the most abundant and widespread tick in Europe, is an important vector of pathogens affecting both animal and human health. To replace the use of acaricides that generate environmental contamination and resistances, new environmentally sustainable approaches providing broad protection against ticks and tick-borne pathogens (TBP) are urgently needed. Such development requires improved understanding of the biology of ticks and more particularly of their interactions with vertebrate hosts and TBP. Tick saliva is an essential biofluid for ticks, as its proteolytic, anticoagulant, immunomodulatory, analgesic and anti-inflammatory activities allow ticks to acquire their blood meal under optimal conditions. Moreover, injection of saliva during blood feeding represents the principal route by which TBP are transmitted to the host. To understand the molecular mechanisms involved in TBP transmission, as well as to identify putative vaccine candidates against I. ricinus, salivary glands from bacteria infected and uninfected ticks were previously compared by high throughput transcriptomics. The most up-regulated transcript following infection was IrSPI, which belongs to the Kunitz/BPTI inhibitor family. Functional analyses via RNAi knockdown experiments revealed that IrSPI enhances both blood feeding and bacterial burden in the salivary glands. This present PhD work concerns then the structural, biochemical and functional characterization of IrSPI as a molecule involved in tick-host-pathogen interactions. Our aim was first to define the structure of IrSPI gene but, unfortunately, while our results have led to progress on this issue, we have not been able to get the full sequence. Then, the dynamic of IrSPI expression was evaluated during both tick feeding and colonization of ticks by pathogens, showing that its expression is induced by blood feeding and TBP but not by Escherichia coli that is not transmitted by I. ricinus. In addition, our results shown the expression of IrSPI in several tick organs, suggesting its implication in several functions in tick physiology. Among them, the discovery of the injection of IrSPI, through the saliva, to the vertebrate host allowed us to consider a role in host responses to tick bite. Evaluation of IrSPI effect on host showed no impact on coagulation through extrinsic pathway, as determined by analysis of thrombin generation time and by fibrinolysis, or in angiogenesis. However, it inhibited the proliferation of mitogen-stimulated CD4+ lymphocytes and increased unstimulated-B cell proliferation. In addition, IrSPI also modulated cytokine production from macrophages and splenocytes, repressing significantly most of proinflammatory cytokines and chemokines. Thus, we demonstrated that IrSPI plays a role in modulating the host immune response during blood feeding. Finally, preliminary results in the identification of the protein’s interactants open many research perspectives for understanding how IrSPI acts in tick physiology and counteracts host responses to tick injury and pathogen transmission.

Des résultats d’expériences cliniques de reconstruction de l’os maxillaire faites à partir de la greffe d’une "pâte osseuse" gélifiée par l’ajout de facteur tissulaire ont été le primum movens de ce travail. Cette "pâte osseuse", faite d’os en poudre et de plasma enrichi en plaquette (PRP) à laquelle on ajoute du facteur tissulaire, est un modèle à la fois de la coagulation et de la régénération osseuse.<p>Pour analyser des effets de la coagulation, nous avons utilisé un modèle connu :la culture primaire de cellules endothéliales (HUVEC). Les effets in vitro des facteurs de coagulation, dénommés protéases de la coagulation, pris séparément, ont été bien étudiés dans ces cellules, néanmoins aucune information sur l’effet combiné de ces protéases ou du plasma en coagulation n’était connue. Nous avons mesuré la "signalisation calcium" comme réponse cellulaire aux différents agents et ces mesures de la signalisation calcium ont été complétées par la mesure d’une autre réponse biologique, à savoir la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires (IL-6 et IL-8). Pour l’étude de la régénération osseuse, la signalisation calcium a été mesurée sur une lignée d’ostéosarcomes humains (SaOS-2), stimulée par des protéases de la voie extrinsèque de la coagulation (facteur VIIa, facteur Xa et thrombine). Comme réponse biologique complémentaire, nous avons évalué l’effet des protéases d’intérêt sur l’apoptose induite par l’absence de sérum dans le milieu de culture.<p>\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Nous nous sommes attachés à trouver de nouvelles applications de la réaction de transfert O-N acylique pour la synthèse de peptides et de polypeptides. Nous avons mis au point une nouvelle voie pour la synthèse de peptide alcool sur support solide. Cette méthodologie a permis de préparer 3 peptides alcool modèles comme l'Octréotide avec de bons rendements et d'excellentes puretés. Nous avons développé une nouvelle stratégie pour la synthèse de polyamide à partir de polyester via une réaction de multi-transfert O-N acylique. Pour cela, nous avons isolé trois générations de polymères : les polyesters Z-protégés après polymérisation, les polyesters hydrosolubles après le clivage des groupements Z et les polyamides après multi-transfert O-N acylique dans des conditions basiques organiques et à pH physiologique. Cette stratégie a été appliquée à la synthèse de polyamide de sérine et de sérine gamma-homologuée. Maintenant, nous développons une nouvelle stratégie de polymérisation de séquence peptidique contenant une sérine N-protégée en position N-terminale. Comme décrit précédemment pour les polysérines, les objectifs de cette étude sont de synthétiser in fine des polypeptides à partir des polypeptides/esters correspondants. / We founded some news applications of the O-N acyl transfer, notably for the synthesis of peptides and polypeptides. We optimized a new general voice for the preparation of peptides alcohol on solid support. This methodology permits to synthesize 3 peptides alcohol with yield and purity, notably Octreotide. We developed a new strategy for the synthesis of polyamide from polyester using an O-N acyl multi-transfer reaction. We have isolated 3 generations of polymers: the Z-protected polyesters after polymerization (polycondensation and ROP), the unprotected water-soluble polyesters after the cleavage of the protection Z and the polyamides after the O-N acyl multi-transfer in basic organic condition or in phosphate buffer. This methodology was applied to the synthesis of the polyamide serine and gamma-homologated serine. Currently, we are developing a new methodology for the polymerization peptide sequence containing an N-protected serine in N-terminal position. As previously described on polyserine, the objectives of this polymerization are to generate polypeptides from the corresponding polypeptides/esters.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le phénotype d'une cellule cancéreuse résulte d'un regroupement de plusieurs caractéristiques qui constituent la forme clinique du cancer. Malgré cette diversité, il est possible de mettre en évidence un certain nombre de traits distinctifs communs à la plupart des tumeurs. Parmi ceux-ci, l'invasion tissulaire et la formation de métastases sont les causes de près de quatre-vingt dix pourcent de la mortalité attribuable au cancer. Plusieurs similitudes entre le développement embryonnaire et la cancérogenèse ont été mises en évidence. Les recherches menées durant la dernière décennie sur le rôle que jouent les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeurs dans le développement normal d'un organisme ont grandement amélioré notre compréhension du cancer. La différence fondamentale séparant les deux processus est qu'un organisme émane d'une suite logique d'étapes reproductibles et bien définies, alors que le développement d'une tumeur demeure complètement imprévisible. Par contre, il est clair que plusieurs de ces étapes sont partagées, par exemple la régulation du cytosquelette, de l'adhérence et de la migration de la cellule. Nous avons étudié les fonctions in vivo de deux familles de protéines kinases, soit les p21-activated kinase (PAK) et les mixed-lineage kinase (MLK), qui sont en mesure de réguler certains de ces événements. Nous avons utilisé trois approches différentes pour caractériser les fonctions de PAKl durant le développement de Xenopus. Premièrement, nous avons montré que PAKl est clivée par les caspases durant l'apoptose dans les embryons. Nous avons aussi démontré que PAKl phosphoryle directement la myosine II, et que cette activation est nécessaire et suffisante à la fragmentation cellulaire caractéristique des cellules en apoptose. Deuxièmement, nous avons découvert que PAKl induit une perte de l'adhérence cellulaire dépendante de la signalisation par le récepteur tyrosine kinase EphA4. Nous avons proposé un nouveau mécanisme pour préciser la migration cellulaire dirigée par EphA4, selon lequel l'activation du récepteur EphA4 recrute PAKl à la membrane pour séquestrer la forme active de Cdc42, et ainsi diminuer l'adhérence cellulaire. Finalement, nous avons déterminé que PAKl contrôle l'induction et la migration des cellules de la crête neurale en partie par sa régulation de l'expression de Snail et de Twist, deux instigateurs importants de la progression tumorale. En somme, par sa régulation de la dynamique du cytosquelette et de l'expression génique, PAK1 joue un rôle central dans le contrôle de l'adhérence et de la motilité des cellules. Par conséquent, PAK1 serait une cible intéressante pour la prévention de l'invasion tissulaire et de la formation de métastases. Nos travaux ont aussi mis en évidence que la fonction de MLK2, une cible potentielle de PAK1, est nécessaire à la différenciation des tubules néphrétiques dans les embryons de Xenopus. Par ailleurs, nos études ont démontré que la perte de Mlkl, de Mlkl, ou de ces deux gènes chez la souris n'entraîne aucun effet sur leur viabilité et leur fertilité, de même qu'aucun changement dans la morphologie globale des tissus dans lesquels ces deux gènes sont exprimés. Les données observées pour MLK2 chez Xenopus suggèrent que l'expression de protéines kinases restreinte à certains tissus est importante pour générer des réponses spécifiques à des signaux extracellulaires communs. De plus, l'inactivation génique des MLK suggère fortement l'existence chez les mammifères d'une redondance des fonctions associées à Mlkl et Mlk2 avec celles de l'autre membre de la famille MLK, Mlk3. / The clinical manifestation of cancer is the result of a complex set of characteristics that together create diverse cancer cell phenotypes. Despite this variety, there appear to be a number of common traits that govern the conversion of normal human cells into malignant cancer cells. Among these traits, tissue invasion and metastasis feature in the most aggressive and lethal tumors and together account for approximately ninety percent of cancer deaths. Important parallels have been made between embryonic development and the growth and spread of cancer. The last decade of research has proven that our understanding of cancer has been greatly advanced by our comprehension of the role that so-called oncogenes and tumor suppressors play in the normal development of an organism. The fondamental difference between development and cancer is that development uses regulated, reproducible cellular processes, whereas in cancer these processes become irregular, leading to an unpredictable chain of events. On the other hand, some cellular events are clearly common to both; cytoskeletal dynamics, cell adhesion and migration are such examples. We have utilized the frog embryo and mouse genetics to study the in vivo functions of two groups of protein kinases, the p21 -activated kinases (PAKs) and the mixed-lineage kinases (MLKs) that are believed to regulate these events. We used three different approaches to investigate PAK1 functions during Xenopus development. Firstly, we showed that PAK1 is activated following its cleavage by caspases during apoptosis in embryos. We demonstrated that PAK1 directly phosphorylates myosin II, and that this activation of myosin is sufficient to cause cell fragmentation, a hallmark of apoptotic cells. Secondly, we determined that PAK1 induces a loss of cell adhesion dependent of a signalling pathway downstream of the EphA4 tyrosine kinase receptor. We found that EphA4 activation sequesters active Cdc42 to down-regulate cell-cell adhesion and we proposed a novel mechanism to explain Eph-directed cell migration. Finally, we demonstrated that PAK1 regulates neural crest specification and migration, in part through its regulation of the expression of Snail and Twist, two master regulators of tumor progression. In summary, by regulating cytoskeletal dynamics and gene expression, PAK1 function appears mandatory for cell adhesion and motility, and thus would be an interesting target for the prevention of tissue invasion and metastasis. We also showed that MLK2, a potential downstream target of PAKl, is required for pronephric tubule differentiation in Xenopus embryos. On the other hand, we also revealed by gene inactivation that mice lacking Mlkl, Mlk2 or both genes are viable, fertile and do not display any obvious phenotypic defects in the tissues where these genes are expressed. While the Xenopus MLK2 data suggest that tissue restricted expression of protein kinases could play an important role in signal transduction by mediating cell-specific responses to common signals, gene inactivation in mouse strongly suggests that Mlkl and Mlk2 functions in mammals are redundant with those of the other member of the MLK family, Mlk3.

La bactérie Streptococcus pneumoniae peut provoquer de sérieuses pathologies chez l'homme telles que des pneumonies, méningites ou septicémies. L'étude de cette bactérie constitue donc un enjeu de santé publique international. Ces dernières années, il a été mis en évidence que les bactéries exprimaient des Sérine/Thréonine Protéine‐Kinases de type eucaryote (STPKs) et que ces dernières intervenaient dans la régulation de nombreux processus cellulaires. Une approche prometteuse serait donc de cibler les mécanismes de régulation contrôlés par les STPKs pour lutter contre les infections à pneumocoque. L'analyse du génome de S. pneumoniae a montré que cette bactérie possède un seul gène codant pour une STPK, la protéine StkP. Mes travaux de thèse ont montré que StkP est un acteur majeur de la division cellulaire et de la morphogenèse du pneumocoque. J'ai montré que son activité kinase est dépendante de la protéine GpsB et qu'elle phosphoryle spécifiquement plusieurs protéines dont la protéine de division DivIVA. L'ensemble de mes travaux permet de proposer un modèle dans lequel la triade StkP/GpsB/DivIVA régulerait finement la division et l'élongation cellulaire du pneumocoque. À plus long terme, ces travaux pourront servir de base à des études plus structurales pour développer des molécules bloquant les processus dépendants de la phosphorylation assurée par StkP, et générer ainsi de nouvelles molécules affectant le pouvoir pathogène du pneumocoque / The bacterium Streptococcus pneumoniae is the causative agent of several diseases such as pneumonia, meningitis or septicemia. The study of this bacterium represents thus an international health challenge. Over the last decade, bacteria have been shown to produce eukaryotic‐like Serine/Threonine Protein‐Kinases (STPKs) that are involved in the regulation of several cellular processes. A promising approach would be to target the regulatory mechanisms controlled by STPKs to combat pneumococcal infections. The pneumococcus possesses a single gene encoding for a STPK, the protein StkP. The aim of my work was to characterize the biological function of StkP. My work shows that StkP plays crucial roles in the cell division and morphogenesis of S. pneumoniae. I show that the cell division protein GpsB is required for the kinase activity of StkP that, in turn, specifically phosphorylates the cell division protein DivIVA. Altogether, I propose a model in which the StkP/GpsB/DivIVA triad finely tunes S. pneumonia cell division and elongation. These data could provide the basis for future structural studies to develop specific inhibitors of StkP‐mediated phosphorylation and affecting pneumococcal virulence