Secretory Phospholipase A2 (sPLA2) represents a diverse class of roughly 20 enzymes, 12 of which have been identified in humans. These isoforms can be distinguished based on their tissue distribution, structure, and regulation. These differences in structure between the isoforms lead to the question does the enzyme's ability to respond to physical changes in the membrane during apoptosis governed by structure. S49 cell apoptosis was initiated by treatment with either the glucocorticoid dexamethasone (6–48 h) or with the calcium ionophore, ionomycin. The rates of hydrolysis were compared with each treatment condition for various concentrations of snake venom and human groups (hG) IIA, V, and X isoforms. The data were analyzed using a model that explicitly evaluates both the adsorption of enzyme to the membrane surface (step 1) and subsequent binding of substrate to the active site (step 2). Increased hydrolysis during apoptosis appeared to reflect step 2 for both the snake venom and the hGX enzymes. In contrast, apoptosis promoted step 1 for hGV. For hGIIA, the kinetics were more complex suggesting additional mechanisms beyond these two steps. These observations are rationalized in terms of the structure of the various isozymes and physical changes during apoptosis, including reduction in the strength of lipid/neighbor interactions and increased bilayer surface charge.

Les processus qui mènent à la découverte de nouveaux médicaments sont longs et fastidieux, et les taux de succès sont relativement faibles. L’identification de candidats par le biais de tests expérimentaux s’avère coûteuse, et nécessite de connaître en profondeur les mécanismes d'action de la protéine visée afin de mettre en place des essais efficaces. Le criblage virtuel peut considérablement accélérer ces processus en permettant une évaluation rapide de chimiothèques de plusieurs milliers de molécules afin de déterminer lesquelles sont les plus susceptibles de se lier à une cible. Ces dernières années ont ainsi été témoins de quelques success stories dans ce domaine.Le premier objectif de ce travail était de comparer différents outils et stratégies couramment utilisés dans le criblage virtuel “structure-based”, puis de les appliquer à des cibles protéiques à visée thérapeutique, en particulier dans le cadre du cancer.La protéine kinase GSK3 et un test set de ligands connus ont servi de modèle pour différentes études méthodologiques ayant pour but d’évaluer les programmes de docking et de scoring à notre disposition. En particulier, l’utilisation de plusieurs structures relaxées du récepteur ou l’insertion de torsions sur certains résidus du site actif pendant le docking ont permis d’évaluer l’influence de la flexibilité de la protéine. L’utilité et la pertinence d’outils permettant de générer automatiquement les structures 3D des ligands et de méthodes de consensus scoring ont également été étudiées.Un criblage virtuel de la Pontine, une ATPase impliquée dans la croissance tumorale pour laquelle aucun inhibiteur n’était connu, a permis la sélection de candidats issus de banques de données commerciales. Ces molécules ont été testées dans un essai enzymatique par le biais d’une collaboration, et quatre d’entre elles se sont révélées capable d’inhiber l’activité ATPase de la Pontine. Le criblage de bases de ligands synthétisés et imaginés dans l’équipe a également fourni un inhibiteur original. Au contraire, l’étude de la sPLA2-X humaine, une phospholipase dont l’activité catalytique est dépendante d’un atome de Ca2+ localisé au sein du site actif, a montré les limites de nos outils de docking qui n’ont pas été capables de gérer cet ion métallique et mis en évidence la nécessité de mettre en place d’autres outils. / The process of drug discovery is long and tedious. Besides, it is relatively inefficient in terms of hit rate. The identification of candidates through experimental testing is expensive and requires extensive data on the mechanisms of the target protein in order to develop efficient assays. Virtual screening can considerably accelerate the process by quickly evaluating large databases of compounds and determining the most likely to bind to a target. Some success stories have emerged in the field over the last few years.The objectives of this work were first, to compare common tools and strategies for structure-based virtual screening, and second, to apply those tools to actual target proteins implied notably in carcinogenesis.In order to evaluate the docking and scoring programs available, the protein kinase GSK3 and a test set of known ligands were used as a model to perform methodological studies. In particular the influence of the flexibility of the protein was explored via relaxed structures of the receptor or the insertion of torsions on the side chains of residues located in the binding site. Studies concerning the automatic generation of 3D structures for the ligands and the use of consensus scoring also provided insights on the usability of these tools while performing a virtual screening.Virtual screening of the human protein Pontin, an ATPase implied in tumor cell growth for which no inhibitors were known, allowed the prioritization of compounds from commercial databases. These compounds were tested in an enzymatic assay via a collaboration, and led to the identification of four molecules capable of inhibiting the ATPase activity of Pontin. Additional screens of in-house oriented databases also provided at least one innovative inhibitor for this protein. On the contrary, a study of the human PLA2-X, a phospholipase that requires a Ca2+ atom to bind to its active site in order to catalyze the hydrolysis of its substrate, revealed the limits of our docking tools that could not handle the metal ion and the need for new tools.

Le spermatozoïde est une cellule hautement spécialisée qui doit être capable de réaliser des fonctionsspécifiques pour être capable de féconder un ovocyte. Il doit être capable de réaliser une réactionacrosomique qui consiste en l’exocytose d’une vésicule géante de sécrétion attachée au noyau. Cettevésicule contient des enzymes qui vont permettre au spermatozoïde de traverser la zone pellucide quientoure l’ovocyte. Mon travail a consisté à étudier l’effet d’une des enzymes contenue dansl’acrosome, la sPLA2 de mammifère de groupe X (mGX). C’est la seule phospholipase demammifères parmi les 5 testées qui a un effet d’inhibition sur une population spécifique despermatozoïdes ayant une mobilité diminuée. Mon travail a ainsi confirmé la spécificité de cettephospolipase sur la régulation de la physiologie spermatique. Dans un deuxième temps, j’ai participéà la découverte du gène DPY19L2 impliqué dans une infertilité masculine rare, la globozoospermie.La globozoospermie se caractérise par des spermatozoïdes ayant une tête ronde dépourvued’acrosome. Le gène DPY19L2 est spécifiquement exprimé dans les testicules, il est absent chez80% des patients globozoospermiques. J’ai caractérisé le rôle de cette protéine et montré qu’elle estimpliquée dans l’attachement de l’acrosome au noyau. J’ai pu montrer que cette protéine appartient àla membrane nucléaire interne où elle interagit avec la protéine Sun5, une protéine qui appartientaussi à la membrane nucléaire interne et dont l’expression est spécifique à la spermiogénèse. Sun5est impliquée dans la formation de complexes LINC (Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton)qui permettent de relier le cytosquelette au nucléosquelette, constitué entre autres par les lamines. Lerôle de DPY19L2 pourrait permettre de stabiliser l’ancrage de la protéine SUN5 afin de transmettreles forces exercées par le cytosquelette au noyau de la spermatide. DPY19L2 appartient à une famillede protéines DPY19L1 à L4 dont les fonctions restent encore peu caractérisées. Une étude récentemontre qu’une diminution de l’expression de Dpy19l1 chez la souris entraîne un défaut de migrationdes neurones glutamatergiques sur la glie radiale. Mon travail a montré l’importance de DPY19L2dans le contrôle des interactions noyau-cytosquelette et devrait permettre de mieux comprendre lerôle des autres protéines de cette famille dans divers organes. / The spermatozoon is a highly specialized cell that must be able to perform specific functions tofertilize the oocyte. It must be able to perform the acrosome reaction, an exocytosis of a giant vesicleof secretion, attached to the nucleus. This vesicle contains enzymes that allow the sperm to penetratethe zona pellucida surrounding the oocyte. The aim of my work was first to study the effect of anenzyme present in the acrosome, the sPLA2 of group X in mouse (mGX). This is the onlymammalian phospholipase among the five tested that has an inhibitory effect on sperm specificpopulation with low mobility. My work has confirmed the specificity of this phospolipase on theregulation of sperm physiology. Second, I participated in the discovery of the gene DPY19L2involved in male infertility, globozoospermia. The globozoospermia is characterized by round headspermatozoa without acrosome. DPY19L2 gene is specifically expressed in the testis and is absent in80% of globozoospermic patients. I then identified the role of this protein, which is involved in theattachment of the acrosome to the nucleus. I showed that this protein belongs to the inner nuclearmembrane where it likely interacts with the protein sun5 which also belongs to the inner nuclearmembrane and whose expression is specific to spermiogenesis. Sun5 is involved in the complexformation, called LINC that connects the cytoskeleton to the nucleoskeleton lamina. The role ofDpy19l2 could help stabilizing the anchoring of protein sun5 in order to transmit the forces exertedby the cytoskeleton to the nucleus of the spermatid during acrosome spreading. Dpy19l2 belongs to aprotein family containing 4 members, Dpy19l1 to l4, which has not been poorly studied so far. Arecent study shows that the knock-down of Dpy19l1 resulted in defective glutamatergics neuronsmigration on the radial glia. The results obtained during my work would improve the knowledge ofCytoskeleton-nucleoskeleton interaction, and give new insight on this new family of proteins.

Les phospholipases A catalysent sélectivement l'hydrolyse de la liaison ester des glycérophospholipides dans la position sn-1 (PLA1) et sn-2 (PLA2), libérant des acides gras et des lysophospholipides. Nous avons identifié des PLAs à partir des champignons/actinomycètes isolés des environnements du Mexique. Dans la 1ère partie, une méthode colorimétrique à haut débit pour la détection générale de l'activité PLA (cHTS-PLA) avec la PC comme substrat et le rouge crésol a été développée. L'analyse rRNA 16S des souches productrices des PLAs a démontrant qu'elles appartiennent aux genres Streptomyces et Aureobasidium. La production des PLAs a été mise en œuvre utilisant la fermentation en milieu solide avec la PC comme inducteur et la bagasse de canne à sucre comme support. Globalement, cette étude a contribué à la découverte des nouvelles PLA et au criblage des PLAs à haut débit dans les extraits microbiens / Phospholipase A are lipolytic enzymes that hydrolyze selectively the ester bond of glycerophospholipid substrates at the sn-1 (PLA1) and sn-2 (PLA2) position, respectively, releasing free fatty acids and lysophospholipids. We identified new PLAs from fungi and actinomycetes isolated from Mexican environments. Firstly, we implemented an agar-plate method containing rhodamine 6G and phosphatidylcholine (PC) for the primary screening. Then, a colorimetric high-throughput screening assay for general PLA activity detection (cHTS-PLA) using PC substrate and cresol red was developed. According to 16S rRNA analysis, PLA producing strains were mostly belonging to Streptomyces and Aureobasidium genus. Production of PLAs was implemented by solid-state fermentation with PC as inductor and sugar-cane bagasse as support. Overall, this study has contributed to the discovery of new microbial PLAs and to pave the way toward the HTS of PLA activity in microbial extracts

Secretory phospholipase A2 (sPLA2) is an important part of apoptosis and disposal of damaged and dying cells. However, healthy cells are not susceptible to attack by sPLA2. Recent studies have focused on membrane properties necessary to induce susceptibility in both artificial and biological membranes. Hydrolysis of phospholipids by sPLA2 requires at least two preliminary steps: first, adsorption of the enzyme to the cellular membrane, and second, movement of a phospholipid into the active site of the enzyme. We determined the effects of susceptibility on each of the two steps and determined the contributions changing the equilibrium constants have on susceptibility. The equilibrium constant for step one increased by a factor of 2 during susceptibility, while the equilibrium constant for step two increased by a factor of 4. The rise in the second equilibrium constant caused the majority of the change in hydrolysis rate seen during susceptibility; the influence of the first equilibrium constant is minimal. We confirmed these results with adsorption studies (assessment of the first step). We additionally found that sPLA2 has a high affinity for the cellular membrane and that only a small percentage (3-5%) of the membrane is covered when all adsorption sites are filled by the enzyme. We proposed a mathematical model describing the mechanism of action of sPLA2, and we were able to experimentally justify the assumptions made in the model.

Orientador: Marcos Hikary Toyama / Resumo: A giroxina é a principal serino protease encontrada no veneno total de Crotalus durissus terrificus. As serino proteases de veneno de serpentes são proteínas que apresentam uma grande similaridade estrutural com a trombina humana incluindo a alta conservação do sitio catalítico. Os resμltados já obtidos pelo nosso grupo revelaram a capacidade dos flavonoides glicosilados de Laguncularia racemosa em reduzir de forma significativa a atividade enzimática das trombinas humanas. A identificação destas molécμlas revelou que dois flavonoides glicosilados (quercetina-3-O-arabinosidio (QAra) e quercetina-3-O-ramnosidio (QRham)) respondem pela inibição da trombina (Rodrigues et al., 2015). Sabe-se que a soroterapia antiveneno não consegue neutralizar de forma eficiente a ação farmacológica das serino proteases e consequentemente não é capaz de neutralizar os danos homeostáticos e teciduais. Neste trabalho, uma nova serino protease foi isolada do veneno total de Crotalus durissus terrificus (cdtsp-2) através de quatro estapas de separação, usando a superdex 75 com uma fase móvel de bicarbonato de amônia pH 8, a cdtsp-2 Estas duas frações foram então fracionadas em coluna de troca iônica em DEAE para separação das principais frações e posteriormente fracionadas em CLAE de fase reversa para confirmar o grau de homologia molecular e em todas as etapas cromatográfica foram acompanhadas pelos ensaios enzimáticos em BApNA. A nova serino protease denominada como Cdtsp-2 (Crotalus durissus terr... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Gyroxin is the major serine protease present in Crotalusdurissusterrificus venom. Serine proteases from snake venom are proteins, which exhibit a great structural similarity to hμMan thrombin including the catalytic site conservation. The resμlts already obtained by our group revealed the glycosylated flavonoidsability of Laguncμlariaracemosato significantly reduce the enzymatic activity of hμMan thrombins. The molecμles identification reveals two glycosylated flavonoids (quercetin-3-O-arabinosidiμM (QAra) and quercetin-3-O-rhamnosidiμM(QRham)), which inhibit thrombin (Rodrigues et al., 2015). Antivenomserotherapycan not efficiently neutralize the serine proteases pharmacological action and is not able to neutralize homeostatic and tissue damage. In this work, a new serine protease was isolated from Crotalusdurissusterrificusvenom (cdtsp-2) by throμgh four separation stages , using superdex 75 with a mobile phase of ammoniμM bicarbonate pH 8. These two fractions were fractionated on ion exchange colμMn in DEAE for separation of the major fractions and subsequently fractionated in reverse phase CLAE to confirm the degree of molecμlar homology.All chromatographic steps were monitored by the enzymatic assays in BApNA. The new serine protease called cdtsp-2 (Crotalusdurissusterrificus serine protease 2) is an unpublished protein, with a molecμlar mass of 27 kDa and its N-terminal sequence showed structural differences when compared to the gyroxin of Crotalusdurissusterrificus. Re... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Les phospholipases A2 sécrétées (sPLA2) font partie d’une grande famille d’enzymes impliquées dans la synthèse d’écosanoïdes, de chimiokines et dans l’expression de molécules d’adhérence. Ce groupe comprend dix isoformes différentes (sPLA2-IB, -IIA, -IIC, -IID, -IIE, -IIF, -III, -V, -X et XII) dont la majorité sont surexprimées en présence de molécules pro-inflammatoires telles que l’interleukine-1β (IL-1 β) et le lipopolysaccharide bactérien (LPS). La sPLA2-IIA fut longtemps considérée comme la principale sPLA2 associée à l’inflammation. Toutefois, un nombre grandissant d’études suggère l’implication d’autres isoformes dans la réponse inflammatoire. Étant donné la similarité structurelle des différentes isoformes de sPLA2, la majorité des inhibiteurs présentement disponibles sont non spécifiques et bloquent simultanément plus d’une sPLA2. De ce fait, encore peu de choses sont connues quant au rôle précis de chacune des sPLA2 dans la réponse inflammatoire. Ayant accès à des souris génétiquement modifiées n’exprimant pas la sPLA2-V (sPLA2-V-/-), nous avons donc investigué le rôle spécifique de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire induit par le LPS, ainsi que sa capacité à moduler l’expression de certaines molécules d’adhérence. Pour ce faire, nous avons utilisé le modèle inflammatoire de la poche d’air sous-cutanée. L’administration de LPS dans la poche d’air de souris contrôles (WT) entraîne un recrutement leucocytaire important. Cet appel de cellules inflammatoires est cependant significativement diminué chez les souris sPLA2-V-/-. De plus, l’expression des molécules d’adhérence VCAM-1 et ICAM-1 est également diminuée chez les souris sPLA2-V-/- comparativement aux souris WT. Nos résultats démontrent donc le rôle important de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire et l’expression de molécules d’adhérence induits par le LPS, confirmant ainsi l’implication de cette enzyme dans le processus inflammatoire. / Secretory phospholipases A2 (sPLA2s) are well known for their contribution in the biosynthesis of inflammatory eicosanoids. These enzymes also participate in the inflammatory process by regulating chemokine production and protein expression of adhesion molecules. The majority of sPLA2 isoforms are up-regulated by proinflammatory stimuli such as bacterial lipopolysaccharide (LPS), which predominantly increases the expression of group V sPLA2 (sPLA2-V). Furthermore, it has recently been shown that sPLA2-V is a critical messenger in the regulation of cell migration during allergic airway responsiveness. Herein, we investigated the effect of sPLA2-V on LPS-mediated leukocyte recruitment and its capacity to modulate adhesion molecule expression. We conducted our study in the murine air pouch model, using sPLA2-V null mice (sPLA2-V-/-) and control wild-type (WT) littermates. We observed that LPS (1 μg/mL)-mediated leukocyte migration in sPLA2-V-/- was attenuated by 52 and 86% after 6 and 12 hours of treatment, respectively, as compared to WT mice. In WT mice, treatment with the cell-permeable sPLA2 inhibitor (12-epi-scalaradial; SLD) reduced LPS-mediated leukocyte recruitment by 67%, but had no additional inhibitory effect in sPLA2-V-/- mice. Protein analyses from the air pouch skin were carried out upon LPS-challenge, and the expression of intercellular adhesion molecule (ICAM)-1 and vascular cell adhesion molecule (VCAM)-1 were both significantly reduced in sPLA2-V-/- mice as compared to control WT mice. Together, our data demonstrate the role of sPLA2-V in LPS-induced ICAM-1 and VCAM-1 protein overexpression and leukocyte recruitment, supporting the contribution of sPLA2-V in the development of inflammatory innate immune responses.

Les phospholipases A2 sécrétées (sPLA2) font partie d’une grande famille d’enzymes impliquées dans la synthèse d’écosanoïdes, de chimiokines et dans l’expression de molécules d’adhérence. Ce groupe comprend dix isoformes différentes (sPLA2-IB, -IIA, -IIC, -IID, -IIE, -IIF, -III, -V, -X et XII) dont la majorité sont surexprimées en présence de molécules pro-inflammatoires telles que l’interleukine-1β (IL-1 β) et le lipopolysaccharide bactérien (LPS). La sPLA2-IIA fut longtemps considérée comme la principale sPLA2 associée à l’inflammation. Toutefois, un nombre grandissant d’études suggère l’implication d’autres isoformes dans la réponse inflammatoire. Étant donné la similarité structurelle des différentes isoformes de sPLA2, la majorité des inhibiteurs présentement disponibles sont non spécifiques et bloquent simultanément plus d’une sPLA2. De ce fait, encore peu de choses sont connues quant au rôle précis de chacune des sPLA2 dans la réponse inflammatoire. Ayant accès à des souris génétiquement modifiées n’exprimant pas la sPLA2-V (sPLA2-V-/-), nous avons donc investigué le rôle spécifique de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire induit par le LPS, ainsi que sa capacité à moduler l’expression de certaines molécules d’adhérence. Pour ce faire, nous avons utilisé le modèle inflammatoire de la poche d’air sous-cutanée. L’administration de LPS dans la poche d’air de souris contrôles (WT) entraîne un recrutement leucocytaire important. Cet appel de cellules inflammatoires est cependant significativement diminué chez les souris sPLA2-V-/-. De plus, l’expression des molécules d’adhérence VCAM-1 et ICAM-1 est également diminuée chez les souris sPLA2-V-/- comparativement aux souris WT. Nos résultats démontrent donc le rôle important de la sPLA2-V dans le recrutement leucocytaire et l’expression de molécules d’adhérence induits par le LPS, confirmant ainsi l’implication de cette enzyme dans le processus inflammatoire. / Secretory phospholipases A2 (sPLA2s) are well known for their contribution in the biosynthesis of inflammatory eicosanoids. These enzymes also participate in the inflammatory process by regulating chemokine production and protein expression of adhesion molecules. The majority of sPLA2 isoforms are up-regulated by proinflammatory stimuli such as bacterial lipopolysaccharide (LPS), which predominantly increases the expression of group V sPLA2 (sPLA2-V). Furthermore, it has recently been shown that sPLA2-V is a critical messenger in the regulation of cell migration during allergic airway responsiveness. Herein, we investigated the effect of sPLA2-V on LPS-mediated leukocyte recruitment and its capacity to modulate adhesion molecule expression. We conducted our study in the murine air pouch model, using sPLA2-V null mice (sPLA2-V-/-) and control wild-type (WT) littermates. We observed that LPS (1 μg/mL)-mediated leukocyte migration in sPLA2-V-/- was attenuated by 52 and 86% after 6 and 12 hours of treatment, respectively, as compared to WT mice. In WT mice, treatment with the cell-permeable sPLA2 inhibitor (12-epi-scalaradial; SLD) reduced LPS-mediated leukocyte recruitment by 67%, but had no additional inhibitory effect in sPLA2-V-/- mice. Protein analyses from the air pouch skin were carried out upon LPS-challenge, and the expression of intercellular adhesion molecule (ICAM)-1 and vascular cell adhesion molecule (VCAM)-1 were both significantly reduced in sPLA2-V-/- mice as compared to control WT mice. Together, our data demonstrate the role of sPLA2-V in LPS-induced ICAM-1 and VCAM-1 protein overexpression and leukocyte recruitment, supporting the contribution of sPLA2-V in the development of inflammatory innate immune responses.