Le TGF-β (Transforming growth factor-β) régule de nombreux processus cellulaires et la dérégulation de la signalisation du TGF-β est associée à divers troubles vasculaires. Dans le laboratoire du Dr Génot, le TGF-β a été découvert comme étant le facteur capable d’induire la formation de podosomes organisés en superstructures, appelées rosettes, dans les cellules endothéliales aortiques. Les podosomes sont des structures à base d’actine, formées de façon transitoire, capables de dégrader la matrice extracellulaire (MEC). Dans ce projet, nous avons étudié les récepteurs du TGF-β et les mécanismes moléculaires associés, impliqués dans la formation des podosomes en réponse au TGF-β dans le modèle des cellules endothéliales aortiques bovines primaires (BAEc). Deux types de récepteurs du TGF-β de type I (TβRI), ALK5 et ALK1, régulent les réponses au TGF-β dans les cellules endothéliales, ALK5 étant un récepteur ubiquitaire et ALK1 étant un récepteur dont l’expression est restreinte aux cellules endothéliales. Ces deux récepteurs contrôlent l'activation de protéines Smads distinctes et réagissent à la stimulation par le TGF-β. ALK5 active Smad2/3 et ALK1 active Smad1/5/8. BMP9 est un autre ligand d’ALK1. ALK1 n'active pas Smad2/3 dans les BAEc et BMP9 inhibe la formation des podosomes induite par le TGF-β. La stimulation de Smad1/5/8 par le traitement au TGF-β est induite par la signalisation du complexe ALK1/ALK5. En utilisant une approche à base de siRNA ciblant l’un ou l’autre des TβRI, l’induction des podosomes par le TGF-β est supprimée. Cependant, la transfection des TβRI constitutivement actifs (CA) a montré que l’expression du CA-ALK5 se substitue au TGF-β pour induire des podosomes alors que l'expression du CA-ALK1 est inefficace. Concernant la signalisation en aval des TβRI, l'implication des protéines Smads a également été étudiée dans la régulation du processus. La diminution d’expression de Smad3 abolit complètement la formation des podosomes induite par le TGF-β alors que la déplétion des protéines Smad1 ou Smad5 augmente leur formation. La surexpression des protéines Smad2 ou Smad3, elles aussi, dans une certaine mesure, se substituent aux signaux du TGF-β, alors que la surexpression de Smad1 diminue la formation des podosomes en réponse au TGF-β. Le TGF-β est également capable de moduler la formation d'un autre type de structure d'actine appelée étoiles d’actine. Le nombre de cellules présentant des étoiles d'actine diminue avec le traitement au TGF-β. Cependant, dans les cellules déficientes en Smad3, la formation de ces étoiles d’actine semble être stimulée par le TGF-β. Dans les BAEc, la rigidité ainsi que les protéines de la MEC semblent aussi moduler la formation des podosomes et des étoiles d'actine. Ces travaux démontrent que, bien que le TGF-β stimule à la fois ALK5 et ALK1, la signalisation d’ALK5 induit la formation des podosomes et la signalisation d’ALK1 atténue ce signal. Les voies canoniques, par l’intermédiaire de la régulation des protéines Smads, contribuent à la formation des podosomes induits par le TGF-β dans les BAEc. / Transforming growth factor-β (TGF-β) regulates a wide array of cellular processes and deregulation of TGF-β signalling is associated with various vascular disorders. In the Lab of Dr. Génot it was discovered that TGF-β induces the formation of podosomes organised in superstructures called rosettes, in aortic endothelial cells. Podosomes are transient actin-based structures able to degrade the extracellular matrix (ECM). In this project we have studied TGF-β receptors and associated molecular mechanisms underlying podosome formation in response to TGF-β in primary bovine aortic endothelial cells (BAEc). Two types of TGF-β type I receptors (TβRI), ALK5 and ALK1, regulate TGF-β responses in endothelial cells. ALK5 being an ubiquitous receptor and ALK1 being endothelial cell specific. Both ALK5 and ALK1 receptors control the activation of distinct Smad proteins, and both are responsive to TGF-β stimulation. ALK5 activates Smad 2/3 and ALK1 activates Smad 1/5/8. BMP9 is another ligand for ALK1. ALK1 doesn’t activate Smad2/3 in BAEc and ALK1 inhibits TGFβ-induced podosome formation. Smad1/5/8 stimulation by TGF-β treatment is induced through ALK1/ALK5 complex signalling. Using a knockdown approach, at the TβRI level, TGF-β induction of podosomes was inhibited. However, transfection of constitutively active (CA) TβRI showed that CA-ALK5 expression bypassed the TGF-β requirement for podosome induction whereas CA-ALK1 expression was ineffective. Looking downstream of TβRI signalling, the involvement of Smad proteins was also analysed in terms of podosome formation. Smad3 depletion completely abolished TGFβ-induced podosome formation whereas depletion of Smad1 or Smad5 proteins enhanced the TGFβ-induced podosome response. When overexpressed, Smad2 or Smad3, to some extent, bypassed TGFβ signals, whereas Smad1 overexpression diminished the TGFβ-induced podosome response. TGF-β also modulated the formation of another type of actin structure named actin-stars. The number of cells presenting actin-stars decreased with TGF-β treatment. However, in Smad3 depleted cells the formation of these actin-stars seemed to be stimulated by TGF-β. In BAEc stiffness and ECM proteins also seemed to modulate podosome and actin star formation. This project establishes that although TGF-β stimulates both ALK5 and ALK1, ALK5 signalling triggers podosome formation and ALK1 mitigates this signal. The canonical pathways through Smad protein regulation are important for TGF-β induced podosome in BAEc.

Gastrulation is the process by which the three germ layers are generated during vertebrate development. Nodal ligands, which form a subgroup of the Transforming Growth Factor β (TGFβ) superfamily, regulate the expression several transcription factors implicated in gastrulation. Among these are the paired-like homeodomain transcription factors Goosecoid (Gsc) and Mixl1. At the molecular level, Gsc has been described to function as a transcriptional repressor by directly binding to paired homedomain binding sites on target promoters. Here, I describe a novel mechanism of transcriptional repression by Gsc. Using a molecular and embryological approach, I demonstrate that the forkhead transcription factor Foxh1, a major transducer of Nodal signaling, associates with Gsc which in turn recruits histone deacetylases to negatively regulate Mixl1 expression during early mouse development. Post-translational modification of transcription factors by SUMO proteins represents an important mechanism through which their activity is controlled. Here, I also demonstrate that Gsc is sumoylated in mammalian cells by members of the PIAS family of proteins and this modification potentiates the repressive activity of Gsc on direct targets such as the Xbra and Gsc promoters, but not on indirect targets such as Mixl1. Taken together, work presented in this thesis describes two novel mechanisms of transcriptional repression by Gsc.

Gastrulation is the process by which the three germ layers are generated during vertebrate development. Nodal ligands, which form a subgroup of the Transforming Growth Factor β (TGFβ) superfamily, regulate the expression several transcription factors implicated in gastrulation. Among these are the paired-like homeodomain transcription factors Goosecoid (Gsc) and Mixl1. At the molecular level, Gsc has been described to function as a transcriptional repressor by directly binding to paired homedomain binding sites on target promoters. Here, I describe a novel mechanism of transcriptional repression by Gsc. Using a molecular and embryological approach, I demonstrate that the forkhead transcription factor Foxh1, a major transducer of Nodal signaling, associates with Gsc which in turn recruits histone deacetylases to negatively regulate Mixl1 expression during early mouse development. Post-translational modification of transcription factors by SUMO proteins represents an important mechanism through which their activity is controlled. Here, I also demonstrate that Gsc is sumoylated in mammalian cells by members of the PIAS family of proteins and this modification potentiates the repressive activity of Gsc on direct targets such as the Xbra and Gsc promoters, but not on indirect targets such as Mixl1. Taken together, work presented in this thesis describes two novel mechanisms of transcriptional repression by Gsc.

L'efficacité des matériaux utilisés pour favoriser la régénération osseuse dépend entre autres de leur capacité d'interaction avec le tissu environnant. Ainsi, des peptides d'adhésion contenant la séquence Arginine-Glycine-Acide aspartique (RGD) sont parmi les plus utilisés pour favoriser 1'attachement des cellules osseuses au matériau. Les facteurs de croissance, dont les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs), jouent également un rôle clé dans le processus de différenciation et de fonctionnement des cellules osseuses. La BMP-2 approuvée par la Food and Drug Administration aux États-Unis dans le cadre d'un système de libération est déjà actuellement utilisée cliniquement pour accroître la régénération osseuse. De plus, la BMP-9 a récemment suscité un grand intérêt en raison de son potentiel ostéogénique supérieur à celui de la BMP-2. Néanmoins, peu d'études se sont intéressées à l'influence des peptides d'adhésion sur la réponse cellulaire aux BMPs. Le principal objectif de ce travail de doctorat a donc été de fonctionnaliser un polymère par des peptides d'adhésion et de déterminer son impact sur la capacité de préostéoblastes de souris MC3T3-E1 à répondre à la BMP-2 et à la BMP-9. Cette étude s'est tout d'abord intéressée à la synthèse et à la caractérisàtion d'un film de polycaprolactone (PCL) fonctionnalisé par un peptide dérivé de la sialoprotéine osseuse qui contient 15 acides aminés dont la séquence RGD (pRGD). La fonctionnalisation a consisté en une hydrolyse alcaline du film PCL suivie d'un greffage covalent du pRGD. Les films PCL hydrolysés ont adsorbé des protéines sériques adhésives fibronectine et vitronectine mais sans favoriser l'étalement des préostéoblastes MC3T3-E1. En absence de sérum, les films PCL-pRGD ont permis un étalement plus important des préostéoblastes MC3T3-E1 par rapport au PCL fonctionnalisé par le pRGE (peptide négatif) ou au PCL hydrolysé. Le PCL-pRGD a augmenté le niveau de phosphorylation de la FAK (Tyr 397 ), évènement nécessaire chez les préostéoblastes murins pour permettre leur différenciation en ostéoblastes matures. Ainsi, seules les cellules adhérant au PCL-pRGD ont répondu à la BMP-2 via une activation de la voie canonique des Smads. Dans un deuxième temps, la stimulation des préostéoblastes par la BMP-2 et/ou BMP-9 a été déterminée sur PCL-pRGD. L'EC50 pour chacune des BMPs a tout d'abord été évaluée afin de choisir la concentration optimale à utiliser lors de la combinaison des BMP-2/BMP-9. Tandis que la BMP-2 a induit une phosphorylation des Smad1/5/8 dès 30 min, la BMP-9 a engendré un retard d'activation à 4 h. Cette observation était concomitante avec une diminution de la ?-caténine. Par contre, aucune différence n'a été observée avec la BMP-2 et la BMP-9 en termes d'activation des MAPKinases. Néanmoins, tant la BMP-2 que la BMP-9 ont été capables d'induire la différenciation des préostéoblastes MC3T3-E1 sur PCL-pRGD telle que mis en évidence par la synthèse d' ARNm codant pour Dlx5, Ostérix ou l'ostéocalcine et l'augmentation de l'activité de l'alcaline phosphatase à 72h. Mais l'utilisation d'une combinaison de la BMP-2 avec la BMP-9 stabilisant la ?-caténine n'a pas permis d'obtenir un effet additif sur la différenciation, des activations semblables à celles de la BMP-2 utilisée seule ayant été alors observées. En résumé, l'utilisation de BMP-2 ou de BMP-9 en combinaison avec une surface fonctionnalisée par des peptides d'adhésion semble être une voie prometteuse pour favoriser la différenciation cellulaire. Cependant, cette étude montre également que la BMP-2 et la BMP-9 induisent des voies d'activation antagonistes au contact du PCL-pRGD. Elle met donc l'emphase sur la nécessité de mieux comprendre l'influence de la fonctionnalisation de matériaux par des peptides d'adhésion sur la réponse aux facteurs de croissance.

Les Bmps sont des morphogènes appartenant à la superfamille du Tgf-[beta] et sont impliqués dans plusieurs processus cellulaires tels que la prolifération, la migration, la différenciation et le maintien de l'homéostasie autant chez l'embryon que chez l'adulte. La liaison des Bmps aux récepteurs entraîne l'activation au niveau du cytoplasme de facteurs de transcription nommés les BR-Smads (Smadl, 5 et 8). Parmi les rôles attribués à la voie de signalisation des Bmps, très peu d'études ont démontré précisément quels BR-Smads médiaient ces rôles et fonctions. Une étude au sein de notre laboratoire avait préalablement caractérisé les rôles de la voie de signalisation des Bmps au niveau de l'épithélium intestinal suite à la délétion conditionnelle de Bmpr1a chez la souris. Nous avons voulu déterminer les rôles spécifiques de chaque BR-Smad au niveau de l'épithélium intestinal. Nous avons utilisé le système de délétion conditionnelle Cre/loxP afm d'effectuer la délétion individuelle de Smad1, Smad5 ou Smad8 strictement au sein des cellules épithéliales intestinales à l'aide de la Cre recombinase sous le contrôle du promoteur tronqué de la Villine . Des analyses de prolifération et de migration par incorporation de BrdU ont permis de démontrer que Smadl était impliqué dans le contrôle de la prolifération tandis que Smad5 était impliqué dans la migration des cellules épithéliales intestinales. Le marquage des différents types de cellules sécrétrices composant l'épithélium de l'intestin ont été effectués. Les résultats obtenus ont permis de démontrer que les rôles des Bmps dans la différenciation des cellules caliciformes seraient médiés par Smadl et Smad5 alors que Smadl serait le seul BR-Smad impliqué dans la différenciation des cellules de Paneth. Les défauts dans la détermination des cellules entéroendocrines observés chez les souris Bmpr1a[indice supérieur deltaCE1] n'ont pas été observés suite à la délétion individuelle de chacun des BR-Smads. Ce résultat suggère donc la présence d'une compensation entre les divers BR-Sxnads ou que les défauts de la détermination des cellules entéroendocrines nécessitent la perte de deux ou des trois BR-Smads en même temps. Nous avons également généré des modèles cellulaires stables exprimant diverses constructions de shARN contre chaque BR-Smad chez les cellules IEC-6. Les résultats obtenus in vitro confirment l'implication de Smadl dans le contrôle de la prolifération et le rôle de Smad5 dans la migration de cellules épithéliales intestinales. De plus, ces modèles cellulaires permettront l'étude plus approfondie des mécanismes impliqués dans la prolifération et la migration suite à la délétion de Smadl et Smad5 respectivement en plus de faciliter la combinaison de la perte de plusieurs BR-Smads en même temps. Les résultats obtenus démontrent que les BR-Smads ont des rôles distincts au niveau de la prolifération, de la migration et de la différenciation de l'épithélium intestinal, mais suggèrent également que les BR-Smads aient des rôles combinatoires et compensatoires entre eux dans certaines fonctions cellulaires. [symboles non conformes]

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Les protéines de la membrane nucléaire interne ainsi que les lamines, filaments intermédiaires nucléaires, jouent un rôle majeur dans l'assemblage et l'architecture du noyau. Ils interviennent aussi probablement dans le positionnement des chromosomes et influencent ainsi l'expression des gènes. Récemment, il a été montré que ces protéines sont mutées dans plusieurs pathologies. Notre objectif est de déterminer la structure tridimensionnelle des protéines de l'enveloppe nucléaire en complexe avec leurs partenaires biologiques afin de proposer des mécanismes moléculaires pour les pathologies correspondantes. Pendant ma thèse je me suis focalisée sur certaines protéines de l'enveloppe nucléaire : les lamines de type A, l'émerine et MAN1. Afin de comprendre les caractéristiques de l'interaction MAN1-R-Smads, j'ai caractérisé la région C-terminale de MAN1, responsable de la liaison. Cette région est composée d'un domaine N-terminal qui adopte un repliement structural de type WH qui lie l'ADN. La modélisation du complexe WH-ADN montre que les régions impliquées dans la liaison à l'ADN sont distinctes de celles prédites pour l'interaction avec les R-Smads. MAN1 peut donc lier simultanément les R-Smads et l'ADN. En parallèle, j'ai essayé de caractériser des interactions directes entre la partie C-terminale de la lamine de type A et l'émerine ou SREBP1. Nous n'avons pu confirmer ces interactions. J'ai aussi travaillé sur une nouvelle mutation de l'Ig fold de la lamine A, R439C, à l'origine d'une FPLD avec des symptômes progéroides. A un niveau moléculaire, la structure tridimensionnelle et la stabilité thermique de l'Ig fold sont similaires. Par contre, l'introduction d'une cystéine provoque la formation d'oligomères de l'Ig fold par les ponts disulfures qui affecte les propriétés d'interaction avec l'ADN. En conclusion, cette mutation pourrait être à l'origine d'un nouveau mécanisme pathologique des laminopathies.