La maturation des collagènes fibrillaires est régulée par la libération protéolytique des propeptides qui conduit à la formation spontanée de fibres, à partir des molécules de collagène mature. Les fibres de collagène ainsi formées confèrent résistance et solidité aux tissus. Les métalloprotéases Tolloïdes sont les principales enzymes responsables de la maturation C-terminale des procollagènes. Ces protéases possèdent de nombreux autres substrats et se distinguent par un mode de régulation original, l’utilisation de régulateurs « substrats-spécifiques », qui leur permet de moduler leur activité vis-à-vis de ces différents substrats. Parmi ces régulateurs, les Procollagen C-Proteinase Enhancers (PCPE-1 et 2) semblent jouer un rôle important car ils augmentent l’activité de clivage du C-propeptide des procollagènes jusqu’à 20 fois. Même si PCPE-1 a été découvert en 1985, son mode d’action n’est toujours pas compris. Le principal objectif de cette thèse était donc de mieux comprendre le mécanisme de l’activation. Nous avons commencé par identifier la région minimale de PCPE-1 capable d’activer les Tolloïdes et démontré une très forte coopérativité entre les domaines de cette région. Par ailleurs, nous avons mis en évidence, pour la première fois, un nouveau rôle physiologique pour le domaine C-terminal de PCPE-1 (NTR). Concernant les autres partenaires du complexe de maturation, nous avons observé une interaction d’affinité modérée entre PCPE-1 et la protéase Tolloïde appelée BMP-1 et montré que PCPE-1 se fixe uniquement sur la partie C-terminale du procollagène. Enfin, nous avons mis en évidence que d’autres métalloprotéases, les Méprines, pourraient également jouer un rôle dans la maturation de collagènes fibrillaires en étant régulées négativement par les PCPEs. L’ensemble de ces résultats nous a permis de proposer un nouveau schéma d’interaction pour les PCPEs et de faire de nouvelles hypothèses concernant leur mécanisme d’action / The maturation of fibrillar collagens is a tightly regulated process controlled by two proteolytic cleavages that remove the propeptide regions from procollagen precursors leading to spontaneous assembly of mature collagen molecules into fibrils. These fibrils provide tensile strength and toughness to connective tissues and consequently to the organism itself. The group of extracellular metalloproteinases mostly responsible for procollagen processing are the tolloids. As these enzymes have several functions other than procollagen processing, their activities on different substrates are controlled by a growing number of substrate-specific regulators. The most prominent of these regulators are the procollagen C-proteinase enhancers (PCPEs), of which PCPE-1 is a 55 kDa glycoprotein composed of two CUB and a C-terminal NTR domain, which is capable of enhancing the proteolytic activity of tolloids up to 20-fold. Even though PCPE-1 has been known since 1985 the molecular mechanism of enhancement is still unclear. The aim of this thesis was to understand and characterize this mechanism with the aid of biochemical and biophysical methods. We have identified the minimal unit responsible for enhancing activity. In addition, we propose a mechanism for how the subdomains responsible for enhancement cooperatively bind to procollagen substrates. Furthermore, we have for the first time been able to identify a possible physiological function of the NTR domain. Also, we have identified meprins as new players involved in procollagen processing and this has given valuable insights in the mechanism of action of PCPEs. Finally, we have been able to demonstrate that the interaction of PCPE-1 with procollagen is mostly limited to the C-propeptide region. Based on these findings we propose a new hypothetical interaction mechanism for PCPE-1

Les protéases Tolloïdes constituent un groupe de métalloprotéases extracellulaires comptant quatre membres chez les mammifères (BMP-1, mTLD, mTLL-1 et mTLL-2). Ces protéases jouent un rôle majeur dans le développement et la réparation tissulaire, ainsi que dans certaines pathologies comme les fibroses. En 2006, le premier inhibiteur endogène des protéases Tolloïdes a été identifié chez le xénope et le poisson zèbre. Il s'agit de la protéine Sizzled, qui appartient à la famille des secreted Frizzled-Related proteins (sFRPs). Le travail présenté dans ce manuscrit suggère que ce mécanisme d'inhibition des protéases Tolloïdes par les sFRPs n'est pas conservé chez les mammifères. En effet, trois des cinq sFRPs de mammifères ont été testées (sFRP1, sFRP2 et sFRP4), et aucune d'entre elles ne s'est avérée capable d'inhiber l'activité de la protéase BMP-1 humaine in vitro. Ce travail montre toutefois que les protéases BMP-1, mTLD et mTLL-1 humaines peuvent être inhibées de façon puissante et spécifique par la protéine Sizzled de xénope. Cette inhibition repose sur l'interaction du domaine Frizzled de Sizzled avec le domaine catalytique des protéases Tolloïdes. Plus particulièrement, les résidus Asp-92, Phe-94, Ser-43 et Glu-44 de Sizzled (dont certains ne sont pas présents chez les sFRPs de mammifères) jouent un rôle crucial dans cette inhibition. Enfin, nous nous sommes intéressés au variant long du collagène XVIII, qui comporte également un domaine Frizzled. Nous avons pu montrer que BMP-1 clive le collagène XVIII in vitro, libérant un fragment contenant le domaine Frizzled. Des expériences sont en cours pour déterminer si ce fragment est capable d'inhiber les protéases Tolloïdes / Tolloid proteinases constitute a group of extracellular metalloproteinases which includes four members in mammals (BMP-1, mTLD, mTLL-1, mTLL-2). These proteinases play major roles in development, tissue repair and related pathological conditions such as fibrosis. In 2006, the first endogenous inhibitor of Tolloid proteinases was identified in Xenopus and zebrafish. This inhibitor, called Sizzled, is a member of the secreted Frizzled- related proteins (sFRPs). The present study strongly suggests that inhibition of Tolloid proteinases activity by sFRPs is not conserved in mammals. Indeed, three of the five mammalian sFRPs were tested (sFRP1, sFRP2 and sFRP4) and none of them was found to inhibit human BMP-1 activity in vitro. In contrast, this study demonstrates that Xenopus Sizzled is a potent and specific inhibitor of human BMP-1, mTLD and mTLL-1. This inhibition involves an interaction between the Frizzled domain of Sizzled and the catalytic domain of Tolloid proteinases. More precisely, residues Asp-92, Phe-94, Ser-43 and Glu-44 of Sizzled (among which only Asp-92 is conserved in mammalian sFRPs) play a crucial role in Tolloid proteinase inhibition. Finally, we studied the longest isoform of collagen XVIII, which also contains a Frizzled domain. We found that BMP-1 can cleave collagen XVIII in vitro, resulting in a Frizzled domain-Containing fragment. Experiments are in progress to determine if this fragment can also inhibit Tolloid proteinase activity