Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont composés de deux gènes organisés en opéron retrouvés chez la quasi-totalité des bactéries ainsi que chez les archées. Ils ont été découverts sur des plasmides, où ils induisent une tuerie post-segregationnelle (PSK). En effet, l’antitoxine est instable car elle est dégradée par une protéase ATP dépendante. Lors de la réplication, si un plasmide portant un système TA n’est pas transmis à la cellule fille, celle-ci recevra tout de même une partie du cytoplasme de la cellule mère qui contenait des protéines de toxine et d’antitoxine. Cette dernière étant instable, et sans synthèse de novo, la toxine va se retrouver libre d’affecter sa cible cellulaire. Un système TA crée donc une addiction au plasmide qui le porte, stabilisant celui-ci.<p>Les systèmes TA se retrouvent également, dans un nombre de copies variable, au sein du chromosome. Dans ce cas, plusieurs hypothèses existent quant à leur fonction, comme la mort cellulaire programmée, la réponse au stress, la stabilisation de régions génomiques non essentielles, ou l’anti-addiction au plasmide.<p>L’origine et l’évolution des systèmes TA restent inconnues, alors qu’ils présentent des aspects intrigants. En effet, les toxines CcdB et MazF ont des séquences et des activités toxiques très différentes, malgré une structure proche ;les toxines RelE et ParE présentent des séquences proches, mais des fonctions différentes. À l’heure actuelle, les deux hypothèses concernant l’origine évolutive des systèmes TA sont soit qu’ils seraient tous issus d’un ancêtre commun, soit qu’ils auraient été réinventés plusieurs fois au cours de l’évolution, à partir d’un nombre limité de gènes.<p>Au cours de cette thèse, nous avons abordé la question de l’origine et l’évolution des systèmes TA de plusieurs manières :par la reconstruction de phylogénies et de séquences ancestrales, et par l’étude d’un système chromosomique particulier au sein de nombreuses souches d’Escherichia coli. Enfin, nous nous avons décidé d’analyser le contexte génomique des systèmes TA chromosomiques. Ces travaux ont notamment permis de mieux comprendre l’évolution des systèmes TA, et de conforter l’hypothèse selon laquelle ils seraient des éléments égoïstes, évoluant au sein des génomes sans gain d’aptitude pour l’hôte.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les canaux calciques de type T Cav3.2 sont des régulateurs clés des fonctions sensorielles, et de fait sont également des cibles intéressantes pour le développement de nouveaux composés analgésiques pour le traitement et le management de la douleur. Malgré de récentes avancées dans l’identification de petites molécules organiques ciblant la famille des canaux Cav3.x/Type T, il reste encore à identifier un inhibiteur spécifique de Cav3.2. Le venin d’araignées contient une large diversité de neurotoxines incluant des modificateurs de gating des canaux calciques. En utilisant des canaux calciques recombinants, nous avons procédé à un criblage d’une bibliothèque de venins et avons identifié un nouveau peptide de 28 acides aminés (Psp3Tx1). La forme synthétique de ce peptide a été utilisé pour déterminer son profil de selectivité sur un panel de membres proches de la famille des canaux calciques (Cav) et sodiques (Nav) dépendants du voltage. Le peptide est sélectif pour le canal Nav1.7 (une cible largement validée dans le contexte des pathologies de la douleur) avec un effet complémentaire sur Cav3.2 à de fortes doses. In vivo chez la souris, le peptide possède des propriétés analgésiques avec des effets anti-hyperalgésiques et anti-allodyniques dans un contexte de douleur neuropathique. Ce peptide possède également un pouvoir analgésique dans un contexte de douleur spontanée induit par un agoniste des canaux Nav1.7. Les résultats présentés dans cette thèse sont encourageants pour la mise en place d’un projet amenant Psp3Tx1 au niveau clinique. / The T-type calcium channel Cav3.2 emerges as a key regulator of sensory functions, and therefore is an interesting drug target to develop innovative analgesic compounds for improved chronic pain management. Despite recent advances in the identification of small organic molecules targeting the Cav3.x/T-type calcium channel family, to date specific Cav3.2 inhibitors remains to be identified. Spider venoms proved to contain a large diversity of neurotoxins including gating modifiers of calcium channels. Using recombinant Cav3.2 channels, we performed a screening of a Tarantula venom library and identified a new 28 amino acid peptide (Psp3Tx1). The synthetic form of the peptide was used to determine its selectivity profile over a panel of closely related members of the voltage gated calcium (Cav) and sodium (Nav) channels. The peptide proved to be selective for the Nav1.7 channel (largely validated target in the context of pain pathologies) with an additional effect on Cav3.2 at more elevated doses. In vivo in mice, the peptide demonstrated to be an efficient analgesic molecule with anti hyperalgesic and antiallodynic properties in the context of neuropathic pain. This peptide also possess analgesic properties in a context of spontaneous pain induced by a Nav1.7 agonist. The results presented in this thesis are encouraging for the setup of a project taking Psp3Tx1 into clinical tests.

L’acquisition de la fertilité chez les mammifères est le résultat d’un long processus de développement et de maturation de l’axe gonadotrope. Cette fonction cruciale à la survie des espèces est orchestrée par une poignée de cellules localisées au niveau de l’aire préoptique hypothalamique chez le rongeur, sécrétant la gonadotropin-releasing hormon (GnRH). La GnRH stimule la sécrétion de LH et de FSH par l’adénohypophyse, qui stimulent à leur tour les gonades. Les cellules à GnRH naissent dans l’épithélium voméronasal pendant le développement embryonnaire et migrent le long des axones voméronasaux pour atteindre l’hypothalamus. A la naissance le système est entièrement en place, toutefois il subira une phase de maturation avant d’atteindre la puberté, signant le début de la fertilité. Chez l’homme, un défaut de sécrétion de GnRH peut conduire à un hypogonadisme hypogonadotrope idiopathique (IHH) caractérisé par une subfertilité et une puberté retardée voire absente, ou même à un syndrome de Kallmann. Dans une grande partie des cas ce défaut de sécrétion est lié à un défaut de développement prénatal et à une diminution du nombre de neurones à GnRH dans dans l’hypothalamus. Depuis peu, la grande famille des semaphorines, déjà connues pour leurs effets chimiotactiques dans certains types cellulaires, et en particulier la semaphorine3A (Sema3A) via son récepteur la Neuropilin-1 (Nrp1), a été décrite comme un facteur indispensable au développement du système à GnRH et décrit comme un « gène Kallmann ». Toutefois son rôle spécifique dans les cellules à GnRH reste à élucider. Le premier objectif de ma thèse a donc été de déterminer le rôle de l’expression du récepteur Nrp1 dans les neurones à GnRH. Le suivi de la maturation sexuelle des animaux Gnrh::cre, Nrp1loxp/loxp (qui n’expriment pas la Nrp1 exclusivement dans les neurones à GnRH) a révélé l’apparition d’une puberté précoce et d’un phénotype de surpoids en comparaison aux animaux contrôles, corrélé à une accumulation des cellules à GnRH dans l’aire préoptique. L’étude de l’embryogenèse du système à GnRH chez ces animaux a démontré une augmentation du nombre de cellules à GnRH pendant leur migration. Nos résultats obtenus in vivo et in vitro suggèrent que la signalisation Nrp1 a un impact sur la survie des neurones à GnRH, et qu’elle module la motilité des cellules en migration et influe leur positionnement dans le cerveau. Le deuxième objectif de ma thèse a été d’étudier le rôle de l’exocytose dépendante du calcium et donc de la neurosécrétion dans les neurones à GnRH sur leur développement. Le suivi de la physiologie d’animaux Gnrh::cre; iBot, dont l’exocytose dépendante du calcium est abolit par clivage de protéine VAMP2/synaptobrevin 2 dans le neurone à GnRH, a révélé l’apparition de deux phénotypes distincts selon la pénétrance du transgène : un groupe ayant une puberté normale et un poids comparable aux animaux contrôles, et un groupe ayant une puberté retardée voire inexistante associé à un surpoids. Ces derniers présentent un IHH, une augmentation du tissu adipeux périgonadique et une hyperleptinémie, alors que la distribution des neurones à GnRH dans le cerveau n’est pas altérée. Ces données mettent en évidence le fait que l’activité de neurosécrétion dans les neurones à GnRH ne serait pas nécessaire pour leur développement embryonnaire, mais qu’elle pourrait jouer un rôle dans le maintien de l’homéostasie énergétique.Ces deux études mettent en avant un lien étroit entre axe gonadotrope et métabolisme énergétique chez les mammifères et ont dévoilés de nouveaux mécanismes qui pourraient être impliqués dans la physiopathologie de la reproduction chez l’homme. / Fertility in mammals is the result of a long development and maturation process of the hypothalamic-pituitary-gonadal axis. The reproductive function is orchestrated by a small population of neurons, located in preoptic area of hypothalamus in rodents, and releasing in a pulsatile manner Gonadotropin-releasing hormon (GnRH) in the portal blood vessels, where it is transported to the anterior pituitary gland. GnRH neuropeptide triggers synthesis and release of the gonadotropins LH and FSH, which in turn stimulates development and function of the gonads. GnRH neurons differenciate extracerebraly in the nasal placode and migrate from the vomeronasal organ to the forebrain along olfactory/vomeronasal nerves. At birth, the system is ready, however it will undergo a maturation phase before reaching puberty, signing the beginning of fertility. Deficiency in GnRH release can lead to idiopathic hypogonadotropic hypogonadism (IHH), characterized by a defect in sexual maturation and delayed or no puberty, or even to Kallmann syndrome when the IHH is associated with a deficit in the sens of smell. These phenotypes could be linked to a defect during GnRH neuron migration period and a decrease of GnRH cells located in hypothalamus after birth. Numerous studies have described the influence of different molecules on the migration of GnRH neurons. Recently, the semaphorin family, well known for its chemotactic effects in some cell types, and particularly the semaphorin3A (Sema3A), has been described by our laboratory as an essential factor for the guidance of GnRH neurons during embryogenesis, and characterized as a « Kallmann gene ». However, the role of Sema3A, and its specific receptor Neuropilin-1 (Nrp1) in GnRH neurons remains to be elucidated. The first objective of my thesis was to determine the role of the expression of Nrp1 in GnRH neurons. The analysis of sexual maturation in mice in which Nrp1 expression was selectively knocked out in GnRH neurons revealed a precocious onset of puberty and overweight compared to control littermates, correlated with an accumulation of GnRH neurons in preoptic area. The study of the development of the GnRH system during embryogenesis has shown an increased number of cells during migration. In vivo and in vitro data suggested the involvement of Nrp1 signaling pathway in the survival of GnRH neurons, the control of their motility during migration, and their final positioning in the brain.The second objective of my thesis was to study the role of Calcium-dependent exocytosis, and thus neurosecretion, in GnRH neurons on their development. The monitoring of Gnrh::cre; iBot animals, in which calcium-dependent exocytosis is abolished by cleavage of VAMP2/synaptobrevin2 protein in GnRH neurons, showed the distinction of two different phenotypes. A subpopulation of mice underwent normal puberty onset, with a similar bodyweight than control littermates, and the other one never reached puberty and developed overweight. The later animals exihibited IHH, increase of the volume of perigonadic fat tissue, and hyperleptinemia, with no alteration of GnRH neuron number and distribution. This data established that neurosecretion in GnRH neurons is not a prerequisite for their migration during embryonic development but revealed that it could play an important role in metabolic homeostasis.Together these two studies highlight an intriguing direct connection between GnRH neurons and energy metabolism in mammals as well as new mechanisms that could be implicated in reproductive physiopathology in human.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les toxines de l’anthrax font partie de la famille des toxines A-B dans laquelle la moitié B se fixe à la membrane de la cellule permettant par la suite la translocation de la moitié A. Dans le cas de l’anthrax, la moitié B est représentée par le Protective Antigen (PA) et la moitié A par les deux protéines Edema Factor (EF) et Lethal Factor (LF). Après le recrutement par les récepteurs cellulaires (CMG2 et TEM8), PA s’organise en heptamère. Il peut fixer jusqu'à 3 ligands (EF et LF) avant d'être endocyté. Les modèles actuels de PA suggèrent que la baisse de pH à l’intérieur des endosomes permet un changement de conformation de la forme pré-pore vers la forme pore et que les ligands EF et LF passeraient au travers le pore pour entrer dans le cytoplasme. Cependant, le diamètre du pore est environ dix fois inférieur à celui des ligands (10 Å contre 100 Å). Un processus de folding/unfolding a été proposé mais demeure controversé. Afin d'identifier le processus de passage des facteurs EF et LF dans le cytoplasme, nous avons déterminé par cryo-microscopie électronique combinée avec l’analyse d’image les structures tridimensionnelles des complexes formés par PA et LF aux étapes prépore et pore. Par la suite, une étude complémentaire par dynamique moléculaire nous a permis de modéliser à haute résolution les différentes interactions qui ont lieu au sein du complexe. La structure 3D du complexe prépore combiné à 3 LF a été déterminée à une résolution de 14 Å. Nous avons aussi calculé une structure préliminaire du complexe pore également combiné à 3 LF Celles-ci n’ont jamais été résolues auparavant et leur connaissance permet d’envisager l’étude en profondeur du mécanisme infectieux de l’Anthrax in vivo. / The anthrax toxins are part of the A-B toxin family in which the B moiety binds to the cell membrane allowing subsequent translocation of the A moiety. In the case of anthrax, the B moiety consists of the Protective Antigen (PA), and the A moiety is composed of the two proteins Edema Factor (EF) and the Lethal Factor (LF). After being recruited by the cell receptors (CGM2 or TEM8), PA organizes itself into a heptamer. It can bind up to three ligands (either EF or LF) before being endocytosed. Current models suggest that the decrease of pH inside the endosomes allows a conformational change of PA from a prepore form to a pore form that allows the EF and LF ligands to pass through the pore and enter the cytoplasm. However, the pore diameter is about ten times smaller than the diameter of the ligands (10Å versus 100Å). A process of ligand folding / unfolding has been proposed, but remains controversial. To identify the mechanism by which EF and LF enter the cytoplasm, we have used cryo-electron microscopy and three-dimensional image analysis to determine the 3D structure of the PA-LF complexes in the pre-pore and pore conformations. Then, we used molecular dynamics to modelise at high resolution the different interactions that occur within the complex. The 3D structure of the pre-pore complex bound with three LF ligands has been determined at 14Å resolution. We also calculated a preliminary structure of the LF-bound pore complex. These structures have never been reported before. They provide the necessary information to study in depth the mechanism of anthrax infection in vivo.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les toxines formeuses de pore (PFTs) sont des protéines exogènes responsables d’un grand nombre de maladies infectieuses qui perméabilisent les membranes cellulaires de leur hôte. La formation des pores ou l’introduction d’une enzyme dans le cytoplasme peut entrainer l’apparition de symptômes de maladies connues (l’anthrax, le botulisme) et, dans le pire des cas, la mort. Les mécanismes d’infection et de destruction des cellules infectées sont bien caractérisés. Toutefois, l’aspect dynamique des changements de conformation durant le processus de perméabilisation reste à découvrir pour la majorité des toxines formeuses de pore. Le but de cette thèse est d’étudier les mécanismes d’oligomérisation des PFTs, ainsi que la formation des pores à la membrane lipidique grâce à la spectroscopie de fluorescence. Nous avons choisi la toxine Cry1Aa, un bio pesticide produit par le bacille de Thuringe et qui a été rigoureusement caractérisé, en tant que modèle d’étude. La topologie de la Cry1Aa à l’état actif et inactif a pu être résolue grâce à l’utilisation d’une technique de spectroscopie de fluorescence, le FRET ou transfert d’énergie par résonance entre un fluorophore greffé au domaine formeur de pore (D1) et un accepteur non fluorescent (le DPA ou dipicrylamine) localisé dans la membrane et qui bouge selon le potentiel membranaire. Le courant électrique, ainsi que la fluorescence provenant de la bicouche lipidique membranaire horizontale ont été enregistrés simultanément. De cette manière, nous avons pu localiser toutes les boucles reliant les hélices de D1 avant et après la formation des pores. Dans la forme inactive de la toxine, toutes ces boucles se trouvent du côté interne de la bicouche lipidique, mais dans sa forme active l’épingle α3-α4 traverse du côté externe, alors que toutes les autres hélices demeurent du côté interne. Ces résultats suggèrent que α3-α4 forment le pore. Nous avons découvert que la toxine change significativement de conformation une fois qu’elle se trouve dans la bicouche lipidique, et que la Cry1Aa attaque la membrane lipidique de l’extérieur, mais en formant le pore de l’intérieur. Dans le but de caractériser la distribution de toxines à chaque extrémité de la bicouche, nous avons utilisé une technique de double FRET avec deux accepteurs ayant des vitesses de translocation différentes (le DPA et l’oxonol) dans la membrane lipidique. De cette manière, nous avons déterminé que la toxine était présente des deux côtés de la bicouche lipidique durant le processus de perméabilisation. La dynamique d’oligomérisation de la toxine dans une bicouche lipidique sans récepteurs a été étudiée avec une technique permettant le compte des sauts de fluorescence après le photoblanchiment des fluorophore liés aux sous unités composant un oligomère présent dans la bicouche lipidique supportée. Nous avons confirmé de cette manière que la protéine formait ultimement des tétramères, et que cet état résultait de la diffusion des monomères de toxine dans la bicouche et de leur assemblage subséquent. Enfin nous avons voulu étudier le « gating » de la colicine Ia, provenant de la bactérie E.Coli, dans le but d’observer les mouvements que font deux positions supposées traverser la bicouche lipidique selon le voltage imposé aux bornes de la bicouche. Nos résultats préliminaires nous permettent d’observer un mouvement partiel (et non total) de ces positions, tel que le suggèrent les études de conductances du canal. / Pore forming toxins (PFTs) are exogenous often pathogenic proteins that permeabilize the host membrane. Permeabilization or subsequent introduction of an enzyme leads to health disorders and sometimes death. Although the fundamental infection and destruction mechanisms are known, the underlying molecular basis and their link to the structural information remains undetermined for many pore forming toxins. The purpose of this thesis was to study the mechanisms of oligomerization on the membrane and pore formation of PFTs using fluorescence spectroscopy in planar lipid bilayer. We chose Cry1Aa as the most intensively studied member of Bacillus thuringiensis’s toxins. In order to probe the topology both in inactive and active congformation, we used Förster resonance energy transfer (FRET) between a fluorophore site-directedly attached to different positions in the pore forming domain (D1) of Cry1Aa toxin and an acceptor compound dipicrylamine (DPA) in the membrane, which moves in response to the membrane potential. Electrical current and fluorescence emission from planar lipid bilayers in a horizontal configuration were simultaneously recorded. We probed all loops between the seven α helices of D1. All of them were located on the inner leaflet of the bilayer prior to pore formation. In the active form, the α3-α4 hairpin were found to translocate back to the outer leaflet of the bilayer, whereas all other positions remained in the inner leaflet, suggesting that α3-α4 are the pore lining helices. The toxins undergo significant conformational changes once they enter the host membrane, and we found Cry1Aa to attack from the exterior but translocate to the interior. To estimate the distribution of the toxins on either side of the membrane, we used the double-FRET technique. Here, two different acceptors (DPA and oxonol) with different dynamics (time constants) allowed us to determine that approximately equal amounts of the toxin were present on either leaflet during the permeabilization process. We also studied the oligomerization mechanism of Cry1Aa toxins inserted into supported lipid bilayers using a single subunit counting technique based on the step-wise photodestruction (bleaching) of the attached fluorophores. This system allowed determining the number of subunits composing each oligomer. We found that oligomerization is a highly dynamic process which occurs after insertion into the bilayer by lateral diffusion. The final (likely the pore forming) entity of the toxin is tetrameric. Finally, we used the same FRET approach to investigate the gating process of two positions of the pore forming domain of colicin Ia, an antibiotic toxin produced by E. coli. These positions were suspected to translocate reversibly from the outer to the inner leaflet during the gating process. In preliminary results, we found that these positions are moving between the two leaflets of the bilayer during pore formation.

Les dernières décennies ont été marquées par l’intensification et l’expansion des efflorescences de micro-algues toxiques (HAB). Connues pour perturber les écosystèmes côtiers et pour leur toxicité sur les organismes marins, les HAB sont suspectées d’être à l’origine de défauts de recrutement de bivalves. Cette thèse avait pour objectif d’étudier les conséquences des efflorescences du dinoflagellé toxique Alexandrium minutum, producteur de toxines paralysantes (PST) et des composés bioactifs extracellulaires (BEC), sur la reproduction, le développement et le recrutement de l’huître Crassostrea gigas, une espèce à l’importance économique majeure. Les gamètes libres et les jeunes stades de développement se révèlent être les plus sensibles, en particulier aux BEC produits par A. minutum qui inhibent la fécondation et l’embryogenèse. A. minutum modifie le comportement des larves véligères, provoque une diminution de leur filtration, de leur croissance et du taux de fixation. Une exposition des adultes, pendant la gamétogenèse, affecte le développement des descendants, traduisant des altérations du contenu gamétique et/ou un transfert vertical des PST. Les modalités d’action des PST et des BEC devront être précisées. Nos expérimentations, réalisées à des concentrations de micro-algues rencontrées dans l’environnement, suggèrent que des efflorescences récurrentes d’A. minutum lors des périodes de reproduction et de développement larvaire pourraient, sur le long terme, affecter la structure des populations naturelles et cultivées de C. gigas. / Recent decades have witnessed the intensification and spread of harmful algal blooms (HAB). HAB are known to disrupt coastal ecosystems and to be toxic for marine organisms. These phenomena are also suspected to be responsible for recruitment failures of bivalves. The aim of this PhD was to study the consequences of blooms of toxic dinoflagellate Alexandrium minutum on the reproduction, development and recruitment of the oyster Crassostrea gigas, a species of major economic importance. A. minutum is known to produce paralytic shellfish toxins (PST) and bioactive extracellular compounds (BEC). Gametes and early life stages were the most sensitive, particularly to the bioactive extracellular compounds (BEC) produced by A. minutum, which inhibited fertilization and embryogenesis. A. minutum modified the behaviour of veliger larvae, decreased their filtration, growth and settlement. Exposure of adult oysters during gametogenesis affected the development of offspring, reflecting alterations in gamete content and/or vertical transfer of PST. Mode of action of PST and BEC are to further investigate. These oyster exposures, conducted at environmentally relevant concentrations of microalgae, suggest that recurrent blooms of A. minutum during oyster spawning and larval development could have long-term consequences on the structure of wild and cultured populations of C. gigas.

L'insuffisance rénale chronique (IRC) est une affection caractérisée par une perte progressive de la fonction rénale. L’IRC est associée à l'accumulation de diverses toxines urémiques. Les toxines urémiques ou solutés de rétention de l'urémie sont des composés qui s'accumulent chez les patients atteints d'IRC en raison d'un défaut de clairance rénale et qui exercent des effets biologiques délétères. Les hémodialyses éliminent mal les toxines urémiques liées aux protéines (PBUT), en raison de leur liaison aux protéines plasmatiques, en particulier la sérumalbumine humaine. En conséquence, les toxines urémiques liées aux protéines s'accumulent chez les patients atteints d'IRC et leur concentration ne peut que difficilement être diminuée chez les patients atteints d'insuffisance rénale terminale (IRT). Mes travaux sont principalement centrés sur les toxines urémiques, en particulier les toxines urémiques liées aux protéines, comme l’indoxyl-sulfate (IS), l'acide phénylacétique (PAA) et le p-crésyl-glucuronide (p-CG); et la zinc-alpha2-glycoprotéine (ZAG) qui est une « middle molécule ». Nous avons étudié le rôle de l'IS dans le développement de la résistance à l'insuline et d'autres troubles métaboliques associés à l'IRC, ainsi que ses effets sur l'inflammation et le stress oxydant. Nous avons exploré les propriétés de liaison du PAA et du p-CG à la sérumalbumine, qui est la plus abondante protéine dans le plasma humain. Enfin, nous avons essayé de développer une nouvelle stratégie d'élimination des PBUT, à l’aide de déplaceurs/compétiteurs chimique. / Chronic kidney disease (CKD) is a condition characterized by progressive loss of kidney function. CKD is associated with the accumulation of various uremic toxins. Uremic toxins or uremic retention solutes are compounds that accumulate in patients with CKD due to impaired renal clearance and exert deleterious biological effects. Protein-bound uremic toxins (PBUT) is poorly removed by hemodialysis because of its binding to plasma proteins, particularly human serum albumin. As a result, protein-bound uremic toxins accumulate in patients with CKD and their concentration can hardly be reduced in patients with end-stage renal disease (ESRD). My work focuses mainly on uremic toxins, particularly protein-bound uremic toxins such as indoxyl-sulfate (IS), phenylacetic acid (PAA) and p-cresyl-glucuronide (p-CG); and zinc-alpha2-glycoprotein (ZAG) which is a "middle molecule". We investigated the role of IS in the development of insulin resistance and other metabolic disorders associated with CKD, as well as its effects on inflammation and oxidative stress. We have investigated the binding properties of PAA and p-CG to serum albumin, which is the most abundant protein in human plasma. Finally, we tried to develop a new strategy to eliminate PBUTs, using chemical displacers / competitors.

L’Insuffisance Rénale Chronique (IRC) résulte de la destruction progressive et irréversible des reins. Elle est associée à une rétention de toxines urémiques à l’origine des nombreuses complications de la maladie rénale chronique (cardiovasculaires, osseuses ou métaboliques). Nos travaux se sont focalisés sur l’impact de la dysfonction rénale et de l’urémie sur la fonction barrière de l’intestin et la motilité intestinale. Deux modèles d’IRC ont été implémentés : un modèle animal, chez la souris, par néphrectomie chimique (régime alimentaire enrichi en adénine) et un modèle cellulaire d’urémie en incubant des cellules coliques Caco-2 avec 10% de plasma de patients hémodialysés (HD). Le transit, la motilité, la perméabilité intestinale et la régulation des protéines des jonctions serrées ont été explorés. Les animaux urémiques présentent un transit gastro-intestinal ralenti et une perméabilité intestinale augmentée associés à une dérégulation de l’expression et de l’abondance des protéines des jonctions serrées dans le côlon (surexpression de la Claudine 1). La perméabilité de la monocouche cellulaire de Caco-2 incubées avec du plasma HD est significativement augmentée et est associée à une augmentation de l’expression et de l’abondance de la Claudine-1. En IRC, la motilité digestive et la fonction barrière de l’intestin sont significativement altérées. Ces dysfonctions pourraient contribuer à la production intestinale et l’absorption des toxines urémiques accélérant ainsi la progression du syndrome urémique et installant un véritable « cercle vicieux ». / Chronic Kidney Disease (CKD) result from a progressive kidney dysfunction. CKD is associated with an increase in the concentration of uremic toxins inducing CKD-associated metabolic alterations. Our work focused on the impact of renal dysfunction on gut permeability and gut motility. In vivo, CKD was induced in mice by chemical nephrectomy (adenine-enriched diet); In vitro, Caco-2 cells were incubated for 24h with 10% (v/v) of uremic plasma to mimic the uremic environment. Gastrointestinal transit time, gut motility, intestinal permeability and expression of tight junction proteins were explored. In vivo, kidney failure was associated with an impaired gastrointestinal transit and an increased intestinal permeability associated with a dysregulation of tight junction proteins (mainly claudine-1 overexpression). The Caco-2 monolayer permeability was significantly increased in cell monolayers incubated with uremic plasma. Claudine-1 expression and abundance was increased. In CKD, gut motility and gut permeability (e.g. « leaky » gut) are significantly impaired. Generally speaking, these gut dysfunctions could promote the production and the absorption of uremic toxins contributing to the uremic syndrom.