À l’heure actuelle, il est estimé qu’une personne sur quatre souffrira personnellement d’un trouble de santé mentale au cours de sa vie. Les traitements existants agissent sur les voies de signalisation des monoamines telles que la dopamine et la sérotonine et ce, à différents niveaux. Les voies de signalisation ainsi ciblées détiennent comme point commun leur capacité à moduler la glycogène synthase kinase 3 (GSK3). Cette kinase est aussi bien associée au mode d’action des composés pharmacologiques qu’à l’étiologie même des maladies mentales. Cependant, même si des mécanismes régulateurs de cette kinase et des cibles sont connus, de nombreuses zones de méconnaissance persistent. Parmi les points nécessitant un aprofondissement des connaissances, nous avons ciblés trois pistes d'étude. Dans un premier temps, nous avons voulu investiguer plus en détail la modulation de GSK3 dépendante de la voie des inositols phosphates. Nous avons alors cherché à répondre a deux questions ; Est-ce qu'une modulation directe de GSK3 est observée? Est ce que cette modulation reproduit les paradigmes comportementaux de l'inhibition de GSK3? Cette étude nous a alors permis de mettre en évidence une interaction directe entre GSK3 et l'IP6K1 dans des modèles cellulaires et animaux. De plus, dans le contexte d'animaux IP6K1-KO, la modulation de GSK3 dépendante de la voie des inositols semble reproduire des effets comportementaux associés classiquement à l'inhibition de GSK3, à savoir une diminution de la locomotion et de la sociabilité. Dans une seconde étude, nous avons cherché à entrevoir si une dépendance régionale de l'inhibition de GSK3β était associable avec des modulations de comportements spécifiques. Nous avons donc utilisé un modèle murin FloxGSK3β /CamKIIcre caractérisé comme modèle de délétion totale postnatale de cette isoforme dans le cerveau antérieur (cortex et CA1). L'analyse histologique des cerveaux de ces animaux nous a permis dans un premier de valider le modèle choisi. Par la suite, l'analyse comportementale de ces animaux nous a révélée que la modulation des comportements locomoteurs et pseudo-dépressifs étaient indépendants de l'expression de GSK3β au niveau du cerveau antérieur, par opposition à la modulation des comportements anxieux et sociaux. De plus, la modulation de la résilience dépendante de GSK3β pourraient détenir une composante corticale mais des travaux supplémentaires sont nécessaires avant de confirmer cette hypothèse. Enfin, la troisième étude nous a révélée l'existence d'une nouvelle cible de GSK3β impliquée dans la réponse aux traitements pharmacologiques et la modulation du comportement GSK3β-dépendante. Cette protéine, FXR1P, est montrée comme une cible phosphorylable de GSK3β. Ses niveaux d'expression sont corrélés avec l'activité de cette kinase, que ce soit dans des modèles cellulaires ou murins. De plus, les traitements pharmacologiques modulant GSK3, comme la surexpression directe de FXR1P, reproduisent des paradigmes comportementaux GSK3β-dépendants. De plus, des polymorphismes dans les promoteurs de FXR1P et GSK3β ont montré une association avec la stabilité émotionnelle d'individus humains . Ces données sont autant de faits appuyant le rôle potentiel de cette protéine nouvellement identifiée dans la signalisation de GSK3 modulant le comportement. / Nowadays, it is estimated that one out of four people will suffer from mental illness issues at some point during their life. The existing therapeutic strategies act at different levels on monoaminergic signaling, especially on those pathways engaging dopamine and serotonin. These signaling pathways share the ability to modulate a kinase called Glycogen Synthase Kinase 3, or GSK3. This protein is implicated in the action of therapeutic agents as well as in the aetiology of the disease itself. However, even if some targets and molecular mechanisms regulating GSK3 are characterized, many aspects still remain unclear. Among points necessitating clarification, we have set three research aims. First of all, we have studied more deeply the interaction between the inositol phosphate pathway and GSK3 signaling. Thus, we have posed two main questions; is there a direct modulation of the GSK3 pathway depending on inositol phosphates? And if so, does this modulation reproduce behavioral consequences of GSK3 inhibition? This study allowed us to show a direct interaction between IP6K1 and GSK3 in cellular and animal models. Moreover, using IP6K1-KO animals, we showed that IP6K1-mediated modulation of GSK3 reproduces behavioral outcomes classically associated with GSK3 inhibition: a reduction of locomotion and sociability. In the second study, we have looked if a link between regional GSK3 inhibition and modulation of specific behaviors exists. We employed the FloxGSK3β/CamKIIcre mice model, considered as a total and postnatal deletion of this isoform in the forebrain (cortex and CA1). Histological analysis of brains first allowed us to validate the model. Then, behavioral characterization of this line revealed that, in contrast to anxiety and sociability, locomotion and depressive-like behavior are independent of forebrain GSK3β expression. Furthermore, the implication of cortical GSK3β in the modulation of resilience was not yet fully established and further investigation is warranted. Finally, the third study revealed FXR1P as a new target of GSK3β signaling implicated in behavior and response to pharmacological treatments. Interestingly, FXR1 protein is phosphorylated by GSK3 and its relative expression levels are correlated with GSK3 activity in both cellular and animal models. Moreover, treatments modulating GSK3 and overexpression of FXR1P reproduce behavioral outcomes known as GSK3β-dependant. Finally, polymorphisms in GSK3β and FXR1 promoters are associated with emotional stability in humans. These findings highly suggest the potential role of FXR1P in GSK3 pathways affecting mood and behavior.

Les filaments intermédiaires (FIs), de concert avec les microfilaments (MFs) et les microtubules (MTs), forment le cytosquelette. Contrairement aux quelques gènes qui codent pour les MFs d’actine et les MTs, exprimés dans toutes les cellules de l’organisme, les protéines des FIs sont codées par un grand nombre de gènes et classées en 6 types, selon la nature du tissu et l’état de différenciation des cellules. Pour leur part, les kératines s’expriment en paire dans les différents épithéliums. Plus précisément, la paire de kératines 8/18 (K8/K18) est présente dans toutes les cellules de l’épithélium simple, avec certaines cellules possédant une seconde paire. En revanche, la paire K8/K18 forme les seuls FIs retrouvés chez les hépatocytes et les cellules d’hépatome, d’où l’intérêt d’utiliser ces deux modèles cellulaires dans des études à visée fonctionnelle. Comme pour tous les autres types de FIs, les FIs K8/K18 contribuent au maintien de l’intégrité des cellules hépatiques. Par ailleurs, l’utilisation de souris transgéniques a permis d’entrevoir un rôle marquant pour ces FIs, en tant que partenaires de plateformes signalétiques chez les cellules épithéliales hépatiques. Le foie exerce un rôle primordial dans la régulation de la glycémie, du fait de sa capacité à stocker et à redistribuer d’importantes quantités de glucose à travers l’organisme, selon les besoins. Cette modulation est finement régulée par l’insuline via l’activation de son récepteur (RI) et de la signalisation qui s’en suit. Des anomalies au niveau de cette régulation conduisent à des maladies métaboliques, particulièrement au niveau du foie. À ce titre, l’accumulation récente de données expérimentales suggère une contribution des FIs K8/K18 dans la modulation du métabolisme du glucose et de la voie RI/PI3K/Akt. Cependant, la relation croisée entre cette paire de FIs, le métabolisme du glucose et cette voie signalétique, de même que les mécanismes moléculaires sous-jacents, demeure énigmatique. Les travaux dévoilés dans cette thèse examinent l’implication des FIs K8/K18 dans la régulation de la voie de signalisation et du trafic vésiculaire du RI chez les cellules hépatiques. L’approche expérimentale s’appuie sur la mise en culture d’hépatocytes ou de cellules d’hépatome dépourvues ou non de FIs K8/K18, en combinaison avec l’utilisation de diverses méthodes biochimiques et d’imagerie cellulaire. Les résultats révèlent pour la première fois, un rôle des FIs K8/K18 dans la signalisation dépendante des phosphoinositides (PIPs) initiée à la membrane plasmique, laquelle se reflète sur l’activation de la voie PI3K/Akt en réponse à l’insuline, et le trafic endosomal du RI via Rab5/EEA1/PI3P, chez des hépatocytes en culture primaire. Par ailleurs, chez les cellules d’hépatome, les résultats montrent une intervention des FIs K8/K18 dans la modulation de la signalisation et du trafic vésiculaire du RI, qui diffère grandement de celle observée chez les hépatocytes. Dans l’ensemble, les résultats démontrent une contribution incontestable des FIs K8/K18 dans la régulation de la voie signalétique de l’insuline chez les cellules hépatiques. / Intermediate filaments (IFs), together with microfilaments (MFs) and microtubules (MTs), form the cytoskeleton. Unlike the few genes that code for actins and tubulins, expressed in all cells in the body, IF proteins are coded by a large number of genes, classified into 6 types, depending on the tissue and cell differentiation status. For their part, keratins are expressed in pairs in the different epithelia. In more specific terms, the keratin pair 8/18 (K8/K18) is present in all simple epithelia, with some cells containing a second pair. In contrast, the K8/K18 pair forms the only IF network found in hepatocytes and hepatoma cells, hence their usefulness as cell models for addressing functional issues. As for all other IF types, K8/K18 IFs contribute to the maintenance of liver cell integrity. In addition, the use of transgenic mice has allowed to foresee a significant role for these IFs, as partners of signaling platforms in hepatic epithelial cells. The liver exerts a key task as regulator of blood glucose level, due to its ability to store and redistribute large amount of glucose throughout the body, as required. This modulation is finely regulated by insulin via the activation of its receptor (IR) and the downstream signaling pathway. Perturbations in this regulation lead to metabolic diseases, particularly in the liver. As such, recent experimental data suggest a contribution of K8/K18 IFs in the modulation of glucose metabolism and IR/PI3K/Akt pathway. However, the interplay between the IF pair, glucose metabolism and the signaling pathway, as well as the underlying molecular mechanisms, remain enigmatic. The work unveiled in this thesis examines the involvement of K8/K18 IFs in the regulation of the IR signaling pathway and vesicular trafficking in liver cells. The experimental approach is based on the use of cultured hepatocytes and hepatoma cells, which may or may not contain K8/K18 IFs, in combination with the use of assorted biochemical and cell imaging assays. The results uncover a role of K8/K18 IFs in the interplay taking place between the phosphoinositide-dependent signaling (PIPs) initiated at the plasma membrane, which reflects itself into the activation of the PI3K/Akt pathway in response to the insulin stimulation of IR, and its endosomal trafficking via Rab5/EEA1/PI3P, in hepatocytes. In comparative terms, the results using hepatoma cells show an intervention of K8/K18 IFs in the modulation of the IR signaling and vesicular trafficking, which differs greatly from the one observed in hepatocytes. Overall, the results demonstrate an indisputable contribution of K8/K18 IFs in the regulation of the insulin signaling pathway in hepatic cells.

Les cils primaires (CP) sont des antennes de signalisation présentes en un seul exemplaire à la surface de la plupart des cellules. Ils jouent un rôle de mécano/chimio-senseur pour le développement et le maintien de l’homéostasie des tissus, en réponse aux stimuli et à la voie de signalisation Hedgehog (Hh). En 2013, l’ultrastructure des CP a été mise en évidence au niveau de l’épithélium épididymaire d’équidés. L’épididyme, organe du système reproducteur masculin, est composé d’un épithélium pseudo-stratifié qui se différencie au cours du développement postnatal jusqu’à la maturité sexuelle. Les principaux types cellulaires qui composent cet organe au stade adulte, assurent des rôles distincts et bien orchestrés afin de contrôler la composition du micro environnement spermatique. Bien que la mutation de gènes codants pour les constituants majeurs des CP entraine une infertilité masculine, peu de choses sont connues concernant leur rôle au niveau du système reproducteur. Nous émettons donc l’hypothèse que les CP de l’épididyme joueraient un rôle dans le contrôle des fonctions épididymaires. Nos objectifs se définissent en deux points 1) la caractérisation spatiotemporelle de cette organelle le long de l’épididyme, 2) l’étude fonctionnelle des CP de l’épididyme dans la voie de signalisation Hh. Grâce à une souris double transgénique Ar13b/mCherry- EGFP/CETN2, nous avons révélé une évolution spatio-temporelle des CP au cours du développement postnatal. En effet, à la naissance, les CP sont localisés au pôle apical des cellules épithéliales alors que chez l’adulte, les CP sont exclusivement associés aux cellules basales cytokératine-V positives. De plus, par une approche pharmacologique nous avons évalué l’implication des CP de l’épididyme murin dans la voie de signalisation Hh. Bien que les fonctions des CP, au niveau de l’épididyme, restent à déterminer, notre étude préliminaire ouvre la porte à une meilleure compréhension du contrôle et maintien des fonctions épididymaires et de la fertilité masculine. / Primary cilia (PC) are signaling antennas present in a single copy on the surface of most cells. They play a mechano / chemo-sensory role for the development and maintenance of tissue homeostasis, in response to extracellular stimuli. In 2013, the ultrastructure of PC was demonstrated in equine epididymal epithelium. The epididymis, an organ of the male reproductive system, is composed of a pseudo-stratified epithelium that differentiates during postnatal development until puberty. The different cell types populating this epithelium control discrete and well-orchestrated role in order to monitor the composition of the spermatic microenvironment. Although the mutation of genes coding for the major constituents of PC leads to male infertility, little is known regarding their role in the male reproductive system. Our hypothesis is that PC play a role in the control of the functions important to epididymis development and homeostasis. Our objectives are defined in two points: 1) to define the spatio-temporal localization of this organelle along the epididymis, and 2) to determine the function of PC in the transduction of the Hh signaling pathway, which is known to be important for proper sperm maturation. Using an Arl13b / mCherry- Cetn2 / GFP transgenic mouse model, we revealed for the first time a spatio-temporal change of PC cell-specificity during epididymis postnatal development, from birth to adulthood. After birth, PC are localized at the apical pole of undifferentiated cells whereas in the adult, elongated PC are exclusively associated with cytokeratin-V positive basal cells. In addition, we evaluated the involvement of epididymal PC in the transduction of the Hh signaling pathway through a pharmacological approach. Although the functions of PC in the epididymis remains to be determined, our preliminary in vitro studies open the door to a better understanding of the control and maintenance of epididymal functions and male fertility.

Le cancer de la prostate (CaP) est le cancer le plus diagnostiqué chez les hommes au Canada. La curiethérapie HDR combinée à la radiothérapie externe (EBRT) et l'hormonothérapie (ADT) constitue une excellente approche thérapeutique pour traiter le CaP à risque intermédiaire et élevé. Le traitement par irradiation ciblée (HDR-BT ou EBRT) livre une dose suffisamment élevée de radiations vers les cellules cancéreuses pour les éradiquer en entraînant des cassures dans l'ADN. Ces dommages mènent les cellules à activer les voies de réparation d'ADN. Cependant, lorsque les dommages sont excessifs et irréparables, les cellules arrêtent le processus de réparation. Elles se dirigent vers la mort cellulaire en activant les voies apoptotiques. D'autre part, la suppression androgénique (ADT) peut activer l'apoptose ou la sénescence cellulaire dépendamment de durée de traitement. Il y a donc plusieurs voies de signalisation qui peuvent être possiblement activées à la suite du traitement HDR-BT/ EBRT avec ou sans hormonothérapie (ADT) Le but de ce projet est de comprendre la réponse cellulaire au traitement par HDR/ EBRT, ainsi qu'illustrer l'impact de l'ajout l'ADT sur cette réponse. Notre approche expérimentale consiste à évaluer l'expression et l'activation des marqueurs liés aux dommages et de réparation d'ADN γ-H2AX, DNA-PKcs et la recombinase Rad51, et mesurer aussi l'expression de Ki67 et p53, ainsi que les marqueurs apoptotiques Bax et PUMA, et le marqueur de senescence p16[exposant INK4] dans les biopsies de 22 patients avant, et après traitement avec HDR/ EBRT (avec ou sans ADT) en utilisant les techniques d'immunohistochimie (IHC) et immunofluorescence (IF). Nos résultats montrent que le traitement par radiations (HDR-BT/ EBRT) a permis d'activer la voie de réparation c-NHEJ. Cependant, cette voie est bloquée probablement à cause de l'activation de l'apoptose. En outre, il a été constaté que l'hormonothérapie additionnelle a induit la sénescence cellulaire après avoir inhibé la voie de réparation c-NHEJ.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / La cornée, transparente, agit comme le hublot de notre œil et transmet la lumière jusqu'à la rétine où l'image est reconstituée. En raison de sa localisation anatomique superficielle, la cornée est particulièrement vulnérable aux traumatismes de toutes sortes. Certaines blessures graves des retards dans le traitement ou des traitements inadéquats peuvent mener à des déficiences visuelles importantes pouvant aller jusqu'à la cécité. La guérison des plaies cornéennes est un mécanisme complexe faisant intervenir plusieurs processus cellulaires dont la migration, la prolifération, la différenciation et la communication cellule-cellule. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à deux composantes que nous considérons importantes dans la guérison des plaies cornéennes, soit 1) la communication intracellulaire via les intégrines et 2) la communication intercellulaire entre les différentes couches de la cornée (épithélium, stroma et endothélium) via les exosomes. Pour ce faire, nous avons utilisé deux principaux modèles d'étude, soit un modèle en culture monocouche de cellules cornéennes primaires et un modèle 3D de cornée humaine reconstruite par génie tissulaire. Grâce à des études antérieures menées au sein du laboratoire, nous avons identifié trois médiateurs signalétiques en aval de la signalisation par les intégrines qui jouent un rôle important dans le processus de cicatrisation de la cornée, soit CREB, Akt et WNK1. Nous avons donc poursuivi l'étude de ces médiateurs signalétiques d'une part en approfondissant les mécanismes par lequel WNK1 exerce ses effets sur la guérison des plaies cornéennes, et d'autre part, en évaluant l'efficacité des nanoparticules d'or (AuNPs) comme vecteurs de relargage pour deux agents pharmacologiques ciblant CREB et Akt afin d'accélérer la guérison des plaies in vitro et in vivo. Les travaux présentés au chapitre I de cette thèse ont permis de démontrer que : i) la réduction de l'activité et de l'expression d'un grand nombre de facteurs de transcription, et ii) la régulation du patron d'expression génique dans les cellules épithéliales de cornée humaine étaient deux mécanismes majeurs pouvant expliquer pourquoi l'inhibition de WNK1 entraine un retard dans la guérison des plaies cornéennes. Les travaux présentés au chapitre II ont, quant à eux, été utiles afin de démontrer l'innocuité et l'efficacité des AuNPs in vitro. Nous nous sommes ensuite intéressés aux exosomes de la cornée humaine et à leur impact dans la guérison des plaies cornéennes. Les travaux présentés au chapitre III de cette thèse ont permis de démontrer qu'il est possible d'enrichir et de caractériser les exosomes des trois types cellulaires de la cornée. De plus, ils ont permis de mettre en lumière le potentiel intéressant qu'ont les exosomes à accélérer la vitesse de guérison de l'épithélium cornéen. Collectivement, ces résultats auront contribué à une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la cicatrisation des plaies cornéennes. Ces études auront aussi permis de confirmer le rôle de WNK1 et des exosomes dans la guérison des plaies cornéennes, en plus d'illustrer le potentiel des AuNPs à être utilisées comme vecteurs de médicaments en ophtalmologie.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 avril 2024) / Dans le cerveau adulte, la voie canonique Wnt est requise pour maintenir les fonctions neurovasculaires, incluant le débit sanguin cérébral (DSC), l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique (BHE), la stabilité vasculaire, l'activité neuronale, et la réponse immunitaire. Les maladies cérébro-vasculaires et les démences, notamment la maladie d'Alzheimer (MA), sont associées à une altération des fonctions neurovasculaires et à une dérégulation de la voie canonique Wnt. Des découvertes récentes suggèrent que des taux élevés de Dickkopf-1 (DKK1), un inhibiteur endogène de la voie canonique Wnt, corrèlent avec un mauvais pronostic chez les patients atteints par un accident vasculaire cérébral (AVC) ou la maladie d'Alzheimer (MA). Toutefois, la dynamique de DKK1 et sa contribution à la pathobiologie des AVC et de la MA, ainsi que son potentiel comme cible thérapeutique, restent méconnue. En utilisant un modèle expérimental d'AVC ischémique chez la souris, nous avons trouvé dans la première étude que DKK1 est *de novo* exprimé dans le cerveau lésé, mais absent dans le tissu sain. En utilisant une approche génétique qui permet une induction conditionnelle de DKK1, combinée au remplacement des cellules de la moelle osseuse, nous avons découvert que les cellules immunitaires seraient à l'origine du DKK1 dans le cerveau lésé. L'expression de DKK1 par des cellules immunitaires dérivées de moelle osseuse est suffisante pour déréguler la voie canonique Wnt au site de la lésion, traduit par une réduction de l'expression de la β-caténine. L'induction de DKK1 avant un AVC aggrave le dysfonctionnement et la perte neuronale, et exacerbe les déficits neurologiques. Ceci est associé à la dérégulation de la perfusion sanguine ainsi que la vascularisation du tissu endommagé, et à la désorganisation de la cicatrice astrogliale. L'induction de DKK1 après un AVC entrave le confinement de la lésion, causant une inflammation chronique. Ceci est associé à une infiltration importante des lymphocytes B et à une émergence des comportements de type anxiogène. La neutralisation pharmacologique de DKK1 limite la progression des dommages cérébraux et améliore la récupération neurologique. Dans la deuxième étude, nous avons souligné une désactivation progressive de la voie canonique Wnt dans le cerveau des patients atteints de la MA, traduite par une réduction de l'expression de la β-caténine. Cette désactivation corrèle avec la durée des symptômes et elle est plus importante chez les patients porteurs de l'apolipoprotéine E4 (ApoE4). En utilisant un modèle expérimental appartenant à la forme tardive de la MA, la souris transgénique APP$_\textup{swe}$/PS1, nous avons démontré que la présence de la protéine DKK1 augmente dans le cerveau en présence de la pathologie amyloïde-β (Aβ), associée à une diminution de l'expression de la β-caténine. L'inhibition pharmacologique de DKK1 restore l'activité de la voie canonique Wnt dans le cerveau et atténue la pathologie Aβ, tout en améliorant la mémoire et l'état de vigilance des animaux. Ceci est accompagné par une amélioration de la vascularisation, de l'intégrité de la BHE et de la plasticité synaptique. L'ensemble de nos résultats a permis d'identifier l'origine de DKK1 dans le cerveau lésé et d'élucider son rôle dans la pathobiologie et la thérapie des maladies cérébro-vasculaires et les démences. / In the adult brain, the canonical Wnt pathway is required to maintain neurovascular functions, including cerebral blood flow (CBF), blood-brain barrier (BBB) integrity, vascular stability, neuronal activity, and immune response. Cerebrovascular disease and dementia, notably Alzheimer's disease (AD), are associated with impaired neurovascular function and deregulation of the canonical Wnt pathway. Recent findings suggest that elevated levels of Dickkopf-1 (DKK1), an endogenous inhibitor of the canonical Wnt pathway, correlate with a poor prognosis in patients suffering of stroke or Alzheimer's disease (AD). However, the dynamics of DKK1 and its contribution to the pathobiology of stroke and AD, as well as its potential as a therapeutic target, remain poorly understood. Using an experimental mouse model of ischemic stroke, we found in the first study that DKK1 is *de novo* expressed in injured brain but absent in healthy tissue. Using a genetic approach that allows conditional induction of DKK1, combined with bone marrow cell replacement, we found that immune cells would be the main source of DKK1 in the injured brain. Expression of DKK1 by bone marrow-derived immune cells is sufficient to deregulate the canonical Wnt pathway at the injury site, translated by reduced β-catenin expression. Pre-stroke induction of DKK1 exacerbates neuronal dysfunction and exacerbates neurological deficits. This is associated with deregulation of blood perfusion and vascularization of damaged tissue, and disorganization of the astroglial scar. DKK1 induction after stroke impaired lesion enclosure, causing chronic inflammation. This is associated with extensive B-cell infiltration and the emergence of anxiety-like behaviors. Pharmacological neutralization of DKK1 limits the progression of brain damage and improves neurological recovery. In the second study, we highlighted a progressive deactivation of the canonical Wnt pathway in the brains of AD patients, reflected by a reduction in β-catenin expression. This deactivation correlates with the duration of symptoms and is higher in patients carrying apolipoprotein E4 (ApoE4). Using an experimental model belonging to the late form of AD in APP$_\textup{swe}$/PS1 transgenic mice, we demonstrated that the presence of DKK1 protein increases in the brain in the presence of amyloid-β (Aβ) pathology, associated with a decrease in β-catenin expression. Pharmacological inhibition of DKK1 restores the activity of the canonical Wnt pathway in the brain and attenuates Aβ pathology, while improving the memory and awareness of the animals. This is accompanied by improvements of vascularization, BBB integrity and synaptic plasticity. Taken together, our findings have identified the origin of DKK1 in the damaged brain and elucidated its role in the pathobiology and therapy of cerebrovascular disease and dementia.

La plupart des mutations qui ont lieu sur la séquence protéique de FUS et qui lie la protéine à la SLA se trouvent dans le signal de localisation nucléaire (NLS), ce qui rend la protéine anormalement abondante dans le cytoplasme. Combiné à d'autres observations, il est suggéré qu'un gain de fonction toxique de FUS dans le cytoplasme serait à l'origine de la neurodégénérescence. Alors que FUS est principalement une protéine nucléaire impliquée dans les processus de transcriptions, il possède également plusieurs fonctions cytoplasmiques. FUS est impliqué dans l'activité traductionnelle. Son rôle dans la traduction n'est pas encore entièrement compris. Il a été rapporté que FUS à la capacité de se lier au polyribosome pour avoir une action répressive sur la synthèse des protéines. La voie de signalisation mTOR impacte l'association de FUS avec les polyribosomes dans des cellules HEK293T. La SLA étant une maladie qui impacte les neurones du système nerveux central, nous voulons savoir si FUS y sera régulé par cette voie de signalisation. Les modifications post-traductionnelles (PTM) sont connues pour être impliquées dans l'interaction entre les protéines. L'une des hypothèses est que les PTMs et interactions protéines-protéines sont impliqués dans l'association entre FUS et les polyribosomes. Ainsi, l'objectif de mon étude est de déterminer comment la répression de l'activité traductionnelle par les FUS est régulée en étudiant les PTMs, les protéines et les voies de signalisation provoquant l'association de FUS aux polyribosomes. Mes résultats ont montré que la statut phosphorylation de FUS est impliquée dans sa localisation cytoplasmique et est en corrélation avec l'inhibition de la synthèse protéique. De plus, la voie de signalisation mTOR joue un rôle dans la localisation cytoplasmique de FUS en corrélation avec l'inhibition de la synthèse des protéines montrant le rôle de mTOR sur la modulation de FUS face à l'inhibition traductionnelle. De plus, mes résultats ont montré que le rôle de FUS dans la régulation de la traduction dans les régions éloignées telles que les synapses est influencée par la voie de signalisation mTOR. Par conséquent, des composants protéiques de mTOR serait impliqué dans l'association de FUS et son rôle d'inhibiteur traductionnel. / Most of the mutations that take place on the protein sequence of FUS that links the protein to ALS are in the nuclear localization signal (NLS), which makes the protein abnormally abundant in the cytoplasm. Combined with other observations, it is suggested that a toxic gain-of-function of FUS in the cytoplasm is the cause of neurodegeneration. While FUS is primarily a nuclear protein involved in transcription processes, it also has several cytoplasmic functions. FUS is involved in translational regulation. Its role in translation is not yet fully understood. FUS has been reported to have the ability to bind to the polyribosome to have a repressive action on protein synthesis. The mTOR signaling pathway impacts the association of FUS with polyribosomes in HEK293T cells. Since ALS is a disease that impacts the neurons of the central nervous system, we want to know if FUS will be regulated by thissignaling pathway. Post-translational modifications (PTMs) are known to be involved in the interaction between proteins. One of the hypotheses is that PTMs and protein-protein interactions are coordinating the association between FUS and polyribosomes. Thus, the objective of my study is to determine how the repression of translational activity by FUS is regulated by studying the PTMs, FUS protein interactions and signaling pathways causing the association of FUS with polyribosomes. My results showed that the phosphorylation status of FUS is involved in its cytoplasmic localization. Moreover, the cytoplasmic localization of FUS correlates with inhibition of protein synthesis. Moreover, the mTOR signaling pathway plays a role in the cytoplasmic localization of FUS correlating with the inhibition of protein synthesis showing the role of mTOR on the modulation of FUS to translational inhibition. Furthermore, my results showed that the role of FUS in regulating translation in remote regions such as the synapse is influenced by the mTOR signaling pathway.

Les récepteurs NMDA sont essentiels à la fonction synaptique. Ils activent diverses cascades de signalisation, dont celle de la calpaïne. Cette protéase peut cliver la sous-unité GluN2B du récepteur NMDA (rNMDA), mais les conséquences d'une telle coupure ne sont pas encore connues. L'objectif de cette étude est de détecter le fragment C-terminal ainsi généré par la calpaϊne et d'étudier ses possibles interactions avec d'autres protéines, telles que la CaMKII, et, par le fait même, son rôle dans la modulation de cascades de signalisation impliquées dans la fonction synaptique. J'ai donc procédé à des études biochimiques par Western Blot sur différentes fractions (nucléaire, cytosolique, densité post-synaptique (PSD), non-PSD) de neurones corticaux en culture âgée de 12 à 15 jours et j'ai observé le clivage de la sous-unité GluN2B en appliquant une stimulation excitotoxique composée de 100µM de glutamate et 10 µM de glycine, qui est reconnue pour activer tous les récepteurs NMDA (synaptique et extrasynaptique) (Papouin et al., 2012). Cette stimulation a généré un fragment de 60 kDa dans la fraction PSD spécifique à la sous-unité GluN2B. J'ai également démontré, par des expériences d'immunoprécipitation, l'interaction de ce fragment C-terminal avec la CaMKII et la PSD95, ce qui n'a jamais été dévoilé par le passé. Enfin, ce fragment pourrait possiblement être en mesure de maintenir l'activité de la CaMKII lors des processus d'excitotoxicité, ce qui engendrerait la mort neuronale et plusieurs pathologies. / NMDA receptors are essential for synaptic function. They activate various signaling cascades, including that of calpain. This protease can cleave the C-terminal tail of the GluN2B subunit of the NMDA receptor (NMDAr), but the consequences of this cleavage, in neuronal functions, is not yet known. The objective of this study is to detect the C-terminal fragment induced by calpain and to study its possible interactions with other proteins, such as CaMKII, and also, its role in the modulation of signaling cascades involved in synaptic function. I therefore performed biochemical studies by Western blot on different fractions (nuclear, cytosolic, postsynaptic density (PSD), non-PSD) of cortical neurons in culture aged 12 to 15 days and observed the cleavage of the GluN2B subunit by applying an excitotoxic stimulation composed of 100 μM glutamate and 10 μM glycine, which is known to activate all NMDA receptors (synaptic and extrasynaptic) (Papouin et al., 2012). This stimulation generated a fragment at 60 kDa in the PSD fraction specific to the GluN2B subunit. I have also demonstrated, through immunoprecipitation experiments, the interactions of this C-terminal fragment with CaMKII and PSD95, which has never been observed in the past. Finally, this fragment could possibly be able to maintain the activity of CaMKII during the excitotoxicity processes and to induce the neuronal death and several pathologies.

Des conditions hypoxiques surviennent lors de situations environnementales et physiologiques spécifiques, ainsi que dans le contexte de diverses pathologies. En raison de la place cruciale de l’oxygène dans les fonctions biologiques vitales, des mécanismes complexes ont évolué afin d’assurer une adaptation cellulaire adéquate à tout stress hypoxique. Cette adaptation est induite par une réponse transcriptionnelle rapide et hautement contrôlée. L’étude des mécanismes impliqués dans cette réponse est essentielle à la compréhension de ses conséquences, notamment dans le cadre de pathologies associées à des conditions hypoxiques, tel que la progression tumorale. Les facteurs de transcription induits par l’hypoxie (HIF ; hypoxia-inducible factors) sont les médiateurs centraux et essentiels à la réponse transcriptionnelle adaptative à l’hypoxie. Ils sont responsables de l’induction de nombreux gènes régulant les processus physiologiques, cellulaires et moléculaires nécessaires à cette adaptation. HIF-1 et HIF-2 sont les principaux membres de cette famille de facteurs de transcription, partageant des fonctions communes, distinctes et complémentaires. Leur activité dépend de leur sous-unité HIF-α respective, HIF-1α et HIF-2α. Divers mécanismes convergent afin d’assurer une modulation précise des HIF-α en fonction du niveau d’hypoxie et du contexte cellulaire. Ceci implique autant des mécanismes inducteurs que répresseurs, intervenant de manière coordonnée. L’étude de ces mécanismes est donc d’un intérêt considérable pour la compréhension de l’adaptation cellulaire en conditions hypoxiques. Des évidences suggèrent un rôle de la méthylation d’arginines dans la réponse cellulaire à l’hypoxie. Ainsi, cette thèse se penche sur l’implication de l’arginine méthyltransférase PRMT1 dans la régulation des HIF-α. Nous caractérisons PRMT1 en tant que nouveau répresseur de la transcription des gènes HIF1A et HIF2A. Cette répression résulte de l’inhibition des facteurs de transcription Sp1/3, des régulateurs connus de ces gènes. L’étude du mécanisme impliqué nous permet alors de décrire un nouveau rôle de PRMT1 dans la cascade de signalisation ERK. En effet, nous montrons que PRMT1 interagit avec la GEF DOCK6, réprimant ainsi l’activation des kinases ERK1/2 en aval. Ceci a pour conséquence de réduire la phosphorylation et l’activité de Sp1/3. Finalement, nous révélons une dynamique hypoxique intéressante, où une répression temporellement distincte de HIF1A et HIF2A par PRMT1 survient en hypoxie. Ainsi, cette thèse met en lumière un nouveau mécanisme de régulation des HIF-α et souligne l’importance de la répression de leur transcription dans l’adaptation cellulaire à l’hypoxie. Cette thèse contribue ainsi aux connaissances sur le contexte hautement dynamique et complexe de la régulation des facteurs de transcription HIF, des médiateurs essentiels de l’homéostasie cellulaire. / Hypoxic conditions occur under specific environmental et physiological situations, as well as in different pathological contexts. Due to the crucial requirement of oxygen for vital biological functions, complex mechanisms have evolved to ensure adequate cellular adaptation to hypoxic stress. Such adaptation is induced by a rapid and highly controlled transcriptional response. The study of this response is essential for the comprehension of its consequences, particularly in the context of pathologies associated with hypoxic conditions, such as tumor progression. Hypoxia-inducible factors (HIFs), are central and essential mediators of the adaptive transcriptional response to hypoxic stress. They are responsible for the induction of numerous genes regulating the physiological, cellular and molecular processes necessary for this adaptation. HIF-1 and HIF-2 are the main members of this family of transcription factors and share common, as well as distinct and complementary, fonctions. Their activities are dependent on their respective HIF-α subunits, HIF-1α and HIF-2α. Diverse mechanisms converge in order to allow precise modulation of HIF-α subunits in accordance to hypoxic and cellular contexts. This implicates positive as well as negative regulators, acting in a coordinated fashion. The study of these mechanisms is of considerable interest for the comprehension of cellular adaptation to hypoxia. Studies suggest a role for arginine methylation in the hypoxic stress reponse. Therefore, this thesis aims at evaluating the role of the protein arginine methyltransferase PRMT1 in HIF-α regulation. We characterize PRMT1 as a novel repressor of HIF1A and HIF2A gene transcription. This repression is caused by the inhibition of Sp1/3 transcription factors, known HIF1A and HIF2A gene regulators. The investigation of the underlining mechanism allowed us to describe a new role for PRMT1 in the ERK signaling cascade. Indeed, we demonstrate that PRMT1 interacts with the Rho GEF DOCK6, repressing downstream ERK1/2 kinases. This results in reduced Sp1/3 phosphorylation and activity. Finally, we reveal an interesting hypoxia-related dynamic, where a distinct temporal repression of HIF1A and HIF2A occurs under hypoxic conditions. This thesis higlights a new regulatory mechanism of HIF-α subunits and underlines the importance of their transcriptional repression in cellular adaptation to hypoxia. This thesis therefore contributes to the knowlegde surrounding the highly dynamic and complex regulation of HIF transcription factors, essential mediators of cellular homeostasis.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Biosciences végétales : Toulouse 3 : 2008. / Titre provenant de l'é215-232.