Première cause de décès par cancer chez la femme, le cancer du sein développe souvent une résistance à la chimiothérapie pouvant impliquer des transporteurs ABC (ATP Binding Cassette). Ils transportent les médicaments hors de la cellule et diminuent leur efficacité thérapeutique. Nous nous sommes intéressés à la protéine ABCC11 ou MRP8 (Multidrug Resistance Protein 8), exprimée dans le sein et responsable de l'efflux de certains anticancéreux (5FdUMP et méthotrexate). Nous avons démontré que l'expression d'ABCC11 était dépendante des voies de signalisation impliquant ER (Récepteur aux œstrogènes) ou PR (Récepteurs à la Progestérone). De plus, le tamoxifène (antagoniste d'ER) et la dexaméthasone (activateur de PR), utilisés en association avec la chimiothérapie, induisent l'expression d'ABCC11 et influenceraient négativement la réponse aux traitements anticancéreux à base de substrats d'ABCC11. L'expression d'ABCC11 a été positivement corrélée à celles d'ER et PR dans des cancers du sein. En parallèle, nous avons généré 2 modèles in silico en conformation ouverte vers l'intracellulaire ou vers l'extracellulaire et identifier des acides aminés potentiellement critiques dans l'architecture de la protéine ainsi que dans la liaison avec certains substrats (5FdUMP et GMPc). Nous avons également généré les outils moléculaires permettant l'étude de l'impact de 13 SNP (Single Nucleotide Polymorphism) non synonymes d'ABCC11. En raison d'une instabilité des lignées cellulaires, l'étude n'a pu être menée à son terme. Notre travail a ainsi contribué à une meilleure caractérisation d'ABCC11 et souligne sa potentielle valeur pronostic et prédictive dans le traitement du cancer du sein.

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

Notre étude est consacrée à la caractérisation des mécanismes d'adaptation métabolique des neutrophiles au cours de l'inflammation et plus particulièrement au cours de leur recrutement dans les voies aériennes des patients atteints de mucoviscidose (cystic fibrosis ou CF en anglais). Dans la mucoviscidose, nous avons précédemment décrit que les neutrophiles présents dans la lumière du poumon sont viables et soumis à une reprogrammation, notamment via l'activation de la voie anabolique mTOR. Ce travail est fondé sur les propriétés spécifiques de ligands solubles dérivés des domaines liant le récepteur (RBD, pour Receptor-Binding Domain) des glycoprotéines d'enveloppes rétrovirales permettant leur utilisation pour la détection de transporteurs métaboliques à la surface des cellules. Dans un premier temps, nous avons validé l'utilisation de ce nouveau groupe de marqueurs pour identifier et caractériser le phénotype métabolique des leucocytes CF obtenus à partir d'échantillons de différents compartiments (sang et expectorât pulmonaire). Dans un deuxième temps, l'étude de l'expression de ces transporteurs métaboliques sur les neutrophiles sanguins de patients atteints de CF ou de polyarthrite rhumatoïde et de sujets contrôles, a permis la distinction de phénotypes métaboliques au niveau systémique selon différents états inflammatoires. Ensuite, nous avons comparé l'expression des transporteurs métaboliques entre les neutrophiles sanguins et pulmonaires de patients CF et révélé une adaptation métabolique de ces cellules lors de leur recrutement vers les poumons. Enfin, les neutrophiles présents dans les voies aériennes des patients CF présentent une modulation de leur activité transcriptionnelle. De façon surprenante, nos travaux démontrent que malgré leur reprogrammation, les neutrophiles recrutés vers les poumons CF sont fonctionnellement compétents, ajoutant ainsi un nouvel angle d'approche dans l'étude des neutrophiles au cours de l'inflammation, notamment dans le cas de la pathologie pulmonaire liée à la mucoviscidose. / The present study focuses on adaptive metabolic steps adopted by neutrophils during inflammation, particularly during their recruitment into the cystic fibrosis (CF) airways. In CF, we previously described that airway neutrophils are alive and undergo reprogramming, featuring notably the activation of the anabolic mTOR pathway. The present work is based on specific properties of soluble ligands derived from the receptor-binding domains (RBD) of retroviral glycoprotein envelopes, which can be used for the detection of metabolite transporters at the cell surface. First, we validated the use of this new set of markers for the identification and characterization of the metabolic phenotype of CF leukocytes obtained from distinct compartments (blood and sputum). Second, by studying the metabolite transporter expression on blood neutrophils from CF or rheumatoid arthritis patients and control subjects, we distinguished metabolic phenotypes characteristic of specific inflammatory states. Then, we compared metabolite transporter expression between CF blood and airway neutrophils and showed that neutrophils undergo significant metabolic adaptation upon recruitment into the lungs. Finally, we demonstrated that CF airway neutrophils display significant transcriptional modulation and that despite their metabolic reprogramming, they remain functionally competent, thus adding an additional angle of approach to neutrophil studies with regard to inflammation, notably during CF airway disease.

Au Mexique l’état de Tamaulipas est susceptible de devenir l'un des plus grands producteurs de mezcal. Contrairement à d’autres boissons alcoolisées, la mycoflore responsable de la fermentation alcoolique du mezcal n'a pas été pleinement identifiée ou caractérisée métaboliquement. Il est d'un grand intérêt industriel de savoir si les levures indigènes impliquées dans la fermentation de moûts d’agave ont une forte nature fructophilique qui serait induite par la composition naturelle riche en fructose du moût. De plus, la caractérisation cinétique des levures et au niveau moléculaire des transporteurs impliqués dans la consommation de fructose par cette flore est pertinente étant donné que des études sur l'utilisation des hexoses par Saccharomyces cerevisiae n’ont pas montré que les transporteurs de glucose et de fructose étaient différents. Dans ce travail, la population levurienne étudiée était de 17 isolats, à partir de 103 initialement isolés de la mezcaleria "El Palmar" Emilio Lozoya, situé à San Carlos (Tamaulipas, Mexique) au niveau de différentes étapes. Seules les levures de l’espèce Saccharomyces cerevisiae ont été retenues et étudiées. En particulier de polymorphismes des 2 gènes des transporteurs principaux de sucres associes au fructose consume HXT1 et HXT3, a été évalué en comparaison à une souche de référence. Les résultats obtenus dans cette étude suggèrent la nécessité d'une analyse approfondie afin de préciser les liens entre la fructophilie et l'expression et / ou la structure des gènes des transporteurs de sucres lors de la fermentation alcoolique. / The Mexican state of Tamaulipas has the potential to become one of the main producers of mezcal. But contrary to what is known about other alcoholic beverages, the mycoflora involved in this alcoholic fermentation has not been completely identified nor characterised from the metabolic point of view. There is an increasing industrial interest on knowing if the native yeasts associated to agave must fermentations possess a fructophilic behaviour, favoured by the natural high fructose composition of the agave musts. Moreover, the kinetic characterisation of these yeasts and the molecular analysis carried out on the hexose transporters genes reported to be involved in the glucose and fructose consumption is pertinent, and several studies on Saccharomyces cerevisiae have demonstrated a differential preference for each hexose. In this study, a set of 17 yeast isolates were chosen from an original collection of 103 yeast isolated at the mezcalería El Palmar Emilio Lozoya, which is located at San Carlos (Tamaulipas, Mexico) from different stages of the fermentation. Only those belonging to S. cerevisiae specie were studied, mainly concerning the polymorphisms found on their two main hexose transporter genes associated to a preferential consumption of fructose, HXT1 and HXT3, and results compared to a control strain. The results obtained showed that there is no a direct link between the fructophilic phenotype and/or the structure of these genes and that more studies are needed to establish such relationships

L’efficacité des chimiothérapies est limitée par la surexpression de pompes d’efflux adressées à la membrane plasmique des cellules cibles. En effet, celles-ci réduisent le taux intracellulaire des médicaments anticancéreux, antiviraux, antifongiques et antibactériens. La P-gp/ABCB1 est la plus impliquée dans ce phénomène, suivie de MRP1/ABCC1 et de BCRP/ABCG2. Une approche pour surmonter ce phénomène est de développer des médicaments qui ne soient pas expulsés par ces pompes. Dans ce contexte, nous avons développé une nouvelle classe d’inhibiteurs de la protéase du VIH-1 qui ne sont ni transportés par P-gp ni par BCRP. Ils sont ainsi des candidats intéressants aux trithérapies contre le SIDA. Un point clé pour comprendre comment ces transporteurs font traverser les médicaments à travers la membrane est d’identifier des nouvelles structures. Ainsi, nous avons résolu trois structures de P-gp de souris. Une d’entre-elles est complexée à un nano-anticorps lié au premier NBD («nucleotide-binding domain»), qui fige la P-gp dans une nouvelle conformation ouverte vers l'intérieur. Pour finir, nous avons localisé deux sites de liaison de P-gp en caractérisant les modes d'inhibition de deux inhibiteurs précédemment cocristallises avec la pompe. Ceci permet de mieux comprendre le mécanisme de translocation et offre la possibilité de cibler plus précisément ces sites pour développer des modulateurs de cette pompe / Resistance to chemotherapy is partly due to efflux pumps expressed in the plasma membrane which prevents the accumulation of anticancer, antiviral, antifungal and antibacterial drugs in target cells. Three human ABC transporters are particularly involved in MDR phenotype: P-gp/ABCB1, MRP1/ABCC1 and BCRP/ABCG2. Among the different approaches used to overcome the resistance linked to these transporters, the development of non-substrate drugs MDR-ABC transporters has been described. Here, new class of HIV-1 protease inhibitors not recognized by P-gp/BCRP were identified, promising to be attractive candidates to HAART therapy. Since the determination of the X-ray structures in different conformations is a key point to understand how MDR-ABC transporters translocate drugs across the plasma membrane, the crystal structures of three inward-facing conformations of mouse P-gp were resolved. One structure has a camel nanobody bound to the C-terminal side of the first nucleotide-binding domain, revealing a unique epitope on P-gp and freezing a new open-inward conformation. Finally, the enzymatic characterization of two inhibitors co-crystallized with the mouse P-gp has allowed to localize two main binding sites by which drugs efflux occurs. These results bring new findings of the drug-efflux mechanism and offer the possibility to target more precisely those sites to develop modulators of this pump

Les travaux présentés ici portent sur les P1B-ATPases HMA2, HMA3 et HMA4 d'Arabidopsis thaliana, transporteurs de cations présents sur différentes membranes chez les plantes. L'étude du contenu cationique de plantes mutantes hma2 et hma4 a précisé le rôle important de HMA4 dans la translocation du Zn et du Cd vers les parties aériennes et sa forte affinité pour le Cd. La mesure du contenu cationique de graines de différents génotypes a montré un effet complexe des modulations de l'expression des gènes correspondants, la surexpression du gène HMA4 conduisant à une teneur en Zn de la graine similaire à celle du mutant perte de fonction. Ces résultats confirment l'importance de HMA4, et montrent la nécessité d'adapter la construction aux objectifs biotechnologiques visés. Afin de préciser le rôle de résidus conservés au sein de la famille des P1B-ATPases, j'ai étudié l'effet de l'expression d'un variant de HMA4 pour le domaine fortement conservé CPC. Les résultats obtenus in planta suggèrent une interaction avec la version native du transporteur entraînant une perte de l'activité de HMA4. Pour mener une approche structure/fonction sur ces transporteurs, L. lactis a été défini comme le meilleur candidat pour produire HMA3. Suite à l'expression de HMA3, un gain de tolérance au Cd a été observé et a permis de valider 3 variants de HMA3, mutés au niveau du pore ou du site d'hydrolyse de l'ATP, comme affectés dans l'activité de la protéine. Les membranes de L. lactis enrichies en transporteur HMA3 ou de ses variants ont permis une reconstitution in vitro en protéoliposomes permettant de mesurer une activité de transport du Cd compétitive avec le Zn et inhibée par le vanadate. / Work presented here is about Arabidopsis thaliana P1B-ATPases HMA2, HMA3 et HMA4, cation transporters found in different plant membranes. Cation content study of mutant plants hma2 and hma4 precised important role of HMA4 in upward translocation of Zn and Cd, and its high affinity for Cd. Cation content measure of seeds from different genotypes showed a complex effect of modulations of related genes expression levels, HMA4 overexpression leading to a seed Zn content similar the loss-of-function mutant one. These results confirm the importance of HMA4 and show the needs to adapt construction to biotechnological aims. To precise the role of residus conserved among the P1B-ATPases family, I studied the effect of the expression of a HMA4 variant for the highly conserved domain CPC. Obtained in planta results suggest an interaction with the native transporter leading to a loss of HMA4 activité. To perform a structure/function study on these transporters, L.lactis has been shown as the best candidate to produce HMA3. Due to HMA3 expression, a gain of Cd tolerance has been observed and allowed to validate three HMA3 variants, mutated in the pore or the ATP hydrolysis site, as affected in the protein activity. L.lactis membranes enriched with HMA3 or variants allowed an in vitro reconstitution in proteoliposomes and the measurement of a Cd transport activity competing with Zn and inhibited by vanadate.

La surexpression de pompes d'efflux par les cellules cancéreuses permet l'élimination d'agents cytotoxiques, induisant alors une résistance à la chimiothérapie. Trois transporteurs ABC sont principalement impliqués dans cette résistance : P-gp/ABCB1, MRP1-ABCC1 et BCRP/ABCG2. La surexpression des ces transporteurs peut également être le "talon d'Achille" des cellules cancéreuses résistantes en les sensibilisant à certains composés. Ce phénomène, appelé sensibilité collatérale, pourrait constituer un nouvel outil thérapeutique conter les les cancers intrinséquement ou rendus résistants en éliminant sélectivement les cellules cancéreuse résistances. Ainsi, le S-vérapamil provoque la mort sélective par apoptose des cellules surexprimant suite à l'extrusion rapide et massive du glutathion 5GSH) intracellulaire par MRP1. Nous avons démontré que le vérapamil est capable de dépléter s"lectivement de leur contenu en GSH les tumeurs de cancer du poumon H69AR, MRP1 positives et résistantes, dès 3 heures d'exposition aiguë. Le vérapamil étant fortemnt carditoxique, nous avons développé de nouveaux agents de sensibilité collatérale, plus sélectif que le vérapamil, comme le xanthone 9, le flavonoïde 36 et le dimère de flavonoïde 4e. Enfin, grâce à l'étude de chimères MRP1/MRP2, nous avons démontré que la région comprenant les boucles L0 et L1-TM12 pourrait constituter les sites modualteurs et substrat du GSH sur MRP1. / Resistance to chemotherapy is partly due to efflux pumps expressed in the plasma membrane, which prevent the accumulation of anticancer drugs in tumor cells. Three human ABC transporters are particulary involved in this chemoresistance : P-gp/ABCB1, MRP1-ABCC1 and BCRP/ABCG2. The overexpression of these trnasporters can also be an "Achille heel" for resistant cancer cells by sensitizing them to various drugs. This phenomenom, called collateral sensitivity, could constitute a new chemotherapy to eradicate cancers becoming resistant or cancer which ara resistant prioir to any treatment. Thus, S-verapamil triggers selective apoptosis of MRP1 overexpressing correlated to the massive and rapide extrusion of cellular glutathione by MRP1. We showed that verapamil is able to selectivity deprive H69AR MRP1 positive and resistant lung tumors, as soon as 3 hours of acute exposure. Verapamil being highly cardiotoxic, we have developed new collateral sensitivity drugs, more selective than verapamil, such as xanthone 9, flavonoïdd 36 and flavonoïd dimer 4e. Finally, thanks to the characterization of MRP1/MRP2 chimera, we showed that the MRP1 region including the intracellular loop L0 L1-TM12 might constitute the substrate and the modulator binding sites for GSH.

Les canaux potassiques sensibles à l'ATP (KATP) jouent un rôle primordial dans la sécrétion pancréatique d'insuline et participent au contrôle du tonus vasculaire ainsi que de l'excitabilité des cellules musculaires cardiaques et neuronales. Constitués de l'assemblage unique d'un récepteur membranaire de la famille des transporteurs ABC, le récepteur des sulphonylurées SUR, et d'un canal potassique rectifiant entrant, Kir6.2, ces canaux couplent le métabolisme cellulaire au potentiel membranaire et constituent en ce sens un modèle naturel de biocapteur.<br />Le caractère unique de cet assemblage tient au fait que SUR est capable de réguler l'activité de Kir6.2 suite à la fixation de ligands: nucléotides, activateurs ou inhibiteurs pharmacologiques. Nous nous sommes intéressés aux déterminants moléculaires intervenant dans le couplage fonctionnel de SUR au canal Kir6.2. Utilisant une stratégie chimérique, nous avons identifié une région C-terminale de l'isoforme SUR2A essentielle aux mécanismes d'activation du canal, assurant le lien entre la fixation de ligands à SUR et l'ouverture de Kir6.2.<br />Nous avons également utilisé notre connaissance du modèle du canal KATP pour développer un nouveau type de biocapteur électrique, les Ion Channel Coupled Receptors (ICCR), fondé sur le couplage fonctionnel artificiel entre Kir6.2 et des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR). Par ingénierie protéique, nous avons créé deux modèles d'ICCR impliquant respectivement les récepteurs muscarinique M2 et dopaminergique D2: la fixation d'agonistes ou antagonistes spécifiques sur ces récepteurs entraîne une activation ou une inhibition du canal mesurables électriquement en temps réel, jetant les bases prometteuses d'une nouvelle génération de biocapteurs acellulaires.

La P-glycoprotéine (P-gp) appartient à la famille des transporteurs ABC qui confèrent, aux microorganismes pathogènes et cellules tumorales humaines, par transport actif à travers la membrane plasmique, une résistance à de multiples molécules antibiotiques et anticancéreuses sans parenté structurale. Malgré les quelques structures de transporteurs ABC bactériens, la caractérisation par microscopie électronique de la P-gp, et la récente structure de P-gp de souris déposée dans la Protein Data Bank (PDB), obtenir une structure pour la P-gp humaine est d'un intérêt particulier à cause de son importance clinique. Actuellement, il n'existe pas de modèle structural d'interaction P-gp/substrat permettant d'expliquer sa multispécificité. Par modélisation par homologie, nous avons reconstruit trois structures de la Pgp humaine: une en présence et deux autres en absence de nucléotide. La liaison du nucléotide change l'accessibilité du transporteur de la face cytoplasmique vers la face extracellulaire. Ces trois états conformationnels ont été placés dans un environnement membranaire afin de révéler la localisation des mutations spécifiques altérant la liaison de la P-gp à certains médicaments. Enfin, nous avons réalisé une étude de docking sur deux structures modélisées de P-gp de Hamster dans les deux orientations. Ce docking a concerné trois molécules sans aucune ressemblance structurale (vérapamil, vinblastine et tentoxine) mais dont les fixations sont mutuellement soit compétitives, soit non-compétitives. Les meilleures poses obtenues sont compatibles avec l'existence de deux pharmacophores distincts pour la reconnaissance des drogues transportées par la P-gp.

Les transporteurs ABC constituent une famille de protéines membranaires qui assurent une fonction de transport, au travers des membranes cellulaires. Plusieurs ABC sont impliqués dans des physiopathologies humaines ou induisent des phénotypes de résistance. Ce manuscrit présente l'étude de l'expression de l'ensemble des ABC, par PCR quantitative, dans différents organes, ou en réponse à un traitement chez l'Homme et la souris. Nous avons étudié l'effet d'un traitement colchicine sur des lignées cellulaires humaines et des souris. Nous avons montré que ce traitement permettait d'induire l'expression de transporteurs ABC. Nous avons établi la première cartographie de l'expression des transporteurs ABC au cours du développement hépatique. Certains transporteurs absents du foie fœtal s'expriment après la naissance et jouent probablement un rôle dans la physiopathologie du foie adulte. A l'inverse l'expression de certains transporteurs s'éteint après la naissance, suggérant un rôle dans l'hématopoïèse. Nous avons mesuré l'expression des transporteurs ABC sur des biopsies de patients atteints de leucémies aiguës en corrélation avec leur sensibilité aux chimiothérapies. De façon intéressante, nous avons montré que des transporteurs jusqu'à présent non décrits dans la résistance pourraient contribuer à un mauvais pronostic. Enfin, nous avons étudié le transcritpome ABC dans les cellules souches humaines à différents stades de différenciation. Certains transporteurs pour lesquels nous observons des variations d'expression pourraient caractériser un état de différenciation et être impliqués dans l'auto-renouvellement ou la différentiation des cellules souches.