UPThèses

La maladie de Parkinson est une pathologie neurodégénérative qui peut être liée à la présence de mutations génétiques au niveau du gène SNCA codant pour le pro oxydant α-synucléine. De nombreux travaux montrent que la levure Saccharomyces cerevisiae constitue un modèle utile et valable pour étudier les mécanismes moléculaires de la toxicité cellulaire de l'α-synucléine. En effet, l'expression hétérologue de l'α-synucléine chez une souche sauvage de S. cerevisiae entraîne des dysfonctionnements cellulaires identiques à ceux déjà observés dans les neurones. En plus de ces anomalies fonctionnelles, l'α-synucléine entraine une accumulation de particules lipidiques cytoplasmiques dans les levures. Afin d'élucider le rôle de ces particules lipidiques dans la toxicité cellulaire de l'α-synucléine, nous avons exprimé cette protéine dans une souche de S. cerevisiae incapable de fabriquer les particules lipidiques. De manière surprenante, l'incapacité de fabriquer les particules lipidiques rend les cellules plus tolérantes à l'α-synucléine. Nos résultats indiquent que le niveau de toxicité de l'α-synucléine est corrélé non seulement à l'activité de synthèse des acides gras mais également au statut redox cellulaire.

Les protéines intégrées de la membrane plasmique des cellules doivent emprunter la voie de sécrétion pour atteindre leur destination finale. Des points de contrôles, localisés tout au long de cette voie, sont capables de repérer les protéines mal repliées et de prendre en charge leur dégradation. De nombreuses études suggèrent que ces points de contrôles sont impliqués dans l'étiologie de plusieurs pathologies génétiques humaines. De plus, des données bibliographiques récentes suggèrent que la régulation de l'homéostasie lipidique cellulaire pourrait également influencer l'efficacité de ces différents points de contrôle. Au cours de ce doctorat, nous avons développé une approche nous permettant d'évaluer l'impact de perturbations de l'homéostasie lipidique sur la biogénèse d'une protéine membranaire modèle chez la levure Saccharomyces cerevisiae, ainsi que sur l'intégrité physique d'un compartiment clef de la voie de sécrétion : le Reticulum Endoplasmique (RE). La levure est un microorganisme anaérobie facultatif, dans le sens où elle peut se développer en absence d'oxygène. Néanmoins, elle est alors incapable de synthétiser ses acides gras saturés ainsi que son stérol majoritaire, l'ergostérol. En nous appuyant sur cette propriété physiologique, unique dans le monde vivant, nous avons induit chez la levure des carences lipidiques contrôlées (acides gras et/ou ergostérol), et nous en avons évalué les conséquences sur la biogenèse de Fur4p, une perméase à uracile de la membrane plasmique. Nous avons démontré que les carences lipidiques résultaient en une prise en charge de la protéine par un contrôle qualité au niveau de l'appareil de Golgi, résultant en son adressage direct depuis cette organelle, via la voie endosomale, vers la vacuole pour dégradation. Un ensemble de données suggèrent que le paramètre biophysique qui contrôle la sortie de Fur4p de l'appareil de Golgi serait le stress de courbure. Parallèlement à ceci, nous avons également évalué l'effet de ces différentes carences lipidiques sur la fonctionnalité du RE et plus particulièrement sur le déclenchement de l'Unfolded Protein Response (UPR), un mécanisme permettant la prise en charge des protéines mal repliées dans ce compartiment. Nous avons constaté que l'accumulation d'acides gras saturés au sein des phospholipides provoque le déclenchement de cette réponse UPR, un phénomène amplifié par la présence d'ergostérol. Il apparaît donc que le contenu lipidique cellulaire peut directement affecter le repliement des protéines dans le RE et, en conséquence, réguler la réponse UPR. L'ensemble de ces résultats expérimentaux, obtenus chez un organisme modèle, est discuté dans le contexte de pathologies humaines, notamment associées à des dérégulations de l'homéostasie lipidique et à forte incidence, comme l'athérosclérose et l'obésité.

Les acides gras saturés (AGS) altèrent la fonctionnalité des organites dans de nombreux types cellulaires. Il a été proposé que ce processus, également nommé lipointoxication, puisse être responsable de plusieurs pathologies humaines telles que le diabète de Type 2. Au niveau cellulaire, l'accumulation d'AGS est associée à une augmentation du taux de saturation des phospholipides (PL) membranaires, les composants majoritaires des membranes des organites, mais également du taux de céramides, impliqués dans l'induction de l'apoptose. Dans une première partie de ce travail, nous avons étudié, chez le modèle cellulaire simple Saccharomyces cerevisiae, la contribution relative des PL saturés et des céramides à la cytotoxicité des AGS. Nous avons pu démontrer que les céramides agissaient à des étapes précoces de la voie de sécrétion, alors que les PL saturés impactaient des étapes plus tardives en altérant en particulier la formation de vésicules de sécrétion. Parallèlement, nous avons également constaté que le taux d'AGS était significativement augmenté dans les PL membranaires des patients atteints d'une maladie génétique, la mucoviscidose. La mutation la plus fréquente responsable de cette maladie, résulte en la rétention de la protéine correspondante dans le réticulum endoplasmique. Des molécules pharmacologiques, capables de corriger le trafic de la protéine à sa destination finale ont été isolées in vitro, mais des limitations importantes ont pu être observées lors des tests cliniques. Nous proposons dans le présent manuscrit que la lipointoxication liée aux AGS pourrait être un écueil important à l'utilisation des correcteurs actuels pour le traitement de la mucoviscidose.

Les protéines vitamine K-dépendantes (PVKDs) sont une famille de protéines connues pour leur implication dans la régulation de la coagulation sanguine. Leur activité dépend d'une modification post-traductionnelle, la γ-carboxylation qui est inhibée par la warfarine. Deux PVKDs, les protéines S et Gas6 ont été identifiées comme ligands des récepteurs tyrosine kinase de la famille TAM. L'étude menée chez les souris invalidées pour ces récepteurs suggère une implication des PVKDs dans la neurogenèse. Chez les rongeurs, la neurogenèse assurée par les cellules souches neurales (CSN) persiste à l'âge adulte dans quelques régions cérébrales dont la zone sous-ventriculaire (SVZ). Mon travail de thèse a eu pour objectif majeur de comprendre l'effet des PVKDs sur l'activité des CSN de la SVZ mais aussi l'implication de la protéine Gas6 dans la rétinogenèse. Nos résultats montrent que l'inhibition de la sécrétion des PVKDs par la warfarine stimule la prolifération des CSN. En outre, nous montrons que les récepteurs TAM et leurs ligands sont exprimés par les CSN et dans le LCR, que la protéine S exogène inverse les effets de la warfarine et que l'absence de la protéine Gas6 chez les souris Gas6-/- induit une réduction de la prolifération des CSN. L'ensemble de ces résultats a permis de mettre en évidence l'implication des PVKDs dans la régulation de la prolifération des CSN. La deuxième partie de ce travail montre que les CSN possèdent une activité phagocytaire basale qui est stimulée par la protéine S. La troisième partie de ce travail montre que chez les souris Gas6-/- soumises à une lésion rétinienne, la prolifération cellulaire permettant la réparation de la lésion...

L'angiogenèse est un processus physiologique qui correspond à la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir d'un réseau vasculaire préexistant et est régulée par l'équilibre entre les facteurs endogènes pro- et anti-angiogéniques. La rupture de cet équilibre est associée à de nombreuses pathologies dont l'ischémie, la rétinopathie ou encore la progression tumorale. Etant donné que les cellules endothéliales, principal type cellulaire composant les vaisseaux sanguins expriment les récepteurs à activité tyrosine kinase du facteur anticoagulant, la protéine S, Tyro3, Axl et Mer et produisent de la protéine S, l'objectif de ce travail est d'étudier le rôle, de la protéine S dans l'angiogenèse. Dans la première partie de ce travail, nous avons montré in vivo que la protéine S inhibe l'angiogenèse induite par les facteurs pro-angiogéniques (VEGFA et FGF2). Parallèlement, nous avons observé in vitro une inhibition par la protéine S de la prolifération et de la migration des cellules endothéliales induites par le VEGFA. Cet effet est corrélé à l'inhibition par la protéine S des voies de signalisation des MAP-Kinases et de la phosphatidylinositol 3-kinase (PIK3) induites par le VEGFA. Nous avons ensuite mis en évidence, par l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques et de petits ARNs interférents, que la protéine S inhibe, via l'activation du récepteur Mer et le recrutement de la protéine phosphatase SHP2, l'activation du VEGFR2, le principal récepteur du VEGFA. Dans la deuxième partie, nous avons montré de manière intéressante que le rôle joué par la protéine S lors de l'angiogenèse est plus complexe, puisqu'elle est capable d'activer directement la voie de signalisatio

Ce travail porte sur deux projets ayant pour fil conducteur la transmission dopaminergique. Ces projets portent sur deux maladies psychiatriques associées, d'une manière ou d'une autre, à une hyperdopaminergie : la dépendance aux drogues et la schizophrénie. La dépendance aux drogues constitue le projet principal de ma thèse et la schizophrénie est un projet en collaboration avec l'université Américaine de Beyrouth. Dans un premier temps, nous avons étudié chez la souris l'influence d'un environnement qui mime les conditions positives comme l'environnement enrichi durant les premiers stades de vie, sur la vulnérabilité aux drogues comme la cocaïne et l'héroïne ayant des mécanismes d'actions différentes. Nous nous sommes focalisés sur le système dopaminergique mésolimbique qui projette vers le striatum ventral et qui est considéré comme un maillon central de circuit de récompense. Nos résultats montrent que les conditions environnementales positives peuvent protéger contre les effets renforçants de la cocaïne et de l'héroïne. La protection contre les effets de la cocaïne semble être médiée par une réduction de la réactivité des neurones du striatum au niveau post synaptique. Nous avons trouvé aussi une dissociation entre les effets activants et récompensants de l'héroïne reflétant que les effets récompensants de l'héroïne sont, en partie, indépendants du système dopaminergique mésolimbique. Ces études montrent que l'environnement enrichi diminue la vulnérabilité à développer l'addiction aux drogues. Ensuite, nous avons étudié l'influence de l'environnement enrichi sur les effets stimulants et récompensants de la cocaïne après l'installation de la dépendance ainsi que sur la rechute à la cocaïne. Nous avons participé à une étude montrant que les influences de l'environnement enrichi ne sont pas restreintes à son rôle protecteur contre les effets des drogues. L'environnement enrichi est aussi capable d'éliminer les conséquences comportementales et neurochimiques des injections répétées des drogues et empêcher le phénomène de rechute. De ce fait, l'environnement enrichi possède aussi un rôle curatif de l'addiction aux drogues. Concernant le deuxième axe de l'étude, nous avons étudié par hybridation in situ l'expression des gènes des récepteurs dopaminergiques D1 et D2, de la sous unités NR1 et NR2A des récepteurs NMDA glutamatergiques et des neuropeptides (substance P, enképhaline, dynorphine) dans un modèle animal de la schizophrénie. Ce modèle s'agit des rats ayant une lésion néonatale de l'hippocampe ventrale et montrant après la puberté des changements comportementaux associés à une augmentation de l'activité dopaminergique dans le striatum et un dysfonctionnement du cortex préfrontal, consistants avec la schizophrénie. Nous avons montré que l'émergence de ces comportements après la puberté est associée à une diminution de l'expression du récepteur D2 et des neuropeptides (enképhaline et substance P) dans le striatum, et une augmentation de l'expression de NR1 dans le cortex. Ces changements semblent être des mécanismes compensatoires à l'augmentation de l'activité dopaminergique dans le striatum et à l'hypofonctionnement des récepteurs NMDA dans le cortex, qui n'apparaissent, similairement à la schizophrénie, qu'après la puberté.

Le fonctionnement du système nerveux dépend de la mise en place d'un réseau complexe de connexions neuronales au cours du développement embryonnaire et postnatal. Comprendre comment ces réseaux neuronaux s'établissent est un axe majeur de la neurobiologie du développement. Au-delà de son importance fondamentale, la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires du guidage axonal représente un enjeu capital pour appréhender les situations pathologiques consécutives à des troubles lésionnels ou dégénératifs du système nerveux, compte tenu de l'importance des mécanismes développementaux dans la réparation des circuits neuronaux adultes. Au sein de l'équipe Physiopathologie des Troubles Neurodégénératifs et Adaptatifs de l'unité CNRS UMR 6187, le Pr. Afsaneh Gaillard a récemment réussi à reconstruire la voie nigrostriée dans un modèle murin de la maladie de Parkinson, par greffe de cellules embryonnaires issues du mésencéphale ventral. Afin d'identifier les mécanismes moléculaires mis en jeu, nous nous sommes attachés à étudier les mécanismes de guidage axonal des neurones dopaminergiques issus du mésencéphale ventral vers leur région cible, le striatum, pendant l'embryogenèse chez la souris. De précédentes études ont suggéré l'implication du couple de molécules de guidage éphrine-A5/EphA5 en se basant sur l'expression de leurs ARNm respectivement mis en évidence dans le striatum et dans le mésencéphale ventral. Cependant, aucune implication fonctionnelle n'a été démontrée. Ainsi, nous sommes-nous tout d'abord attachés à décrire, in vivo, l'expression de la protéine éphrine-A5 par immunohistochimie dans le système nerveux central de la souris au cours du développement, avant d'émettre l'hypothèse de l'implication de l'interaction éphrine-A5/EphA5 dans la mise en place de la voie mésostriatale. Nous avons notamment détecté à proximité des axones dopaminergiques, pendant l'embryogenèse et le développement post-natal, l'expression de la protéine éphrine-A5 dans le thalamus, dans le télencéphale ventral selon un gradient décroissant rostro-caudal et ventro-dorsal, et dans le striatum. Nous avons montré, in vitro par immunocytochimie et in vivo par immunohistochimie, qu'une proportion de neurones dopaminergiques exprime la protéine réceptrice EphA5. De plus, nous avons observé, par stripe assay, que la protéine purifiée éphrine-A5 exerce un effet répulsif sur la majorité des projections dopaminergiques. Chez l'embryon dont le gène codant pour éphrine-A5 a été invalidé, nous avons mis en évidence, par western blot, une diminution de l'expression de la tyrosine hydroxylase, marqueur des neurones catécholaminergiques, dans le mésencéphale ventral. L'ensemble de ces résultats suggèrent que les éphrines-A, et plus particulièrement éphrine-A5, participent au guidage axonal et à la mise en place topographique des connexions dopaminergiques mésostriatales. Ce travail nous a amenés à proposer un nouveau modèle de guidage axonal des connexions dopaminergiques mésostriatales chez la souris, dans lequel l'interaction répulsive éphrine-A5/EphA5 participerait au maintien de la trajectoire rostro-ventrale de la voie mésostriatale et à la distribution topographique des projections dans le striatum.

1/ Évaluation de l'activité anti-proliférative de la canthin-6-one La canthin-6-one est un alcaloïde d'origine végétale dont les propriétés antipyrétique et antiparasitaire sont utilisées en médecine traditionnelle. Une meilleure connaissance de ses propriétés anti-prolifératives et de son mode d'action sont nécessaires. Nous avons observé une inhibition complète de la prolifération de lignées cancéreuses en présence de canthin-6-one ayant pour origine une accumulation des cellules dans la phase G2/M du cycle cellulaire. La conservation phylogénétique des mécanismes du cycle cellulaire nous a permis d'utiliser la levure Saccharomyces cerevisiae pour rechercher des gènes cibles de la canthin-6-one. Nous avons identifié deux gènes de résistance correspondants à une pompe d'efflux et à une enzyme impliquée dans le contrôle qualité de la réplication à la transition G2-M.
2/ Rôle de la signalisation calcique dans la différenciation des photorécepteurs
Une meilleure connaissance des mécanismes de différenciation des photorécepteurs est importante pour la lutte contre les dégénérescences rétiniennes. Un délai d'une semaine, entre la détermination des précurseurs de photorécepteurs et l'activation transcriptionnelle de gènes de fonction, suggère l'attente d'un signal important pour cette étape de la différenciation. Par une approche pharmacologique in vitro, nous avons pu montrer que l'activation du gène de la rhodopsine dépend d'une voie de signalisation impliquant un canal activé en hyperpolarisation (HCN), des canaux calciques de type T ou R et de l'activité de la kinase calmoduline-dépendante. Le profil d'expression du canal HCN1 dans la rétine embryonnaire suggère qu'il pourrait jouer un rôle limitant dans ce mécanisme.

L’exposition aux polluants peut durablement affecter la santé humaine. Parmi ces polluants, certains agissent comme perturbateurs endocriniens (PE) connus pour être à l’origine de diverses maladies chroniques. Bien que leur impact sur la survenue de cancers soit difficile à évaluer, certains d’entre eux, comme le Bisphénol A (BPA) sont classés parmi les cancérigènes. Le développement des tumeurs cancéreuses est souvent la conséquence de mécanismes et d’interactions complexes avec leur microenvironnement. Et certaines interactions potentielles entre les cellules cancéreuses et leur microenvironnement peuvent ainsi orienter l’évolution de la tumeur. Parmi celles-ci, les jonctions communicantes sont les seules permettant une communication directe entre les cellules et ont été souvent associées par leur absence ou par la présence aberrante de leur protéine de structure, les connexines, dans le développement des tumeurs solides. Ainsi, dans le cas des tumeurs cérébrales que sont les glioblastomes, la présence d’une connexine particulière, la connexine 43 (Cx43), semble favoriser leur forte capacité invasive. Prenant en compte ce contexte particulier, les effets du microenvironnement tumoral (astrocytes), de l’exposition au BPA et de ses dérivés chlorés ainsi que le rôle de la Cx43 dans la capacité invasive des cellules de glioblastome humains ont été étudiés par des approches in utero et in vitro. A cette fin, pour l’approche in utero, les effets d’une exposition au BPA et ses dérivés chlorés ont été évalués par injections quotidiennes dans des souris femelles (20μg/kg/jour) durant la gestation (E0 à E21) et la lactation (J0 à J6), et ce, dans des contextes différents d’expression de Cx43 par l’utilisation de souris WT ou Cx43+/-. Les effets in vitro du BPA et ses dérivés chlorés ont été testés sur des cellules de glioblastome humain (lignée U251) exprimant différents niveaux de Cx43 par shRNA. Les résultats montrent que le BPA et ses dérivés chlorés affectent l’expression de la Cx43 et la communication jonctionnelle mais aussi la migration des cellules U251 selon le niveau d’expression de la Cx43. Les traitements in utero affectent également l’expression de la Cx43 des astrocytes et augmentent la communication jonctionnelle sans effet notable sur la migration. Cependant, d’une manière générale, les traitements ne semblent pas agir sur la fonction hémicanal de la Cx43. Par ailleurs, si le BPA augmente la migration, l’invasion 3D et le nombre d’invadopodes des cellules U251, les effets sont plus hétérogènes sur les cellules dont l’expression de Cx43 est diminuée. Ainsi, sur ces cellules, la migration 3D est diminuée après traitement à des dérivés chlorés alors que l’invasion 3D augmente après traitement au BPA et que le nombre d’invadopodes est augmenté quelles que soient les conditions de traitement. De plus, l’ajout de milieu d’astrocytes WT ou Cx43+/- semble augmenter la capacité migratoire et invasive des cellules U251 avec une forte augmentation du nombre des invadopodes quelle que soit le niveau d’expression de la Cx43 sauf pour la migration, inchangée, lorsque l’expression de la Cx43 est diminuée. En conclusion, le BPA et ses dérivés chlorés sont capables d’affecter l’expression et la fonction communicante de la Cx43. De plus, ces traitements ainsi que les astrocytes semblent favoriser les capacités migratoire et invasive des cellules U251 en augmentant le nombre des invadopodes selon le niveau d’expression de la Cx43.

Les lymphocytes T (LT) CD8 innés sont une population de LT non conventionnels récemment décrits dans le laboratoire. On les qualifie de « non conventionnels » car ils possèdent des caractéristiques de l’immunité acquise (facteur de transcription Eomesodermine et phénotype T mémoire) mais aussi de l’immunité innée (récepteurs des cellules NK, réponse à une stimulation cytokinique de type inné). Les fonctions de ces cellules sont encore peu connues, même s’il existe un faisceau d’argument en faveur de leur implication dans l’immunité anti-infectieuse et anti-tumorale. Il a été décrit que l’immuno-sénescence et/ou la stimulation antigénique chronique (induite par exemple par les infections virales chroniques au cytomégalovirus ou CMV) entraîne(nt) l’expression de marqueurs NK par les LT. Ce phénotype se rapproche donc de celui de nos cellules d’intérêt. Pour étudier l’effet de la stimulation antigénique chronique sur le compartiment LT CD8, et spécialement sa composante innée, nous avons choisi comme modèle la transplantation d’organe. Dans ce domaine, la recherche s’intéresse aux populations immunitaires susceptibles de jouer un rôle dans la tolérance ou le rejet du greffon. Parmi elles, les LT CD8 innés méritent une attention spéciale, ceci du fait de leurs fonctions innées effectrices/cytotoxiques. Nous avons présumé leur (re)programmation par la stimulation antigénique chronique (du greffon et/ou virale) pendant la transplantation. Cette hypothèse a été testée à partir d’une cohorte de patients transplantés rénaux depuis plus de dix ans, sous traitement immunosuppresseur minimisé (ciclosporine A (CsA) en monothérapie), en l’absence de signe clinico-biologique de rejet. Notre travail a d’abord permis de révéler dans les LT CD8 innés issus des donneurs sains (DS) un phénotype sénescent accentué (fréquence de cellules CD27(-)CD28(-) augmentée) que les LT CD8 conventionnels. En outre, la fréquence de cette population T innée, contrairement aux LT CD8 conventionnels, ne corrélait pas avec l’âge. Dans la cohorte de patients transplantés, nous avons observé une augmentation de la fréquence des LT CD8 innés, accompagnée d’un phénotype sénescent et effecteur terminal (CD45RA(+)CCR7(-)) exacerbé, comparativement aux cellules des DS. Les patients présentant une sérologie positive pour le CMV avaient un phénotype sénescent accru par rapport aux patients présentant une sérologie négative. En altérant la signalisation du TCR, le traitement immunosuppresseur CsA pourrait faciliter la (re)programmation des LT CD8 en faveur de leur versant inné. En accord avec cette hypothèse, une modélisation in vitro des effets de la CsA sur les LT CD8 provenant de DS en présence d’une stimulation du TCR et d’IL-15 a permis de documenter une augmentation du pool de LT CD8 innés au détriment du pool de LT naïfs, laquelle est accompagnée d’une valorisation de leurs fonctions (production innée d’IFN-γ). A l’inverse, chez les patients, les LT CD8 innés étaient dysfonctionnels, avec une production innée d’IFN-γ diminuée qui pourrait résulter de leur expression membranaire diminuée du récepteur de l’IL-15, cytokine indispensable aux LT CD8 innés. Ce dysfonctionnement, qui ne peut être attribué à un programme d’exhaustion ni être relié à un antécédent de cancer, pose la question du rôle de la stimulation allo-spécifique chronique. De façon générale, ce travail suggère que le contexte d’allogreffe rénale entraîne une reprogrammation et un phénotype de type « vieillissement » des LT CD8 innés, liés au moins en partie au traitement immunosuppresseur. Cette hypothèse devra être confortée par une analyse fine de l’allo-spécificité des LT CD8 innés dirigée contre le greffon.