Thèses sur le sujet « Criblage ciblé »

La pollution de l'environnement par de multiples composés organiques en lien avec les activités humaines est un problème récurrent. Des compartiments environnementaux font l'objet de surveillance continue comme les eaux de surface et d'alimentation humaine et l'air extérieur et intérieur. En revanche, les sols agricoles ne sont contrôlés que dans le cadre de l'épandage d'amendements organiques susceptibles de contenir des hydrocarbures aromatiques polycycliques et des polychlorobiphényles. Des travaux de recherche sont réalisés depuis plusieurs années pour évaluer le devenir des polluants organiques dans les sols agricoles en utilisant des méthodes d'analyse de plus en plus performantes et sensibles grâce à l'essor des couplages de chromatographie en phase gazeuse ou liquide avec des spectromètres de masse quadripolaires à basse résolution. Toutefois, les diverses méthodes développées ne permettent d'analyser que quelques dizaines de molécules organiques. Aussi, la surveillance de matrices environnementales nécessite de faire des choix et ne permet pas d'avoir une vision très large des divers polluants organiques présents.L'objectif des travaux de cette thèse est de proposer une stratégie méthodologique afin d'approcher la composition organique des sols par un criblage ciblé et non ciblé. Le développement méthodologique réalisé en analyse non ciblée peut contribuer à la réflexion sur les modalités du suivi de la qualité des sols en France. L'analyse non ciblée peut permettre d'orienter l'analyse ciblée vers une sélection de composés organiques d'intérêt et de mettre en évidence des marqueurs environnementaux.Le rapport de thèse comporte le développement de méthodes d'analyse dans les sols d'une sélection de produits phytopharmaceutiques, de médicaments et d'hormones extraits à l'aide de l'extraction liquide sous pression (PLE) et du dosage par la chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse quadripolaire à haute résolution et à temps de vol (LC-QTOF-MS). La méthode d'analyse ciblée a été validée pour les produits phytopharmaceutiques dans les sols et appliquée à une sélection de 40 sols agricoles français de la région Centre - Val de Loire. Des analyses non ciblées ont également été réalisées pour ces 40 sols par LC-QTOF-MS après deux extractions PLE, l'une à l'acétonitrile et l'autre à l'eau ultrapure. Chaque extrait de sol a été injecté de manière séquentielle en ionisation positive puis négative selon deux paramétrages en masse, l'un en Full scan MS et bbCID MS (suspect screening) et l'autre en Full scan MS et auto MS/MS (non-target screening ou NTS). Le jeu de données final est alors très conséquent avec 8 données différentes pour chaque échantillon de sol dont 4 exploitables en mode suspect et 4 autres en mode NTS. L'analyse non ciblée en mode suspect a permis de détecter et d'identifier 825 composés organiques à l'aide de la base de données TargetScreener adossée au LC-QTOF-MS. Un classement de ces composés selon la valeur de critères de qualité d'identification a pu être établi et a permis une priorisation d'étude de quelques dizaines de composés d'intérêt. L'analyse non ciblée en mode NTS a été exploitée pour les extraits « acétonitrile » ionisés en positif et négatif à l'aide du logiciel chimiométrique Metaboscape utilisant de multiples bases de données indépendantes de l'outil d'analyse. L'identification a pu être confirmée ou renforcée en mode NTS pour des composés organiques déjà identifiés en mode suspect. La répartition des 40 sols en groupes d'échantillons d'usage agricole homogène a permis de mettre en évidence la présence de produits phytopharmaceutiques exclusivement dans un groupe constituant ainsi un marqueur de groupe d'échantillons. Les travaux de la thèse ouvrent sur de nombreuses perspectives d'exploitation des données d'analyse non ciblée obtenues pour les 40 sols, d'études sur la qualité des sols français et de pharmacovigilance des sols représentatifs du territoire national français
The environmental pollution by multiple organic compounds linked to human activities is a recurring problem. Environmental compartments are subject to continuous monitoring such as surface and human supply waters and outdoor and indoor air. On the other hand, agricultural soils are only controlled in the case of the spreading of organic amendments, which could contain polyaromatic hydrocarbons and polychlorobiphenyls. Research work has been carried out for several years to assess the fate of organic pollutants in agricultural soils using more efficient and sensitive analysis methods increases to the development of quadrupole mass spectrometry coupled with gas or liquid chromatography. Nevertheless, many methods are used only to a selection of a few dozen organic molecules. In addition, the possible implementation of monitoring of organic pollutants in environmental matrices requires making choices and does not allow having a very broad knowledge about all the organic pollutants.The objective of this work is to propose a methodological strategy in order to approach the organic composition of soils by target and non-target screening analysis. The methodological development, carried out in non-target analysis, can contribute to the reflection of monitoring the quality of soils. Non-target analysis can make it possible to direct the target analysis towards a selection of organic compounds of interest and to determine environmental markers.The thesis report includes the development of target analysis methods in soils on a selection of pesticides, drugs and hormones extracted by pressurized-liquid extraction (PLE) and analysed by liquid chromatography coupled with a high-resolution time-of-flight quadrupole mass spectrometer (LC-QTOF-MS). The target analysis method has been validated for pesticides in agricultural soils, and applied to a selection of forty French agricultural soils from Centre-Val de Loire region. Non-target analyses were carried out too for these 40 soils by LC-QTOF-MS after two different PLE extractions, one with acetonitrile and the other with ultrapure water. Each soil extract was injected sequentially in positive, then negative ionization according to two mass settings, one in Full scan MS and bbCID MS (suspect screening) and the other one in Full scan MS and auto MS/MS (non-target screening or NTS). The final dataset is then very substantial with 8 different data for each soil sample, of which 4 used in suspect mode and 4 in NTS mode. 825 organic compounds were detected and identified by suspect screening analysis using the TargetScreener database backed by the LC-QTOF-MS. A classification of these compounds according to the value of identification quality criteria could be established and allowed a prioritization of the study of a few dozen compounds of interest. The non-target screening analysis was carried out for the « acetonitrile » soil extracts ionized by positive and negative modes using the Metaboscape chemometric software and by querying multiple databases independent of the analysis tool. The identification could be confirmed or reinforced in NTS mode for organic compounds already identified in suspect mode.The distribution of the 40 soils in groups of homogeneous agricultural use made it possible to highlight the presence of organic compounds exclusively in one group, thus constituting a sample group marker. The work of the thesis opens up many perspectives for the exploitation of non-target analysis data obtained for the 40 French agricultural soils, studies on the quality of French soils and pharmacovigilance of representative soils of the French national territory

Ces travaux mettent en avant le développement de méthodes analytiques afin d'évaluer l'Exposome selon différentes stratégies. Une méthode multirésidus sélective permettant l'analyse d'additifs plastiques et de leurs produits de dégradation pouvant être relargués par des emballages plastiques dans les boissons et les aliments, et ainsi être ingérés par l'Homme, a tout d'abord été mise au point. Cette méthode consiste en une extraction de type Stir Bar Sorptive Extraction sur des barreaux à base de dérivés de polydiméthylsiloxane des additifs plastiques ciblés, suivie d'une analyse par chromatographie liquide ultra-haute performance couplée à un spectromètre de masse en tandem de type triple quadripôle. Afin de détecter et quantifier une plus large gamme de contaminants entrant en contact avec l'Homme, une méthode de screening a été développée par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution avec un instrument de type QqToF, à partir d'une matrice urinaire. La méthode de screening ciblé, validée selon les recommandations FDA, a permis de quantifier des contaminants appartenant à diverses familles dans l'urine, sans préparation préalable de l'échantillon, à des concentrations de l'ordre du ng/mL. Appliquée à des urines de volontaires, la méthode de screening non ciblé a permis d'émettre de nombreuses hypothèses d'identification de composés après fragmentation MS/MS. La mise en place de tels outils pour caractériser l'Exposome, associée à des études statistiques et bio-informatiques, contribueront grandement à la compréhension des relations de causalité entre les maladies humaines et les facteurs environnementaux
These research works highlight the development of analytical methods, based on mass spectrometry, to assess the Exposome according to different strategies. A selective multiresidue method for the analysis of plastic additives and their degradation products that may be released by plastic packaging in food and beverages and thus ingested by man was developed. This method consists of a Stir Bar Sorptive Extraction with bars covered by polydimethylsiloxane derivatives, followed by an analysis by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry with a triple quadrupole instrument. To detect and quantify a wide range of contaminants in contact with man in daily routine, a screening method was developed by liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry with a quadrupole-time-of-flight instrument from urinary matrix. The targeted screening method validated according to FDA guidelines allows the quantification of contaminants classified according to different families, in urine without sample preparation, at concentrations of the order of ng.mL-1. This method was applied to volunteers’ urine samples. The non-targeted screening method allows issuing numerous assumptions of compound identification after MS/MS fragmentation. The implementation of this tool to measure the Exposome associated with statistical studies, contribute greatly to the understanding of the causal relationships between diseases and environmental factors

L’identification d’antiviraux à large spectre est un des défis majeurs de la rechercheactuelle en virologie. Une des stratégies les plus prometteuses consiste à cibler une interactionvirus/hôte conservée. Ainsi, avec la technique d’AlphaScreen® et le modèle d’interactionprotéine VI de l’Adénovirus (AdV)/Nedd4-2, nous avons réalisé un criblage biochimique àhaut débit contre l’interaction virus/hôte [LP]PxY/Nedd4, commune à différentes familles devirus. Nous avons trouvé des candidats inhibiteurs issus d’une banque de composés approuvéspar les agences de santé. Nous les avons testés, caractérisés et validé leur effet antiviral surdeux familles de virus totalement différentes. Ainsi, les composés C9 (Sulconazole) et C4(Flunarizine) que nous avons identifiés diminuent la réplication de l’AdV, un virus à ADNenveloppé et du virus de Marburg, un virus à ARN, non enveloppé de la famille desFiloviridae. Ces résultats ont permis de valider l’interaction [LP]PxY/Nedd4 comme unecible idéale d’un antiviral à large spectre et de proposer un repositionnement de ces moléculesC9 et C4 comme antiviraux potentiels. Nous avons également synthétisé de nouvellesmolécules analogues du composé C9 et démontré qu’elles étaient tout aussi efficaces que lecomposé lui-même sur la réplication de l’AdV. Ces résultats nous ont permis de présenter laclasse des dérivés imidazolés comme structure de base pour l’élaboration de nouveauxantiviraux, potentiellement à large spectre
Broad-spectrum antiviral identification is considered as one of the major aims of theactual virology research and one strategy consists in targeting virus/host interaction. Using theAlphaScreen® technology and the adenoviral model protein VI/Nedd4-2, we performed highthroughputbiochemical screening targeting the [LP]PxY/Nedd4 interaction, a commoninteraction of different virus families. We identified candidate inhibitors from a librarycompound approved by health agencies. We tested, characterized and validated the antiviraleffect of those compounds on two very different virus families. Indeed, compounds C9(Sulconazole) and C4 (Flunarizine) decrease replication of the adenovirus, a DNA nonenvelopedvirus and the replication of the Marburg virus, an RNA enveloped virus from theFilovirus family. Taken together, those results permit us to validate the [LP]PxY/Nedd4interaction as good target for a broad spectrum antiviral and to propose the “repositioning” ofcompounds C4 and C9 as antivirals. Moreover, we have synthesized new analogues from C9showing similar effect on AdV replication compared to the original molecule (C9). Inconclusion, our work on developing new broad-spectrum antivirals highlights the possibilityto use imidazole derivatives as a new class of antiviral compounds

Afin de pallier l'apparition de souches pathogènes résistantes, de nouveaux traitements aux mécanismes d'action inédits doivent être découverts. Une de ces cibles d'intérêt grandissant est la synthèse de la structure coiffe chez les ARN messagers (ARNm) eucaryotes. Cette structure est l'une des modifications co-transcriptionnelles essentielles pour augmenter la demi-vie des ARNm, promouvoir leur export du noyau vers le cytoplasme et augmenter l'efficacité de leur traduction en protéines. La synthèse de la structure coiffe (m [indice supérieur 7] GpppARN) résulte de trois activités enzymatiques séquentielles qui ajoutent la structure m[indice supérieur 7] Gppp. Initialement, une ARN triphosphatase (RTase) hydrolyse le phosphate gamma de l'ARN. Une ARN guanylyltransférase (GTase) transfert ensuite sur cet ARN un groupement GMP à partir d'un GTP. Finalement, une ARN guanine-N7 méthyltransférase (N7-MTase) vient méthyler cette guanine en position N7. L'activité enzymatique de la GTase est déterminante pour la synthèse de la structure coiffe, ce qui en fait une cible potentiellement puissante afin d'inhiber la synthèse de la structure coiffe. Certaines études ont identifié des analogues de substrat et de produit, la ribavirine et le foscarnet respectivement, comme inhibiteur de GTase. Ces produits agissent sur les différentes GTases puisqu'elles possèdent un site actif très conservés au niveau de la coordination du substrat. Pour augmenter la spécificité des inhibiteurs, il serait avantageux d'identifier des composés ciblant les régions non conservées. Dans la présente étude, la technique du criblage virtuel a permis d'analyser le potentiel d'interaction des molécules à 80 % similaires au substrat naturel avec plusieurs structures de GTases. Parmi les interactions prédites identifiées par le criblage virtuel, une de ces molécules suscitait un intérêt particulier, puisqu'il s'agissait d'un composé utilisé chez l'humain en tant qu'antiviral et immunosuppresseur, l'acide mycophénolique (MPA). L'hypothèse initiale était que ce composé pouvait potentiellement interférer dans l'activité enzymatique des GTases. Pour valider cette prédiction, des essais biochimiques ciblant la réaction complète et les étapes intermédiaires de la GTase de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae ) ont été utilisées pour définir l'effet du MPA sur la cinétique de cette GTase. En effet, la réaction de GTase se déroule en deux temps : premièrement, une molécule de GTP est hydrolysée par l'enzyme pour former du GMP, lequel est lié de façon covalente à l'enzyme, et deuxièmement, cette molécule de GMP est transférée sur un ARN diphosphorylé. Ces essais ont confirmé l'interaction prédite par le criblage virtuel. En utilisant cette approche, nous démontrons que le MPA peut inhiber la réaction de GTase en prévenant le transfert catalytique du nucléotide GMP sur l'ARNm accepteur. En ce sens, le MPA représente un nouveau type d'inhibiteur d'ARN guanylyltransférase qui inhibe la deuxième étape de l'activité catalytique. Puisque les résultats laissaient présager une inhibition non compétitive, il fallait confirmer que le MPA n'était pas reconnu par l'enzyme comme substrat. Pour ce faire, la technique de l'électrophorèse par capillarité a montré que l'inhibiteur ne formait pas de lien covalent avec l'enzyme. De plus, nous démontrons qu'une culture de Saccharomyces cerevisiae qui croit en présence de MPA dénote une quantité moindre d'ARNm possédant une coiffe. Finalement, des essais biochimiques démontrent que le composé peut également inhiber des enzymes de la même famille que les GTases utilisant des substrats différents : les ligases à ADN. Le MPA inhibe la deuxième étape de la réaction enzymatique d'une ligase, soit le transfert du nucléotide sur l'oligonucléotide. Ce mémoire vise donc à présenter un aperçu du mécanisme d'inhibition de l'ARN guanylyltransférase par un composé allostérique. Nous montrons qu'il est possible de réduire la synthèse de la structure coiffe en affectant les changements conformationnels de cette enzyme.

Au cours des dernières années, le développement de nouvelles thérapies contre les infections bactériennes a suscité un grand intérêt face à l’émergence des nombreuses souches résistantes aux antibiotiques. Le point de départ de cette recherche de nouveaux antibiotiques, pour lesquels les bactéries n’ont pas encore acquis de mécanismes de résistance, est l’identification de nouvelles cibles cellulaires. En 2000, des études génétiques ont identifié engA, un gène bactérien dont le produit est une GTPase, comme une cible pharmacologique pertinente: elle est essentielle à la survie cellulaire, conservée au sein des bactéries et absente chez les eucaryotes.Puisque EngA agit comme un facteur d’assemblage pour le ribosome bactérien, un de nos objectifs a été de développer un test de criblage pour identifier des inhibiteurs des interactions EngA-ribosome. Ces interactions sont modulées par des changements conformationnels d'EngA, qui sont eux-mêmes déclenchés par la fixation de différents nucléotides dans le domaine catalytique. Cependant, les liens entre ces différents changements restent encore méconnus. Nous avons utilisé une approche multi-technique pour étudier ces questions et obtenir des informations utiles pour l’optimisation de notre test de criblage.Des analyses de SAXS et protéolyse limitée ont démontré un changement conformationnel en solution après adition de nucléotides di- ou tri-phosphate. La comparaison des données avec des modèles cristallographiques d'EngA a confirmé la conformation de la protéine liée au GDP. Cependant, la conformation de la protéine liée au GTP ne correspond à aucune structure connue. Des essais d’interaction ont démontré que la fixation de différents nucléotides au niveau des domaines catalytiques régule l’interaction d'EngA avec le ribosome. En outre, les effets des nucléotides se produisent en utilisant des fortes concentrations, ce qui suggère que le rôle d'EngA dans la biogenèse du ribosome peut être contrôlé par la concentration intracellulaire de nucléotides. Les travaux visant la détermination de la structure d'EngA dans sa conformation liée au GTP par cristallographie nous ont permis d’obtenir la structure d’EngA dans différentes formes cristallines. Cependant, ces structures représentent la conformation liée au GDP. L’analyse de l’empilement des cristaux a montré des contacts intermoléculaires conservés qui peuvent stabiliser cette conformation pendant la nucléation. Des mutations spécifiques permettant la rupture de ces contacts peuvent éventuellement aider à promouvoir la cristallisation de conformations alternatives. Des analyses de cryo-microscopie électronique ont débuté afin d’obtenir la structure du complexe EngA:50S de chez B. subtilis. Des résultats préliminaires montrent une carte de densité électronique à 6.4 Å de résolution. L’interprétation de ces résultats est en cours
The development of new therapeutics against bacterial infections has aroused great interest over the last years in the context of drug resistance. The starting-point in the pursuit of new antibiotics for which bacterial resistance mechanisms do not exist is the identification of novel cellular targets. Genetics studies in the early 2000s have identified engA as a conserved bacterial gene whose product is a GTPase that could represent a potential drug target: it is conserved among bacteria, essential for cell survival, and absent in humans.Since EngA acts as an assembly factor for the bacterial ribosome, one of our aims was to develop an assay to screen inhibitors of the EngA-ribosome interactions. These interactions are modulated by EngA conformational changes that are in turn triggered by the binding of different nucleotides to the catalytic G-domain. As the interplay between all these events in bacteria is still not resolved, we have used a multi-technique approach to explore these questions in order to obtain useful information for the setting up of a robust screening assay.SAXS and limited proteolysis showed a conformational change occurring in solution upon addition of either di- or tri-phosphate nucleotides. While model validation analysis confirmed the GDP-bound conformation, the GTP-bound state does not match any known EngA structure. Binding studies have revealed modulation of interactions by different nucleotide-bound states. Furthermore, response to nucleotides occurs at high concentrations, suggesting that the role of EngA in promoting ribosome assembly could be monitored by the intracellular nucleotide concentration. Efforts on identifying the GTP-bound state 3D structure by crystallography have resulted in EngA structures in different crystal forms. Although all the obtained structures represent the GDP-bound state, packing analysis has revealed conserved crystal contacts that can potentially stabilise this conformation during nucleation. Specific mutations aiming at disrupting these contacts may help to promote crystallisation of alternative conformations. Cryo-EM investigation has been initiated in order to obtain the structure of the B. subtilis EngA:50S complex. So far, an electron density map at 6.4 Å resolution has been obtained and its interpretation is underway

La variole est l'un des pires fléaux qu'ait connu l'humanité jusqu'à son éradication en 1980. Il existe aujourd'hui une menace terroriste de réémergence du virus de la variole comme arme biologique. Le manque de moyens thérapeutiques, la faible immunité de la population mondiale depuis l'arrêt de la vaccination antivariolique et les complications post-vaccinales liées à l'utilisation du vaccin réplicatif historique ont conduit ces dernières années à une intensification des recherches pour lutter contre la variole et les autres virus du genre orthopoxvirus. En complément d'assurer la production d'un nouveau vaccin antivariolique répondant aux normes sanitaires actuelles, il est indispensable de développer des molécules antivirales efficaces aux modes d'actions différents, utilisables immédiatement en cas d'attaque terroriste et pour pallier les complications post-vaccinales. L'objectif du travail de thèse est d'explorer de nouvelles stratégies thérapeutiques en ciblant plus particulièrement la réplication du virus de la vaccine, utilisé comme modèle substitutif au virus de la variole. La première stratégie est l'utilisation d'aptamères peptidiques ciblant A20, une protéine centrale du complexe de réplication formant avec l'uracile ADN glycosylase D4 le facteur de processivité pour l'ADN polymérase virale. Ces peptides sont sélectionnés in vivo en double-hybride en levure pour interagir avec une cible protéique et potentiellement l'inhiber. Ainsi nous avons sélectionné un aptamère interagissant avec une région critique de la protéine cible A20 et capable d'inhiber significativement la réplication du virus de la vaccine en culture cellulaire. La seconde stratégie est l'utilisation d'un criblage haut débit de molécules chimiques pour leur capacité à rompre les interactions entre notre cible de choix A20 et deux de ses interacteurs connus, la protéine D4 et la primase/hélicase D5, par une approche basée sur l'utilisation de deux rapporteurs luciférase en levure. Nous avons démontré que deux molécules issues du criblage permettaient l'inhibition significative et spécifique de la réplication de plusieurs orthopoxvirus, in vitro. Ces travaux viennent compléter le faible arsenal thérapeutique disponible destiné à lutter contre les infections à orthopoxvirus
Variola virus (VARV), the etiologic agent of smallpox was responsible of the most devastating infectious disease. Because of successful preventive measures by immunization, the World Health Organization (WHO) declared global eradication of smallpox in 1980. The subsequent discontinuation of vaccination has rendered all children and many adults virtually susceptible to smallpox infection. If variola virus was used in an act of terrorism or warfare it could cause a real catastrophe. So it is essential to develop new antiviral molecules with different mechanisms of action and usable immediately in case of terrorist attack. Here we report the use of two original strategies to identify new effective anti-orthopoxvirus agents targeting specifically the viral replication complex of vaccinia virus (VACV), a valuable surrogate for the smallpox virus. First, through a yeast two-hybrid assay, we have selected peptide aptamers directed against the VACV A20 protein, a central component of the replication complex and shown to form, with the D4 protein, a processivity factor for the viral DNA polymerase. Peptide aptamers are combinatorial protein molecules designed to inhibit the function of target proteins in living cells. We have proved that one selected aptamer interacting with a central region of A20 was able to significantly inhibit viral DNA synthesis and viral production in cell culture. Second, we have performed a high-throughput screening of small molecules to isolate compounds capable of disrupting A20 interaction with either D4, an uracil DNA glycosylase or D5, a DNA-independent nucleoside triphosphatase (NTPase) that contains a helicase domain. The screen is based on an automated dual-luciferase yeast two-hybrid assay, performed in 384-well plates. Among a collection of 27,600 compounds from diverse commercial chemical libraries we have identified two potential inhibitors that exhibit antipoxvirus effect on infected cell culture. These compounds were also found to specifically inhibit DNA replication. Thus, the screening for inhibitors of protein-protein interactions within viral replication complex remains to be a promising strategy for identifying new compounds active against orthopoxvirus infections

Les anticorps monoclonaux anti-tumoraux sont produits en cellules eucaryotes. Pour des raisons de temps et de cout, peu de candidats sont sélectionnés après des tests in vitro pour être produits à large échelle et testés in vivo. Pour tester plus d’anticorps plus rapidement, nous souhaitons produire des fragments variables simple chaine (scFv) chez E. coli. et les coupler à un fragment constant Fc par chimie click pour reconstituer des mimes d’immunoglobulines naturelles. Cette production indépendante des fragments est aussi un outil modulaire permettant de combiner rapidement un grand nombre scFv et de Fc différents.La chimie click est basée sur une réaction spécifique et de haut rendement entre un azide et un cyclooctyne. Les fragments ont donc été fonctionnalisés sur des résidus spécifiques (tags) par des composés chimiques pour introduire ces fonctions à leur extrémité. La première étape a consisté à introduire des tags en C-terminal du scFv anti-HER2 4D5 et en N-terminal du Fc d’IgG1 humaine. Les scFv ont été produits en cytoplasme d’E. coli à hauteur d’au moins 100 mg/L puis oxydés in vitro au sulfate de cuivre. Le fragment Fc a été produit classiquement en cellules humaines. Cinq réactions chimiques ou enzymatiques ont été optimisées et comparées en termes de spécificité et de rendement. La conjugaison d’une amine sur un tag glutamine catalysée par la transglutaminase microbienne a donné les meilleurs résultats. Le scFv a ainsi été dérivé par l’azadibenzocyclooctyne et le Fc par l’azide à hauteur de 60-70%. Lorsqu’ils sont mélangés, ces fragments forment un (scFv)2-Fc et un scFv-Fc avec des rendements globals respectifs de 10-20% et 20-30% après optimisation.Les mélanges scFv + Fc après réaction de chimie click se fixent de la même façon que le (scFv)2-Fc eucaryote au récepteur HER2. Il reste désormais à montrer que leur capacité à inhiber la prolifération d’une lignée exprimant ce récepteur est similaire. L’objectif final est d’obtenir une inhibition de croissance tumorale similaire sur des xénogreffes
Anti-tumoral monoclonal antibodies are currently produced in eukaryotic cells. For cost and time reasons, a limited number of potential candidates are selected after in vitro tests. They are produced at large scale and then tested in vivo. To test more antibodies and more rapidly, we chose to produce single chain variable fragments (scFv) in bacteria, and to couple them to the eukaryotic constant fragment (Fc) thanks to click chemistry to reconstitute immunoglobulin-like compounds. For a given cost, this enables to produce and test in vivo a larger number of clones. This independent production of fragments is also a flexible tool allowing the combination of different Fc isotypes/allotypes with different scFvs.Click chemistry is based on a specific and high-yield reaction between and azide and a cyclooctyne. Therefore, antibody fragments were functionalised on specific residues (tags) by chemical linker so that each part will contain one of these chemical moieties at their extremity. The first step consisted in introducing tags into the anti-HER2 scFv 4D5 C-terminus and human IgG1 Fc N-termini sequences. The scFvs were produced with yields higher than 100 mg/L in the E. coli cytoplasm and in vitro oxidized with copper sulfate. The Fc fragment was classically produced in human cells. Five chemical or enzymatical reactions were optimised and compared in terms of specificity and yield. The coupling between an amine and a glutamine tag catalysed by microbial transglutaminase gave the best results. The scFv fragment was thus functionalised with an azadibenzocyclooctyne and the Fc fragment with an azide at 60-70%. When mixed together, these fragments formed a (scFv)2-Fc and a scFv-Fc with global yields respectively of 10-20% and 20-30% after optimisation.After the click reaction, the scFv + Fc mix binds to the HER2 receptor on the same way as the eukaryotic (scFv)2-Fc in terms of HER2-binding and proliferation inhibition capacity. Now, it must be demonstrated that their proliferation inhibition of a HER2-positive cell line is similar. The final aim is to get a similar tumour growth inhibition on murine xenografts

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) est l’agent causal de la bactériose vasculaire du riz (BLB), une maladie dévastatrice dans de nombreux pays rizicoles. Chez cette bactérie, les effecteurs de type TAL (Transcription Activator-Like) jouent un rôle majeur dans le pouvoir pathogène. En effet ces effecteurs qui sont secrétés à l’intérieur des cellules eucaryotes hôtes par le système de sécrétion de type III de Xanthomonas agissent comme de véritables facteurs de transcription capables de manipuler le transcriptome de l’hôte via l’induction de gènes spécifiques. L’interaction entre les TALs et le promoteur hôte ciblé est régi selon un code, tel que la région centrale des répétitions des TALs s’associe spécifiquement à sa séquence cible à raison d’une répétition pour un nucléotide. Un TAL peut agir comme une protéine de virulence via l’induction de gènes dits de sensibilité (S) dont l’activation est nécessaire au développement de la maladie, et comme protéine d’avirulence via l’induction d’un gène dit exécuteur (E), dont l’activation promeut les réponses de défense de la plante. L’objectif de cette thèse était d’identifier et de caractériser de nouvelles sources de résistance dépendants des effecteurs de type TAL pour contrôler la BLB. Chez le riz, les gènes de sensibilité à Xoo les mieux caractérisés sont ceux du clade III de la famille SWEET des transporteurs de sucres. L’un d’entre eux, OsSWEET14, est particulièrement important puisqu’il est ciblé par 4 effecteurs TALs différents et issus de souches de Xoo appartenant à des lignées génétiques distinctes et d’origines géographiques différentes. Partant du constat de la convergence pour l’induction de ce gène S majeur, un crible moléculaire du promoteur de OsSWEET14 a été réalisé dans le but d’identifier du polymorphisme pouvant affecter la liaison TAL-ADN et en conséquence entrainer une perte de sensibilité. Ces travaux ont permis l’identification du gène xa41(t) qui confère une forme de résistance récessive et à large spectre contre Xoo. Dans une seconde partie, le criblage phénotypique d’une centaine de variétés de riz résistantes à la souche africaine de Xoo MAI1 a permis d’identifier cinq TALs agissant comme des protéines d’avirulence. C’est le cas des effecteurs Tal2 et Tal9 qui provoquent spécifiquement une réaction de résistance sur la variété de riz IR64 dont le génome a été séquencé. Des analyses de type RNAseq ont été réalisées et ont permis d’identifier une dizaine de gènes exécuteurs E candidats expliquant potentiellement la résistance de IR64 à la souche de Xoo MAI1. Finalement, une troisième stratégie a été menée dans le cadre d’un projet collaboratif, visant à démontrer que PiCO39 conférant la résistance du riz au champignon pathogène Magnaporthe oryzae pouvait aussi contrôler les bactérioses vasculaire et à stries foliaires. Pour ce faire, des TAL artificiels (dTALE) ont été dessinés pour induire spécifiquement l’expression de la construction de M. oryzae AVR1-CO39 dans des riz transgéniques résistant (PiCO39) et sensible (pico39). Nos données montrent que l’induction de AVR1-CO39 par Xoo ou Xoc conduit de manière PiCO39-dépendante à une réduction spectaculaire des symptômes. Ceci démontre que les réactions de défense induites par un gène de résistance à M. oryzae sont également fonctionnelles contre X. oryzae, ouvrant de nouvelles perspectives originales quant aux stratégies de contrôle des bactérioses dues à Xanthomonas
Bacterial blight caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is the most destructive bacterial disease of rice. Xoo pathogenicity critically depends on the TAL (Transcription Activator-Like) effectors. TALs are type three effectors secreted through a type three secretion system into the eukaryotic cell where they act as transcription factors able to manipulate the host transcriptome via the induction of specific genes. DNA-binding specificity involves a unique central repeated region in the TAL effector whereby each repeat directly binds to one single nucleotide. TALs can act as major virulence effector thtough the induction of so-called susceptibility (S) genes that are essential for disease development, or act as avirulence effector by inducing so-called executor (E) resistance genes that promote host defense responses. The goal of this PhD project was to identify and characterize novel TAL-dependent resistance sources to control BLB. In rice, the best characterized S genes are those of the clade III of the sugar transporters SWEET family. The most important is OsSWEET14 as this gene is targeted at unrelated DNA boxes by four TAL effectors, which belong to strains of different lineages and geographic origins. The evolutionary convergence for the induction of SWEET14 reflects its crucial role as major determinant of rice susceptibility to Xoo. A molecular screening of the OsSWEET14 promoter was performed using the natural diversity of wild African rice in order to identify polymorphism that could affect the TAL/DNA binding and thus lead to loss of susceptibility. This work allowed the identification of xa41(t) that confers broad spectrum recessive resistance to Xoo. In a second part of my PhD project, a phenotypic screen for resistance against the Xoo African strain MAI1 of a hundred of rice accessions enabled to identify five TALs. Among them, Tal2 and Tal9 were shown to trigger resistance on the rice variety IR64 the genome of which is fully sequenced. RNAseq analysis identified a small set of resistance E gene candidates underlying potentially IR64 resistance against Xoo strain MAI1. Finally, as a third strategy we aimed within a collaborative project to investigate if PiCO39 that confers resistance of rice towards Magnaporthe oryzae could also control BLB and BLS (Bacterial leaf streak). To that end, Artificial TAL effectors (dTALe) were designed to induce specifically the M. oryzae AVR1-CO39 construct in resistant (PiCO39) and susceptible (piCO39) transgenic backgrounds. We show that the induction of AVR1-CO39 by Xoo or Xoc drastically impairs bacterial colonization in a PiCO39-dependent manner, highlighting the potential of exploiting rice blast or other resistance genes as novel strategies to control rice pathogenic Xanthomonas bacteria

Toxoplasma gondii, parasite digestif des Félidés, est l'agent de la toxoplasmose, maladie pouvant être grave voire mortelle en cas d'infection fœtale ou chez l'immunodéprimé. Les traitements actuellement disponibles permettent de prévenir ou traiter la plupart des cas, mais peuvent présenter un risque d'effets indésirables relativement sévères et ne permettent pas de détruire les kystes responsables de l'infection chronique et du risque de réactivation chez l'immunodéprimé. Les aminoacyl-ARNt synthétases (aaRS) sont des enzymes essentielles au mécanisme de traduction, où elles participent au chargement d'un acide aminé sur une molécule dédiée d'ARN de transfert, une étape initiale du processus de synthèse protéique. Un gène codant une protéine homologue de p43, un partenaire protéique de certaines aaRS chez les Eucaryotes supérieurs, a été identifié dans le génome de T. gondii. La localisation subcellulaire post-invasion de Tg-p43 montre qu'il ne s'agit pas d'une cytokine sécrétée, contrairement à son homologue humaine ; au contraire, son immunopurification a révélé son association à quatre aaRS, les Méthionyl-, Glutamyl-, Glutaminyl- et Tyrosyl-ARNt synthétases, qui constituent donc le premier complexe multi-aaRS (MARS) décrit chez les parasites Apicomplexes, de localisation exclusivement cytoplasmique. La présence inattendue de la Tyrosyl-ARNt synthétase soulève plusieurs questions sur le plan de l'organisation et de l'assemblage du complexe. Des images de microscopie électronique et des analyses biochimiques soulignent l'hétérogénéité et la structure relâchée du complexe et confirment les récentes données issues des complexes MARS purifiés chez d'autres organismes. L'inactivation du gène Tg-p43 n'induit pas de modifications phénotypiques majeures (capacité d'invasion, prolifération) ni de diminution de la virulence ou de la kystogénèse en modèle murin. Les résultats sur la caractérisation du MARS ont été complétés par une approche thérapeutique. Un criblage in vitro de candidats-médicaments présélectionnés in silico pour inhiber la Glutaminyl-ARNt synthétase toxoplasmique a permis de mettre en évidence un composé parasitostatique, inhibiteur de la croissance des tachyzoïtes, avec une toxicité sur les cellules hôtes in vitro relativement faible. Ce travail de thèse pose les bases moléculaires et structurales du complexe MARS chez T. gondii. Il permet également d'aborder dans une certaine mesure l'histoire évolutive de ce complexe. Sa fonction biologique reste cependant un mystère ; le rôle de Tg-p43 dans le contrôle post-transcriptionnel, voire d'autres fonctions biologiques, est probablement trop subtil pour être mesuré dans nos conditions expérimentales. Le versant thérapeutique de ce travail constitue une étude préliminaire pouvant servir de point de départ pour la recherche de médicaments anti-toxoplasmiques ciblant les aaRS, qui constituent assurément des cibles thérapeutiques intéressantes
Toxoplasma gondii, a parasite of felids gut, is responsible for toxoplasmosis, a disease that can induce severe sequelae or death in the foetus or immune-depressed patients. Currently available treatments can prevent or cure most of the cases, but are at risk for side effects and cannot suppress cysts, which cause the chronic disease and are responsible for disease when the immune status is altered. Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS) are essential for translation, by charging tRNA with cognate aminoacids, a preliminary step of the protein synthesis process.A gene coding for a protein homologous to p43 (which interacts with a subset of aaRSs in higher eukaryotes) was identified in the genome of T. gondii. Following its epitope tagging, we show that Tg-p43 is not secreted nor exported beyond the vacuole as a cytokine, as it is for its human counterpart; however, biochemical analysis of the Tg-p43 interactome reveals four aaRSs as interacting partners, namely Methionyl-, Glutamyl-, Glutaminyl- and Tyrosyl-tRNA synthetases. This is the first description of the multi-aaRS (MARS) complex in the Apicomplexa phylum; it is strictly localized in the parasite cytoplasm. The unexpected presence of the Tyrosyl-tRNA synthetase in the complex raises several questions about how the complex is organised and assembled, and also evolved. Electronic microscopy along with size exclusion chromatography shows heterogeneity and loose structure of the complex, similarly to recent data characterizing higher eukaryotic complexes. Disruption of the complex by knocking-out of the gene Tg-p43 does not induce detectable phenotypic modification, nor alterations of the virulence and cystogenesis in a murine model.Alongside the study on the MARS complex, we used an in silico approach to screen for new compounds to inhibit T. gondii Glutaminyl-tRNA synthetase. We thus identified one parasitostatic compound that was able to significantly slow down parasite growth while having a relatively low in vitro toxicity against the human host cell. The function of the MARS in T. gondii still remains unknown; the role of Tg-p43 in the post-transcriptional control or any other biological function is probably too subtle to be measured under our experimental conditions. However, our data help to some extent to better measure the evolutionary history of the MARS family. The therapeutic side of this work, although preliminary, may serve as a base for anti-T. gondii drug discovery focusing on aaRS inhibitors, which are obviously good candidate targets

La caractérisation des tumeurs malignes et la compréhension des mécanismes de résistance aux traitements anticancéreux sont essentielles pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques. Les criblages génétiques, devenus encore plus puissants avec la technologie d’édition du génome CRISPR-Cas9, le séquençage nouvelle génération et la bioinformatique, sont des outils formidables pour décrypter de nouveaux mécanismes cellulaires, dont la résistance au traitement. La leucémie myéloïde chronique (LMC) est un syndrome myéloprolifératif qui est caractérisé par l’anomalie génétique t(9;22). Cette aberration chromosomique est à l’origine du gène de fusion BCR-ABL1 qui code l’oncogène du même nom responsable de la prolifération anarchique des cellules. L’imatinib mesylate, un inhibiteur de tyrosine kinase, élimine de manière spécifique les cellules leucémiques en ciblant et en bloquant l’activité kinase de cette protéine. Malheureusement, comme pour tout type de thérapie ciblée, une résistance au traitement survient chez certains patients. Afin de repérer des nouvelles voies de résistance à cet inhibiteur de tyrosine kinase, nous avons effectué un criblage génétique avec la librairie « genome-scale CRISPR knock-out » (GeCKO v2) in vitro dans la lignée cellulaire K562. Nous avons découvert plusieurs gènes qui semblent être essentiels pour la réponse au traitement par imatinib, tels que les facteurs pro-apoptotiques BIM et BAX, ou le répresseur de la voie des MAPK, SPRED2. Le rétablissement spécifique de l’apoptose dans les cellules BIM knock-out (KO) par des BH3-mimétiques, ou l’inhibition ciblée de la voie MAPK dans la lignée SPRED2 KO sensibilise de nouveau les lignées résistantes. Dans ce travail, nous avons découvert des mécanismes de résistance déjà connus (l’apoptose, la voie MAPK…) mais nous avons également démontré l’implication de voies peu connues telles que le complexe Mediator, la maturation de ARNm et l’ubiquitinylation de protéines. Spécifiquement cibler ces lésions génétiques avec des thérapies ciblées combinées peut permettre de surmonter les phénotypes de résistance et ouvre la porte à l’utilisation de l’oncologie de précision
The characterization of malignant tumour growth and the understanding of resistance mechanisms to treatment in cancer is of utmost importance for the discovery of novel “druggable” targets. Efficient genetic screening, now even more possible with the convergence of CRISPR-Cas9 gene editing technology, next-generation sequencing and bioinformatics, is an important tool for deciphering novel cellular processes, such as resistance to treatment in cancer. Chronic myeloid leukemia (CML) is a myeloproliferative disorder characterised by the t(9;22) genetic abnormality, which encodes the driver of CML, the BCR-ABL1 fusion protein. Imatinib mesylate, a tyrosine kinase inhibitor, specifically eliminates CML cells by targeting and blocking the kinase activity of this protein, yet, as for all targeted therapies in cancer, resistance to treatment exists. In order to discover alternative BCR-ABL1 independent mechanisms of imatinib resistance, we utilized the genome-scale CRISPR knock-out library GeCKO v2 to screen for imatinib sensitising genes in vitro on K562 cells. We revealed genes that seem essential for imatinib induced cell death, such as pro-apoptotic genes (BIM, BAX) or MAPK inhibitor SPRED2. Specifically re-establishing apoptotic capabilities in BIM knock-out (KO) cells with BH3-mimetics, or inhibiting MAP-kinase signalling in SPRED2 KO cells with MEK inhibitors restores sensitivity to imatinib, overcoming resistance phenotypes. In this work, we discovered previously identified pathways (apoptosis, MAP-kinase signalling) and novel pathways that modulate response to imatinib in CML cell lines, such as the implication of the Mediator complex, mRNA processing and protein ubiquitinylation. Targeting these specific genetic lesions with combinational therapy can overcome resistance phenotypes and paves the road for the use of precision oncology

Parmi les virus émergents transmis par des moustiques (arbovirus), le genre flavivirus est fortement représenté avec les virus Dengue, Zika, et le virus West Nile (WNV). Le WNV est responsable de nombreux cas de maladies neuroinvasives sévères, parfois mortelles, chez l'humain et les chevaux. Ce virus représente donc un problème de santé publique humaine et animale. Il n'existe pour le moment aucun vaccin humain ni aucun traitement spécifique anti-WNV.Parmi les déterminants viraux essentiels à l'infection par les flavivirus, la glycoprotéine non-structurale NS1 possède des propriétés multifonctionnelles. La forme sNS1, sécrétée dans le milieu extracellulaire, est fortement impliquée dans la dérégulation du système immunitaire de l'hôte. Ces mécanismes participent à l'évasion du virus à la réponse antivirale et, paradoxalement, à la pathogenèse observée dans les formes sévères de la maladie. L'essentiel de ces données concernant le virus de la Dengue, nous souhaitions étudier les propriétés fonctionnelles, in vitro, de la protéine sNS1WNV au cours de l'infection de cellules épithéliales, gliales et neuronales de mammifères. En effet, la structure des protéines sNS1 de flavivirus étant très similaire, notre hypothèse suppose un rôle de sNS1WNV dans les infections neuroinvasives.Si la protéine sNS1WNV ne semble pas moduler les étapes de l'infection virale, elle est cependant à l'origine d'un remodelage du cytosquelette d'actine dans les cellules épithéliales. Elle est aussi impliquée dans l'activation de voies antivirales chez les cellules neuronales non infectées. D'autre part, en ciblant sNS1 et la protéine d'enveloppe E du WNV, nous avons pu isoler, par criblage de molécules aRep (protéines artificielles à motifs répétés), des ligands de haute affinité pour ces déterminants viraux. Ces nouvelles molécules, capables de se lier spécifiquement aux protéines sNS1 et E, ont le potentiel pour servir de base au développement de nouveaux outils de diagnostics et d'agents thérapeutiques antiviraux
Among emerging mosquito-borne viruses (arboviruses), flaviviruses like Dengue, Zika and West Nile virus (WNV) are very often involved in outbreaks. WNV causes several neuroinvasive diseases, which can be lethal, in humans and horses each year. This virus is a threat for both, human and animal public health. Furthermore, there is no human vaccine currently or any specific antiviral treatments against WNV.Among viral factors which are essential for flavivirus infection, the nonstructural glycoprotein NS1 is a multifunctional protein. The secreted form sNS1, is released in the extracellular medium from infected cells and is strongly involved in immune system dysregulation. The functions of sNS1 play roles in immune escape and, paradoxically, in pathogenesis which is observed in severe forms of the disease. Because most of this data are about Dengue Virus, we would like to study, in vitro, functional properties of the sNS1WNV during infection of epithelial, glial and neuronal mammalian cells. Based on the high sNS1 protein structure similarities among flaviviruses, our hypothesis suggests a role of sNS1WNV in neuroinvasive infections.The sNS1WNV protein doesn’t seem to modulate viral infection steps. However, it is involved in actin cytoskeleton remodeling in epithelial cells. sNS1WNV is also involved in the activation of antiviral response pathways in non-infected neuronal cells. On the other hand, by targeting sNS1 and envelope protein E of WNV, we performed a screening of aRep molecules (artificial proteins with alphahelicoïdal repeats) and isolated ligands with high affinity for these viral factors. Because this new type of molecules is able to specifically bind to sNS1 and E, they have potential to be used for the development of new diagnostic tools and antiviral therapeutic agents

Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l'agent de la tuberculose humaine, possède une enveloppe cellulaire atypique contenant une grande variété de lipides spécifiques, certains d'entre eux étant essentiels pour la viabilité du bacille tuberculeux ou impliqués dans sa pathogénicité. La synthèse de ces lipides fait intervenir des enzymes multifonctionnelles qui doivent être activées par fixation covalente d'un groupement 4'-phosphopantethéïnyl (P-pant). Cette modification post-traductionnelle est catalysée par la 4'-phosphopantethéïnyl transférase PptT qui transfère le groupement P-pant du coenzyme A sur un des domaines de ces protéines. Au cours de ce travail, nous avons démontré que PptT constitue une cible pour le développement de nouveaux antituberculeux. La construction de souches recombinantes de M. Bovis BCG et de Mtb exprimant PptT de façon conditionnelle nous a permis d'établir que cette enzyme est requise pour la croissance et la survie mycobactérienne dans le macrophage et au cours des diverses phases de l'infection dans le modèle murin. Un test enzymatique in vitro basé sur l'activité catalytique de PptT a été développé et adapté au criblage haut-débit de chimiothèques, afin de chercher des inhibiteurs de la protéine. Nous avons également montré que l'activité de l'enzyme PptT peut être inhibée par des petites molécules. En conclusion, cette étude indique que PptT répond à toutes les exigences pour être une bonne cible pharmacologique et fournit de nouveaux outils pour la recherche d'inhibiteurs de cette enzyme. Ces travaux suggèrent également que certains lipides de l'enveloppe pourraient jouer un rôle pour la persistance de Mtb au sein de l'hôte
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the etiologic agent of human tuberculosis, displays an unusual cell envelope that contains a large variety of lipids with unusual structures, some of them essential for the bacterial viability and others important for pathogenicity. The synthesis of these lipids involves multifunctional enzymes that are only functional if converted from their inactive apo-forms to their active holo-forms by the covalent attachment of a 4'-phosphopantetheinyl (P-pant) group. This modification is achieved through the action of a 4'-phosphopantetheinyl transferase named PptT, which transfers the P-pant moiety of coenzyme A to a conserved domain of these proteins. In this study, we investigated whether PptT represents a novel drug target for treating tuberculosis. The construction of pptT conditional expression mutants of M. Bovis BCG and Mtb enabled us to demonstrate that PptT is required for mycobacterial growth and survival in several environments, including those encountered in macrophages, and during the various stages of infection in the mouse model. An in vitro enzymatic assay based on the catalytic activity of PptT has been developed and adapted to high throughput screening for the search of PptT inhibitors. Finally, we found that the enzyme PptT can be inhibited by small compounds. Altogether, our findings indicate that PptT meets all the requirements for a good drug target and provide tools for the search of inhibitors against this enzyme. Besides, these results suggest that some polyketide-derived lipids may be required for Mtb persistence within the host

Le gliome infiltrant du tronc cérébral est une tumeur rare, non opérable et inéluctablement fatale. En raison du manque de ressource biologique disponible, aucun progrès dans la compréhension de la biologie de ces tumeurs n’a été fait jusqu’à ces dernières années, laissant la radiothérapie pour seul traitement efficace, et seulement transitoirement. Enfin, grâce à la mise en place de collecte d’échantillons de gliomes infiltrant du tronc cérébral au diagnostic ou à l’autopsie, un nombre sans précédent d’analyses biologiques et génomiques a pu être mené et améliorer la connaissance de ces tumeurs. Si ces études ont montré que ces gliomes pédiatriques étaient bien différents de ceux de l’adulte, elles ont aussi fait apparaître la présence d’anomalies génétiques récurrentes spécifiques de ces tumeurs sous-tentorielles. Ainsi le Platelet-Derived Growth Factor Receptor Alpha (PDGFRα) est apparu comme cible prédominante dans ces tumeurs compte tenu des nombreuses anomalies génétiques constatées. La recherche d’un médicament efficace pouvant inhiber cette voie nous a conduit à évaluer l’effet du dasatinib qui est un inhibiteur multi-ciblé. Nous en rapportons ici l’efficacité in vitro sur de nouvelles lignées cellulaires de gliomes infiltrants du tronc cérébral établies à partir de biopsies stéréotaxiques réalisées au diagnostic. Sachant néanmoins que les thérapies ciblées restent peu efficaces en clinique quand elles sont utilisées seules, nous mettons en évidence l’intérêt de combiner le dasatinib avec un inhibiteur de MET, 2ème oncogène fréquemment amplifié dans ces tumeurs. D’autre part, une stratégie originale de criblage médicamenteux a été mise en œuvre. Celle-ci a permis de définir de manière fonctionnelle de nouveaux médicaments potentiellement efficaces dans les gliomes infiltrants du tronc cérébral, incluant les inhibiteurs d’Histone deacetylases (HDAC), les inhibiteurs des Cyclin-Dependent Kinases (CDK) ou encore les inhibiteurs du protéasome. Enfin par la technique de séquençage génome-entier, de nouvelles anomalies génétiques jamais rencontrées dans aucun autre cancer ont été détectées. Parmi celles-ci se trouvent des mutations d’histone H3K27M dont la fréquence élevée (80%) suggère leur rôle fondamental dans la genèse de ces tumeurs. Des mutations activatrices d’ACVR1/ALK2 ont été également mises en évidence. Celles-ci représentent désormais de nouvelles cibles à explorer.Ce travail de thèse rapporte la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques d’une part, via une approche exploratoire par criblage médicamenteux et recherche d’anomalies génétiques par séquençage « génome-entier », et d’autre part, via une approche de validation préclinique sur le plan des thérapies ciblées de type inhibiteurs de tyrosine-kinases
Diffuse Intrinsic Pontine Glioma (DIPG) is a rare, unresectable and universally fatal tumor. Due to the lack of available material, no improvements have been made in the knowledge of the biology of this tumor until recent years, leaving radiotherapy as the only efficient treatment, and only transiently. Recently, the effort engaged for collecting samples in this disease at the diagnosis or at the autopsy resulted in an unprecedented number of analyses consequently improving our knowledge in DIPG. Those studies bring evidences for their differences with adult gliomas, but also with other pediatric supratentorial glioma showing specific genomic alterations. Thus, Platelet-Derived Growth Factor Receptor Alpha (PDGFRα) appeared to be one of the major target given its frequent aberrations found in those tumors. Investigating an effective drug to inhibit this pathway led us to evaluate the effect of dasatinib, which is known as a multi-targeted inhibitor. We report here the in vitro efficacy of dasatinib on new cell lines of DIPG developed from stereotaxic biopsy at diagnosis. Because therapies are largely inefficient in the clinic when they are used as a monotherapy, we bring out our interest on combining dasatinib with an inhibitor of MET, which is the 2nd most common amplified oncogene in these tumors.Additionally, an innovative strategy of pharmacological screening has been successfully tested. New drugs, potentially efficient in DIPG, have been fonctionnaly-defined, including Histone deacetylase inhibitors (HDACi), Cyclin-Dependent Kinases inhibitors (CDKi) and proteasome inhibitors as well.Finally, by using whole genome sequencing (WGS), we have been able to discover new genetic abnormalities, never encountered before in other cancers. Among those, mutations of histone H3K27M with a high frequency of 80% were found, suggesting that they have a fundamental role in tumors genesis. Moreover, ACVR1/ALK2 activating mutations have been identified as well. And this gene now represents a new target to explore. This work reports the research of new therapeutic targets through an exploratory approach using drug screening and WGS on the one hand, and on the other hand through a preclinical validation approach in terms of targeted therapies with tyrosine-kinases inhibitors

Le paludisme est l’une des maladies infectieuses les plus répandues à travers le monde. En 2018, cette parasitose fut responsable de 405 000 morts. RTS, S/A01, le seul vaccin testé à grande échelle, ne remplit pas à ce jour tous les critères d’efficacité exigés. Plasmodium falciparum (Pf), l’espèce responsable de la plus forte mortalité, a développé des résistances contre quasi tout l’arsenal thérapeutique. Il est crucial d’approfondir nos connaissances sur la biologie de ce parasite, en vue de découvrir de nouveaux médicaments. Chez Pf, de nombreuses études ont montré que les kinases et les phosphatases jouent un rôle crucial pour la survie du parasite. L’étude du kinome a permis de mettre en lumière que cibler les kinases pouvait représenter une stratégie intéressante dans le traitement de la maladie. Toutefois, les phosphatases de Pf restent peu étudiées. Des analyses comparatives des séquences en acides aminés, réalisées chez P. berghei (Pb), espèce spécifique des rongeurs, ont révélé que 6 d’entre elles sont spécifiques du genre Plasmodium. Parmi ces phosphatases, la métallophosphatase 9 (PPM9) une sérine thréonine phosphatase spécifique de Plasmodium, semble être essentielle dans le développement des stades érythrocytaires du parasite. Le gène a également été identifié comme étant essentiel chez Pf, grâce à une méthode de mutagénèse saturante à haut débit. Notre projet a pour objectif la caractérisation moléculaire et fonctionnelle de PPM9 et la validation de cette phosphatase spécifique de Plasmodium, en tant que nouvelle cible potentielle pour le paludisme. Le gène a été cloné, annoté, exprimé sous forme de protéine recombinante et sa fonction phosphatase caractérisée. L’activité enzymatique de PfPPM9 recombinante a été standardisée au sein du test au Malachite Green et nous avons montré qu’elle était dépendante de l’ion manganèse. La caractérisation fonctionnelle, a été explorée via la construction de lignées knock-out conditionnelles mais également des lignées parasitaires knock-in pour suivre leur trafic tout au long du cycle de vie (chez Pf et Pb). Nous avons en effet montré une localisation principalement cytoplasmique de PPM9 et suggéré un export possible dans le cytoplasme de l’hématie. Par ailleurs, parmi ces études de génétique inverse, nous avons notamment employé la technologie CRISPR-Cas9 facilitant l’utilisation de la Cre recombinase dimérisable (diCre) qui permet d’exciser une séquence d’ADN flanquée par des sites loxP, après activation de la rapamycine. Enfin, nous avons déterminé une structure 3D putative de PfPPM9 par homologie comparative afin d’identifier in silico des inhibiteurs spécifiques de son site actif. Un criblage virtuel a ainsi été réalisé avec la database ZINC15 et celle de L’ICPAL sur notre structure 3D. Environ 80 composés ont été testés pour leur activité antipaludique in vitro. Trois hits ont été mis en évidence : M19, M51 et M74. M19 possède une concentration inhibant 50% de la croissance parasitaire (CI50) de 3,87 μM +/- 0,25 et une structure originale jamais encore décrite comme composé antipaludique. De plus, via des études en RMN (Waterlogsy et CPMG), nous avons montré une interaction spécifique de ces hits avec PfPPM9. En perspective, l’intéractome de PPM9 devrait permettre de déterminer ses partenaires/cibles protéiques chez le parasite. En conclusion, ce projet nous conduira à une meilleure compréhension du rôle de PPM9 dans le développement du parasite et la découverte de nouvelles molécules antipaludiques
Malaria today is one of the wide spread infectious diseases in the world. In 2018, 405 000 malaria deaths have been reported. RTS, S/A01 the only vaccine tested on a large scale does not fulfil its promises with a lack of efficiency. Plasmodium falciparum (Pf), the deadliest agent of malaria, has developed resistances to almost all chemotherapeutics. It is necessary to understand the biology of this parasite in order to develop new drugs. In Pf, extensive research has now been started to study the Pf kinome and to examine whether targeting kinases could represent an effective mean for the treatment of the infection, the study of its phosphatome is still under-investigated. Amino acid sequence comparative analyses of Plasmodium berghei (Pb), a rodent malaria species, revealed that 6 are Plasmodium specific. Among these phosphatases, the metalloprotein phosphatase 9 (PPM9), a Plasmodium specific serine/threonine phosphatase, was also suggested to be essential for blood stage parasites development. Besides in a high-throughput saturation mutagenesis method in Pf, PPM9 gene was also identified essential. The present project is focused on the molecular and functional characterization of the PPM9 and on the validation of this specific phosphatase as a new potential target for malaria. The gene has been cloned, annotated and expressed as a recombinant protein and its phosphatase function has been characterized. The enzymatic activity of PfPPM9 recombinant protein has been standardised using a malachite green phosphate assay kit and this activity is manganese dependant. Functional characterization was explored by conditional gene knock-out studies as well as by generating knock-in parasite lines to follow their trafficking during the parasite lifecycle (in Pf and Pb). PfPPM9 seems to be mainly localised in the parasite cytoplasm and could be exported in the cytoplasm of red blood cell. Among these studies, we employ CRISPR-Cas9 in Pf to facilitate use of the dimerisable Cre-recombinase (diCre) that is used to mediate the excision and loss of loxP-flanked DNA sequences in a rapamycin-controlled manner. Finally, we solved in silico the 3D structure of PfPPM9 by homology modelling and identified a new set of potential specific inhibitors. We screened in silico ZINC15 database and ICPAL base on the 3D structure. We have tested around 80 compounds for their anti-plasmodial in vitro activity. We have highlighted 3 hits: M19, M51 and M74. M19 has a half maximal inhibitory concentration (IC50) of 3,87 μM +/- 0,25 and a unique scaffold as antimalarial compound. Besides, via NMR studies (Waterlogsy and CPMG), we have shown a specific interaction between these hits and PfPPM9. As a perspective, PPM9 interactome will be carried out to determine its target/partner proteins in the parasite. In conclusion, this study will lead to a deeper understanding of the role of PPM9 in the parasite development and the discovery of new antimalarial compounds

Le mélanome cutané est une tumeur qui se développe à partir de cellules épidermiques appelées mélanocytes. Bien qu’il ne représente qu’environ 1% des cancers cutanés, le mélanome est responsable de 75% des décès dus aux cancers de la peau. L’agressivité du mélanome est liée à son très fort potentiel métastatique et une fois qu’il est disséminé les chances de survie diminuent dramatiquement. Le traitement par chirurgie est efficace lorsque le diagnostic est précoce. Mais, dans les cas de mélanomes non résécables ou métastatiques, les traitements offerts aux patients étaient jusqu’à récemment très limités.L’arrivée des immunothérapies pour le traitement des stades avancés du mélanome a suscité beaucoup d’espoirs. Ces anticorps monoclonaux agissent en stimulant le système immunitaire afin d’éliminer des cellules cancéreuses. Les plus récents et les plus efficaces sont ceux qui ciblent l’axe “programmed cell death protein 1” (PD-1/PD-L1). Le rôle principal de du point de contrôle immunitaire PD-1 est de limiter l’activité des cellules T périphériques lors d’une réponse immunitaire. En effet, l’activation des cellules T par l’interaction des TCR avec des complexes CMH/peptides spécifiques conduit à la sécrétion d’IFNγ. Ces cytokines vont stimuler l’expression de PD-L1 et PD-L2 à la membrane plasmique des cellules environnantes. Lorsque PD-1 est engagé par PD-L1, son ligand prédominant, il s’ensuit un signal qui inhibe des lymphocytes T CD8+. Cette boucle d’autorégulation atténue ainsi la réponse des cellules T et limite l'ampleur des lésions tissulaires pouvant être entraînées par une réponse immunitaire excessive. Certaines cellules cancéreuses, dont le mélanome qui est très immunogène, sont capables de mettre à profit ce système en surexprimant PD-L1 pour inhiber les fonctions effectrices et la prolifération des lymphocytes T CD8+ et ainsi échapper au système immunitaire. En empêchant l’interaction de PD-1 avec PD-L1, les anticorps monoclonaux dirigés contre l’un ou l’autre des partenaires conduisent à une restauration, au moins partielle, de l’activité des cellules T contre les cellules cancéreuses et conduit ainsi à une régression tumorale. La plupart des mélanomes expriment un niveau basal de PD-L1 faible, qui est fortement augmentée par l’IFNγ;, produit notamment par les lymphocytes T CD8+. Par conséquent, on peut supposer qu’en prévenant l’expression de PD-L1 induite par IFNγ, il est possible de prolonger la réponse des lymphocytes T effecteurs et de limiter ainsi la progression tumorale à la manière des anti-PD-1/PD-L1.Mon projet de thèse a eu pour but d’identifier les régulateurs positifs de l’expression de PD-L1 à la membrane plasmique des mélanomes par une méthode de crible génétique, en restreignant notre étude aux gènes pertinents d’un point de vue thérapeutique. Ce crible qui repose sur une librairie de shARN ciblant les gènes codant pour des protéines dont l’inhibiteur est déjà connu ou ayant une structure ou une activité qui permet le développement d’un inhibiteur pharmacologique. L’analyse des cribles par bioinformatique a permis d’identifier de nouveaux régulateurs positifs de l’expression de PD-L1 à la membrane plasmique qui pourront servir de cibles pharmacologiques pour de nouvelles thérapies visant à prévenir l’expression de PD-L1 dans les mélanomes
Cutaneous melanoma arises from melanocytes, the pigment-producing cells of the skin. is responsible for approximately 75% of deaths due to skin cancers. This tumor account for approximately 1% of cutaneous melanoma, but is responsible for 75% of deaths due to skin cancer. Its aggressiveness is coming from its highly metastatic potential and once it is disseminated, chances of survival decrease drastically. Treatment by surgery is efficient when it is diagnosed early. Though, until recently, for metastatic or unresectable melanoma, treatments were quite limited.The arrival of immunotherapies to treat advanced melanoma arouse a lot of hope. These monoclonal antibodies boost the immune system in order to kill cancer cells. The most recent and efficient are the ones targeting the programmed cell death protein 1 or its ligand (PD-1/PD-L1). The main role of PD-1 immune checkpoint is to limit the activation of engaged peripheral T cells. Indeed, the activation of T cells by the interaction of its TCR with MHC/peptide complexes leads to IFNγ; secretion. This cytokine will induce the expression of PD-L1 and PD-L2 at the plasma membrane of surrounding cells. The engagement of PD-1 with its main ligand PD-L1 leads to the inhibition of CD8+ T lymphocytes. This feedback loop attenuates T-cell responses and limits the extent of immune-mediated tissue damage that can happen with an excessive immune response. Some cancer, including melanoma which is highly immunogenic, escape the immune system by taking advantage of this mechanism to overexpress PD-L1 and inhibit effector functions and proliferation of CD8+ T lymphocytes. Immunotherapies targeting PD-1 or PD-L1 with monoclonal antibodies were then deployed to disrupt the interaction between the two partners and restore, at least partially, T-cell activity against cancer cells and drive to tumor regression. Most of the time, basal PD-L1 expression in melanoma is low and is strongly increased by IFNγ, produced by immune cells like CD8+ T lymphocytes. Thus, preventing IFNγ-induced PD-L1 expression would restore the effector functions of LT CD8+ and avoid tumor progression as anti-PD-1/PD-L1.This aim of my thesis project was to make use of a genetic screen to identify positive regulators of the expression of PD-L1 at the plasma membrane of melanoma with a genetic screen by focusing on druggable genes. This screen was based on a shRNA library targeting genes coding for a protein for which an inhibitor already exists or harboring a structure or an activity that could lead to drug development. The bioinformatic analysis led to the identification of new regulators that positively regulate PD-L1 at the plasma membrane of melanoma that could serve as therapeutic targets for melanoma treatment

Les CDK/cyclines jouent un rôle majeur dans la progression du cycle cellulaire et dans le maintien de la prolifération des cellules cancéreuses, constituant ainsi des biomarqueurs clés et des cibles pharmacologiques attractives. Plus particulièrement, l’activité de CDK4/cycline D, kinase responsable de la progression de la phase G1 et de la transition G1/S, est dérégulée dans de nombreux cancers dont le mélanome. Cette hyperactivation est associée à des mutations, à l’amplification ou à la surexpression de CDK4, cycline D, p16INK4a ou encore pRb.Comme aucune approche sensible et directe n’existe pour évaluer l’activité de CDK4/cycline D dans des conditions physiologiques et pathologiques, le premier objectif de ma thèse a consisté à développer un biosenseur fluorescent permettant d’étudier cette kinase in vitro et in cellulo. Une fois caractérisé et validé in vitro, le biosenseur a été appliqué à la détection d’altérations de CDK4/cycline D dans des biopsies de peau humaine et de xénogreffes de mélanome dans des essais fluorescents d’activité kinase, ainsi que dans des cellules cancéreuses vivantes par microscopie de fluorescence et vidéo microscopie.Par ailleurs, peu d’inhibiteurs sont actuellement disponibles pour inhiber CDK4/cycline D et la plupart d’entre eux ciblent la poche de fixation de l’ATP. C’est pourquoi le second objectif de ma thèse a consisté à identifier des inhibiteurs non compétitifs de l’ATP, soit par élaboration rationnelle de peptides, soit par criblage de petites molécules. A cette fin, deux biosenseurs fluorescents ont été développés qui permettent d’identifier respectivement des composés ciblant l’interface entre CDK4 et cycline D ou des inhibiteurs allostériques capables de perturber la dynamique conformationnelle de CDK4. Des essais de criblage par fluorescence réalisés avec ces biosenseurs ont conduit à l’identification de touches qui ont été validées et caractérisées in vitro et dans des essais de prolifération cellulaire, et qui constituent des candidats prometteurs pour une chimiothérapie sélective du mélanome
CDK/cyclins play a central role in coordinating cell cycle progression, and in sustaining proliferation of cancer cells, thereby constituting established cancer biomarkers and attractive pharmacological targets. In particular, CDK4/cyclin D, which is responsible for coordinating cell cycle progression through G1 into S phase, is a relevant target in several cancers including melanoma, associated with mutation of CDK4, cyclin D, p16INK4a and pRb.As there are no sensitive and direct approaches to probe CDK4/cyclin D activity in physiological and pathological conditions, the first goal of my thesis has consisted in engineering a fluorescent biosensor to probe this kinase in vitro and in cellulo. Once characterized and validated in vitro, the biosensor was applied to detect CDK4/cyclin D alterations in biopsies from human skin and melanoma xenografts in fluorescence-based activity assays, and in living cancer cells by fluorescence microscopy and timelapse imaging.Moreover, only few inhibitors are currently available to target CDK4/cyclin D and most of them bind the ATP pocket. As such, the second major goal of my thesis project has consisted in identifying non-ATP competitive inhibitors, either through rational design of peptides or by screening small molecule libraries. To this aim, two fluorescent biosensors were engineered which discriminate compounds that target the interface between CDK4 and cyclin D, or that perturb the conformational dynamics of CDK4, respectively, from ATP-pocket binding compounds. Fluorescence-based screening assays performed with these biosensors lead to identification of hits, which were validated and characterized in vitro and in cell proliferation assays, and which constitute promising candidates for selective chemotherapy in melanoma

La variole est l'un des pires fléaux qu'ait connu l'humanité jusqu'à son éradication en 1980. Il existe aujourd'hui une menace terroriste de réémergence du virus de la variole comme arme biologique. Le manque de moyens thérapeutiques, la faible immunité de la population mondiale depuis l'arrêt de la vaccination antivariolique et les complications post-vaccinales liées à l'utilisation du vaccin réplicatif historique ont conduit ces dernières années à une intensification des recherches pour lutter contre la variole et les autres virus du genre orthopoxvirus. En complément d'assurer la production d'un nouveau vaccin antivariolique répondant aux normes sanitaires actuelles, il est indispensable de développer des molécules antivirales efficaces aux modes d'actions différents, utilisables immédiatement en cas d'attaque terroriste et pour pallier les complications post-vaccinales. L'objectif du travail de thèse est d'explorer de nouvelles stratégies thérapeutiques en ciblant plus particulièrement la réplication du virus de la vaccine, utilisé comme modèle substitutif au virus de la variole. La première stratégie est l'utilisation d'aptamères peptidiques ciblant A20, une protéine centrale du complexe de réplication formant avec l'uracile ADN glycosylase D4 le facteur de processivité pour l'ADN polymérase virale. Ces peptides sont sélectionnés in vivo en double-hybride en levure pour interagir avec une cible protéique et potentiellement l'inhiber. Ainsi nous avons sélectionné un aptamère interagissant avec une région critique de la protéine cible A20 et capable d'inhiber significativement la réplication du virus de la vaccine en culture cellulaire. La seconde stratégie est l'utilisation d'un criblage haut débit de molécules chimiques pour leur capacité à rompre les interactions entre notre cible de choix A20 et deux de ses interacteurs connus, la protéine D4 et la primase/hélicase D5, par une approche basée sur l'utilisation de deux rapporteurs luciférase en levure. Nous avons démontré que deux molécules issues du criblage permettaient l'inhibition significative et spécifique de la réplication de plusieurs orthopoxvirus, in vitro. Ces travaux viennent compléter le faible arsenal thérapeutique disponible destiné à lutter contre les infections à orthopoxvirus.

La dihyrofolate réductase de type II R67 (DHFR R67) est une enzyme bactérienne encodée par un plasmide donc aisément transmissible. Elle catalyse la réaction de réduction du dihydrofolate (DHF) en tétrahydrofolate (THFA) essentiel pour la prolifération cellulaire. La DHFR R67 est une enzyme qui dépend du cofacteur NADPH. La DHFR R67 est différente, structurellement et génétiquement, de l’enzyme DHFR chromosomale présente chez tous les organismes et elle est résistante au triméthoprime (TMP) qui est largement utilisé dans les traitements antibactériens chez l’Homme. Aucun inhibiteur sélectif contre la DHFR R67 n’est actuellement répertorié. Le but de cette étude a été d’identifier des molécules qui pourront inhiber la DHFR R67 sélectivement, sans affecter la DHFR humaine (DHFRh). La vérification de la qualité des essais enzymatiques en conditions déterminées pour le criblage d’inhibiteurs sur plusieurs lectrices à plaques a identifié des appareils appropriés pour l’analyse. L’étude de l’activité enzymatique de la DHFR R67 et de la DHFRh en présence des solvants organiques et liquides ioniques (LIs), comme des co-solvants pour le criblage rationnel d’inhibiteurs, a montré que certains LIs peuvent servir de milieu alternatif pour les essais enzymatiques. Le criblage rationnel basé sur l’approche du design d’un inhibiteur à partir de petites molécules, a révélé des molécules primaires qui inhibent la DHFR R67 de façon faible, mais sélective. Le test des composés biologiquement actifs qui comprennent des petits fragments, a montré l’augmentation de l’affinité entre la DHFR R67 et les composés testés. Trois composés ont été déterminés comme des inhibiteurs sélectifs prometteurs pour la DHFR R67.
Type II R-plasmid encoded dihyrofolate reductase (DHFR), R67 DHFR is a bacterial enzyme that catalyzes the reduction of dihydrofolate (DHF) to tetrahydrofolate (THFA) which is essential for cell proliferation. R67 DHFR is an enzyme that depends on the cofactor NADPH as the hydride donor. R67 DHFR is distinct, structurally and genetically, from E. coli chromosomal DHFR (DHFR Ec) and it provides drug resistance to the widely-administered antibiotic trimethoprim (TMP). No selective inhibitor against R67 DHFR exists currently. The goal of this study was to discover molecules that can selectively inhibit R67 DHFR, without affecting human DHFR (hDHFR). Verification of the quality of enzyme assays under defined conditions for inhibitor screening on plate readers found several appropriate instruments for analysis. The study of the enzymatic activity of R67 DHFR and hDHFR in the presence of organic solvents and ionic liquids (ILs), as co-solvents for rational screening of inhibitors, showed that ILs can provide alternative media for enzymatic assays. Rational screening based on the approach of fragment-based drug design, revealed primary molecules that inhibited DHFR R67 weakly, but selectively. The testing of more complex compounds with known biological activities gave ligands with increased affinity for R67 DHFR. Three compounds were identified as promising selective inhibitors for R67 DHFR.