Thèses sur le sujet « Signalisation mTORC1 »

Les Leucémies Aigües Myéloïdes (LAM) sont des hémopathies malignes hétérogènes de mauvais pronostic qui se caractérisent par une expansion clonale de progéniteurs immatures. De nombreuses dérégulations de voies de signalisation sont retrouvées dans les cellules leucémiques et leur confèrent un avantage de prolifération et de survie. La voie de signalisation mTORC1, qui contrôle la traduction protéique, l’autophagie et plusieurs voies métaboliques, est ainsi constitutivement activée dans les cellules leucémiques. La reprogrammation métabolique notamment via « l’effet Warburg » est un phénomène bien décrit dans les cellules cancéreuses. L’augmentation de l’utilisation de la glycolyse, confère aux cellules tumorales un avantage de survie en favorisant une production rapide d’ATP et d’intermédiaires métaboliques nécessaires pour les biosynthèses de nucléotides, d’acides-aminés et de lipides. C’est donc dans ce contexte que j’ai étudié le métabolisme du glucose dans les cellules de LAM et l’implication de la voie de signalisation mTORC1 dans la dérégulation de ce métabolisme. J’ai tout d’abord identifié par une étude transcriptomique dans la lignée leucémique MOLM-14 que la signalisation mTORC1 contrôle plusieurs voies métaboliques notamment celles permettant l’utilisation du glucose. Ceci a été vérifié dans plusieurs lignées de LAM puisque l’inhibition ou la sur-activation de mTORC1 entrainent respectivement une diminution ou une augmentation de la consommation de glucose et de la production de lactate. De façon intéressante, le niveau d’activation de la voie mTORC1 détermine la sensibilité des cellules leucémiques à l’inhibition de la glycolyse. En effet, lorsque mTORC1 est activé, le blocage de la glycolyse induit de l’autophagie et l’apoptose des cellules leucémiques. A l’inverse, le blocage de mTORC1 induit une reprogrammation métabolique des cellules leucémiques qui utilisent alors principalement la phosphorylation oxydative pour produire l’ATP dont elles ont besoin. Leur survie devient alors indépendante du glucose. A l’inverse des cellules primaires de LAM, les cellules hématopoïétiques immatures normales CD34+ sont moins sensibles au blocage de la glycolyse. Le ciblage du métabolisme du glucose pourrait donc constituer une stratégie thérapeutique intéressante dans les LAM. Je me suis ensuite intéressée aux effets anti-leucémiques induits par l’inhibition de la voie des pentoses phosphates (PP) et plus particulièrement au ciblage de la G6PD (glucose-6-phosphate déshydrogénase) par le composé le 6-aminonicotinamide (6-AN). En effet, une étude de flux métabolique a permis de mettre en évidence qu’une proportion importante de glucose est dirigé vers la voie des PP, laissant suggérer que l’addiction des cellules leucémiques au glucose pourrait être liée à une utilisation augmentée de cette voie annexe. J’ai alors observé que le 6-AN induit une cytotoxicité in-vitro y compris dans les cellules primaires de patients, sans avoir d’effets sur les cellules hématopoïétiques normales et in-vivo dans un modèle de xénogreffe de la lignée MOLM-14 chez la souris NUDE. Cette étude a donc permis de montrer que l’activation constitutive de mTORC1 rend la survie des cellules de LAM dépendante de la glycolyse et crée une sensibilité spécifique à l’inhibition de la G6PD. La dérégulation de la signalisation mTORC1 étant quasi-constante dans les LAM, cibler la G6PD pourrait donc représenter une stratégie thérapeutique intéressante
Acute Myeloid Leukemia (AML) are heterogeneous hematological diseases with poor prognosis characterized by a clonal expansion of immature progenitors. Many deregulation of signaling pathways are found in leukemic cells and give them an advantage of proliferation and survival. The MTORC1 signaling pathway, which controls protein translation, autophagy and several metabolic pathways, is constitutively activated in leukemic cells. Metabolic reprogramming in particular the "Warburg effect" is a phenomenon well described in cancer cells. High rate of glycolysis has been considered to give tumour cells advantages through rapid production of ATP and intermediates for the synthesis of nucleotides, amino acids, and lipids. In this context, I studied glucose metabolism in AML cells and the involvement of the mTORC1 signaling pathway in the deregulation of this metabolism. First, I identified by a transcriptomic analysis in the MOLM-14 cell line that mTORC1 signaling controls several metabolic pathways including those for glucose utilization. This has been verified in several AML cell lines, since inhibition or over-activation of mTORC1 respectively induces a decrease or an increase in glucose consumption and lactate production. Interestingly, the level of activation of the mTORC1 signaling pathway determines the sensitivity of AML cells to the inhibition of glycolysis. Indeed, when mTORC1 is activated, the blockade of glycolysis induces autophagy and apoptosis of leukemic cells. Conversely, blocking mTORC1 induces metabolic reprogramming of leukemic cells, which then mainly use oxidative phosphorylation to produce ATP for their needs. AML cell survival become independent of glucose. Unlike primary AML cells, survival of normal immature hematopoietic cells CD34+ is only barely affected by the blockade of glycolysis. Thus, targeting the glucose metabolism may constitute an attractive therapeutic strategy in AML. I then investigated the anti-leukemic activity induced by the inhibition of the pentose phosphate pathway (PPP) and more particularly by the specific blockade of G6PD (glucose 6-phosphate dehydrogenase) with the 6-aminonicotinamide (6- AN) compound. Indeed, a metabolic flux analysis demonstrated that a significant proportion of glucose was directed towards the PPP. This result suggested that the addiction of leukemic cells toward glucose might be related to an increased use of PPP. I then observed that the 6-AN induced in vitro cytotoxicity including in primary AML cells from patients without effect on normal immature hematopoietic cells CD34+ and in vivo in a xenograft model of MOLM-14 cell line in the NUDE mouse. This study therefore demonstrated that the constitutive activation of mTORC1 makes AML cells survival dependent on glycolysis, and creates a specific vulnerability to the inhibition of G6PD. Given that deregulation of the mTORC1 signaling pathway is almost constant in AML, targeting G6PD may therefore represent an interesting therapeutic strategy

Chez les mammifères, le métabolisme énergétique exerce une influence importante sur la fertilité. Chez la femelle comme chez le mâle, une chute ou un excès dans l’apport des besoins nutritionnels induisent des modulations des synthèses hormonales et de la production de gamètes viables. L’objectif de ce travail était 1) de définir le rôle de l’AMPK, AMP-activated protein kinase, un senseur cellulaire des réserves énergétiques de l’organisme, dans la reproduction mâle ; 2) d’étudier l’implication de mTORC1, mammalian target of rapamycin complex 1, un autre indicateur du métabolisme, dans les cellules du système nerveux central régulant la reproduction. Nous avons montré une baisse de la fertilité, associée à une hyperandrogénie Leydigienne et à un dysfonctionnement des spermatozoïdes chez des souris invalidées pour le gène de l’α1 AMPK. De plus, l’exposition in utero à la metformine, un activateur de l’AMPK, induit une baisse du volume testiculaire et de la concentration en testostérone à 17jpc. Enfin, l’inactivation du complexe mTORC1, par ARN interférent ciblant Raptor, dans les cellules bordant l’hypothalamus tend à augmenter la taille de portée, associée à une hausse de la FSH et de la folliculogenèse terminale.En conclusion, ce travail confirme le rôle de ces deux complexes protéiques (AMPK et mTORC1), senseurs énergétiques, dans la fonctionnalité de l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique
In mammals, the energy metabolism exerts a strong influence on fertility. In females as in males, either a drop or an excess of the nutritional supplies induce modulations of the hormonal synthesis as well as viable gametes production. Our objective was 1) to define the role of AMPK, the AMP-activated protein kinase, a cell sensor of the energy reserves, in male reproduction; 2) to study the involvement of mTORC1, the mammalian target of rapamycin complex 1, another indicator of metabolism, in the cells of the central nervous system that regulate fertility. We have shown a decrease of fertility, linked to a testicular hyperandrogenia and dysfunctional spermatozoa in α1AMPK deficient mice. Moreover, in utero exposure to an AMPK activator, the metformin, induced a decrease in testicular volume and testosterone concentration (17dpc). Finally, inactivation of mTORC1 by interferent RNA in the adjacents cells of the hypothalamus tends to increase litter size, linked to a rise of FSH and the terminal folliculogenesis. In conclusion, this study confirms the role of these two complexes, energetic sensors, on the functionality of the hypothalamo-pituitary-gonadal axis

Nous avons identifié, un ligand de Wnt, Wnt5a, comme faisant partie intégrante du complexe mTORC1, qui régule la fonction lysosomal et favorise le trafic intracellulaire du cholestérol. En diminuant l’activité de mTORC1 et en activant l’axe autophagie-lysosome, Wnt5a adapte les concentration du cholestérol intracellualire aux besoins de la cellule. Wnt5a favorise l’export du cholestérol depuis les endosomal/lysosomal (LELs) vers le réticulum endoplasmique (RE), limite l’accumulation intracellulaire du cholestérol, et protège contre l’athérosclérose. D’un point de vue mécanistique, Wnt5a se lie aux membranes riches en cholestérol et interagit spécifiquement avec la protéine membranaire Niemann-Pick C1 (NPC1), la protéine soluble Niemann-Pick C2 (NPC2), deux protéines lysosomales qui régulent l’export du cholestérol à partir des LELs. En conséquence, l’absence de Wnt5a inhibe la fonction lysosomale et l’autophagie, ainsi que la sortie du cholesterol hors des LELs. Ceci resulte en l’accumulation de larges corps d’inclusion intracellulaires, de larges LELs riches en cholestérol, d’une diminution du cholestérol au niveau du RE
We identified the Wnt ligand, Wnt5a, as a member of the nutrient/energy/stress sensor, mTORC1 scaffolding complex, which drives lysosomal function and promotes cholesterol trafficking. By decreasing mTORC1 activity and by activating the autophagy-lysosomal axis, Wnt5a senses changes in dietary cholesterol supply, promotes endosomal/lysosomal (LELs) cholesterol egress to the endoplasmic reticulum (ER), and protects against atherosclerosis. Moreover, Wnt5a binds cholesterol-rich membranes and specifically interacts with two lysosomal proteins Niemann–Pick C1 and Niemann–Pick C2 that regulate cholesterol export from LELs. Consequently, absence of Wnt5a decoupled mTORC1 from variations in LELs sterol levels, and this resulted in accumulation of large intracellular inclusion bodies, large LELs and low ER cholesterol

PQLC2, qui signifie protéine conte- nant des répétitions de boucle proline-gluta- mine 2, appartient à une famille de protéines de transport membranaires caractérisées par une topologie membranaire à sept hélices et deux motifs proline-glutamine. PQLC2 est localisé dans la membrane lysosomale des cellules mammifères, et des études utilisant du PQLC2 recombinant exprimé dans des ovocytes de Xe- nopus ont démontré que PQLC2 est un unipor- teur qui transporte spécifiquement des acides aminés cationiques. Cependant, sa structure atomique en 3D n’a pas encore été déterminée. En plus de son rôle de transporteur, PQLC2 est également un récepteur membranaire. Lorsque la cellule est privée d’acides aminés cationiques, PQLC2 recrute à la surface du lysosome un com- plexe de trois protéines (appelé CSW) : les pro- téines GTPas-activatrices C9ORF72 et SMCR8, et WDR41, l'ancrage entre CSW et PQLC2. Le com- plexe CSW est important pour le bon fonction- nement des lysosomes. De plus, des mutations congénitales dans le gène codant pour C9ORF72 sont directement associées à deux maladies neurodégénératives. Des essais de pull-down dans des extraits cellu- laires indiquent que l’interaction d’un court mo- tif peptidique de 10 acides aminés provenant d’une boucle saillante de WDR41 (boucle WDR41-7CD) avec PQLC2 est suffisante pour le recrutement lysosomique de CSW. Afin de ca- ractériser cette interaction ainsi que le rôle fonc- tionnel de PQLC2, nous avons exprimé PQLC2 de mammifère dans la levure Saccharomyces cerevisiae et établi un protocole de purification de PQLC2 basé sur la reconnaissance entre des nanocorps anti-GFP et GFP fusionné à PQLC2. Pour améliorer la stabilité de PQLC2 purifié par détergent, nous avons introduit des mutations spécifiques le long de la séquence de la pro- téine en utilisant une approche de mutagenèse basée sur un consensus. La microscopie électro- nique à contraste négatif de PQLC2 purifié par détergent suggère que ce transporteur s’as- semble sous forme d’homotrimère, comme les autres membres de la même famille de trans- porteurs à boucle PQ. Enfin, par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE), nous avons évalué l’interaction directe entre PQLC2 et un peptide codant la boucle WDR41. Ces expériences ont révélé le rôle de certains résidus de la boucle WDR41 dans l’in- teraction PQLC2/boucle WDR41-7CD, ainsi que l’effet d’un substrat de PQLC2
PQLC2, which stands for proline-glu- tamine loop repeat-containing protein 2, be- longs to a family of membrane transport pro- teins characterized by a seven-helix membrane topology and two proline-glutamine motifs. PQLC2 is localized in the lysosomal membrane of mammalian cells, and studies using recombi- nant PQLC2 expressed in Xenopus oocytes have demonstrated that PQLC2 is an uniporter that specifically transports cationic amino acids. However, its 3D atomic structure has not yet been determined. In addition to being a trans- porter, PQLC2 is also a membrane receptor. When the cell is deprived of cationic amino acids, PQLC2 recruits at the lysosome surface a complex of three proteins (called CSW): the GTPase-activating proteins C9ORF72 and SMCR8, and WDR41, the anchor between CSW and PQLC2. The CSW complex is important for normal lysosome function. In addition, congeni- tal mutations in the gene encoding C9ORF72 are directly associated with two neurodegene- rative diseases. Pull-down assays in cell extracts indicate that the interaction of a short 10 amino acid peptide motif from a protruding loop of WDR41 (WDR41-7CD loop) with PQLC2 is sufficient for lysosomal recruitment of CSW. To characterize this interaction as well as the functional role of PQLC2, we expressed mammalian PQLC2 in the yeast Saccharomyces cerevisiae, and established a purification protocol of PQLC2 based on the recognition between anti-GFP nanobodies and GFP fused to PQLC2. To improve the stability of detergent-purified PQLC2, we introduced speci- fic mutations along the protein sequence using a consensus-based mutagenesis approach. Ne- gative-staining electron microscopy of deter- gent-purified PQLC2 suggests that this trans- porter assembles as a homotrimer, like other members of the same PQ-loop family of trans- porters. Finally, by electron paramagnetic re- sonance (EPR) spectroscopy, we assessed the direct interaction between PQLC2 and a peptide encoding the WDR41 loop. These experiments revealed the role of certain WDR41 loop resi- dues in the PQLC2/WDR41-7CD loop interac- tion, as well as the effect of a PQLC2 substrate

Les travaux de la thèse portent sur l'implication de la voie de signalisation Akt (sérine/thréonine kinase Akt) et mTOR (mammalian target of rapamycin) dans la physiopathologie de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) expérimentale. L'HTAP résulte d'une prolifération exagérée des cellules constitutives des vaisseaux pulmonaires, principalement les cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires (CML-AP). De nombreux effecteurs biologiques et physiques préalablement identifiés agissent sur les CML-AP et participent à l'hyperplasie de celles-ci. Nous montrons que ces nombreux effecteurs convergent vers une voie de signalisation intracellulaire commune, la voie Akt/mTOR, qui de fait représente une cible thérapeutique pour le traitement de l'HTAP, et pourrait conditionner l'hyperplasie des CML-AP. mTOR est présent dans la cellule sous forme de deux complexes, mTORC1 et mTORC2, qui phosphorylent des substrats variés contrôlant la prolifération cellulaire. Les effecteurs de mTORC1 incluent les S6 kinases (S6K1 and S6K2) et les "eIF4E-binding proteins" (4EBP) alors que mTORC2 active la sérine/thréonine kinase Akt et parmi les kinases sous-jacentes, la kinase GSK3. La première étude est consacrée à l'évaluation des effets des inhibiteurs de protéases du VIH (ritonavir, amprenavir, nelfinavir) sur la progression de HTAP expérimentale, induite par la monocrotaline ou l'hypoxie. Nous montrons que ces deux formes d'HTAP sont associées à une activation de la voie Akt/mTOR dans les artères pulmonaires. Les traitements respectifs par les trois inhibiteurs des protéases du VIH durant 3 semaines induisent une réversibilité de l'HTAP, de l'hypertrophie ventriculaire droite et du remodelage des vaisseaux pulmonaires, de même qu'une inhibition de la phosphorylation d'Akt, de S6K et de GSK3. La prolifération des CML-AP induite par le PDGF ou le SVF 5%, associée à une augmentation de p-Akt et p-GSK3, est également bloquée par les inhibiteurs des protéases, de façon similaire et non additive à celle d'inhibiteurs spécifiques de la PI3 kinase et de GSK3. La conclusion est que ces traitements antirétroviraux inihibent la progression de l'HTAP en inhibant la voir Akt/mTOR dans les CML-AP. Cette proposition permettrait d'expliquer l'effet suspecté en clinique des traitements antirétroviraux sur l'HTAP compliquant l'infection par le VIH.Dans la seconde étude, nous montrons que les CML-AP en culture prélevées à partir de rats ayant développé une HTAP induite par la monocrotaline proliférent de façon exagérée en comparaison avec les cellules de rats témoins. Ce phénotype prolifératif est observé en présence de nombreux facteurs mitogènes parmi lesquels le SVF 5%, le PDGF, la sérotonine ou 5-HT, l'IGF1 ou l'IL1-beta, et est associé à une activation des substrats de mTORC1 et mTORC2. Le traitement in vitro par la rapamycine des CML-AP de rats avec HTAP établie permet d'inhiber la prolifération de ces cellules et de bloquer à la fois mTORC1 et mTORC2. De même, le traitement par la rapamycine de rats porteurs de l'HTAP préétablie pendant une semaine permet de normaliser la prolifération des CML-AP in vitro et in vivo et d'inhiber mTORC1 et mTORC2, effets non observés par l'Imatinib ou la Fluoxetine. De plus, le traitement des rats par la rapamycine prévient ou corrige l'HTAP induite par la monocrotaline de façon plus importante que l'Imatinib ou la Fluoxétine.Ces résultats indiquent donc que l'activation de la voie Akt/mTOR, très étroitement associée au développement de l'HTAP expérimentale, pourrait expliquer le phénotype prolifératif anormal des CML-AP inhérent à la pathologie, et ainsi représenter une cible thérapeutique de choix pour le traitement de l'HTAP humaine
The major objectives of research described in this thesis is focused on the cell signaling pathway of Akt (serine/threonine kinase Akt) and mTOR (mammalian target of rapamycin) in the patho-physiology of experimental pulmonary arterial hypertension (PAH). PAH occurs as a result ofhyperplasia of the components of pulmonary vessels, principally the pulmonary arterial smooth muscle cells (PA-SMCs). Numerous previously identified biological and physical effectors act on the PA-SMCs and participate in PA-SMC hyperplasia. Here we show studied that these different effectors converge into a common intracellular signaling pathway, Akt/mTOR signaling pathway, which represents actually a therapeutic target for PAH treatment, and could be involved in the hyperplasia of PA-SMCs. In cells mTOR, is presented in the form of two complexes, mTORC1 and mTORC2, which phosphorylate various substrates controlling the cellular proliferation. The effectors of mTORC1 include the S6 kinases (S6K1 and S6K2) and eIF4E-binding proteins (4EBP), meanwhile mTORC2 activates the serine/threonine kinase Akt and the underlying kinases, e.g. GSK3 kinase.The first study is devoted to evaluate the effects of the protease inhibitors of HIV (ritonavir, amprenavir, nelfinavir) on experimental PAH development induced by monocrotaline or hypoxia. We studied that the two forms of PAH are associated with an activation of Akt/mTOR signaling pathway in pulmonary arteries. The treatment by the three protease inhibitors of HIV during 3 weeks causes reversibility in experimental PAH with decreased right ventricular hypertrophy and pulmonary vascular remodeling as well as inhibition of phosphorylation of Akt, S6K and GSK3. The proliferation of PA-SMCs stimulated by PDGF or FCS 5%, which is associated with an increased p-Akt and p-GSK3, is also blocked by the proteases inhibitors, in a similar and non additive way like the specific inhibitors of PI3 kinase and GSK3. We conclude that the antiretroviral treatments significantly inhibits PAH development by inhibiting Akt/mTOR signaling pathway in PA-SMCs. This proposition allows explaining the effect of antiretroviral treatments of PAH accompanied with HIV in patients.In the second study, we studied that the cultured PA-SMCs extracted from the rats with monocrotaline induced-PAH(MCT-PAH) proliferates faster as compared to control. This proliferative phenotype is observed in the presence of different mitogenic factors including FCS 5%, PDGF, 5-HT, IGF1 or IL-1β, and is associated with an activation of the substrates of mTORC1 and mTORC2. Treatment with rapamycin in the PA-SMCs extracted from the rats with PAH in vitro inhibits the proliferation and also blocks the activation of mTORC1 and mTORC2. The treatment by rapamycin in the rats with PAH during one week allows normalizing the proliferation of PA-SMCs in vitro and inhibiting the activation of mTORC1 and mTORC2 in vivo. These effects were not observed when treated with imatinib or fluoxetine. Moreover, treatment with rapamycin prevents or reverse MCT induced PAH more significantly than that by imatinib or fluoxetine.These results indicate that the activation of Akt/mTOR signaling pathway isclosely related to experimental PAH development, which can explain the abnormal proliferative phenotype of PA-SMCs involved in the patho-physiology of PAH, and represent a therapeutic target for the treatment of PAH in human

La production d’anion superoxyde (O2-) par le complexe NADPH oxydase 2 (NOX2) du polynucléaire neutrophile (explosion oxydative, EO) contribue à l’élimination d’agents pathogènes. Cette fonction de défense est stimulée par divers agents pro-inflammatoires, notamment par des peptides bactériens (fMLP), qui déclenchent une cascade de signalisation impliquant différentes protéines kinases (PKC, AKT, MAP-Kinases) et aboutissant à l’activation de la NOX2 (également nommée gp91phox), le coeur catalytique du complexe. Dans cette thèse, j’ai identifié la protéine kinase mTOR comme un nouvel effecteur majeur de l’EO dans les neutrophiles sains et j’ai comparé son mode d’action transductionnel dans les neutrophiles de patients ayant une cirrhose alcoolique décompensée en vue de comprendre leur grande susceptibilité aux infections bactériennes.Une contribution majeure de mTOR dans la production d’O2- induite par le fMLP a pu être démontrée à l’aide de son antagoniste spécifique, le médicament Rapamycine et par une approche antisense. mTOR agit en amont de la p38-MAPK qui phosphoryle la p47phox, un composant majeur du complexe NADPH oxydase. Dans les neutrophiles de patients cirrhotiques, l’EO est fortement défaillante, associée à un défaut d’activation de la voie p38-MAPK/p47phox(S345). Ce déficit d’EO est aggravé par la Rapamycine. Les neutrophiles de patients cirrhotiques présentent également un déficit d’expression de la gp91phox (NOX2), p22phox, p47phox et mTOR. Un déficit d’expression de la NOX2 a pu être reproduit en traitant les neutrophiles sains par le fMLP ou du plasma des patients. De plus, ce phénomène met en jeu une dégradation protéolytique insoupçonnée de la gp91phox impliquant l’élastase. Enfin, la déficience fonctionnelle des neutrophiles de patients a pu être corrigée dans des neutrophiles isolés et dans du sang total des patients cirrhotiques à l’aide d’un agoniste de récepteurs « Toll-like receptor (TLR) » qui agit en favorisant la transcription du gène de la gp91phox et sa synthèse protéique.En conclusion, mTOR émerge comme un nouvel effecteur transductionnel majeur de l’EO des neutrophiles, favorisant l’activation de la voie p47phox/gp91phox via les MAPK. Cette nouvelle voie de signalisation est fortement impactée au cours de la cirrhose alcoolique, ce qui favorise la susceptibilité des patients aux infections bactériennes. Bien que notre étude soulève ainsi des inquiétudes quant à l’utilisation d’inhibiteurs de mTOR chez les patients immunodéprimés, elle suscite par ailleurs la perspective de pouvoir corriger les déficits fonctionnels des neutrophiles à l’aide d’agents capables de stimuler des TLR intracellulaires
Superoxide anion (O2-) production by NADPH oxidase 2 (NOX2) complex of polymorphonuclear neutrophil (i.e respiratory burst, RB) contributes to efficient elimination of pathogens. This defense function is stimulated by various pro-inflammatory agents, especially by bacterial peptides (fMLP) which trigger a signaling cascade involving many protein kinases (PKC, AKT, MAP-Kinases) resulting in activation of NOX2, also called gp91phox, the catalytic core of the complex. In this thesis, I identified the protein kinase mTOR as a novel major RB effector of healthy neutrophils and I compared its transductional activity in neutrophils from patients suffering from alcoholic decompensated liver cirrhosis, aiming at understanding their high susceptibility to bacterial infections.A major contribution of mTOR to fMLP-induced neutrophil superoxide production was demonstrated using its specific drug antagonist Rapamycin, and by an antisens strategy. mTOR is activated upstream of p38-MAPK which phosphorylates p47phox, a major component of the NADPH oxidase complex. In neutrophils from cirrhotic patients, the RB is dramatically impaired and this was associated with a deficient activation of the p38-MAPK/p47phox(S345) signaling pathway. This RB deficiency was aggravated by Rapamycin. Neutrophils from cirrhotic patients also exhibited a deficient expression of gp91phox (NOX2), p22phox, p47phox and mTOR. A deficient NOX2 expression can be reproduced by treating healthy neutrophils with fMLP or plasma from cirrhotic patients. Furthermore, this phenomenon involved an unexpected proteolytic degradation of gp91phox mediated by elastase. Finally, this deficient superoxide production by neutrophil from cirrhotic patients can be corrected ex vivo in isolated neutrophils and in patients’ whole blood, using a Toll-like receptor agonist that acts by promoting the transcription and traduction of gp91phox .In conclusion, mTOR emerges as a novel and major signaling effector of neutrophil RB, promoting the activation of p47phox/gp91phox through MAPKs. This novel signaling pathway is strongly impaired during alcoholic liver cirrhosis, which increases patients’ susceptibility to bacterial infections. Although our study raises concerns about the use of mTOR inhibitors in immunocompromised patients, it also provides therapeutic propects for correcting neutrophil functional deficiencies using agents capable of stimulating intracellular TLR

L’adénomyose est une pathologie chronique bénigne de l’utérus caractérisée par une infiltration du myomètre par du tissu endométrial composé de glandes et de stroma avec une hypertrophie et une hyperplasie des cellules musculaires lisses adjacentes. Cette maladie fréquente de la femme en âge de procréer cause des symptômes invalidants comme des dysménorrhées, des saignements utérins anormaux et une infertilité. L’adénomyose utérine est souvent associée à d’autres pathologies gynécologiques bénignes œstrogéno-dépendantes comme les léiomyomes utérins et l’endométriose. Les options thérapeutiques médicamenteuses sont purement symptomatiques et non-curatives et l’adénomyose reste une cause majeure d’hystérectomie. Les mécanismes physiopathologiques qui aboutissent au développement de l’adénomyose sont probablement multifactoriels et ne sont que partiellement compris actuellement. Selon la théorie la plus communément admise, l’adénomyose trouve son origine dans la couche basale de l’endomètre avec une invagination de cellules entre les faisceaux musculaires et/ou le long de vaisseaux lymphatiques. De multiples facteurs pourraient être impliqués dans l’initiation de cette invasion, notamment une résistance à l’action de la progestérone, une production intra-lésionnelle d’œstrogènes par activation de l’aromatase, des anomalies myométriales prédisposant à l’invasion, des lésions tissulaires induites par la grossesse, l’accouchement, le dyspéristaltisme utérin ou iatrogènes et des anomalies de l’endomètre le prédisposant à l’invasion. Dans un premier temps nous détaillons, dans un article de revue, les traitements médicamenteux actuellement utilisés pour traiter les symptômes causés par l’adénomyose et discutons les mécanismes physiopathologiques qui pourraient être la cible de nouveaux traitements médicamenteux. Ensuite, nous exposons les résultats de l’étude in vitro des voies de signalisation cellulaires des mitogen-activated protein kinases (MAPKs) et phosphatidylinositol 3 kinase/Akt/mammalian target of rapamycin (PI3K/mTOR/Akt) dans les cellules musculaires lisses utérines issues de femmes avec de l’adénomyose et de témoins sans adénomyose. Nous montrons une augmentation de la prolifération des cellules myométriales avec une activation in vitro de la voie MAPK/ERK chez les femmes avec de l’adénomyose en comparaison avec les témoins. L’activation de la voie PI3K/mTOR/Akt n’est pas significativement différente. La production de dérivés réactifs de l’oxygène et leurs voies de détoxification ne sont pas différentes dans les cellules myométriales de femmes avec de l’adénomyose et celles de témoins, ce qui suggère une activation de la voie des MAPK/ERK indépendante des dérivés réactifs de l’oxygène. Nos résultats montrent que des inhibiteurs des protéines kinases et le rapanalogue temsirolimus contrôlent la prolifération des cellules myométriales in vitro, ce qui suggère une implication des voies de signalisation MAPK/ERK et PI3K/mTOR/Akt dans la prolifération des cellules musculaires lisses dans l’adénomyose et les léiomyomes. Finalement, nous avons étudié l’ostéopontine comme biomarqueur sérique dans une cohorte de femmes en âge de procréer opérées pour des pathologies gynécologiques bénignes. La présence d’endométriose a été déterminée chirurgicalement et les lésions endométriosiques ont été confirmées histologiquement et classées en lésions superficielles, endométriomes ou lésions invasives profondes. La présence d’adénomyose a été déterminée par imagerie par résonance magnétique préopératoire et deux types d’adénomyose ont été caractérisés : l’adénomyose diffuse, l’adénomyose focale avec ou sans lésions diffuses associées. L’ostéopontine sérique est diminuée en cas d’adénomyose focale et de lésions d’endométriose profonde en comparaison avec des témoins sains et augmentée dans l’endométriose superficielle en comparaison avec l’endométriose profonde. (...)
Adenomyosis is chronic benign uterine disease characterized by myometrial infiltration by endometrial tissue – both glands and stroma – with hypertrophy and hyperplasia of surrounding smooth muscle cells. This frequent disease occurring in reproductive age women causes invalidating symptoms such as dysmenorrhoea, abnormal uterine bleeding and infertility. Adenomyosis is frequently associated with other estrogen-dependant gynaecologic diseases such as uterine leiomyomas and endometriosis. Medical treatments are non-curative and act purely by alleviating symptoms and adenomyosis remains a major cause of hysterectomy. Physiopathological mechanisms underlying the disease are probably multifactorial and currently not fully elucidated. According to the most widely accepted theory adenomyosis originates from the basal layer of the endometrium which invaginates between smooth muscle cell bundles and/or along lymphatic vessels. Multiple factors could be implicated in triggering this invasion, amongst others resistance to progesterone, intra-lesional production of estrogens through aromatase activation, myometrial anomalies predisposing to invasion, tissue lesions induced by pregnancy, labour, uterine dysperistaltism or iatrogenic and endometrial anomalies predisposing to invasion. First, in a clinical review article, we detail current medical therapies used to alleviate adenomyosis-associated symptoms and discuss physiopathological mechanisms that could be targets for novel medical treatments. We then describe an in vitro study on the activation of the mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and phosphatidylinositol three kinase/mammalian target of rapamycin/Akt (PI3K/mTOR/Akt) signalling pathways in uterine smooth muscle cells derived from women with adenomyosis and from adenomyosis-free controls. We show an increased proliferation of uterine smooth muscle cells related to the in vitro activation of the MAPK/ERK pathway in women with adenomyosis compared to controls. The activation of PI3K/mTOR/Akt was not significantly different. The production of reactive oxygen species and their detoxification enzymes were not different in uterine smooth muscle cells of women with adenomyosis compared to controls suggesting a reactive oxygen species independent activation of the MAPK/ERK pathway. Our results also show that inhibitors of protein kinases and the rapanalogue temsirolimus control the in vitro proliferation of uterine smooth muscle cells suggesting an implication of both MAPK/ERK and PI3K/mTOR/Akt in the proliferation of uterine smooth muscle cells in adenomyosis and leiomyomas. Finally, we studied osteopontin as a serum biomarker in a cohort of reproductive-age women undergoing surgery for benign gynaecological conditions. The presence of endometriosis was determined surgically and endometriosis lesions were confirmed histologically and classified into superficial lesions, endometriomas and deep infiltrating lesions. The presence of adenomyosis was determined by magnetic resonance imaging before surgery and women were classified according to two types of adenomyosis: diffuse adenomyosis, focal adenomyosis with or without associated diffuse lesions. Osteopontin levels were decreased in case of focal adenomyosis and deep infiltrating endometriosis compared to disease-free women and increased in superficial endometriosis compared to deep infiltrating endometriosis. Osteopontin, a secreted glycoprotein implicated in inflammation and in tumor-metastasis, is not a biomarker of disease severity in endometriosis and adenomyosis but could reflect events implicated in peritoneal dissemination of endometriosis lesions

Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) constituent un groupe hétérogène de pathologies acquises caractérisées par une prolifération clonale de cellules hématopoïétiques immatures. De nombreuses voies de signalisation sont activées dans les cellules blastiques et la compréhension des mécanismes d'activation et de régulation de ces voies est essentielle en vue du développement de thérapeutiques d'inhibition ciblées. Dans ce contexte, je me suis intéressé aux voies de signalisation PBK/Akt et mTOR qui sont constitutivement activées dans respectivement 50% et 100% des cas. J'ai tout d'abord montré que la dérégulation de la voie PBK/Akt est principalement due à une production autocrine d'IGF-1. J'ai ensuite observé que l'inhibition spécifique de la signalisation mTORCl par la rapamycine induit une sur-stimulation de la voie PBK/Akt dépendante du système IGF-1/IGF-1R. J'ai également démontré que l'inhibition concomitante des voies PBK et mTOR par le NVP-BEZ235 induit un effet anti-leucémique puissant in vitro dans les LAM. Enfin, je me suis intéressé aux mécanismes de régulation des FT FOXO connus pour leurs propriétés de suppresseurs de tumeurs. J'ai observé dans les blastes une inactivation constante du FT FOXO3a due à l'activation constitutive de la kinase IicB. La réactivation des fonctions anti-oncogéniques de FOXO3a via l'inhibition de la kinase LcB pourrait donc constituer une stratégie thérapeutique intéressante dans les LAM. Ce travail montre donc que la compréhension des mécanismes de régulation des voies de signalisation PBK/Akt/mTOR dans les LAM est essentielle pour permettre le développement de nouvelles thérapeutiques dans cette pathologie
Acute myeloid leukemia (AML) is a clonal hematopoietic stem cell disorder, characterized by uncontrolled proliferation/survival of immature myeloid progenitors, blocked in their differentiation. Aberrant activation of multiple signalling pathways is frequently found in AML cells. However, a better understanding of the mechanisms leading to constitutive activation of these pathways is required to develop new targeted therapies in this disease. In this work, I investigated the implication in AML cells of both PBK/Akt and mTOR signalling pathways which are constitutively activated in respectively 50% and 100% of cases. I first demonstrated that the PBK/Akt deregulation is mostly due to an IGF1 autocrine production. I then observed that the specific inhibition of mTORCl with rapamycin induces an overactivation of PBK/Akt signalling du to the IGF-1 autocrine loop. I also demonstrated that concomitant inhibition of both PBK/Akt and mTORCl signalling pathways with compounds such as NVP-BEZ235, a dual PBK/mTOR inhibitor induce a promising anti-leukemic effect in vitro and could be use in clinical trials. Finally, I investigated the implication of FOXO proteins, which possess tumours suppressive functions. Interestingly, I observed that FOXO3a is constantly inactivated in AML cells, due to the constitutive activation of the IkB kinase. Réactivation of FOXO3a activity through IkB inactivation represents therefore another therapeutic strategy for AML. Altogether, this work clearly suggests that a better understanding of mechanisms leading to the deregulation o both PBK/Akt and mTOR pathways and their connexions is required to develop new targeted therapies in this disease

L'objectif principal de ma thèse a été la caractérisation de l'histoire évolutive des voies de signalisation au travers d'une double approche: (i) l'analyse phylogénétique de leurs composés; et (ii) l'identification et la caractérisation de leurs interactions par l'analyse des interactomes d'organismes modèles. Or, bien que de nombreux outils soient disponibles pour la reconstruction d'arbres de gènes individuels, peu de méthodes ont été développées pour l'étude d'un ensemble de protéines impliquées dans un même processus cellulaire. Pourtant, au sein de la cellule, la plupart des protéines agissent en interaction avec d'autres protéines. Dans un premier temps, j'ai étudié l'histoire évolutive de la famille des PI3K (Phosphatidylinositol 3-kinases). Cette première analyse phylogénétique détaillée m'a permis de mettre en place une méthodologie applicable aux voies de signalisation. Un problème important rencontré dans cette étude a consisté en la sélection de transcrits alternatifs et ceci m'a conduit à développer un logiciel dédié nommé BATfinder (\Best Aligned Transcript finder). Dans le but d'étudier la voie de signalisation AKT/mTOR, j'ai effectué l'implémentation de la méthodologie validée avec les PI3K. Cette implémentation a pris la forme d'un pipeline automatique nommé EPINe (Easy Phylogenetics for Interaction Networks). Ce pipeline est théoriquement utilisable pour l'analyse phylogénétique de tout réseau métabolique eucaryote
The main goal of my thesis was the characterization of the evolutionary history of signalling pathways through a twofold approach: (i) the phylogenetic analysis of their components; and (ii) the identification and characterization of their interactions by the analysis of model organisms interactomes. While many tools are available for single genes tree reconstruction, only a few methods have been developed for the study of a set of proteins involved in the same cellular process. However, inside the cell, most of proteins interact with others.Initially, I studied the evolutionary history of the PI3K family (Phosphati-dylinositol 3-kinases). This first detailed phylogenetic analysis allowed me to set up a methodology suitable for signalling pathways. One of the important problems encountered in this study was the selection of alternative transcripts and this led me to develop a software called BATfinder (Best Aligned Transcript finder ). In order to study the AKT/mTOR signalling pathway, I have implemented the methodology previously validated with PI3Ks. This implementation was carried out as an automated pipeline called EPINe (Easy Phylogenetics for Interaction Networks). This pipeline is theoretically usable for the phylogenetic analysis of any eukaryotic metabolic network

Le récepteur de l'inositol 1,4,5-trisphosphate (IP?R), un canal calcique, est un des principaux régulateurs de la mobilisation de Ca[indice supérieur 2+] intracellulaire. En regardant globalement les mécanismes de régulation des IP?Rs, on peut se rendre compte que cette régulation se fait bien souvent dans le contexte précis d'une ou de plusieurs voies de signalisation. Bien que de nombreux modulateurs de l'activité calcique des IP?Rs soient déjà connus, encore aujourd'hui beaucoup de questions sont en suspens. En fait, un nombre croissant de preuves et d'observations suggèrent que la régulation spécifique des mécanismes de signalisation calcique peut être accomplie par l'activation simultanée de plusieurs voies de signalisation ce qui permet de soutenir la diversité d’action du Ca[indice supérieur 2+]. Une de ces voies, la voie de croissance et de prolifération cellulaire PI3K-AKT-mTOR fut d’abord investiguée dans la première partie de cette thèse afin de comprendre l’importance de l’activité calcique des IP?R dans ces phénomènes d’importance majeure. Nous avons montré que mTOR interagit et phosphoryle l'IP?R-3 dans les cellules RINm5F puis déterminé que le niveau d’activité de mTOR affectait les relâches calciques médiées par l'IP?R-3 de ces cellules. Sachant que mTOR contrôle la prolifération et l'homéostasie cellulaire et que le Ca[indice supérieur 2+] joue aussi un rôle clé dans ces deux phénomènes, il est logique de croire que mTOR facilite les relâches calciques dépendantes des IP?Rs afin de fournir le Ca[indice supérieur 2+] nécessaire aux actions physiologiques de mTOR. La deuxième section de cette thèse a exploré l’interaction entre la voie dopaminergique et la voie calcique dépendante des IP?Rs. Nos résultats suggèrent que calcyon, une protéine liant le Ca [indice supérieur 2+] surexprimée dans plusieurs neuropathologies, est impliquée dans l'internalisation des récepteurs D2 par un mécanisme encore inconnu qui cause par le fait même une relâche calcique tardive dans les cellules PC-12. Nous avons montré que cette protéine affecte aussi l’activité calcique des IP?Rs. Nos résultats suggèrent que calcyon est la protéine reliant les voies de signalisation calcique et dopaminergique et que son implication est d’importance majeure afin d’assurer l’homéostasie calcique neuronale. L’ensemble de ces travaux montre toute l’étendue de la régulation calcique et de l’interaction entre les voies de signalisation.

Le dérèglement du système dopaminergique conduit à l’apparition de troubles cognitifs, moteurs et neuro-développementaux retrouvés notamment chez les sujets schizophrènes. Les récepteurs dopaminergiques et leurs voies de signalisation sont l’objet de nombreuses recherches visant à mieux comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de ces symptômes. Cette thèse se focalise sur le rôle des récepteurs dopaminergiques D2 et D3 (abrégés RD2 et RD3) dans le recrutement des voies Akt/GSK-3β et mTOR. Nous avons montré que la dopamine et le quinélorane, un agoniste D2/D3, augmentent transitoirement le taux de phosphorylation d’Akt et des kinases en aval GSK-3β, p70S6K et S6 dans des cellules CHO exprimant de manière stable les récepteurs humains D2L ou D3. Nous avons identifié différents partenaires protéiques impliqués dans cette cascade, notamment les protéines G, le récepteur de l’IGF-1, la PI3-K, Src et le Ca2+. Ces données ont été confirmées chez le rat où le quinélorane induit aussi une activation transitoire des voies Akt/GSK-3β et mTOR dans le striatum dorsal et le noyau accumbens. Ces effets sont inhibés par le raclopride et le S33084, antagoniste sélectif des RD3, suggérant l’implication des RD2 et des RD3 dans ces structures. Le rôle des RD3 a été confirmé grâce à l’utilisation de souris D3-KO chez lesquelles l’action du quinélorane est fortement altérée. Les phosphorylations induites par le quinélorane ont lieu dans les neurones épineux de taille moyenne exprimant les RD2 mais également les RD1, et celles-ci sont partiellement diminuées après administration de S33084 dans les deux populations de neurones, notamment ceux où ils sont co-localisés avec les RD3

Le suppresseur de tumeur et sérine/thréonine kinase LKB1 est un régulateur clé de la polarité cellulaire et du métabolisme énergétique en partie grâce à l'activation de sa kinase substrat AMPK. Cette protéine est un senseur métabolique pour adapter les apports énergétiques aux besoins nutritionnels des cellules confrontées à un stress. Pour cela, AMPK phosphoryle divers substrats qui activent les réactions cataboliques et inhibent les processus anaboliques dont la kinase mTOR.Au cours de ma thèse, via l’utilisation de modèles murins d’inactivation conditionnelle, j'ai découvert que Lkb1 est crucial pour la formation des cellules de crête neurale (CCN). Ces cellules multipotentes, originaires du tube neural, donnent naissance à divers dérivés, comme les cellules des os et cartilage de la face, les cellules pigmentées de la peau et les cellules gliales et neurales des nerfs périphériques et du système nerveux entérique. J'ai démontré que Lkb1 est essentiel pour la formation de la tête des vertébrés et pour la différenciation et le maintien des dérivés des CCN dans le système nerveux périphérique. J'ai également mis en évidence l’acétylation de LKB1 sur la lysine 48 par l'acétyltransférase GCN5 et son rôle dans l'ontogenèse des CCN céphaliques et la formation de la tête. De plus, j'ai découvert que Lkb1 contrôle la différenciation des cellules gliales en réprimant un programme de biosynthèse d’acides aminés couplé à la transamination du pyruvate en alanine, en amont de la voie de signalisation mTOR.Les phénotypes dus à la perte de Lkb1 dans les CCN récapitulent les caractéristiques cliniques de maladies humaines appelées neurocristopathies. L’activation anormale du suppresseur de tumeur p53 est également associée à certaines neurocristopathies et l’ablation de p53 sauve le phénotype pathologique. Ainsi, j'ai montré que Lkb1 dans les cellules gliales contrôle p53 en limitant les dommages à l’ADN. Lkb1 est aussi essentiel pour maintenir l’homéostasie lysosomale et le recyclage des protéines et ainsi empêcher la formation de granules nommés lipofuscine, chargés en protéines et lipides oxydés. De façon intéressante, les voies mTOR et LKB1/AMPK sont activées à la surface des lysosomes de façon dépendante des niveaux d’acides aminés. Des données récentes de la littérature suggèrent que les lysosomes constitueraient une plateforme de signalisation pour contrôler la protéolyse et le devenir cellulaire. Ainsi, nos données proposent que les signalisations Lkb1 et p53 pourraient réguler l'homéostasie lysosomale et en conséquence le vieillissement cellulaire.De façon intéressante, les cellules de Sertoli, des cellules somatiques épithéliales, localisées dans les tubes séminifères des testicules, et qui régissent la maturation des cellules germinales et l'homéostasie testiculaire, partagent des fonctions métaboliques similaires avec les cellules gliales. En effet, ces cellules sécrètent le lactate et l'alanine qui alimentent les mitochondries des cellules voisines (cellules germinales ou neurones respectivement) contrôlant ainsi leur survie et leur maturation. Au cours de ma thèse, nous avons observé que Lkb1 est requis pour l'homéostasie testiculaire et la spermatogenèse en régulant la polarité des cellules de Sertoli et leur métabolisme énergétique par le cycle pyruvate-alanine. Ces résultats suggèrent une conservation des régulations métaboliques par Lkb1 dans divers tissus.Dans leur ensemble, mes travaux de thèse ont apporté une meilleure connaissance des mécanismes sous-jacents des régulations métaboliques lors du devenir cellulaire. Ces résultats fournissent de nouvelles perspectives sur le développement des CCN et élargissent notre compréhension du contrôle métabolique exercé par LKB1. Enfin, mes projets de doctorat ont mis en évidence l'existence d'une communication entre les voie de signalisation Lkb1 et p53 et suggèrent l’importance de cette communication dans les pathologies humaines dues à des défauts des CCN
The tumor suppressor LKB1 codes for a serine/threonine kinase. It acts as a key regulator of cell polarity and energy metabolism partly through the activation of the AMP-activated protein kinase (AMPK), a sensor that adapts energy supply to the nutrient demands of cells facing situations of metabolic stress. To achieve metabolic adaptations, AMPK phosphorylates numerous substrates which inhibit anabolic processes while activating catabolic reactions. In particular, AMPK inhibits the mammalian target of rapamycin (mTOR).During my PhD, based on genetically engineered mouse models, I uncovered that Lkb1 signaling is essential for neural crest cells (NCC) formation. NCC are multipotent cells that originate from the neural tube and give rise to various derivatives including bones and cartilage of the face, pigmented cells in the skin and glial and neural cells in peripheral nerves and the enteric nervous system. I demonstrated that Lkb1 is essential for vertebrate head formation and for the differentiation and maintenance of NCC-derivatives in the peripheral nervous system. I also emphasized that LKB1 is acetylated on lysine 48 by the acetyltransferase GCN5 and that this acetylation could regulates cranial NCC ontogeny and head formation. Furthermore, I discovered that Lkb1 controls NCC-derived glial differentiation through metabolic regulations involving amino acid biosynthesis coupled to pyruvate-alanine cycling upstream of mTOR signaling.Phenotypes due to Lkb1 loss in NCC recapitulate clinical features of human disorders called neurocristopathies and therefore suggest that aberrant Lkb1 metabolic signaling underlies the etiology of these pathologies. Abnormal activation of the tumor suppressor p53 has been described in some NCC disorders and p53 inactivation in neurocristopathy mouse models rescues the pathological phenotype. By using a NCC line that can be cultivated as progenitors or differentiated in glial cells in vitro, I demonstrated that Lkb1 expression in NCC-derivatives controls p53 activation by limiting oxidative DNA damage and prevents the formation of lysosomes filled with oxidized proteins and lipids called lipofuscin granules. Interestingly, activation of mTOR and LKB1/AMPK pathways is governed by amino acid sensors and takes place at the lysosome surface. Lysosomes have been proposed as a signaling hub controlling proteolysis and aging. Thus Lkb1 and p53 signaling could converge especially through lysosome homeostasis thereby potentially impacting cellular aging.Strikingly, Sertoli cells, that are epithelial somatic cells, located in seminiferous tubules in testes, and which govern germ cells maturation and whole testis homeostasis, share similar metabolic functions with glial cells. For example, they secrete lactate and alanine to fuel mitochondria of neighboring cells (germ cells or neurons respectively) to control their survival and maturation. During my PhD, we highlighted that Lkb1 is essential for testis homeostasis and spermatogenesis by regulating Sertoli cell polarity and, as observed in glial cells, energy metabolism through pyruvate-alanine cycling. These data suggest that this particular Lkb1 metabolic regulation is conserved in tissues with similar function.Taken together, these studies reveal the underlying molecular mechanisms that coordinately regulate energy metabolism and cell fate. They provide new insights into NCC development and expand our understanding of the role of LKB1 as an energy metabolic regulator. Finally, my PhD projects uncover the existence of a crosstalk between Lkb1 and p53 and underline its importance in NCC disorders

L’insuline est une hormone sécrétée par les cellules β du pancréas qui maintient l’homéostasie glucidique en stimulant, notamment, l’entrée du glucose dans le muscle squelettique et le tissu adipeux en situation postprandiale. Elle exerce ces effets en enclanchant une cascade de signaux intracellulaires médiés via son interaction avec le récepteur de l’insuline et culminant vers la translocation des transporteurs de glucose GLUT4 à la surface cellulaire. La régulation de l’action de l’insuline sur le transport du glucose peut être affectée de façon importante par les nutriments, tels que les glucides, lipides et protéines. Les diverses études présentées dans cette thèse montreront le rôle important des facteurs nutritionnels dans la modulation de la signalisation insulinique et de la translocation de GLUT4 dans le muscle squelettique de rats, ainsi que dans des cellules musculaires et adipeuses in vitro. La première étude fut réalisée chez des rats nourris avec une diète riche en lipides où nous avons montré, chez ces derniers, des défauts d’activation de la phophatidylinositol (PI) 3- kinase ainsi que de ses effecteurs proximaux, l’Akt et les protéines kinases C atypiques, par l’insuline. Cette défectuosité de la signalisation insulinique s’accompagnait d’une diminution de la translocation de GLUT4 autant à la membrane plasmique qu’aux tubules transversaux (T) comparativement à celle observée chez des animaux nourris avec une diète de type chow. Lors de notre deuxième étude, nous nous sommes intéressés à élucider les mécanismes cellulaires par lesquels les protéines issues de la morue prévenaient le développement de la résistance à l’insuline chez des rats rendus obèses suite à l’ingestion d’une diète hyperlipidique. Nous avons en effet observé que ces protéines, comparativement à la caséine et à la protéine de soya, normalisaient l’action de l’insuline sur l’activation de la voie PI 3-kinase/Akt et rétablissaient presqu’entièrement la translocation de GLUT4 au niveau des tubules T. Dans notre troisième étude, nous nous sommes intéressés au rôle des acides aminés sur l’action de l’insuline dans les cellules musculaires L6 en culture. Nous avons montré que l’ajout d’acides aminés au milieu d’incubation réduisait la stimulation du transport du glucose par l’insuline, un phénomène complètement bloqué par la rapamycine, un inhibiteur hautement spécifique de la mammalian target of rapamycin (mTOR). En effet, nous avons observé que les acides aminés potentialisaient l’activation de la voie mTOR, telle que mesurée par la phosphorylation de la p70 S6 kinase, par l’insuline. Finalement, le rôle de la voie mTOR fut étudié dans les adipocytes 3T3-L1 en culture lors de notre quatrième étude. Nous avons observé que l’activation de cette voie par l’insuline seule ou par les acides aminés en conjonction avec l’insuline menait à une diminution très rapide de l’action de l’insuline sur le transport du glucose en découplant l’activation de la PI 3-kinase à celle de l’Akt. L’ensemble de ces études montre le rôle important que jouent les nutriments, plus particulièrement les protéines et les acides aminés, sur l’action de l’insuline dans les cellules musculaires et adipeuses.
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Nous avons montré qu'une activation constitutive de la voie PBK/Akt est détectée dans 50% des _ leucémies aiguës myéloïdes (LAM), due le plus souvent à une autocrinie IGF-1/IGF-1R. Néanmoins, l'inhibition spécifique de la PI3K ou de l'IGFlR n'est que cytostatique dans les LAM. L'inhibition spécifique de mTORCl par la rapamycine induit une sur-stimulation de la voie PI3K/Akt dépendante l'IGFl. Ce mécanisme limite l'activité anti-leucémique de la rapamycine dans les LAM. Nous avons ensuite montré que mTORCl ne contrôle pas la traduction dans les LAM. La rapamycine ne réprime donc pas la synthèse de protéines oncogéniques expliquant ses effets limités dans les LAM. Ce mécanisme dépend de la kinase Pim-2, qui contrôle la phosphorylation du régulateur traductionnel 4E-BP1, suggérant l'intérêt potentiel d'inhibiteurs de Pim-2 dans les LAM. De plus, l'inhibition du complexe d'initiation de la traduction par le 4EGI-1 induit l'apoptose des blastes de LAM sans toxicité sur les cellules hématopoïétiques normales, désignant l'inhibition de la traduction comme une nouvelle perspective thérapeutiques dans les LAM. Nous avons ensuite montré que mTOR contrôle 4E-BP1 et ainsi la traduction dans les LAM, indépendamment des complexes mTORCl et mTORC2. Nous avons activé le répresseur physiologique de mTOR, la voie LKB1/AMPK, par la metformine, ce qui se traduit par des effets anti-leucémiques marqués dans les LAM. Ce travail a donc contribué à décrire la dérégulation oncogénique de la traduction comme étant une cible intéressante pour le développement de thérapeutiques — ciblées, par diverses approches basées sur une meilleure compréhension de la physiopathologie des LAM
In acute myeloid leukemia (AML), aberrant activation of signal transduction pathways enhances the survival of leukemic cells. We showed that 50% of primary AML samples had a constitutive activation of -PI3K/Akt generally due to an autocrine IGF-1/IGF-1R loop. However, specific PI3K and ÏGF-1R inhibitors'only showed limited anti-leukemic activity. The specific inhibition of mTORCl by rapamycm induced an IGF 1-dependent overactivation of PI3K that limited thé anti-leukemic potential of rapamycm. This emphasized the potential benefit of dual PI3K and mTORCl inhibitors in AML. Surprismgly, the mRNA translation process was not controlled by mTORCl in AML, and rapamycm failed to reduce the expression of oncogenic proteins. The Pim-2 kinase was involved in this mechamsm suggesting a potential benefit for Pim-2 inhibitors in the future. We showed that directly targeting the translation initiating complex by the 4EGI-1 compound decreased AML cell survival while sparing normal hematopoiesis, suggesting other therapeutic perspectives in AML therapy. We also showed that mTOR controlled by complex phosphorylation events the translation regulator 4E-BP1 m AML, independently of mTORCl and mTORC2 Finally, we activated the LKB1/AMPK pathway using metformin, which represents a physiological repressor of mTOR activity. This molecule markedly impaired the translation of oncogenic mRNA and repressed the growth of AML cells. The present work therefore contributed to emphasize the oncogenic deregulation of mRNA translation as a valuable target m AML that could be inhibited using different physiologic-based approaches

La différenciation mégacaryocytaire se caractérise par la ploïdisation des précurseurs et un accroissement de la taille cellulaire, aboutissant à une cellule géante dont la fragmentation du cytoplasme produit les plaquettes. Ce processus est contrôlé par la thrombopoïétine (TPO) qui stimule plusieurs voies de signalisation. Le but de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes responsables de la ploïdisation et de la maturation des mégacaryocytes (MKs). Les protéines Cip/Kip (p21Cip1, p27Kip1 et p57Kip2) contrôlent l'arrêt du cycle cellulaire et l'initiation de la différenciation de nombreux types cellulaires. Or, l'expression de p21Cip1 et de p27Kip1 augmente au cours de la ploïdisation des MKs. Notre hypothèse était que ces deux protéines, de façon redondante, contrôlaient l'arrêt des cycles endomitotiques et permettaient la maturation des MKs. La surexpression de ces protéines entraîne un arrêt des endomitoses. Cependant, l'invalidation des deux gènes individuellement et simultanément chez la souris n'a pas permis de leur assigner un rôle physiologique dans le couplage arrêt des endomitoses/induction de la différenciation. Secondairement, nous avons montré l'activation de la voie mammalian Target Of Rapamycin (mTOR) par la TPO. MTOR contrôle la taille et la croissance cellulaire par ses effets sur le cycle via le complexe TORC1. Nous avons montré que mTOR contrôle la croissance des MKs primaires en culture, leur ploïdisation et leur taille en activant la transcription de la cycline D3 et de la p21Cip1. Nous avons aussi mis en évidence que mTOR contrôlait la formation des proplaquettes indépendamment de ses effets sur la ploïdisation et la taille cellulaire
Megakaryocyte differentiation is characterized by polyploidization of progenitors and cell size increasing. The term of differentiation is controlled by thrombopoietin (TPO) which stimulates various types of intracellular signaling pathways. The aim of my thesis was to understand mechanisms responsible for polyploidization and megakaryocyte (MK) maturation. The Cip/Kip family of cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitors which include p21Cip1 , p27Kip1 and p57Kip2 plays a crucial role in coupling cell-cycle arrest with differentiation in many cell types. MKs express high levels of p21Cip1 and p27Kip1 during differentiation. We hypothesized that these proteins act redundantly to arrest endomitosis and to induce terminal differentiation. We showed that only p21Cip1 was probably responsible for the arrest of endomitotic cell cycles by studying megakaryocytopoiesis of mice lacking one or the two proteins and the effects of overexpression of these proteins on megakaryocytopoiesis. Nevertheless, this murine model is insufficient to affirm thé absence of functional redundance between p21Cip1 and p27Kip1 during MK differentiation. We next showed the mammalian Target Of Rapamycin (mTOR) stimulation by TPO in MKs. This cell signaling pathway regulates cell growth (cell mass and cell size) of many cell types by increasing G1 phase progression through the TORC1 complex. We studied the rapamycin effects on culture of primary MKs and showed that mTOR pathway regulates MK proliferation, ploidization and size by increasing cyclin D3 and p21Cip1 transcription. In addition, mTOR régulates proplatelet formation independently from its effects on ploidization and cell growth

L’exposition prolongée à l’hypoxie entraîne une fonte musculaire, mais les mécanismes de contrôle de la masse musculaire en hypoxie sont peu documentés. Le but de ce travail est de d’identifier le rôle de l’hypoxie chronique sur la masse musculaire, indépendamment des aspects nutritionnels, et de déterminer le niveau d’activation du système de dégradation ubiquitine/protéasome ainsi que de la voie Akt/mammalian target of rapamycin (mTOR). Le conditionnement de rats à 6300 m pendant 21 jours a permis de confirmer la régulation négative de l’hypoxie chronique sur la masse musculaire par rapport à des animaux normoxiques nourris ad libitum ou restreints selon la prise alimentaire du groupe hypoxique. L’analyse du muscle soleus ne montre pas de modification des marqueurs de la protéolyse (profil d’ubiquitinylation, activités enzymatiques du protéasome, caspase-3 et cathepsine B+L) en hypoxie. Au contraire, les données mettent en évidence une désactivation importante de la voie Akt/mTOR en hypoxie, associée à une forte hausse du niveau d’expression de REDD1 et de son association avec 14-3-3. De plus, la voie Akt/mTOR pourrait être modulée par d’autres influences régulatrices comme en témoignent l’augmentation de l’expression de myostatine et la réduction du niveau de phosphorylation d’AMPK. Pris ensembles, ces résultats soulignent le rôle de la signalisation Akt/mTOR dans la perte de masse musculaire en hypoxie chronique et questionnent sur l’importance de ces mécanismes dans des situations physiopathologiques associées à une hypoxie sévère.

Le but du projet est l’étude des régulateurs de la voie de signalisation intracellulaire de la voie Pi(3)K-Akt au travers de l’analyse du suppresseur de tumeur PTEN (Phosphatase and tenson homolog) et de la sérine/thréonine kinase mTOR (Mamalian Target of Rapamycin). Cette étude à plusieurs objectifs :1. Modulation de la voie Akt par HCV sur des foies humains, foies de souris FL-N/35 au niveau basal dans un premier temps et lors d’un boost de la voie in vitro sur des cultures primaires d’hépatocytes murins.2. Etude de l’expression ainsi que des modifications post-traductionnelles des modulateurs de la voie PI(3)K dans un modèle murin exprimant (FL-N/35) ou non l’ORF complète du virus de l’hépatite C (VHC).3. Confirmer nos précédentes données avec l’invalidation de PTEN dans un modèle de souris KO pour PTEN.4. Etendre ses données au niveau moléculaire dans l’optique d’une étude mécanistique grâce à l’analyse in vivo, ex vivo et in vitro d’un modèle murin KO pour PTEN.5. Compléter cette étude par l’analyse des déterminants viraux impliqués dans la dérégulation de la signalisation intracellulaire grâce à l’étude de souris NS5A.6. Examiner l’impact de la dérégulation de la voie PI(3)K-Akt dans le développement des Carcinomes hépatocellulaires (CHCs) induit par le VHC
The goal of myt thesis is to study regulators of intracellular signaling pathway of Pi route (3) K-Akt through the analysis of tumor suppressor PTEN (Phosphatase and tenson homolog) and serine / threonine kinase mTOR (Target of Rapamycin Mamalian). This study has several objectives:1. Modulation of the Akt pathway by HCV in human liver, mouse livers FL-N / 35 to the basal level in a first time and at a track boost in vitro on primary cultures of mouse hepatocytes.2. Study of the expression and post-translational modifications of modulators of PI path (3) K in a murine model expressing (FL-N / 35) or not the complete ORF of hepatitis C ( HCV).3. Confirming our previous data with the invalidation of PTEN in a knockout mouse model for PTEN.4. Extending its data at the molecular level with a view to a mechanistic study through analysis in vivo, ex vivo and in vitro of a knockout mouse model for PTEN.5. Complete this study by analyzing the viral determinants involved in the dysregulation of intracellular signaling through the NS5A mouse study.6. Examine the impact of deregulation of IP route (3) K-Akt in the development of hepatocellular carcinoma (CHCs) induced by HCV

L’étude d’échantillons humains montre que les voies de signalisation RAS/MAPK et PI3K/AKT/mTOR sont fréquemment activées de manière aberrante dans les tumeurs de la prostate, d’autant plus dans les phases de résistance aux traitements. Ces deux voies de signalisation sont sensibles aux facteurs de croissances et impliquées dans la régulation de processus cellulaires fondamentaux tels que la prolifération, la croissance ou encore la différenciation cellulaire. Ces données suggèrent qu’elles ont un rôle essentiel dans la tumorigenèse prostatique. Cependant, le rôle respectif de chacune de ces voies dans la carcinogenèse prostatique, particulièrement dans les phases précoces, n’est pas clairement établit. L’objectif de ma thèse est donc de définir le rôle possible de ces deux voies dans l’initiation et la progression du cancer de la prostate, ainsi que les mécanismes impliqués dans leur co-dérégulation. Cette étude est réalisée dans un modèle in vivo alternatif, la drosophile, qui possèdent un équivalent fonctionnel de la prostate : les glandes accessoires. La première partie des travaux réalisés montre que seule la suractivation de la voie RAS/MAPK dans la glande accessoire conduit à un processus de tumorigenèse, avec la production de masses cellulaires récapitulant de nombreuses caractéristiques cancéreuses : croissance cellulaire et prolifération incontrôlée, expression de métalloprotéases, perte de l’expression de marqueurs épithéliaux et formation de nouvelles trachées. Cependant, les deux voies de signalisation sont nécessaires à la tumorigenèse, mais avec des rôles différents : la voie RAS/MAPK est activée précocement et est capable de recruter la voie PI3K/AKT/TOR grâce à la mise en place de deux boucles autocrines de régulation. La première dépend de spitz (dEGF) et du récepteur EGFR pour amplifier l’activation de la voie RAS/MAPK. La seconde dépend de l’activation d’ILP6 (dIGF1), produit suite à l’activation de la voie RAS/MAPK, et permet le recrutement de la voie PI3K/AKT/TOR par l’intermédiaire du récepteur à l’insuline InR. La deuxième partie des travaux réalisés montre que l’activation de la voie RAS/MAPK conduit à la production de MMP1 dans les cellules qui seront à l’origine des tumeurs avant leur extravasation hors de l’épithélium. Cette expression temporelle contrôlée correspond à une étape où une réorganisation du cytosquelette a lieu et où le microenvironnement est altéré. Ces données placent donc la dérégulation de la voie RAS/MAPK comme un évènement précoce de la tumorigenèse prostatique, capable de recruter la voie PI3K/AKT/TOR et d’entrainer la production de MMP1, pour in fine conduire à l’extravasation des cellules et à la formation de tumeurs
Clinical studies have demonstrated that, in prostate cancer, RAS/MAPK and PI3K/AKT/TOR signaling pathways are often aberrantly co-activated in tumors, their activation levels increasing again in resistance phases. These pathways, that are regulated by growth factors, are implicated in fundamental cellular processes regulation such as proliferation, growth and cellular differentiation. These data suggest that they are likely implicated in prostate tumorigenesis. However, the relative implication of each of these two pathways during prostate tumorigenesis, especially during early phases, is not fully understood. Thus, the aim of my thesis is to define the possible implication of these pathways in prostate cancer initiation and progression and which molecular mechanisms are implicated in their co-deregulation. Therefore, we have developed an alternative in vivo model of prostate tumorigenesis in drosophila, where accessory glands are a functional equivalent of the human prostate. The first part of my work shows that only the hyperactivation of the RAS/MAPK pathway in accessory glands can promote tumorigenesis, with the formation of cell masses that recapitulate many cancer hallmarks including uncontrolled cell growth and proliferation, enhanced matrix metalloproteinases expression, loss of epithelial markers expression, neovascularization-like tracheogenesis. However, both pathways are necessary to tumorigenesis, even though they display different roles: the RAS/MAPK pathway is activated earlier and is able to recruit the PI3K/AKT/TOR pathway thanks to the formation of two feedback loops. The first depend on Spitz (dEGF) and EGFR receptor to amplify RAS/MAPK pathway activation. The second depends on ILP6 (dIGF1) activation, produced following RAS/MAPK pathway activation and allow PI3K/AKT/TOR pathway recruitment via insulin receptor InR. The second part of the work shows that RAS/MAPK pathway activation allows MMP1 production restricted to the cells that will be the origin of the tumors, before their actual extravasation. This temporally controlled step of MMP1 expression corresponds to a time window where the cells show strong cytoskeletal reorganization and where microenvironment is disturbed. These data place the RAS/MAPK pathway deregulation as an early event of prostate tumorigenesis, able to recruit the PI3K/AKT/TOR pathway and to induce MMP1 production to allow cell extravasation and tumor formation

La synthèse protéique est une étape importante de la régulation de l'expression des gènes. Dans beaucoup d'espèces animales, les premières étapes du développement embryonnaire sont majoritairement ou exclusivement basées sur l'utilisation des messagers maternels stockés dans l'ovocyte. L'embryon d'oursin est un modèle avantageux pour l'étude du contrôle traductionnel de l'expression des gènes lors du développement précoce. La fécondation provoque l'activation de la machinerie traductionnelle conduisant à une augmentation de synthèse protéique nécessaire à la reprise des cycles mitotiques et au départ du développement embryonnaire. Les modifications touchant la machinerie traductionnelle qui ont lieu à la fécondation sont à l'origine du recrutement polysomal des messagers stockés. Ainsi, l'ensemble des ARNm maternels est-il globalement traduit, ou existe-t-il une sélection des ARNm qui vont être traduits précocement ? Et s'il y en a, quels sont les modes de sélection ? Au cours de ce travail de thèse, nous avons obtenu le répertoire complet des ARNm traductionnellement régulés à la fécondation, et montré que seule une sous-partie du stock de messager est traduite en réponse à la fécondation, avec un enrichissement de messagers codant pour des protéines régulatrices. Enfin, de manière originale, ce travail a permis la mise en évidence de la diversité et de la complexité des voies de signalisation en amont de la régulation traductionnelle, qui concourent à la sélectivité de la traduction
Protein synthesis is a crucial step for gene expression regulation. In many animal species, the early steps of development are based on translation of stored maternal mRNAs. Sea urchin embryo is a powerful model to study translational control during early development. Fertilization triggers the activation of translational machinery, leading to the increase of protein synthesis which is necessary to cell cycle entry and early embryonic development. Translational machinery modifications are responsible for the polysomal recruitment of the stored maternal mRNAs. Thus, are all the stored maternal mRNAs translated, or is there any selection of the translated mRNAs? If so, what are the mechanisms driving this selectivity? Over this work, we obtained the entire subset of the translationally regulated mRNAs, and demonstrated that only a part of the stored maternal mRNAs is actively translated at sea urchin fertilization, with an important enrichment of mRNAs coding for regulatory proteins. Finally, this work highlighted the diversity and the complexity of the signaling network upstream the selective polysomal recruitment

L’infarctus du myocarde, problème majeur de santé publique, est caractérisé par une nécrose cardiomyocytaire. Des séries d’occlusions-reperfusions courtes, réalisées avant l’ischémie (Préconditionnement (PréC) ischémique) ou au moment de la reperfusion (Postconditionnement (PostC) ischémique), protègent le coeur contre des lésions d’ischémie-reperfusion (IR). Les mécanismes intracellulaires impliqués restent obscurs. Nous avons étudié la signalisation intracellulaire du PréC et du PostC, et la cardioprotection qui en découle, sur un modèle de coeur isolé perfusé de souris. Le PréC ischémique peut être mimé par une activation directe du canal potassique mitochondrial ATP dépendant (mitoKATP), entraînant la mise en place d’une boucle d’auto-amplification incluant l’activation d’Akt, l’inhibition de GSK-3β et l’ouverture du mitoKATP. Cette réponse est liée à la production modérée d’espèces dérivées de l’oxygène par le mitoKATP et aboutie à une cardioprotection. La voie de développement Wnt est capable de moduler le PréC via GSK-3β. La voie de survie mTOR, cible de GSK-3β est aussi impliquée et pourrait induire des modifications traductionnelles lors de la réponse adaptative à l’IR. Le PostC ischémique peut également être mimé par activation directe du mitoKATP lors de la reperfusion, engendrant une protection du coeur et la mise en place d’une boucle d’auto-amplification similaire à celle du PréC, comprenant Akt, GSK-3β et le mitoKATP. Le PostC est dépendant de GSK-3β, mais contrairement au PréC, il n’impliquerait pas les voies Wnt et mTOR. Cette étude est la première démontrant que le PréC implique les voies de survie mTOR et de développement Wnt avec un rôle central de GSK-3β
Myocardial infarction is a major problem of public health, whose prognosis is related to the extent of the infarcted territory. Transient episodes of ischemia/reperfusion before ischemia (ischemic PreConditioning (PreC)), or at the onset of reperfusion (ischemic PostConditioning (PostC)) confer myocardium resistance to lethal ischemia. However the exact mechanism of PreC and PostC remains obscure. Our objectives were to examine signaling events during PreC and PostC and their effects on cardioprotection in an isolated mouse heart model. We provide evidence that pharmacological PreC by direct activation of mitoKATP, like ischemic PreC, involve an amplification loop involving ROS production and resulting in a sustained down-regulation of GSK-3β via Akt activation and a constant opening of mitoKATP. The mTOR pathway is a target of this loop and participates to cardioprotection. Disruption of Wnt pathway by sFRP1 modulates this loop inducing GSK-3β activation. This is the first evidence that PreC involves both a pro-survival mTOR pathway and an embryonic developmental Wnt pathway targeting GSK-3β. During ischemic and pharmacological PostC, the same amplification loop is activated, including Akt, GSK-3β and the mitoKATP. Unlike PreC, PostC did not induce the mTOR survival pathway: neither phosphorylation of mTOR nor of its targets p70S6K and 4E-BP1 were observed. However, cardiac overexpression of a Wnt antagonist, impairing PreC through GSK3-β, was unable to abolish cardioprotection afforded by PostC. PostC signaling differs from the preC pathway. Despite these discrepancies, GSK-3β plays a key role in both types of cardioprotection

L’infection chronique par Helicobacter pylori touche plus de la moitié de la population mondiale et est la principale cause connue de l’adénocarcinome gastrique. La metformine, un antidiabétique oral, est de plus en plus étudiée pour ses propriétés antitumorales dans de nombreux types de cancers. Cependant, ses effets potentiels ont très peu été étudiés dans le cancer gastrique. Des expériences réalisées sur des lignées cellulaires cancéreuses gastriques et des tumeurs de patients amplifiées par xénogreffe chez la souris (PDX), ont permis de confirmer les propriétés antitumorales de la metformine. La metformine, en traitement préventif et curatif, diminue la capacité de formation des tumorsphères, l’expression des marqueurs de CSC gastriques, et la capacité d’auto-renouvellement propre aux CSC. Dans un second temps, nous avons montré que la metformine est capable d’inhiber la croissance bactérienne de H. pylori invitro et in vivo. Enfin, les effets de l’infection par H. pylori ont été étudiés sur la voie de signalisation mTOR par la réalisation d’une analyse transcriptomique et de western-blots sur des lignées cellulaires gastriques. Ceci a permis de démontrer que H. pylori inhibe le complexe mTORC1.Pour conclure, ce travail de thèse a permis i) de démontrer la capacité de la metformine à cibler les CSC gastriques, ii) de découvrir une nouvelle propriété antibactérienne de la metformine vis-à-vis de H. pylori, iii) de démontrer que H. pylori inhibe la voie de signalisation mTOR
Chronic infection with Helicobacter pylori affects more than half of the world's population and is the main known cause of gastric adenocarcinoma. Metformin is an oral antidiabetic drug used to treat type 2 diabetes patients, and is being increasingly studied for its antitumoral properties in several cancer types. However, its potential effects in gastric cancer have not been thoroughly studied. Experiments performed on gastric cancer cell lines and patient-derived gastric carcinoma xenografts (PDX), have confirmed the antitumoral properties of metformin. Metformin, in preventive and curative treatment, decreases the tumorsphere formation, the expression of gastric CSC markers and the self-renewal capacity of CSC. In a second time, we have shown that metformin is able to inhibit the bacterial growth of H. pylori in vitro and in vivo. Finally, the effects of the H. pylori infection have been studied on the mTOR signaling pathway using a transcriptomic analysis and western blots, performed on gastric cancer cell lines. These show the ability of H. pylori to inhibit mTORC1.To conclude, this thesis work allowed i) to demonstrate the ability of metformin to target gastric CSCs, ii) to discover a new antimicrobial property of metformin against H. pylori, iii) to demonstrate that H. pylori inhibits the mTOR signaling pathway

La synthèse protéique est une étape importante de la régulation de l'expression des gènes. Dans beaucoup d'espèces animales, les premières étapes du développement embryonnaire sont majoritairement ou exclusivement basées sur l'utilisation des messagers maternels stockés dans l'ovocyte. L'embryon d'oursin est un modèle avantageux pour l'étude du contrôle traductionnel de l'expression des gènes lors du développement précoce. La fécondation provoque l'activation de la machinerie traductionnelle conduisant à une augmentation de synthèse protéique nécessaire à la reprise des cycles mitotiques et au départ du développement embryonnaire. Les modifications touchant la machinerie traductionnelle qui ont lieu à la fécondation sont à l'origine du recrutement polysomal des messagers stockés. Ainsi, l'ensemble des ARNm maternels est-il globalement traduit, ou existe-t-il une sélection des ARNm qui vont être traduits précocement ? Et s'il y en a, quels sont les modes de sélection ? Au cours de ce travail de thèse, nous avons obtenu le répertoire complet des ARNm traductionnellement régulés à la fécondation, et montré que seule une sous-partie du stock de messager est traduite en réponse à la fécondation, avec un enrichissement de messagers codant pour des protéines régulatrices. Enfin, de manière originale, ce travail a permis la mise en évidence de la diversité et de la complexité des voies de signalisation en amont de la régulation traductionnelle, qui concourent à la sélectivité de la traduction
Protein synthesis is a crucial step for gene expression regulation. In many animal species, the early steps of development are based on translation of stored maternal mRNAs. Sea urchin embryo is a powerful model to study translational control during early development. Fertilization triggers the activation of translational machinery, leading to the increase of protein synthesis which is necessary to cell cycle entry and early embryonic development. Translational machinery modifications are responsible for the polysomal recruitment of the stored maternal mRNAs. Thus, are all the stored maternal mRNAs translated, or is there any selection of the translated mRNAs? If so, what are the mechanisms driving this selectivity? Over this work, we obtained the entire subset of the translationally regulated mRNAs, and demonstrated that only a part of the stored maternal mRNAs is actively translated at sea urchin fertilization, with an important enrichment of mRNAs coding for regulatory proteins. Finally, this work highlighted the diversity and the complexity of the signaling network upstream the selective polysomal recruitment

Le muscle squelettique s'adapte en réponse à diverses influences en modulant sa masse et ses propriétés contractiles et métaboliques. Il est ainsi rapporté que l'hypoxie sévère a un effet délétère sur la masse et les capacités oxydatives du muscle, et pourrait ralentir la maturation du phénotype contractile au cours du développement post-natal. Cependant, les mécanismes de contrôle de cette plasticité musculaire ne sont pas clairement identifiés. Le but de ce travail était de déterminer le rôle de l'hypoxie environnementale sur le contrôle de la masse et l'adaptation du phénotype du muscle en croissance (hypertrophie de surcharge du plantaris après ablation de ses muscles agonistes et régénération du soléaire après lésions étendues induites par la notexine). L'exposition hypoxique limite transitoirement l'hypertrophie induite par la surcharge fonctionnelle, tandis qu'elle accentue la fonte musculaire en réprimant la formation et la croissance des néo-fibres au cours des étapes précoces de la régénération. Ces résultats seraient en partie expliqués par la désactivation partielle de la principale voie de protéosynthèse, la voie mTOR, par un mécanisme indépendant d'Akt. Parmi les inhibiteurs endogènes de mTOR étudiés (REDD1, BNIP-3 et l'AMPK), nous montrons que l'activation prononcée de l'AMPK en hypoxie pourrait réprimer l'activité de mTOR au cours de la régénération, alors que le mécanisme responsable de l'inhibition de mTOR n'a pas pu être identifié dans le modèle de surcharge. Le système protéolytique ubiquitine/protéasome-dépendant, évalué à partir de l'expression des atrogènes MURF1 et MAFbx, pourrait également expliquer en partie l'altération de l'hypertrophie de surcharge en hypoxie. Nos résultats soulignent par ailleurs que l'activité des cellules satellites serait réprimée au cours des premiers jours de régénération musculaire, conduisant à réduire la formation et la croissance des myotubes. Malgré cette perturbation précoce de la croissance musculaire, l'exposition prolongée en hypoxie ne limite pas l'hypertrophie de surcharge et la récupération de la masse du muscle lésé. Ceci démontre que les signaux anaboliques induits dans ces deux situations de croissance musculaire l'emportent très largement sur les signaux cataboliques de l'hypoxie. L'analyse des propriétés métaboliques et contractiles met en évidence que l'hypoxie altère les capacités oxydatives du muscle en croissance, mais les mécanismes impliqués dans cette réponse adaptative restent à identifier. Par ailleurs, l'hypoxie ne constitue pas un stimulus métabolique suffisant pour altérer la transition du phénotype contractile du muscle en surcharge et la récupération complète du phénotype contractile du muscle lésé. Elle contribue uniquement à ralentir très modérément et transitoirement l'adaptation phénotypique du muscle en surcharge, et à modifier le profil contractile du muscle durant la phase de dégénérescence musculaire.

Les β2-agonistes sont couramment utilisés pour prévenir et réduire les symptômes de l'asthme et de la bronchoconstriction induite par l'exercice. Mais, pris en quantités supérieures aux doses thérapeutiques, les β2-agonistes ont un effet anabolisant qui a été clairement démontré in vivo. Un certain nombre d'acteurs sont mis en jeu dans la réponse biologique du tissu musculaire aux β2-agonistes. L'un de ces acteurs est la voie de signalisation PI3K/Akt/mTOR, voie d'initiation de la traduction, ayant un rôle majeur dans la synthèse protéique. Dans ce contexte, notre première étude avait pour objectif de déterminer la cinétique des événements moléculaires responsables de l'hypertrophie du muscle squelettique de rat après administration de formotérol pendant 1 jour (J1), 3 jours (J3) et 10 jours (J10). Nous avons montré que l'administration de formotérol induisait une hypertrophie musculaire à J3 et J10 associée à l'activation transitoire de la voie de signalisation PI3K/Akt/mTOR (J1 et J3), et à une diminution de l'expression de l'E3 ubiquitine ligase MAFbx/Atrogin-1 (J3). La voie autophagie lysosome ne semblait pas être affectée. Ainsi, l'ensemble de ces résultats suggère que l'activation de la voie PI3K/Akt/mTOR est associée à la voie ubiquitine-protéasome mais pas à la voie autophagie-lysosome. La régulation transitoire de la voie PI3K/Akt/mTOR suggère que d'autres voies de signalisation sont impliquées dans l'hypertrophie musculaire induite par le formotérol. Le 007-AM, analogue de l'AMPc, a été décrit comme pouvant stimuler la voie de signalisation PI3K/Akt/mTOR via l'activation de la protéine Epac, suggérant que le 007-AM puisse constituer une molécule de substitution à l'utilisation des β2-agonistes. Notre seconde étude avait pour but de déterminer si le 007-AM avait une action anabolisante sur le tissu musculaire, mais également de déterminer si la 007-AM était une molécule stable permettant d'envisager son usage dans un cadre pharmacologique. L'administration de 007-AM pendant 7 jours chez des souris n'engendrait pas d'hypertrophie musculaire. En revanche, in vitro sur cellules C2C12, le 007-AM activait la voie de signalisation PI3K/Akt/mTOR comme en témoignait l'augmentation de la phosphorylation des protéines rpS6 et 4E-BP1. Nos résultats montraient également que le 007-AM était instable dans le plasma alors que son produit de dégradation, le 007 était plus stable. Pris ensembles, ces résultats suggèrent qu'un traitement de 7 jours au 007-AM n'est pas suffisant pour induire une hypertrophie musculaire et que l'absence d'hypertrophie musculaire pourrait provenir de l'instabilité du 007-AM dans le plasma. Toutefois, des études supplémentaires seront nécessaires pour confirmer ces résultats

Il est à ce jour bien établi que la régulation de l’expression génique dépend en grande partie des évènements post-transcriptionnels et que la traduction des ARNm tient un rôle de premier plan dans ces processus. Elle est particulièrement importante pour définir le protéome, maintenir l’homéostasie et contrôler la croissance et la prolifération cellulaire. De nombreuses pathologies humaines telles que le cancer découlent de dérèglements de la synthèse protéique. Ceci souligne l’importance d’une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires contribuant au contrôle de la traduction des ARNm. Le facteur d’initiation eIF4E est essentiel à la traduction et son activité est régulée par ses partenaires protéiques dont font partie les protéines 4E-BP et 4E-T. Les voies de signalisation PI3K/mTOR et MAPK qui sont fortement impliquées dans l’étiologie du cancer, contrôlent la traduction en modulant l’activité d’eIF4E via l’inhibition des protéines 4E-BP et la localisation de 4E-T. Afin d’améliorer notre compréhension des mécanismes régulant la traduction des ARNm, nous avons utilisé plusieurs approches. Tout d’abord, nous avons caractérisé les mécanismes par lesquels le complexe mTORC1 est activé en réponse aux facteurs de croissance et avons déterminé que la kinase RSK, en aval de la voie Ras/ERK, contrôle directement l’activité de mTORC1 en phosphorylant Raptor, la sous-unité régulatrice du complexe mTORC1. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés au rôle joué par mTORC1 dans l’initiation de la traduction. Pour cela, nous avons réalisé un criblage protéomique dans le but d’identifier de nouveaux facteurs sous le contrôle de mTORC1 qui participent activement à la traduction. Ces travaux ont ainsi permis l’identification de la protéine de liaison à l’ARN LARP1 comme effecteur majeur de la traduction des ARNm et de la croissance cellulaire en aval de mTORC1. Finalement, notre étude de l’effet du stress oxydant dans la répression de la traduction nous a permis de montrer que la kinase JNK contrôle la localisation du répresseur 4E-T au sein des P-bodies, qui sont des granules cytoplasmiques concentrant des ARNm non traduits et des facteurs de la dégradation des ARNm. Nos travaux ont donc abouti à la découverte de mécanismes moléculaires cruciaux impliqués dans la régulation de la traduction des ARNm et de la synthèse protéique. Ces derniers étant largement impliqués dans la prolifération cellulaire et la croissance tumorale, nos recherches ouvrent sur un champ d’investigation plus large pour le développement de nouvelles molécules anti-cancéreuses.
It is now well established that gene expression is predominantly regulated by post-transcriptional events and that mRNA translation plays an essential role in this process. Translation of mRNAs is especially important in defining the proteome, maintaining homeostasis and controlling cell growth and cell proliferation. Several human diseases such as cancer are associated with aberrant regulation of protein synthesis highlighting the need to better understand the molecular mechanisms contributing to translational control. The translation initiation factor eIF4E is a key component of the translational machinery whose activity is controlled by its partners, the 4E-BP and 4E-T proteins. The PI3K/mTOR and MAPK signaling pathways, which are strongly implicated in cancer etiology, control mRNA translation by modulating eIF4E activity through the inhibition of the 4E-BPs and the regulation of eIF4E localization by 4E-T. In order to better understand how mRNA translation is regulated we used several approaches. First, we characterized the mechanisms contributing to mTORC1 activation in response to growth factor. We found that the kinase RSK, that lies downstream of the Ras/ERK pathway, directly controls mTORC1 activity by phosphorylating Raptor, the regulatory sub-unit of the complex. This provides evidence of an additional mechanism by which MAPK pathway regulates mTORC1. We next performed a proteomic screen to identify novel mTOR-regulated factors that actively participate in translation. This approach led to the identification of several candidate proteins which included the RNA-binding protein LARP1 that we found to be a major effector of mTORC1-mediated mRNA translation, cell growth and proliferation. Finally we investigated the impact of oxidative stress on translation inhibition and found that the JNK kinase controls 4E-T localization in P-bodies that are cytoplasmic granules containing non-translating mRNAs and proteins from the mRNA decay and silencing machineries. Together this work provides important novel insights into the regulation of mRNA translation and protein synthesis that represent processes strongly connected to tumorigenesis and brings precious information on the mechanisms by which signaling pathways control cell growth and proliferation.

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance à l’action de l’insuline et une dysfonction des cellules β pancréatiques. Il apparait lorsque la cellule β devient incapable d’augmenter sa masse fonctionnelle afin de compenser la résistance périphérique à l’action de l’insuline. L’identification de molécules capables de stimuler la réplication des cellules β et ainsi de préserver leur masse fonctionnelle aurait donc un intérêt thérapeutique majeur. Nous avons établi un modèle d’excès de nutriments in vivo chez le rat, dans lequel nous avons observé qu’une augmentation de la prolifération des cellules β associée à une augmentation de l’expression du facteur de croissance « heparin-binding EGF-like growth factor » (HB-EGF). L’objectif de cette thèse était de valider l’effet mitogène du HB-EGF sur les cellules β de rats et humaines, puis d’identifier le mécanisme d’activation de la voie HB-EGF-EGFR. Dans une première étude, nous avons démontré ex vivo que le facteur croissance HB-EGF stimule la prolifération des cellules β pancréatiques d’îlots isolés de rats et humains via l’activation de son récepteur EGFR. Nous avons également observé que la stimulation de la prolifération des cellules β de rats par le glucose nécessite l’activation de la voie de signalisation HB-EGF-EGFR par un mécanisme qui implique à la fois une augmentation de l’expression du gène codant pour HB-EGF via le facteur de transcription ChREBP, et l’activation du récepteur EGFR via une protéine de la famille des protéines Src tyrosine kinase. Les cellules β des îlots humains étant réfractaires à la prolifération, il est essentiel de confirmer les résultats obtenus chez les rongeurs dans des tissus humains. Nous avons observé un effet mitogène d’HB-EGF sur les cellules β humaines. En revanche, nous n’avons pas pu détecter de manière reproductible un effet stimulant du glucose sur la prolifération des cellules β humaines. Notre deuxième étude a donc consisté à identifier la technique la plus appropriée pour mesurer la prolifération des cellules β humaines. Nous avons comparé systématiquement la mesure de la prolifération en réponse à divers stimuli par cytométrie en flux ou par immunohistochimie sur des îlots intacts ou dispersés. Nous avons testé trois facteurs mitogènes soit le glucose, l’HB-EGF et l’harmine. Nous avons observé que l’HB-EGF et l’harmine stimulent la prolifération des cellules β et non β indépendamment de la méthode utilisée. En revanche, l’action mitogène du glucose semble être dépendante de la méthode. En conclusion, nous avons d’abord démontré que l’effet mitogène du glucose nécessite l’activation de la voie de signalisation HB-EGF-EGFR. Ensuite, nous avons observé que la mesure de la prolifération des cellules β humaines par cytométrie en flux offre plusieurs avantages par rapport à l’immunohistochimie.
Type 2 diabetes (T2D) is characterized by peripheral insulin resistance and pancreatic β-cell dysfunction. T2D occurs when β cells become unable to increase their functional mass in order to compensate for insulin resistance. The identification of molecules capable of stimulating β-cell replication to preserve their functional mass would therefore be of major therapeutic interest. We previously established a model of nutrient excess in which we observed an increase in β-cell proliferation associated with enhanced expression of the growth factor "heparin-binding EGF-like growth factor" (HB-EGF). The objective of the work presented in this thesis was to test the hypothesis that HB-EGF stimulates both rodent and human β-cell proliferation and to identify the underlying mechanisms. In a first study, we demonstrated ex vivo that HB-EGF stimulates pancreatic β-cell proliferation of isolated rat and human islets by activating EGFR. We also demonstrated that glucose, an important mitogen of the β cells, requires the activation of this HB-EGF-EGFR signaling pathway, ex vivo and in vivo in an infused rat model, to stimulate β-cell replication. Mechanistically, we demonstrate that glucose promotes HB-EGF gene expression via the ChREBP transcription factor and EGFR activation via a protein from the Src kinase family. Since adult human β cells tend to be refractory to proliferation, it is essential to confirm the findings obtained in rodents in human tissues. In isolated human islets, we confirmed the mitogenic action of HB-EGF but we were unable to detect a consistent stimulation of human β-cell proliferation in response to glucose. Our second study therefore consisted in identifying the most appropriate technique to measure human β-cell proliferation. We systematically compared proliferation levels measured by flow cytometry or immunohistochemistry in intact and dispersed human islets. We tested three mitogenic factors: glucose, HB-EGF and harmine. We observed that HB-EGF and harmine stimulate non-β cells and β-cell proliferation regardless of the method used. In contrast, the mitogenic action of glucose is variable depending on the method used. In conclusion, we first demonstrated that the mitogenic effect of glucose in β cells requires the activation of the HB-EGF-EGFR signaling pathway. Then we demonstrated that assessment of human β cell proliferation by flow cytometry offers several advantages over the use of immunohistochemical methods.