Academic literature on the topic 'Cellules eucaryotes – Résistance au stress'

La polyploïdie (amplification du génome entier) fait référence à des organismes dont les cellules ont plus de deux jeux complets de chromosomes homologues. La polyploïdie a été observée pour la première fois chez les plantes, il y a plus d'un siècle. Il est dorénavant connu que ce processus se produit chez de nombreux eucaryotes dans diverses circonstances. Chez les mammifères, le développement de cellules polyploïdes peut contribuer à la différenciation des tissus. Il peut donc présenter un gain de fonction. Alternativement, il peut être associé au développement de différentes pathologies comme le cancer. Il existe différents mécanismes qui favorisent la genèse des cellules polyploïdes, dont la fusion cellulaire ou une division cellulaire anormale. Chez les mammifères, la polyploïdie est une des caractéristiques des cellules hépatiques. La polyploïdisation survient en effet principalement au cours du développement du parenchyme hépatique, mais également chez l'adulte, à la suite de différents stress. Des progrès récents ont permis de comprendre les mécanismes de polyploïdisation du tissu hépatique et ses conséquences fonctionnelles dans un contexte physiologique et pathologique.

Tout au long de leur co-évolution, les plantes et les microorganismes pathogènes ont développé des relations complexes résultant d'un échange constant d'informations moléculaires. Les agents pathogènes ont élaboré toute une gamme de stratégies offensives pour parasiter les plantes et en contrepartie, les plantes ont déployé un arsenal défensif similaire à bien des égards aux défenses immunitaires animales. Les percées récentes en biologie moléculaire et en transformation des végétaux ont démontré que sensibiliser une plante à répondre plus rapidement à l'infection pouvait lui conférer une protection accrue contre des microorganismes virulents. Un aspect important dans la mise en évidence du rôle joué par les molécules de défense au niveau de l'expression de la résistance est une connaissance exacte de leur localisation spatio-temporelle dans les tissus en état de stress. Afin de cerner le processus associé à l'induction de résistance chez les plantes, l'effet d'éliciteurs biologiques, microbiens et chimiques sur la réponse cellulaire des plantes envers une attaque pathogène a fait l'objet d'investigations et les mécanismes impliqués dans le phénomène ont été étudiés. Dans tous les cas, il a été montré qu'une corrélation existait entre la réponse globale de la plante et des changements dans la biochimie et la physiologie des cellules, lesquels étaient accompagnés de modifications structurales incluant la formation d'appositions pariétales riches en callose et l'infiltration de composés phénoliques aux sites de pénétration potentielle par l'agent pathogène. L'activation du sentier des phénylpropanoïdes est un phénomème crucial dans la restriction de la croissance de l'agent pathogène et dans la survie des cellules-hôtes en conditions de stress. Bien qu'il n'existe que peu d'exemples d'application pratique de la résistance induite en tant que méthode de lutte contre les maladies des plantes, les résultats obtenus à partir de quelques expériences menées en plein champ et en serre sont encourageants et indiquent que cette approche a le potentiel de devenir une stratégie de lutte efficace et durable contre toute une gamme d'agents pathogènes.

Cet article présente comment des situations de stress aigu (un transport, un regroupement) ou chronique (conditions de logement contraignantes) affectent la fonction immunitaire chez les animaux d’élevage. La réponse de stress est caractérisée par l’activation de l’axe corticotrope, dont les hormones inhibent l’activité des leucocytes, et la libération de nombreuses autres hormones et neuromédiateurs immunoactifs et immunosuppresseurs (hormone de croissance, prolactine, enképhalines…). Ainsi, l’augmentation transitoire du ratio neutrophiles / lymphocytes dans le sang et l’inhibition de la capacité des lymphocytes sanguins à proliférer sont des indicateurs d’une réponse de stress. D’autres tests sont plus informatifs car ils mesurent les effets du stress sur des fonctions immunitaires précises. Des fonctions relevant de l’immunité innée, première ligne de défense de l’organisme, sont sensibles au stress. Ainsi, la cytotoxicité des cellules tueuses naturelles sanguines est inhibée et des données chez les rongeurs montrent que la réponse inflammatoire peut être fortement déréglée. Certains facteurs de stress favorisent la production de cytokines inflammatoires et augmentent la sensibilité de l’organisme aux chocs septiques, tandis que d’autres inhibent la migration des polynucléaires vers un site d’infection, limitant ainsi la réponse inflammatoire et retardant le phénomène de cicatrisation. Les lymphocytes, vecteurs de l’immunité acquise, constituent la seconde ligne de défense. Le stress peut inhiber le développement de la réponse lymphocytaire à un antigène, par exemple une réponse vaccinale. Il inhibe les réponses de type cellulaire mais affecte peu, voire même parfois stimule, la production d’anticorps. L’altération des réponses innées et acquises diminue la résistance des animaux aux infections virales ou bactériennes.

Heat shock proteins (Hsps) are highly conserved proteins and have been proven to protect prokaryotic and eukaryotic cells in most organisms against external stressors, whether environmental or pathophysiological. This defense mechanism probably depends on the roles of Hsps as molecular chaperones in governing proper protein assembly, folding and transport or as anti -apoptotic regulators of cell death pathways. Recent investigations on human inflammatory diseases indicate that Hsps may be involved in the process of inflammation. In this short review, we describe the general concept of heat shock proteins and inflammation and the new anti-inflammation role of heat shock proteins in various inflammatory diseases such as infection, autoimmune diseases, ischemia/reperfusion injury, cardiovascular diseases and chemical-induced diseases. The Hsps may act as autoantigens to stimulate the immune system and interact with inflammatory intracellular signaling pathways to regulate the inflammatory response. There are still unanswered questions about the heat shock response that require further investigation.Les proteines de choc thermique (Hsps) sont des proteines hautement conservees qui protegent les cellules de la plupart des organismes procaryotes et eucaryotes contre les facteurs de stress externes, que ceux-ci soient d'origine environnementale ou pathophysiologique. Ce mecanisme de defense est probablement lie au role de molecule chaperonne des Hsps qui interviennent dans I'assemblage, Ie repliement et Ie transport des proteines ou qui agissent comme agents anti-apoptotiques (regulation de la mort cellulaire). Oes recherches recentes sur les maladies inflammatoires humaines indiquent que les Hsps peuvent intervenir dans Ie processus d'inflammation. Dans Ie cadre de cecourt resum,e, nous decrivons Ie concept general de proteines de choc thermique et de I'inflammation ainsi que Ie nouveau role anti-inflammatoire des proteines de choc thermique dans diverses maladies inflammatoires telles que les infections, les maladies autoimmunes, les lesions d'ischemie/reperfusion , les maladies cardiovasculaires et les maladies d'origine chimique. Les Hsps peuvent agir it titre d'autoantigimes qui stimulent Ie systeme immunitaire et interviennent dans les voies de signalisation intracellulaire en cas d'inflammation pour reguler la reaction inflamrnatoire. Les questions qui restent toujours sans reponse it propos de la rea ction au choc thermique doivent faire I'objet de recherchesplus poussees.

Mes travaux de recherche portent sur le contrôle du cycle cellulaire chez la levure de fission, Schizosaccharomyces pombe. Chez S. pombe, cette régulation est assurée principalement par une protéine kinase cycline-dépendante (CDK), nommée Cdc2. Au cours du cycle cellulaire, cette enzyme s’associe avec différentes cyclines (Cig1, Cig2, Puc1 et Cdc13), formant ainsi une variété de complexes CDK-cycline qui confèrent des activités spécifiques à chaque phase du cycle. Cependant, il a été montré que ce réseau complexe peut être simplifié et remplacé par un système minimal, qui consiste en la fusion des deux gènes cdc2 et cdc13, indépendant d’un grand nombre de régulations endogènes. Cette découverte a ainsi permis d'établir un nouveau modèle pour le contrôle du cycle cellulaire eucaryote. Dans ce travail nous avons d’une part, voulu comprendre pourquoi la régulation du cycle cellulaire s’est complexifiée au cours de l’évolution, étant donné qu’une grande partie du circuit endogène semble dispensable. Dans ce but, j’ai investigué les limites du système minimal, quand les cellules sont exposées à différents stress. De manière surprenante, nous avons découvert que la simplification du réseau des CDKs confère aux cellules une résistance au stress réplicative. Nous avons montré que ce phénotype était indépendant de la régulation de l’inhibiteur Rum1 et des points de contrôles. Il résulte plutôt du fait que le cycle cellulaire soit régulé uniquement par Cdc13. Nous avons trouvé que le programme de réplication était inchangé dans les minimale qui présentaient moins de dommage à l’ADN comparé aux cellules sauvages. Nos data suggèrent que l’activité des CDKs associée au cyclines de phase G1/S, représente un moyen alternatif de moduler la réponse au stress. D’autre part, en utilisant le même système dans lequel l’activité des CDKs peut être finement modulée par l’inhibiteur. Nous avons démontré que la transcription périodique des gènes dépendait d’une régulation quantitative par les CDKs. Par conséquence nous proposons le model, l’opposé de ce qui a été suggéré chez la S. cerevisiea. Dans notre model, la progression du cycle cellulaire ainsi que la transcription périodique des gènes sont toutes les deux sous le contrôle de l’activité des CDKs
The cyclin-dependent protein kinases (CDKs) are at the core of cell cycle control. In fission yeast, cell proliferation is regulated by CDK1/Cdc2 in association with the four cyclins Cdc13, Cig1, Cig2 and Puc1 at different stages of the cell cycle. However, this complex endogenous system can be replaced by a minimal module consisting of a fusion between Cdc2 and Cdc13 in the absence of G1/S cyclins. Surprisingly, this minimal CDK network drives the entire cell cycle in a wild type manner. Since a number of aspects of cell cycle control in fission yeast appear to be dispensable, we asked why similarly simplified circuits were not selected over the complex endogenous network during evolution. This led us to investigate the limits of such minimal systems, in particular when challenged by different stresses. Unexpectedly, we uncovered that simplification of the CDK network confers resistance to replication stress. We showed that this phenotype is independent from the CDK inhibitor Rum1 and the existing checkpoint pathways. It solely relies on operating the entire cell cycle with a single cyclin, Cdc13, and is associated with reduced genome instability when replication is challenged. However, it is not the consequence of changes in replication organisation along the chromosomes. Our data suggest that G1/S cyclin-associated Cdc2 activity may represent an alternative as yet unknown means of modulating cellular response to DNA stress. We also took advantage of a derivative of the minimal cell cycle network, in which Cdc2 is made sensitive to specific chemical inhibition. As a result, CDK activity can be externally modulated and cell cycle phases can be precisely controlled. Using this system, we re-visited the interplay between CDK and periodic transcription, a highly conserved process that is critical for proper cell proliferation. In contrast with previous studies in budding yeast, we demonstrate that periodic transcription in fission yeast is not independent from cell cycle progression. On the contrary, our work reveals that cell cycle transcriptional oscillations rely on quantitative changes in CDK activity levels. We therefore propose a new model, in which cell cycle progression and periodic transcription are intimately coupled through their common dependency on a unique input, namely CDK activity levels

La photocatalyse est un procédé d'oxydation avancée qui consiste en l'activation du dioxyde de titane sous UV pour générer des espèces oxydantes. Ces dernières sont capables d'inactiver les cellules vivantes. Nos travaux ont porté sur l'analyse des mécanismes antimicrobiens de la photocatalyse à l'échelle cellulaire et moléculaire sur le modèle eucaryote Saccharomyces cerevisiae, champignon unicellulaire. Le traitement photocatalytique affecte de manière drastique la cultivabilité de cette levure. La diminution de la cultivabilité a été reliée à la perte de l'intégrité membranaire et à la perte de l'activité enzymatique intracellulaire, analysées par cytométrie en flux. L'exposition des levures à la photocatalyse provoque des dommages à toutes les macromolécules (acides nucléiques, lipides membranaires, protéines) et par conséquent aux structures cellulaires ce qui engendre la libération de constituants cellulaires (ions, acides aminés), de même que la formation de produits de dégradation (malondialdéhyde, acides organiques). Ces dommages peuvent être liés à un stress oxydant intracellulaire suggéré par l'accumulation des ions superoxyde dans les cellules traitées et l'augmentation de la résistance pour les souches surexprimant des enzymes de dégradation des ROS. Enfin, l'étude de l'impact de la photocatalyse sur des organismes fongiques ayant un impact environnemental ou sur la santé, a révélé l'existence de cellules ou de structures fongiques résistantes. Ces résultats ont apporté des éléments de connaissance inédits sur l'impact de la photocatalyse sur les cellules eucaryotes fongiques et ouvrent de nouvelles perspectives notamment dans la compréhension du phénomène de résistance
Photocatalysis is an advanced oxidative process that generates reactive oxygen species (ROS) and inactivates living cells. The aim of this work was to have a better understanding of the antimicrobial mechanisms generated by photocatalytic treatment. The cellular impact was monitored using the unicellular fungal model, Saccharomyces cerevisiae yeast. Photocatalysis reduces drastically the cultivability of yeast cells. Flow cytometry analyses revealed that the decrease of cell cultivability was related to both damages in plasma membrane and loss of intracellular enzymatic activity. During exposure to photocatalysis, multiple cellular macromolecules are damaged (lipids, proteins, nucleic acids). These damages are responsible for cellular structure dysfunction leading to a release of intracellular compounds (ions, amino acids) and the formation of by-products and pollutant (carboxylic acids, malondialdéhyde). The increase of intracellular superoxide ions amounts and the higher resistance of yeast strains overexpressing ROS detoxifying enzymes suggested an intracellular oxidative status responsible for described macromolecular damages. Finally, exploring photocatalytic treatment on other environmental and health impact fungi revealed the presence of resistant cells or structures. For the first time, an interdisciplinary work focusing on cellular impacts of photocatalysis was monitored leading to a better understanding and to new perspectives

Les centres Fer-Soufre (Fe-S) sont des cofacteurs ubiquitaires apparus aux origines de la vie. Deux systèmes, Isc et Suf, conservés des procaryotes aux eucaryotes permettent l’assemblage et le transfert des centres Fe-S vers les apo-protéines cibles. Dans le modèle bactérien E.coli, Isc est considéré comme système de ménage et Suf est utilisé dans des conditions de stress. Un réseau de régulation complexe permet la spécialisation de ces systèmes en fonction des conditions environnementales. En particulier, le facteur transcriptionnel IscR et l’ARN non-codant RyhB sont impliqués dans la régulation de la biogenèse en réponse à la carence en fer. J’ai étudié le rôle de RyhB dans la résistance à l' antibiotique gentamicine. Nous avons montré que la résistance induite par RyhB est dû à l’inhibition de l’activité des complexes respiratoires Nuo et Sdh. Ces complexes sont essentiels à l’entrée de la gentamicine dans la bactérie. RyhB inhibe directement la traduction des complexes et indirectement leur maturation en centres Fe-S . ceci conduit à la résistance par diminution d'entrée de la gentamicine dans la cellule. J’ai aussi participé à un travail révélant le rôle de RyhB dans la régulation d’ErpA, un transporteur essentiel des centres Fe-S. Nous avons pu mettre en évidence que l’expression d’erpA est répriméepar IscR en condition riche en fer et par RyhB lorsque le fer est limitant. Ce circuit de régulation a priori « incohérent » aboutit à une expression bimodale du transporteur, ce qui permet de coordonner l’utilisation des différents transporteurs de centres Fe-S d’E.coli en fonction des conditions de croissance
Iron-sulfur (Fe-S) clusters are ancient cofactors involved in plethora of biological processes. Two major Fe-S biogenesis systems, Isc and Suf, present in both prokaryotes and eukaryotes, allow the synthesis of these important cofactors. The bacterium E.coli possesses both systems, making it an important model for Fe-S biogenesis. In this bacterium, Isc is considered as the housekeeping system while Suf is responsible for synthesis of Fe-S clusters in adverse conditions. Intricate regulatory pathways control the use of these machineries in function of the environmental conditions. In particular, iron starvation is detrimental to Fe-S cluster biogenesis which is why it is highly regulated by the IscR transcriptional regulator and the non-coding RNA RyhB. I have studied the role of RyhB in the resistance to gentamicin, a bactericidal antibiotic that targets the ribosome. We have found that RyhB induces resistance to gentamicin by inhibiting the activity of the respiratory complexes Nuo and Sdh. These complexes, which contain numerous Fe-S clusters, are crucial for gentamicin uptake. RyhB directly inhibits the translation of nuo and sdh and indireclty inhibits the maturation of the complexes leading to gentamicin resistance.I also participated in a study that unveiled the role of RyhB and the transcriptional factor IscR in the regulation of ErpA, an essential transporter of Fe-S clusters in E. coli. IscR and RyhB form an incoherent circuit that regulates erpA in medium with antagonist iron content. These regulations allow the fine-tuning of erpA expression in function of iron availability and coordination of Fe-S cluster transporter usage in E. coli

Le développement de cancer entraîne une dérégulation du métabolisme du cuivre (Cu) qui a notamment été étudiée par analyse de la composition isotopique naturelle du Cu. Les cellules tumorales hépatiques sont enrichies en isotopes lourds du Cu par rapport aux cellules péri-tumorales. Le but de cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de cette différence, en utilisant la levure Saccharomyces cerevisiae dont les mécanismes de réduction et d'import du Cu sont proches de ceux de l'Homme. En mutant les gènes codants pour les importateurs ou les réductases du Cu, j’ai montré que son import protéique génère un enrichissement intracellulaire en isotopes légers du Cu, qui est modulé par l'activité des réductases. Une modélisation numérique m’a permis de montrer que le flux de Cu par les importateurs haute-affinité Ctr est linéairement et négativement corrélé à la composition isotopique du Cu. Ce flux étant modulé par la capacité de réduction membranaire du Cu, j’ai pu lier l'enrichissement en isotopes lourds du Cu des cellules hépatiques tumorales à une diminution de l'activité des réductases membranaires. Par ailleurs, pour un même fond génétique, j'ai mis en évidence une corrélation entre un moindre enrichissement en isotopes légers du Cu et une résistance accrue à un médicament anticancéreux, le cisplatine. De plus, le traitement au cisplatine entraîne un enrichissement des cellules en isotopes lourds du Cu d'autant plus petit que la souche est résistante au cisplatine. Ainsi, ces résultats montrent que la mesure de la composition isotopique du Cu avant et après traitement au cisplatine pourrait permettre de suivre l'apparition d’une chimiorésistance chez les malades, caractérisée par un enrichissement en isotopes lourds du Cu dans les tumeurs, ce qui ouvre la voie au développement d'un nouveau biomarqueur non-invasif de l'apparition d'une résistance au cisplatine
Cancer development leads to Cu metabolism disregulation which were especially studied by the natural copper (Cu) isotopic composition. Hepatocellular carcinoma (hCC) are enriched in heavy Cu isotopes compared to peri-tumoral cells. The goal of this thesis is to identify the mechanism responsible for this difference. I used the yeast Saccharomyces cerevisiae where Cu reduction and Cu import mechanism are close to the human. By mutating the genes coding for Cu reductases or Cu importers, I showed that protein Cu import generate an intracellular light Cu enrichment which is modulated by Cu reductases activity. With a numerical modelisation I calculated that the Cu flux through high-affinity Cu importers is linearly and negatively correlated to the natural Cu isotopic composition. This flux is modulated by the cell reduction ability. Therefore, I have linked the heavy Cu isotopes enrichment in hCC to a lower reductases activity. Besides, for a same genetic background, I observed a correlation between a lower light Cu enrichment and an higher resistance to a anti-tumoral drug, the cisplatin. Moreover, I observed that cisplatin treatment leads to an enrichment in heavy Cu isotopes which is lower for resistant to cisplatin strains. Those results shown that the Cu isotopes measurement in tumors before and after the cisplatin treatment might be used to trace the chemoresistance apparition in patient with cancer which is characaterize by a tumoral heavy Cu isotopes enrichment. This results might pave the way to the development of a new prognosis biomarker of the cisplatin resistance apparition

L’apoptose est une mort cellulaire programmée nécessaire à l’homéostasie tissulaireau cours du développement. Les cellules cancéreuses acquièrent la capacité à échapper àl’apoptose. Restaurer la capacité des cellules tumorales à mourir est une stratégiethérapeutique qui permettrait de lutter contre le cancer. Il est donc important d’identifier denouvelles cibles au sein de la signalisation apoptotique et de tester de nouvelles molécules.La mitochondrie, intégrateur central des signaux de mort cellulaire et actrice de l’exécution de l’apoptose, est une cible de choix pour développer des thérapies anti-tumorales.L’ANT (Adenine Nucleotide Translocase) est la protéine majoritaire de la membrane internemitochondriale. Elle est possède une fonction de transporteur ATP/ADP, en conditionphysiologique, et suite à un stimulus apoptotique, acquiert une activité de pore létal. Ainsi, ilest intéressant d’inhiber la fonction transporteur et d’activer la fonction pore d’ANT pourinduire l’apoptose. Il existe quatre isoformes d’ANT : ANT1, 2, 3 et 4. Nous avons étudié lerôle d’ANT4, récemment identifiée, dans la signalisation apoptotique. Notre étude montre lerôle anti-apoptotique d’ANT4 dans des cellules cancéreuses et l’intérêt d’ANT comme ciblethérapeutique anti-cancéreuse.Une augmentation de l’expression de protéines anti-apoptotiques, l’adaptation auxstress cellulaires et l’activation de voies de survie sont les mécanismes les plus fréquemmentdécrits pour expliquer la chimiorésistance du mélanome. A l’aide de modèles cellulaires, nousavons étudié la capacité de deux nouvelles molécules : Withaférine A (WFA) et Plumbagine(PBG) à stimuler l’apoptose et déterminé les mécanismes moléculaires impliqués. Nous avonsmontré la capacité de WFA à induire spécifiquement la voie mitochondriale de l’apoptose decellules de mélanome par un mécanisme dépendant de la production d’espèces activées del’oxygène (EAO) qui déclenchent la voie mitochondriale et de la diminution du niveaud’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. En revanche, PBG induit une mortapoptotique et une mort nécrotique des cellules de mélanomes. Dans les deux cas, PBG agitpar l’augmentation des EAO suite au déclenchement d’un stress du reticulum endoplasmique.WFA et PBG sont donc deux molécules pro-oxydantes capables d’induire la mort des cellulesde mélanome en tirant partie de leur vulnérabilité au stress oxydant.Nos travaux ont participé à la mise en évidence d’une cible thérapeutique anticancéreusepotentielle et de deux agents capables d’induire la mort cellulaire dans un contextede chimiorésistance
Apoptosis is a programmed cell death process necessary for tissue homeostasis duringdevelopment. Cancer cells acquire the capacity to evade apoptosis. Restoring tumor cellsability to die is a therapeutic strategy against cancer. It is therefore important to identify newtherapeutic targets within the apoptotic signaling and to test new molecules.Mitochondrion being a central integrator of cell death signals and a key player inapoptosis execution, it is a target of choice to develop new anticancer therapies. ANT(Adenine Nucleotide Translocase) is the main protein of the inner mitochondrial membrane. Itpresents a ADP/ATP transporter function in physiological conditions and acquire a lethal poreactivity upon apoptotic stimulus. It is thus interesting to inhibit the transporter function and- 6 -activate ANT pore function in order to induce apoptosis. There are four isoforms: ANT1, 2, 3and 4. We studied the role of the recently discovered ANT4 in apoptotic signaling. Our studyemphasize ANT4 anti-apoptotic role in cancer cells and ANT potential as an anticancertherapeutic target.Increase in anti-apoptotic proteins, adaptation to cellular stress and activation ofsurvival pathways are the main mechanisms responsible for chemoresistance. Using cellularmodels we studied the ability of two molecules: Withaferin A (WFA) and Plumbagin (PBG)to stimulate apoptosis and determined the molecular mechanisms involved. We showed WFAcapacity to specifically induce the mitochondrial pathway of apoptosis in melanoma cellsthrough reactive oxygen species (ROS) generation leading to mitochondrial pathwayactivation and the decrease in anti-apoptotic protein Bcl-2 expression level. However, PBG isresponsible for apoptosis and necrosis induction in melanoma cells. In both cases PBG actsthrough an increase in ROS following endoplasmic reticulum stress. WFA and PBG are thustwo pro-oxidant molecules able to induce the death of melanoma cells by taking advantage oftheir vulnerability to oxidative stress.Our work took part in the demonstration of a potential anticancer target and two agentsable to induce cell death in a context of chemoresistance

Les tumeurs mammaires sont connues pour présenter une grande hétérogénéité intratumorale qui contribue à l’échec thérapeutique et à la progression de la maladie. L’origine de dette hétérogénéité s’explique principalement par l’organisation hiérarchique des tissus tumoraux où plusieurs sous-populations de cellules souches de cancer du sein (bCSC) sont capables de s’auto-renouveler et de maintenir l’architecture oligoclonale de la tumeur. Dans la mesure où les bCSC stimulent la croissance tumorale, résistent aux thérapies conventionnelles et initient le développement des métastases, il est indispensable de développer des thérapies spécifiques ciblant ces cellules. L’élaboration d’une telle stratégie nécessite la compréhension des propriétés moléculaires intrinsèques des bCSC. Pour mieux comprendre leur biologie, nous avons isolé les bCSC de différentes xénogreffes dérivées de tumeurs de patientes et établit leurs profil d’expression génique. Nous avons identifié un programme transcriptionnel pouvant être impliqué dans la réduction du stress réplicatif (SR) des bCSC . Nous avons montré que comparé aux non-bCSC, les bCSC présentent une sur-activation de la recombinaison homologue qui leur permet de réduire leur niveau de SR. Nous avons ensuite montré en réalisant un essai clinique que l’inhibition de cette voie permet de les sensibiliser à des agents génotoxique. Ces travaux identifient le SR comme le talon d’Achille des bCSC et mettent en évidence la recombinaison homologue comme cible potentielle pour sensibiliser les BCSC aux thérapies conventionnelles
Breast tumors are known to present a major intratumoral heterogeneity that contributes to therapy failure and disease progression. The origin of this cellular heterogeneity is mainly explained by a hierarchical organization of tumor tissues where several subpopulations of self-renewing breast cancer stem cells (bCSCs) sustain the long-term oligoclonal maintenance of the neoplasm. bCSCs drive tumor growth, resist to conventional therapies and initiate metastasis development. Thus, developing bCSC-targeting therapies is becoming a major challenge requiring the understanding of the unique molecular circuitry of bCSC as compared to non-bCSC. To better understand the biology of these cells, we isolated bCSCs from different patient–derived xenografts (PDXs), derived fom breast tumors, and established their gene expression profiles. We identified a bCSC core transcriptional program that may be implicated in the reduction of the replicative stress in CSC: overexpression of genes implicated in dNTP metabolism and homologous recombination (HR). Our results show that HR plays a major role in SR regulation of bCSC and that bCSC are more resistant to RS than non-bCSC, We realized a preclinical assay in PDX and showed that HR inhibition prevent bCSC expansion Cisplatin-induced, suggesting a sensitization of the bCSC to the chemotherapy. Our results identify replication stress as the Achilles’ heel of bCSC and highlights HR as potential targets for anti-bCSC therapy

Le stress oxydant, par la surproduction d'espèces réactives de l'oxygène, est impliqué dans de nombreux processus dont la carcinogenèse. Afin de mieux comprendre l'implication des radicaux libres de l'oxygène (RLO) dans les mécanismes de cytotoxicité et de résistance tumorale de différents types cellulaires vis-à-vis des anticancéreux, nous avons caractérisé le statut oxydant de deux lignées tumorales résistantes (GLC4 et K562) ou non à l'adriamycine (ADR), avant et après traitement par cet agent. La réponse obtenue après traitement par l'ADR ou le sélénium est très différente entre les lignées GLC4 et K562 et dépendante de la sensibilité ou de la résistance à l'ADR. Ce travail démontre d'une part l'importance des RLO et des systèmes antioxydants cellulaires dans la chimiothérapie. D'autre part, notre travail montre que les effets du sélénium sur la cellule cancéreuse varient selon les types cellulaires et pourraient dans certains cas interférer avec le traitement
Oxidative stress, by overexpression of reactive oxygen species (ROS), is implicated in numerous processes such as carcinogenesis. In order to better understand the involvement of oxygen free radicals (OFR) in tumoral cytotoxicity and resistance mechanisms of antineoplastic drugs in different cell types, we characterized oxidative status of two different tumoral cell lines (GLC4 and K562) resistant or not to adriamycin (ADR), before and after a treatment with this drug. The obtained response by ADR or selenium treatment is very divergent between both GLC4 and K562 cells and sensitive or resistant phenotype. This work clearly demonstrates the interest of OFR and cellular antioxidant systems in chemotherapy. Although preventive role of selenium has been well characterized, our work showed that its effect on cancer cells is depending on cellular type and may interfere with the treatment

Le réflexe naturel d’une cellule eucaryote, soumise à un stress (ex : radiations, drogues anti-cancers…), est d’activer des mécanismes de défense afin de s’adapter aux conditions extrêmes imposées, leur permettant de survivre. Un des mécanismes activé en condition de stress est l’inhibition de l’initiation de la traduction menant à la formation de granules de stress (GS). Les GS sont des corps cytoplasmiques dynamiques renfermant des facteurs d’initiation de la traduction, des ARNms, des protéines de liaison à l’ARN ainsi que des molécules de signalisation impliquées dans les voies de mort cellulaire. La formation des GS fut identifiée comme un évènement clé inactivant les voies de mort cellulaire, constituant donc un mécanisme majeur de survie, qui dans le cas du cancer peut engendrer une chimiorésistance. Nous avons précédemment conduit un criblage des facteurs d’initiations de la traduction impliqués dans la formation des GS. Ces travaux (Mazroui et al, 2006 ; Mokas et al, 2009) ont permis d’identifier plusieurs facteurs dont l’inactivation induit la formation des GS. Par contre, l’inactivation du facteur eIF4E, qui est responsable de la reconnaissance des ARNms lors de l’initiation de la traduction, n’induit pas la formation des GS. Mon travail de thèse a permis de mettre en évidence un nouveau rôle du facteur d’initiation de la traduction eIF4E ainsi que son partenaire eIF4GI dans la formation des GS induites par le traitement chimiothérapeutique Bortezomib. Ce rôle est stimulé par la voie oncogénique mTORC1, qui est la voie de signalisation responsable de l’interaction eIF4E-eIF4GI. De plus, notre étude a démontré que l’inhibition spécifique d’eIF4E, d’eIF4GI ou l’inactivation de mTORC1 empêche l’activation des voies anti-apoptotiques associées au GS, sensibilisant ainsi les cellules cancéreuses aux traitements chimiothérapeutiques. Néanmoins, la formation des GS n’est pas restreinte au Bortezomib. En effet, notre criblage des drogues chimiothérapeutiques a identifié le Sorafenib (Nevaxar®) et le Lapatinib (Tykerb/Tyverb®) comme deux puissants inducteurs des GS au sein des cellules cancéreuses. En conclusion, ces travaux ont mis en lumière un nouveau mécanisme de formation des GS ainsi que deux potentiels inducteurs d’assemblage de ces granules.
The natural reflex of a eukaryotic cell under stress (e.g.: radiation, anti-cancer drugs, thermal or oxidative stress) is to activate defense mechanisms to adapt to extreme conditions imposed, allowing them to survive. One mechanism activated under stress conditions is the inhibition of translation initiation leading to the formation of stress granules (SG). SG are dynamic cytoplasmic body containing translation initiation factors, mRNAs, RNA binding proteins and signaling molecules involved in cell death pathways. SG formation was identified as a key event inactivating cell death pathways, thus establishing a major survival mechanism, which in the case of cancer can lead to drug resistance. We previously conducted a screening of the translation initiation factors involved in the SG formation. These works (Mazroui et al, 2006; Mochas et al, 2009) have identified several factors that inactivation induces the formation of GS. For cons, the inactivation of factor eIF4E, which is responsible for the recognition of mRNAs during translation initiation, does not induce the formation of SG. My thesis has highlighted a new role for the translation initiation factors eIF4E and its partner eIF4GI in the SG formation induced by chemotherapeutic drug Bortezomib. This role is stimulated by oncogenic mTORC1 pathway, which is the key regulator of the eIF4E-eIF4GI interaction. In addition, our study demonstrated that specific inhibition of eIF4E, eIF4GI or the inactivation of mTORC1 prevents anti-apoptotic pathways associated with SG and sensitizing cancer cells to chemotherapeutic treatments. The SG formation is not restricted to Bortezomib. Indeed, our screening of chemotherapeutic drugs has identified Sorafenib (Nevaxar ®) and Lapatinib (Tykerb / Tyverb ®) as two potent inducers of SG in cancer cells. Our results indicate that the mechanism of action of these two drugs appears to be similar to Bortezomib and they induce the formation of SG by inhibiting translation initiation. In addition, the formation of SG induced by Sorafenib or Lapatinib also seems to depend on the eIF4E-eIF4GI complex formation. Therefore, my work provides a general role of eIF4E-eIF4GI interaction in the assembly of SG and the cancer cells resistance to chemotherapy.

Les cellules vivantes, lorsqu'elles sont constamment exposées au stress, sont capables de réagir de manière complexe en faisant intervenir divers réseaux de régulation intracellulaire. Leur régulation contrôle par exemple le devenir cellulaire en réponse à un stress oxydatif. Lorsque les mécanismes défensifs parviennent à faire face au stress, une rétroaction négative est impliquée et la cellule survit, sinon la cellule meurt. L'un des principaux mécanismes défensifs repose sur l'interaction entre le flux métabolique et le stress oxydatif, exploitant le rôle dualiste du peroxyde d'hydrogène, agissant à la fois comme une molécule de signalisation et de dommages. Nos travaux visent à identifier les molécules clés impliquées dans le devenir cellulaire et à suivre leur dynamique au niveau de la cellule unique, à l'aide de la microscopie de fluorescense. Dans un premier temps, nous concevons un système expérimental inspiré des études de chimiotaxie pour contrôler en permanence la dose appliquée de peroxyde d'hydrogène (H2O2) à la lignée cellulaire du cancer du sein (MCF7). Le choix de la méthode de stimulation joue un rôle important dans notre étude. En effet, afin de délivrer une concentration constante de stimulus aux cellules de mammifères, un milieu de culture cellulaire H2O2 non réactif avec H2O2 est choisi. En utilisant un système fluidique, le taux de production intracellulaire de H2O2 est contrôlé en faisant varier la concentration externe de H2O2. La délivrance et l'élimination du stimulus sont ainsi effectuées assez rapidement (plus rapidement que la consommation cellulaire) pour étudier les réponses cellulaires dynamiques. Lors d'une stimulation constante, une dynamique d'adaptation est observée, ce qui suggère que des rétroactions négatives sont impliquées dans la protection cellulaire contre le stress. La variabilité d'une cellule à l'autre est observée et quantifiée à l'aide de paramètres d'adaptation identifiés. Des résultats préliminaires de la dépendance de la modulation du pH par l'état métabolique cellulaire sont discutés. Les caractéristiques d'adaptation ne sont pas représentées lorsque les sources de carbone sont complètement éliminées du milieu externe. Ce résultat souligne le rôle du glucose dans le mécanisme de défense cellulaire. Un autre résultat important est celui de la dynamique de rétroaction qui dépend de la dose de H2O2 appliquée aux cellules: une stimulation plus forte implique une réponse plus forte. C'est un premier facteur limitant que nous avons identifié lors de la quantification de la réponse de mort cellulaire au stress H2O2. Les résultats de la réponse à la dose de mort cellulaire suggèrent que le destin de la cellule (survie ou mort) dépend également à la fois du contrôle du stimulus et de l'état métabolique cellulaire. Afin d'identifier les voies métaboliques impliquées dans la rétroaction négative induite par le stress oxydatif, des molécules clés régulant la voie Phosphate Pentose (PPP) sont modulées. Nous concluons que l'orchestration du réseau moléculaire est plus complexe et que le PPP n'est pas le seul réseau impliqué dans la défense cellulaire. Nous concluons que l'orchestration du réseau moléculaire est plus complexe et que PPP est le réseau principal mais pas le seul impliqué dans la défense cellulaire. Dans ce manuscrit, une conception expérimentale est présentée afin d'étudier les réponses d'adaptation au stress oxydatif observée en temps réel. Nos expériences confirment la cinétique d'adaptation rapide du NAD(P)H déjà observée dans la littérature. Nous identifions, pour la première fois, un deuxième mécanisme de régulation où le système de glutathion se rétablit en 30 min pendant la stimulation contrôlée par H2O2. Le métabolisme du glucose soutient la régénération de ce système antioxydant et le réseau PPP est ainsi identifié comme le principal retour négatif dans l'adaptation moléculaire observée ici
Living cells, when constantly exposed to stress, are able to respond in a complex manner involving various intracellular regulation networks. Their regulation controls for instance the cellular fate outcome in response to an oxidative stress. When defensive mechanisms manage to cope against stress, a negative feedback is involved and cell survive, otherwise cell dies. One of a key defensive mechanism relies on the interplay between metabolic flux and oxidative stress exploiting the dualistic role of hydrogen peroxide, acting both as signalling and damaging molecule. Our work aims to identify key molecules involved in cellular fate and to monitor their dynamics at the single cell level, using fluorescent microscopy. In a first step, we design an experimental system inspired by chemotaxis studies to constantly control the dose applied to breast cancer cell line (MCF7). The choice of the stimulation method plays an important role in our study. Indeed, in order to deliver a constant concentration of stimulus to mammalian cells, non-consuming H2O2 cell culture medium is chosen. Using a fluidic system, the intracellular H2O2 production rate is controlled by varying the external H2O2 concentration. Stimulus delivery and removal is thus performed fast enough (faster than cellular consumption) to study the dynamical cellular responses. During constant stimulation, adaptation dynamics are notified, suggesting that negative feedbacks are involved in the cellular protection against stress. Cell-to-cell variability is observed and can be quantified using identified adaptation parameters. The fluorescent signal is processed and preliminary results of pH modulation dependence by the cellular metabolic state are discussed. The adaptation features are not depicted when the carbon sources are completely removed from external medium. This result underlines the role of glucose in the cellular defensive mechanism. Another important result is that the feedback dynamics is depending by the H2O2 dose applied to cells: stronger stimulation implies stronger response. It is a first limiting factor we identified while quantifying the cell death response to H2O2 stress. The results of cell death dose response are suggesting that the cell fate (survival or death) is also depending by both the control of the stimulus and the cellular metabolic state. In order to identify the metabolic pathways involved in the negative feedback induced by the oxidative stress, key molecules regulating the Phosphate Pentose Pathway (PPP) are modulated. We conclude that the orchestration of molecular network is more complex and PPP is the main but not the only network involved in the cellular defense. In this manuscript an experimental design is presented in order to study the adaptation responses to oxidative stress in real time. Our experiments are confirming the fast adaptation kinetics of NAD(P)H already observed in literature. We identify, for the first time, a second regulation mechanism where the glutathione system is restoring within 30 min during controlled H2O2 stimulation. The glucose metabolism is supporting the regeneration of this antioxidant system and PPP network is thus identified as the main negative feedback in the molecular adaptation here observed