[PDF] Régulation de lautophagie dans les cellules de glioblastome

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UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL

RÉGULATION

DE L'AUTOPHAGIE DANS LES CELLULES DE

GLIOBLASTOME HUMAIN U87 : UN NOUVEAU RÔLE CRUCIAL POUR LE

DOMAINE CYTOPLASMIQUE DE MTl-MMP

THÈSE

PRÉSENTÉE

COMME

EXIGENCE PARTIELLE

DU DOCTORAT

EN BIOCHIMIE

PAR

JONATHAN PRATT

JUIN 2016

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL

Service des bibliothèques

Avertissement

La diffusion de cette thèse se fait dans

le respect des droits de son auteur, qui a signé le formulaire Autorisation de reproduire et de diffuser un travail de recherche de cycles supérieurs (SDU-522-Rév.0?-2011 ). Cette autorisation stipule que "conformément à l'article 11 du Règlement no 8 des études de cycles supérieurs, [l'auteur] concède à l'Université du Québec à Montréal une licence non exclusive d'utilisation et de publication de la totalité ou d'une partie importante de [son] travail de recherche pour des fins pédagogiques et non commerciales.

Plus précisément, [l'auteur] autorise

l'Université du Québec à Montréal à reproduire, diffuser, prêter, distribuer ou vendre des copies de [son] travail de recherche à des fins non commerciales sur quelque support que ce soit, y compris l'Internet. Cette licence et cette autorisation n'entraînent pas une renonciation de [la] part [de l'auteur] à [ses] droits moraux ni à [ses] droits de propriété intellectuelle. Sauf entente contraire, [l'auteur] conserve la liberté de diffuser et de commercialiser ou non ce travail dont [il] possède un exemplaire.» "Il n'y a que deux façons de vaincre le cancer: aimer et continuer

à sourire quoi qu'il advienne».

Alice Parizeau, Écrivaine [1930-1990]

À tous ceux et celles qui combattent chaque jour ...

REMERCIEMENTS

13 décembre 2008 ... date qui a été décisive dans mon choix de carrière et dans

1' orientation de mon chemin de vie. Mon grand-père a succombé à un cancer des

poumons avec de multiples métastases à l'âge de 68 ans. Ayant déjà entrepris mon baccalauréat en biochimie, je me suis promis de m'engager dans la recherche contre le cancer afin de faire la différence dans la vie des gens atteints par cette maladie. À l'arrivée de la ses ion Hiver 2010, le professeur Borhane Annabi m'a donné la chance de découvrir le vaste monde de l'oncologie.

J'ai terminé mes études sous

graduées et j'ai débuté une maîtrise dans le laboratoire du professeur Annabi.

L'originalité et l'innovation

du projet de recherche m'ont permis d'effectuer un passage accéléré au doctorat. Depuis les 5 dernières années, M. Annabi a donc joué un rôle clé, tant dans ma vie personnelle que professionnelle, en me transmettant d'innombrables qualités et valeurs que je crois essentielles pour un chercheur. Persévérance, fougue, détermination, rigueur scientifique et passion sont des mots qui prennent tout leurs ens quand on entre dans son laboratoire ou dans son bureau. Ses fameuses phrases comme : "Tout est sous contrôle? » et "Tu tiens le coup? » ont été pour moi un signe d'attention, de préoccupation et de soutien constant et resteront gravées dans ma mémoire. Je remercie donc chaleureusement mon directeur de recherche, Dr Borhane Annabi, pour son temps, son engagement et son dévouement envers moi ainsi que pour tous les moments d'échanges scientifiques et sur la vie en générale. Comme il l'a toujours si bien dit dans les rencontres de début d'année: "Si vous êtes prêts à adopter ma philosophie, vous embarquez dans le train. Sinon, vous débarquez! » .Aujourd'hui, je peux confirmer qu'acheter un billet pour ce train a été la meilleure décision que je pouvais prendre pour m'as urer un début de carrière scientifique très prometteur. Merci mille fois! lV Je tiens aussi à remerc1er tous les gens qui ont contribué au succès des travaux présentés dans cette thèse. À l'UQAM, je remercie les professeurs René Roy et Steve Bourgault pour leur contribution scientifique et technique. Ensuite, je tiens à remercier M. Denis Flipo pour son temps et son expertise scientifique dans les domaines de la microscopie et la cytométrie en flux. Je tiens également à remercier les professeurs Sarah Jenna, Joanne Paquin, Richard Desrosiers, Diana Averill, Marc Lussier et Nicolas Pilon qui m'ont aidé non seulement à acquérir de solides connaissances en matière de biochimie, mais aussi à développer mon sens critique à travers les différents cours suivis pendant mes études graduées.

Évidemment,

un environnement de travail stimulant est un élément esssentiel afin de bien mener à terme un projet d'envergure comme celui-ci. De manière chronologique, je tiens donc à remercier tous les collègues de travail dont j'ai eu la chance de côtoyer : Éric, Élizabeth, Sabrina, Naoufal, Hind, Rima, Alain, Michel, Aroua, Hana, Paula, Laurence, Chirine, Djahida, Pascale, les deux Samuel, Bayader, Mustapha, Clémence, David, Cyndia, Évelyne, Nicola , Julie, Annie, Khadidja et Sylvie pour votre temps, vos questions, votre bonne humeur et surtout pour votre attitude positive et fêtarde que vous apportiez chaque jour dan le laboratoire.

Je réserve

un merci tout spécial à M. Sébastien Proulx-Bonneau, ancien collègue de travail et superviseur lors de mon premier stage dans le laboratoire, pour m'avoir appris toutes les techniques de base dans le laboratoire et aussi pour m'avoir transmis son éthique de travail et sa curiosité. Ensuite, je ne peux passer sous silence une extraordinaire demoiselle que j'ai côtoyée depuis mon arrivée dans le laboratoire. Pour tous ces moments passés dans la salle de culture au 3e étage, dans le laboratoire, dans le bureau et dans le différents congrès (dont les fameuses journée

GEPROM) à

se raconter des histoires et à rire aux éclats jusqu'à en pleurer, Amélie Vézina, je te remercie du fond du coeur. v Je tiens aussi à remercier les différents organismes subventionnaires (CRSNG, FRQNT) pour le soutien financier du projet de recherche. J'aimerais également remercier ces mêmes organismes ainsi que la fondation de l'UQAM pour les différents prix et bourses que j'ai obtenus au fil de mes études universitaires. Je dois aussi remercier le centre de recherche BioMed pour le prix qui m'a été attribué lors du

9e colloque annuel en 2013.

Je désire aussi remercier les membres du jury qui ont consacré leur précieux temps à lire et à évaluer cette thèse.

Dans un ordre plus personnel,

je tiens absolument à réserver mes remerciements les plus importants envers mes parents, Lise Ferland et Robert

Pratt, et ma soeur,

Jennifer, sans qui

je n'aurais jamais eu la chance d'entreprendre cette longue et périeuse route universitaire. Un grand merci pour tous les sacrifices que vous avez faits et que vous faites encore pour me donner la vie la plus facile possible. Vous avez toujours été derrière moi pour me soutenir dans les hauts et les bas de la vie. Je vous remercie du plus profond de mon coeur de m'avoir donné la vie et surtout d'être présents à chaque seconde de mon existence. Je vous dois absolument tout. Finalement, mon dernier remerciement est le plus spécial. Durant les trois dernières années passées dan le laboratoire, une femme extraordinaire m'est tombée dans l'oeil. Cette femme sensible, attentionnée, respectueuse, charmante, généreuse, aventureuse et extrêmement jolie m'a donné le goût de continuer et de me surpasser. Elle prend soin de moi comme la prunelle de es yeux. Elle est mon rayon de soleil.

Grâce à elle,

je suis devenu un meilleur homme. Je veux donc remercier infiniement cette collègue de travail qui est devenue, au courant de 1' année 2015, ma fiancée et mon épouse. Amira Ouanouki, je t'aime de tout mon coeur et je te remercie d'être toujours là pour moi et d'avoir accepté de vivre ta vie avec moi.

TABLE DES MATIÈRES

LISTE DES FIGURES ................................................................................................ X

LISTE DES TABLEAUX ........................................................................................ XIII

LISTE DES ABBRÉVIA TIONS, SIGLES ET ACRONYMES ............................. XIV

RÉSUMÉ .............................................................................................................. XVIII

CHAPITRE I

LE CANCER .................................................................................................

............... 1

1.1 Généralités ........................................................................................................... 1

1

.2 Tumeurs cérébrales .............................................................................................. 5

1.2.1 Types, grades et caractéristiques des tumeurs cérébrales

.......................... 5

1.2.2 Tumeurs astrocytaires ......

.......................................................................... 8

1.3 Les glioblastomes multiformes .......................................................................... 12

1.3.1 Types de glioblastomes ............................................................................ 12

1.3.2 Traitements conventionnels et stratégies thérapeutiques .........................

14

1.3.3 Phénotype de résistance ........................................................................... 18

CHAPITRE II

L'AUTOPHAGIE ....................................................................................................... 23

2.1 Généralités ......................................................................................................... 23

2.2 Mécanismes de l'autophagie ............................................................................. 25

2.2.1 Macroautophagie ...................................................................................... 26

2.2.2 Microautophagie ....................................

.................................................. 29

2.2.3 Autophagie médiée par les protéines chaperones .................................... 31

2.3 Fonctions de l'autophagie .................................................................................. 32

2.3.1 Fonctions physiologiques .............

............................................................ 32

2.3.2 Fonctions pathologiques ........

.................................................................. 33 Vll

2.4 Autophagie et cancer ......................................................................................... 35

2.4.1 Induction et régulation de 1' autophagie dans le cancer. ........................... 37

2.4.2 Rôle de 1' autophagie dans le cancer..

....................................................... 41

CHAPITRE III

LES MÉTALLO PROTÉASES MATRICIELLES ..................................................... 46

3.1 La matrice extracellulaire .................................................................................. 46

3.2 Les propriétés et caractéristiques des MMPs .................................................... 47

3.2.1 Structure et activation des MMPs ............................................................ 47

3.2.2 Régulation des MMPs .............................................................................. 52

3.2.3 Fonctions des MMPs ................................................................................ 55

3.3 MTl-MMP ........................................................................................................ 59

3.3.1 Activation et régulation ............................................................................ 59

3.3.2 Fonctions de MT1-MMP ......................................................................... 64

3.3.3 Le domaine cytoplasmique et ses protéines d'interaction ....................... 68

CHAPITRE IV

PROJET DE RECHERCHE

4

.1 Problématique .................................................................................................... 70

4.2 Hypothèse de travail ........................................................................................ 72

4.3 Objectifs de recherche ......................................

................................................. 73

CHAPITRE V

ARTICLE 1 : CONCANAVALIN-A-INDUCED AUTOPHAGY BIOMARKERS

REQUIRES MEMBRANE

TYPE-1 MATRIX METALLOPROTEINASE

INTRACELLULAR SIGNALLING IN GLIOBLASTOMA CELLS ....................... 74

5.1 Contributions .............................................................................

........................ 74

5.2 Résumé

.............................................................................................................. 76

5.3 Abstract. ......

....................................................................................................... 77

5.4 Introduction ....................................................................................................... 78

5.5 Results ............................................................................................................... 80

5.6 Discu sion .......................................................................................................... 84

5.7 Material and methods ........................................................................................ 88

Vlll

5.9 Figures ............................................................................................................... 92

CHAPITRE

VI

ARTICLE

2: INDUCTION OF AUTOPHAGY BIOMARKER BNIP3 REQUIRES

A JAK2/STAT3 AND MT1-MMP SIGNALING INTERPLAY IN

CONCANAVALIN-A-ACTIVATED

U87 GLIOBLASTOMA CELLS .................. 99

6.1 Contributions ..................................................................................................... 99

6.2 Résumé ............................................................................................................ 101

6.3 Abstract. ........................................................................................................... 102

6.4 Introduction ..................................................................................................... 103

6.5 Material and methods ...................................................................................... 106

6.6 Results ............................................................................................................. 110

6.7 Discussion ........................................................................................................ 114

6.8 Conclusion ........

............................................................................................... 117

6.9 Acknowledgements ......................................................................................... 117

6.10 Figures ............................................................................................................. 118

CHAPITRE VII

ARTICLE 3 : EVIDENCE

OF MTCBP-1 INTERACTION WITH THE

CYTOPLASMIC DOMAIN OF MTl-MMP: IMPLICATIONS IN THE AUTOPHAGY CELL INDEX OF HIGH-GRADE GLIOBLASTOMA. ............... 126

7.1 Contributions

................................................................................................... 126

7.2 Résumé ...................................

......................................................................... 128

7.3 Abstract. ........................................................................................................... 129

7

.4 Introduction ..................................................................................................... 130

7.5 Material and methods ...................................................................................... 133

7.6 Results ............................................................................................................. 138

7.7 Discussion ........................................................................................................ 143

7.8 Acknowledgements ......................................................................................... 146

7

.9 Figures ............................................................................................................. 147

IX

CHAPITRE VIII

DISCUSSION ........................................................................................................... 160

8.1 L'autophagie, une stratégie thérapeutique contre le glioblastome? ................ 164

8.2 Existe-t-il une redondance fonctionnelle entre les MT -MMPs? ..................... 170

8.3 Vers un ciblage fonctionnel et thérapeutique des MT-MMPs ......................... 175

CONCLUSION ......................................................................................................... 179

APPENDICE A: AUTRES CONTRIBUTIONS SCIENTIFIQUES ...................... 181 APPENDICE B : ARTICLE EN PRÉPARATION .................................................. 185 APPENDICE C: CHAPITRE DE LIVRE ............................................................... 214 APPENDICE D: PARTICIPATION À DES CONGRÈS SCIENTIFIQUES ......... 266

BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................... 268

LISTE DES FIGURES

Figure

Page

1.1 Caractéristiques biochimiques fondamentales des cellules cancéreuses ......... .4

1.2 Principales altérations génétiques induites au cours de la progression tumorale

astrocytaire ......................................................................................................

11

1.3 Exemple d'un cerveau de patient atteint d'un glioblastome récurrent qui a subi

une thérapie combinant le carboplatine et le bevacizumab ............................. 17

2.1 Les cause et les conséquences de 1 'induction de 1' autophagie ...................... 25

2.2 Schématisation des trois types d'autophagie non sélective (NSA) ................. 27

2.3 L'implication de l'autophagie dans différentes pathologies ........................... 34

2.4 L'induction de l'autophagie dans le

cancer: Une Jarne à double-tranchant. .. 36 2.5 Rôles pro-et anti-tumoraux de l'autophagie dans différents stades du cancer. 43

3.1 Repré entation de la structure des 24 métalloprotéases matricielles (MMPs)

humaines classées par famille ......................................................................... 49

3.2 Éléments de régulation dans le promoteur

du gène MMP-14 humain (MT1-

MMP) .............................................................................................................. 61

3.3 Structure de MTl-MMP et rôles/fonctions de ses domaines catalytiques,

hémopexine et cytoplasmique ...... ................................................................... 65

3.4 Mécanisme d'activation de la proMMP-2 ....................................................... 67

5.1 High cell surface mannopyranoside residues contribute to lectin-induced

autophagy ........................................................................ .. 92

5.2 Concanavalin-A triggers

proMMP-2 activation and autophagy ..................... 93

5.3 Concanavalin-A-induced autophagy is independent of MT1-MMP

extracellular catalytic function ........................................................................ 94

Xl

5.4 Gene silencing of MTl-MMP gene expression antagonizes Concanavalin-A-

induced autophagy .......................................................................................... 95

5.5 The intracellular cytosolic domain of MTl-MMP is required to trigger

autophagy ....................... ................................................................................. 96

5.6 Concanavalin-A-induced autophagy related genes are reduced in s

iMTl-MMP

transfected U87 cells ....................................................................................... 97

5.7 Transcriptional regulation

ofBNIP3, ATG3, ATG12, ATG16Ll and

ATG16L

2 expression i signalled through MT1-MMP's intracellular domain.

························································································································· 98

6.1 Gene silencing

of MT1-MMP inhibits BNIP3 induction by Concanavalin-A.

····················································· 118

6.2 JAK2 inhibition antagonizes Concanavalin-A-induced acidic vacuole

formation and BNIP3 expression . ................................................................. 119

6.3 MT

1-MMP expression is required to trigger STAT3 phosphorylation by

Concanavalin-A ........

..................................................................................... 120

6.4 Schematic representation of the correlation between MT1-MMP, BNIP3, and

STA T3 phosphorylation statu s ...................................................................... 121

6.5 The intracellular domain of MT 1-MMP i required to trigger BNIP3

expression

...................................................................................................... 122

6.6 JAK2 is required to reguJate BNIP3 but not MT1-MMP tran cription upon

Concanavalin-A treatment.

........................................................................... 123

6.7 MT 1-MMP-mediated induction of BNIP3 and of STA T3 phosphorylation

requires JAK2 . ............................................................................................... 124

6.8 A MT1-MMP-JAK-STAT signalling axis regulates BNIP3 expression

...... 125

7.1 MT1-MMP and MTCBP-1 gene expression profiling in grade 1-IV brain

tumour tissues .. .............................................................................................. 147

7.2 FRET-and

SPR-based evidence ofMTCBP-1 recruitment and interaction with MT1-MMP 's cytoplasmic domain in U87 glioblastoma cells .............. 148

7.3 MT1-MMP overexpression triggers autophagy events and i abrogated by

MTCBP-1 ...........................

........................................................................... 150

7.4 Overexpression of MTCBP-1 inhibits MT1-MMP-mediated induction of LC3

puncta ..................... ....................................................................................... 151 Xli

7.5 Concanavalin-A-induced autophagy requires MT1-MMP and is abrogated by

MTCBP-1 overexpression ............................................................................. 153

7.6 Overexpression of recombinant MTCBP-1 reduces the MT1-MMP/MTCBP-1

ratio and regulates MT1-MMP-mediated autophagy .................................... 155

7 .S 1 Validation of recombinant MTCBP-1 expression in U87 glioblastoma-

transfected cells ........ ..................................................................................... 156

7.S2 Irnrnunoprecipitation of recombinant MTCBP-1 by MT1-MMP in MTCBP-1

overexpressing U87 glioblastoma cells ......................................................... 157

7.S3 Validation of recombinant MT1-MMP and MTCBP-1 protein overexpression

efficacy in U87 glioblastoma cells ................................................................ 158

7 .S4 Quantification of puncta formation confirms th at overexpression of MTCBP-1

inhibits MT1-MMP-mediated induction ofLC3 puncta ............................... 159

8.1 Stratégies thérapeutiques utilisées contre le cancer en ciblant l'autophagie. 166

8.2 Scénarios de thérapies anti-cancer impliquant une interaction entre les

proce ssus d' apoptose et d'autophagie ........................................................... 168

8.3 Alignement des séquences protéiques des domaines cytoplasmiques des 6

MT-MMPs ............

......................................................................................... 172

8.4 Schéma récapitulatif intégrant les trois articles présentés dans les chapitres III,

IV et

V ........................................................................................................... 180

B.1 MTl-MMP and LRP-1 gene expression profiling in grades I-IV brain tumour

tissues ............................................................................................................ 203

B.2 Silencing of MTl-MMP increases An2 internalization ................................ 204 B.3 Inhibition of MMP by broad-range inhibitors triggers An2 internalization. 205 B.4 MTl-MMP overexpression decreased An2 internalization .......................... 206 B.5 MT1-MMP-mediated shedding of LRP-1 requires MMP catalytic function .

................................................................................................................... 207

LISTE DES TABLEAUX

Tableau

Page

1.1 Classification des tumeurs du système nerveux central (SNC) selon l'OMS ... 7

3.1 Implications des métalloprotéases matricielles

(MMPs) dans diverses pathologies ..... ................................................................................................. 57

8.1 Niveaux d'expression relatifs des six MT-MMPs en fonction du grade

tumoral. .......... ............................................................................................... 171 ADAM ADN ADNe AG490 AKT AMP AMPK ARN ARNi ATG ATP AVO BECNl BHE BNIP3

BNIP3L

BSA CGA CDquotesdbs_dbs27.pdfusesText_33

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