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Gain- and loss-of-function studies of the BCL-2 family of proteins have shown that they can impact chemotherapeutic sensitivity. However, cells contain myriad anti-apoptotic and pro-apoptotic BCL-2 family members making it difficult to predict cell fate decisions based on the initial conditions of these proteins. BH3 profiling is a tool that measures mitochondrial priming, the readiness of a cell to die through the intrinsic (or mitochondrial) apoptotic pathway. Priming is due to the cumulative effect of the BCL-2 family of proteins that act as the gate keepers of the mitochondrial apoptotic pathway. Priming is measured by determining the sensitivity of mitochondria to perturbation by peptides derived from the BH3 domains of pro-apoptotic proteins. Using BH3 profiling, we now have a functional readout that can quantify priming and assess its contribution to drug sensitivity. Here we show that priming affects the sensitivity of acute myeloid leukemia (AML) cell lines to various standard chemotherapeutics, especially topoisomerase II inhibitors. Priming predicts clinical response to conventional induction chemotherapy as well as the long term maintenance of remission in AML patients. Interestingly, the priming of normal hematopoietic stem cells (HSCs) sits at the boundary line between the priming of cured and refractory patient AML. This HSC priming likely defines the therapeutic index since AML that are lower primed than HSCs are often refractory and cannot be cured without transplantation. Additionally, our BH3 profiles revealed that AML cells are more sensitive to BCL-2 antagonism than normal HSCs, which are primarily dependent on MCL-1. Indeed, we were able to kill primary refractory AML cells in vitro with the BCL-2 antagonist ABT-737 at doses that left HSCs unharmed. Cumulatively, these findings show that priming is a major mechanistic determinant of AML response in vitro and in the clinic to standard induction chemotherapy. With the ability to predict outcome, BH3 profiling may offer physicians and patients a promising tool for treatment decision-making.

Le mauvais repliement et l’auto-assemblage des peptides et protéines en fibres amyloïdes insolubles sont intrinsèquement associés à un large éventail de maladies, notamment la maladie d'Alzheimer et le diabète de type II (T2DM). Bien que les dépôts amyloïdes aient été caractérisés il y a plus d'un siècle, la structure précise des espèces protéiques provoquant la mort cellulaire et la dégénérescence tissulaire demeure encore inconnue. L’objectif de ce projet de thèse consiste à élucider les déterminants moléculaires modulant l’auto-assemblage amyloïde de l’islet amyloid polypeptide (IAPP) afin de mieux comprendre les caractéristiques physicochimiques et conformationnels de ce processus et d’identifier les espèces quaternaires cytotoxiques. L’agrégation de l’IAPP, une hormone peptidique composée de 37 résidus, et son dépôt subséquent sous forme d’amyloïdes insolubles dans les îlots pancréatiques sont associés à la progression du T2DM. Premièrement, nous avons évalué l’effet de la désamidation de l’asparagine, une modification post-traductionnelle non-enzymatique, sur l’amyloïdogénèse de l’IAPP et la toxicité sous-jacente. À cet égard, en combinant des analyses biophysiques à l’étude cinétique de l’auto-assemblage, nous avons observé que la conversion de l'Asn en Asp ou en isoAsp a un faible impact sur les positions 22, 31 et 35. Nos résultats exposent des contributions clés des résidus Asn aux position 14 et 21 dans le processus de d’auto-assemblage de l’IAPP. Cette première étude a permis de cibler l’Asn-21 afin de déterminer les protagonistes moléculaires et conformationnels associés à la cytotoxicité du peptide. Deuxièmement, en modifiant sélectivement la position Asn21, nous avons identifié de nouvelles conformations quaternaires cytotoxiques et révélé le rôle de charnière moléculaire joué par cette position. Notamment, la substitution de l’Asn21 par une Gln (N21Q) a conduit à la formation de fibres amyloïdes hautement toxiques avec des caractéristiques prototypiques des oligomères cytotoxiques, incluant une faible affinité envers la sonde thioflavine-T, une hydrophobicité de surface élevée, une grande flexibilité et la présence d’un épitope conformationnel reconnu par l’anticorps anti-oligomère A11. Les propriétés oligomériques des nanofilaments de N21Q, qui sont préservés lors de l'allongement des fibres, sont transmissibles à l'IAPP sauvage. L'identification de fibres cytotoxiques matures avec des caractéristiques oligomériques élargit la diversité et la complexité des amyloïdes et ces assemblages oligomer-like stables représentent une occasion unique d'élucider les caractéristiques structurales associées aux pathologies amyloïdes. Troisièmement, nous avons développé de nouveaux échafaudages moléculaires flexibles, soit des dendrimères de faible génération, afin de moduler le large ensemble conformationnel et l’amyloïdogénèse de l’IAPP. En outre, les dendrimères polysulfatés de génération G0 inhibent la formation d'amyloïde, tandis que les G1 accélèrent considérablement l'auto-assemblage de l'IAPP en longues fibres amyloïdes. Ces dendrimères polysulfatés G0 et G1 protègent les cellules β-pancréatiques contre la toxicité induite par l'IAPP. Ces résultats mettent en évidence que l’inhibition de la conversion structurale secondaire et l'accélération de la formation de fibres amyloïdes constituent des stratégies thérapeutiques prometteuses afin de réduire la toxicité pancréatique associée aux amyloïdes. Dans son ensemble, cette thèse ouvre de nouvelles perspectives mécanistiques supportant la conception de composés nanomoléculaires pour manipuler l'auto-assemblage de peptides amyloïdogéniques nativement désordonnés. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : islet amyloid polypeptide, fibres amyloïdes, auto-assemblage, oligomères, cytotoxicité, désamidation d'asparagine, dendrimères.

Retaining walls are widely used for stabilising earth slopes and supporting excavations. They often interact with soils which are unsaturated. However, retaining wall-unsaturated soil interaction has not been investigated in experiments and treated adequately in theories. In this research the very first experimental testing program to investigate aspects of how a rigid retaining wall interacts with unsaturated soils is conducted. Another first is the extension of slip line theory to unsaturated soils for the retaining wall problem. The research characterises the unsaturated silty sand soil used in the experiments, with mechanical properties investigated using triaxial compression tests, and hydraulic properties using pressure plate tests and mercury intrusion porosimetry. Observed strength gains due to suction are described successfully using the effective stress concept. Also, water retention and hydraulic hysteresis are successfully represented by a fractal-based water retention model. The research details the development and validation of a new testing facility and set of procedures for carrying out retaining wall model tests in unsaturated soils. This includes a new compaction technique employing a hand-held electric percussion hammer to prepare samples at targeted moisture contents and densities. Also, a system is developed to saturate commercially available vibrating wire piezometers for reliable suction measurements during testing. Furthermore, soil displacements are successfully determined using particle image velocimetry. Results of five retaining wall model tests are presented in full. For each a rigid retaining wall is rotated about its toe into a sample, compacted at different combinations of moisture content and density. Both density and moisture content are found to affect the loads the soil exerted on the wall, the earth pressures mobilised, the depths of passive thrusts, and suction variations as wall rotation occurred. Guidelines are given on how these aspects may be incorporated into retaining wall design. The slip line theory demonstrates that suction increases the limiting passive earth pressures. Suction also influences soil displacements as the wall undergoes a rotation increment. Although the theory can not capture discontinuities in the measured soil displacements, it does predict average values of earth pressures to a reasonable accuracy.