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Huntington’s disease (HD) is a hereditary neurodegenerative disease caused by an expansion of CAG codons in the Huntingtin gene. It is characterized by the death of striatal neurons and the presence of mutant Huntingtin (mHtt) aggregates. In pathological conditions, as in HD, astrocytes change and become reactive. Astrocyte reactivity is characterized by morphological and significant transcriptomic changes. Astrocytes are essential for the proper functioning of neurons but the functional changes associated with reactivity are still unclear.To better understand the roles played by reactive astrocytes in HD, we took advantage of our recently developed viral vectors that infect selectively astrocytes in vivo and either block or induce reactivity, through manipulation of the JAK2-STAT3 pathway. We used these vectors in two complementary mouse models of HD and found that reactive astrocytes decrease the number and the size of mHtt aggregates that mainly form in neurons. Reduced mHtt aggregation was associated with improvement of neuronal alterations observed in our mouse models of HD. A genome-wide transcriptomic analysis was performed on acutely sorted reactive astrocytes and revealed an enrichment in genes linked to proteolysis. Lysosomal and proteosomal activities were also increased in reactive astrocytes in HD mice. Moreover, we show that reactive astrocytes degrade more efficiently their own mHtt aggregates, suggesting that these cells could siphon mHtt away from neurons. Alternatively, several chaperones were induced in reactive astrocytes. In particular, the co-chaperone DNAJB1/Hsp40 was upregulated in reactive astrocytes and was present in exosomal fraction from HD mouse striatum. Loss and gain of function experiments suggest that this chaperone is involved in the beneficial effects of reactive astrocytes on mHtt aggregation and neuronal status. Therefore, reactive astrocytes could release anti-aggregation proteins that could promote mHtt clearance in neurons.Overall, our data show that astrocytes, by becoming reactive in HD, develop a protective response that involves complex bidirectional signaling with neurons to reduce mHtt aggregation., La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative causée par une extension de répétitions du codon CAG dans le gène de la Huntingtine (Htt). Cette maladie est caractérisée par la mort des neurones striataux et la présence d’agrégats de Htt mutée (mHtt). De plus, au cours de la MH, les astrocytes, qui sont essentiels au bon fonctionnement neuronal, changent d’état et deviennent réactifs. La réactivité astrocytaire est caractérisée par des changements morphologiques et transcriptomiques mais l’impact fonctionnel de cette réactivité reste peu compris.Afin d’étudier le rôle des astrocytes réactifs dans la MH, nous avons utilisé des vecteurs viraux récemment développés par notre équipe, qui induisent ou bloquent la réactivité astrocytaire in vivo en ciblant la voie JAK2-STAT3. Nous avons montré que les astrocytes réactifs diminuent le nombre et la taille des agrégats de mHtt majoritairement présents dans les neurones. Ceci est associé à l’amélioration de plusieurs altérations neuronales observées dans ces modèles. Une analyse transcriptomique réalisée sur des astrocytes réactifs révèle des changements majeurs d’expression de gènes liés aux systèmes de protéostasie. De plus, l’activité du lysosome et du protéasome est augmentée dans les astrocytes réactifs de souris modèles de la MH. Nous montrons également que les astrocytes réactifs éliminent plus efficacement leurs propres agrégats de mHtt, suggérant qu’au cours de la MH, ces cellules pourraient dégrader plus efficacement la mHtt provenant des neurones. De plus, certaines protéines chaperonnes sont induites dans les astrocytes réactifs. En particulier, la co-chaperonne DNAJB1/Hsp40 est surexprimée dans les astrocytes réactifs et est retrouvée dans les exosomes isolés à partir de striata de souris MH. Des expériences de gain et perte de fonction suggèrent que cette chaperonne est impliquée dans les effets bénéfiques des astrocytes réactifs sur l’agrégation de la mHtt et l’état des neurones. Les astrocytes réactifs pourraient donc libérer des protéines anti-agrégantes qui favorise l’élimination de la mHtt dans les neurones.Notre étude montre que les astrocytes peuvent, en devenant réactifs au cours de la MH, acquérir des propriétés bénéfiques pour les neurones et favoriser, via un dialogue complexe avec les neurones, l’élimination des agrégats de mHtt.

Non communiqué; Le mélanome cutané est un cancer très agressif, responsable de 80% des décès liés aux cancers de la peau. Le mélanome métastatique (MM) est souvent résistant à la radiothérapie et aux chimiothérapies. Sa progression est majoritairement initiée par des mutations oncogéniques des gènes BRAF et NRAS activant la voie de prolifération MEK/ERK. Le MM est difficile à traiter malgré le succès de nouveaux traitements (thérapies ciblant l’oncogène BRAFV600E et immunothérapies), qui sont cependant limités à certains patients. De plus l'émergence de résistances ne permet pas d’obtenir une réponse durable, ce qui incite à rechercher de nouvelles cibles tumorales. Dans les cellules cancéreuses, l’accumulation d’altérations génétiques et le fort index prolifératif accroissent leur addiction aux mécanismes de contrôle de la qualité du protéome, comme le système ubiquitine-protéasome (UPS). L’UPS comprend une machinerie protéolytique (le protéasome 26S) et un réseau d’enzymes régulant l’ubiquitination de protéines cibles. La réaction enzymatique de retrait de l’ubiquitine est la déubiquitination, réalisés par de protéases spécifiques appelées DéUBiquitinases (DUBs). Malgré l’importance des DUBs dans de nombreuses situations pathologiques comme le cancer, leur implication dans la physiopathologie du mélanome est mal connue. Afin d’identifier des DUBs dont l’activité est modulée dans le mélanome, nous avons utilisé une méthode d’étiquettage biochimique in vitro des DUBs actives (‘’DUB trap assay’’) qui nous a permis d’identifier USP14 (Ubiquitin Specific Protease 14) dont l’activité est augmentée dans nos lignées de mélanome par rapport aux mélanocytes. USP14 est associée physiquement au protéasome, avec un rôle important sur la protéostasie cellulaire en général. L’analyse de données bioinformatiques publiques confirme l’importance de USP14 dans le mélanome en associant l’expression du gène USP14 à la progression du mélanome et à un mauvais pronostic. Nous avons ensuite montré que cibler USP14 par des approches génétique (siRNA) ou pharmacologique (inhibiteurs de l’activité) a un effet anti-mélanome in vitro et in vivo, associé à une accumulation de protéines polyubiquitinées, générant un stress du réticulum endoplasmique, la dépolarisation de la mitochondrie et une production de ROS, aboutissant à une mort indépendante des caspases. Cet effet cytotoxique est obtenu indépendamment du statut mutationnel des protéines oncogéniques (BRAFV600E, NRAS, NF1), des suppresseurs de tumeurs (TP53, PTEN), du niveau de résistance aux thérapies ciblées ou du statut phénotypique des mélanomes. Ces résultats indiquent que USP14 représente une nouvelle cible thérapeutique pertinente dans le mélanome. Dans la continuité de ces travaux, j’ai cherché à identifier d'autres DUBs pouvant jouer un rôle dans la prolifération et la survie des cellules de mélanome en réalisant le criblage d'une banque de siRNA ciblant 90 DUBs sur une lignée de cellules de mélanome. Outre le fait de confirmer l’implication de USP14 dans la prolifération du mélanome, ce criblage génétique révèle que la déplétion d’une autre DUB associée au protéasome a un puissant effet antiprolifératif sur les cellules de mélanome. Nos travaux préliminaires montrent que le ciblage de cette nouvelle DUB se traduit par un arrêt de prolifération suivi d’une mort cellulaire associée à des dommages à l’ADN in vitro et in vivo. Dans l’ensemble, mes travaux de thèse révèlent un rôle essentiel des DUBs associées au protéasome dans la prolifération et la survie du mélanome, et ouvrent la piste à de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant les mécanismes aberrants de la protéostasie tumorale de ce cancer.

Non communiqué, Le mélanome cutané est un cancer très agressif, responsable de 80% des décès liés aux cancers de la peau. Le mélanome métastatique (MM) est souvent résistant à la radiothérapie et aux chimiothérapies. Sa progression est majoritairement initiée par des mutations oncogéniques des gènes BRAF et NRAS activant la voie de prolifération MEK/ERK. Le MM est difficile à traiter malgré le succès de nouveaux traitements (thérapies ciblant l’oncogène BRAFV600E et immunothérapies), qui sont cependant limités à certains patients. De plus l'émergence de résistances ne permet pas d’obtenir une réponse durable, ce qui incite à rechercher de nouvelles cibles tumorales. Dans les cellules cancéreuses, l’accumulation d’altérations génétiques et le fort index prolifératif accroissent leur addiction aux mécanismes de contrôle de la qualité du protéome, comme le système ubiquitine-protéasome (UPS). L’UPS comprend une machinerie protéolytique (le protéasome 26S) et un réseau d’enzymes régulant l’ubiquitination de protéines cibles. La réaction enzymatique de retrait de l’ubiquitine est la déubiquitination, réalisés par de protéases spécifiques appelées DéUBiquitinases (DUBs). Malgré l’importance des DUBs dans de nombreuses situations pathologiques comme le cancer, leur implication dans la physiopathologie du mélanome est mal connue. Afin d’identifier des DUBs dont l’activité est modulée dans le mélanome, nous avons utilisé une méthode d’étiquettage biochimique in vitro des DUBs actives (‘’DUB trap assay’’) qui nous a permis d’identifier USP14 (Ubiquitin Specific Protease 14) dont l’activité est augmentée dans nos lignées de mélanome par rapport aux mélanocytes. USP14 est associée physiquement au protéasome, avec un rôle important sur la protéostasie cellulaire en général. L’analyse de données bioinformatiques publiques confirme l’importance de USP14 dans le mélanome en associant l’expression du gène USP14 à la progression du mélanome et à un mauvais pronostic. Nous avons ensuite montré que cibler USP14 par des approches génétique (siRNA) ou pharmacologique (inhibiteurs de l’activité) a un effet anti-mélanome in vitro et in vivo, associé à une accumulation de protéines polyubiquitinées, générant un stress du réticulum endoplasmique, la dépolarisation de la mitochondrie et une production de ROS, aboutissant à une mort indépendante des caspases. Cet effet cytotoxique est obtenu indépendamment du statut mutationnel des protéines oncogéniques (BRAFV600E, NRAS, NF1), des suppresseurs de tumeurs (TP53, PTEN), du niveau de résistance aux thérapies ciblées ou du statut phénotypique des mélanomes. Ces résultats indiquent que USP14 représente une nouvelle cible thérapeutique pertinente dans le mélanome. Dans la continuité de ces travaux, j’ai cherché à identifier d'autres DUBs pouvant jouer un rôle dans la prolifération et la survie des cellules de mélanome en réalisant le criblage d'une banque de siRNA ciblant 90 DUBs sur une lignée de cellules de mélanome. Outre le fait de confirmer l’implication de USP14 dans la prolifération du mélanome, ce criblage génétique révèle que la déplétion d’une autre DUB associée au protéasome a un puissant effet antiprolifératif sur les cellules de mélanome. Nos travaux préliminaires montrent que le ciblage de cette nouvelle DUB se traduit par un arrêt de prolifération suivi d’une mort cellulaire associée à des dommages à l’ADN in vitro et in vivo. Dans l’ensemble, mes travaux de thèse révèlent un rôle essentiel des DUBs associées au protéasome dans la prolifération et la survie du mélanome, et ouvrent la piste à de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant les mécanismes aberrants de la protéostasie tumorale de ce cancer.

La protéostasie désigne l’ensemble de stratégies développées par la cellule pour assurer la préservation de son protéome. Parmi celles-ci on peut citer le contrôle du repliement, de la concentration, et de la distribution des protéines. Les neurones en raison de leur importante activité métabolique représentent une population cellulaire particulièrement vulnérable à l’altération de la protéostasie, auquel cas on parle de protéinopathie. C’est notamment le cas des tauopathies et β-amyloidopathies, deux troubles neurodégénératifs, respectivement caractérisés par le dysfonctionnement de la protéine tau et du peptide amyloïde-β (Aβ). La protéine tau par le biais de son état de phosphorylation contrôle la stabilisation des microtubules, tandis que l’Aβ issu du clivage de l’APP (Amyloid Precursor Protein) serait impliqué dans la plasticité synaptique ; de telle sorte que l’altération du fonctionnement ou de la protéostasie de ces deux molécules engendre de graves troubles neuronaux. Le glaucome, principale cause de cécité irréversible au monde, est une neuropathie dégénérative caractérisée par la perte spécifique des somas des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) et de leurs axones dans le nerf optique. Bien que l’hypertension oculaire (HTO) soit le principal facteur de risque, on ignore la cause du glaucome raison pour laquelle il n’existe aucun remède contre la maladie. La maladie d’Alzheimer (MA), principale cause de démence, est caractérisée par la présence d’enchevêtrement neurofibrillaires formés de la protéine tau dans les neurones et de plaques séniles constitué d’agrégats d’Aβ dans le parenchyme cérébral. De manière surprenante, de nombreuses études révèlent que le glaucome et la MA présentent de nombreux points communs. C’est ainsi que des agrégats d’Aβ et de tau ont été trouvés dans les CGR de sujets atteints du glaucome. De même les sujets victimes de la MA présentent des déficits visuels et une dégénérescence des CGR. Vu l’importance de tau pour la physiologie neuronale et son rôle de médiateur de la toxicité d’Aβ, nous proposons l’hypothèse selon laquelle le dysfonctionnement de la protéine tau résulte en la perte des CGR. Les résultats présentés dans cette thèse reposent sur deux modèles expérimentaux de neurodégénérescence : un modèle de glaucome dépendant de HTO chez les rats (modèle de Morrison) et le modèle 3xTg de la MA chez lequel les souris expriment des mutations dans la protéine tau et la voie Aβ (PS1M146V, APPSWE, TauP301L). Chez ces animaux nous avons prélevé la rétine, le nerf optique et le cerveau, sur lesquels nous avons étudié l’expression, la distribution, et la neurotoxicité de tau par western blot, immunohistochimie et PCR quantitative. Nos résultats révèlent que comparativement aux contrôles sains, les rétines malades (glaucome et MA) présentent une accumulation de tau anormalement phosphorylée, tandis que son expression génique reste inchangée. Cette hausse de tau est la conséquence de sa relocalisation vers le compartiment somatodendritique et le segment axonal intrarétinien des CGR, ceci au détriment des axones myélinisés inclus dans le nerf optique. Nos données montrent que les CGR 3xTg présentent une baisse drastique du transport axonal antérograde, indiquant que l’altération de la distribution de tau pourrait être à la base de cette perte de fonction axonale. Finalement, nous démontrons que l’accumulation de tau dans la rétine malade provoque éventuellement la mort des CGR. Au total, cette thèse démontre que les rétines atteintes du glaucome et de la MA présentent les manifestations cardinales des tauopathies à savoir l’accumulation, l’altération de la phosphorylation, et une distribution anormale de tau le tout culminant en la perte de fonction et la dégénérescence des CGR., Proteostasis refers to a set of strategies developed by the cell to ensure the maintenance of its proteome. These strategies include the control of protein folding, the amount, and the distribution of the proteins. Neurons are endowed with a high metabolic rate and, as such, are highly vulnerable to alterations in proteostasis, a situation referred to as proteinopathy. Tauopathies and β-amyloidopathies are two such instances wherein tau and amyloid-β, respectively, undergo dysfunction. Tau protein is a microtubule stabilising protein which function is regulated by its phosphorylation state, while Aβ a product of the cleavage of APP (Amyloid Precursor Protein) which is thought to be involved in the regulation of synaptic plasticity. Therefore, functional or proteostatic alterations of these proteins result in harmful consequences for neurons. Glaucoma, the main cause of irreversible blindness, is a degenerative optic neuropathy characterised by the selective loss of retinal ganglion cells (RGC) and their axons in the optic nerve. Although ocular hypertension (OHT) is the main risk factor for the development of glaucoma, the cause of the disease is still unknown. There is currently no cure for glaucoma and the only available treatment is to reduce OHT pharmacologically or surgically. Alzheimer’s disease, the main cause of dementia, is characterized by the presence of neurofibrillary tangles made of tau protein in neurons and senile plaques made of Aβ in the cerebral parenchyma. Intriguingly, several studies have shown that glaucoma and AD share several common features. For instance, aggregates of tau and Aβ have been described in the retina of glaucoma subjects. Likewise, AD patients show visual defects associated with RGC degeneration. Mindful of the importance of tau for neuronal physiology, and of its role as mediator of Aβ toxicity, we put forward the hypothesis that tau protein alterations leads to RGC dysfunction and death. vii The results presented in this thesis were based on two experimental models of neurodegeneration: a model of OHT-dependent glaucoma in rats leading to RGC death (Morrison model), and the 3xTg model of AD wherein mice overexpress mutant forms of tau and Aβ (PS1M146V, APPSWE, TauP301L). Using these animals, we collected retina, optic nerve, and brains which we used to study tau expression, distribution and neurotoxicity by western blot, immunohistochemistry and real-time PCR. Our results show that, when compared to healthy controls, the diseased retina (glaucoma or AD) display accumulation of abnormally phosphorylated tau while its gene expression remains unchanged. The increase of retinal tau protein might result from the redistribution of the protein in the somatodendritic compartment and intraretinal axonal segment of RGCs at the expense of the extraocular axonal segment enclosed within the optic nerve. Our data also demonstrate that RGCs from 3xTg mice show a drastic reduction of anterograde axonal transport suggesting that missorted tau might underlie these functional deficits. Lastly, we demonstrate that tau accumulation in the diseased retina eventually promotes RGC death. Altogether, this thesis demonstrates that the glaucomatous and AD retinas present the cardinal features of tauopathies including tau accumulation, altered phosphorylation, and mislocalization which contribute to RGC dysfunction and subsequent death.

Alzheimer's disease is a neurodegenerative pathology strongly correlated to aging. Its symptoms are characterized by an impaired short term memory process in the early stages of the disease and later on by a loss of all type of memory process. There is actually no cure for this pathology. At the histo-pathological levels, the disease show an accumulation of aggregated proteins in the brain (called amyloid protein) in the intra or extra cellular space, which act as a disruptor of the normal neuronal function and activity. Thus, most of the therapeutic approach to treat the disease aim at removing those proteins aggregates from the brain. However, some of the Alzheimer's disease characteristics could be melded with normal aging : One such case is the global decrease of the proteostasis mechanism in the cell which normally happen in normal brain. The assumption made during this work is that the recovery of these mechanisms impaired by age would constitute a credible therapeutic approach, complementary to the other existing approaches to the complex disease that is Alzheimer's disease. Following this hypothesis I was interested in the role and regulation of one of the major system controlling proteostasis: the UPR (unfolded protein response), and particulary to the XBP-1s transcription factor , considered one of the master regulator of this cellular network; La maladie d'Alzheimer est une pathologie neurodégénérative progressive liée à l'âge qui détériore premièrement les fonctions liées aux mémoires de travail et épisodiques, avant de s'étendre à l'ensemble des procédures mémorielles dans les stades plus avancés. L'ensemble des traitements existant à ce jour sont palliatifs. Au niveau histologique, la maladie d'Alzheimer est caractérisée par l'accumulation extra- et intracellulaire de différentes protéines agrégées (appelées amyloïde) dans les tissus cérébraux, entrainant des dysfonctions importantes du circuit neuronal. De fait, la majorité des approches thérapeutiques en développement consistent à tenter de réduire ou supprimer ces agrégats protéiques. Cependant, la maladie d'Alzheimer étant étroitement corrélée au vieillissement, certaines de ses caractéristiques biologiques sont parfois confondues avec celles du vieillissement non pathologique. L'une de ces caractéristiques est la diminution des différents mécanismes liés à l'homéostasie protéique (protéostasie). L'hypothèse réalisée au cours de mes travaux est que le rétablissement de ces mécanismes diminués par l'âge constituerait une approche thérapeutique crédible, complémentaire aux approches actuelles, à la pathologie complexe qu'est la maladie d'Alzheimer. C'est en suivant cette optique que je me suis intéressé au rôle et à la régulation de l'un des systèmes majeusr du contrôle de la protéostasie : l'UPR (unfolded protein response), et en particulier au facteur de transcription XBP-1s, considéré comme l'une des pièces maîtresses de ce réseau de signalisation cellulaire