La plupart des médicaments développés pour les maladies du SNC n’atteignent pas leur cible en raison des propriétés uniques de la BHE, nécessitant la mise en place de stratégies de délivrance comme l'utilisation d'un processus physiologique, le RMT. Des peptides ciblant le LDLR (exprimé à la BHE et impliqué dans ces processus) ont été développés. Les objectifs de cette thèse ont été de caractériser le trafic intracellulaire et la capacité de transport de différentes formes de ces peptides dans différents modèles in vitro y compris dans un modèle de BHE.Les résultats obtenus dans une lignée cellulaire surexprimant le LDLR tagué GFP par imagerie en fluorescence montrent que les différentes formes de ces peptides lient le LDLR à la membrane plasmique d’où ils sont internalisés et adressés aux lysosomes sans interférer avec l’endocytose des LDL. Ils permettent l’adressage aux lysosomes de petites molécules (fluorochrome) et de protéines qui leur sont fusionnées, ces résultats indiquent qu’ils pourraient être utilisés pour cibler des molécules thérapeutiques aux lysosomes de cellules exprimant les LDLR. Dans le modèle in vitro de BHE, les peptides sont internalisés via le LDLR à partir du pôle apical et suivent un transport intracellulaire similaire aux LDL, étant déroutés de la voie de dégradation vers les lysosomes pour être transportés jusqu’au compartiment abluminal comme précédemment décrit pour le LDL et la transferrine. Ces données indiquent donc que les peptides ciblant le LDLR sont des candidats vecteurs intéressants pour compléter/améliorer le panel de peptide/anticorps existant et permettre le ciblage et le transport de molécules thérapeutiques à travers la BHE.

Many drugs are ineffective in treating CNS diseases due in part to unique properties of the BBB, requiring the establishment of delivery strategies such as the use of a physiological process, as the RMT. Peptides targeting the LDLR (expressed in the BBB and involved in these processes) have been developed. The objectives of this thesis were to characterize the intracellular traffic and transport capacity of different shapes of these peptides in various in vitro models including a model of BBB.The results obtained in a cell line overexpressing the LDLR tagged GFP by fluorescence imaging shows that the various forms of these peptides bind plasma membrane LDLR, where they are internalized and sent to lysosomes without interfering with LDL endocytosis. They allow lysosomal targeting of small molecules (fluorochrome) and proteins that are fused to them. These results indicate that it might be used to target therapeutic compounds to cells expressing LDLR lysosomes. In the in vitro BBB model, the peptides are internalized via the LDLR from the apical pole and follow a similar intracellular transport than LDL, being diverted from the lysosomal degradation pathway to be transported to the abluminal compartment as previously described for LDL and transferrin. These data indicate that the LDLR-targeting peptides seems useful vectors candidates to…

L’objectif du projet est de comprendre l’effet du peptide vecteur (R/W)9 sur les cellules tumorales EF, modèles du sarcome d’Ewing. En effet, ce peptide a la capacité de remodeler le cytosquelette d’actine dans ces cellules, ainsi que de réduire leur motilité et leur aptitude à croître en indépendance d’ancrage (Delaroche D. JBC 2010).La première étape de ce travail a été la caractérisation in vitro de l’interaction directe avec l’actine par cross-linking chimique et spectrométrie de masse (Clavier S. EuProt 2014). Ensuite, pour avancer dans la compréhension de l’effet du peptide (R/W)9, deux approches ont été développées.La première approche, basée sur du photocross-linking in cellulo ou in lysat, vise à identifier des partenaires intracellulaires du peptide vecteur. Pour cela, nous avons mis au point et validé biologiquement une version photoactivable du peptide (R/W)9. Puis, avant de passer sur cellules entières, nous nous sommes assurés de la faisabilité de la réaction de photocross-linking in vitro sur un système d’interaction modèle que nous avons également utilisé pour développer un logiciel capable d’interpréter les spectres MS/MS d’espèces photocross-linkées (Xlink-Identifier, Collaboration Dr Du X). Des expériences de purification d’affinité ont également été menées en immobilisant le peptide (R/W)9 sur des billes de streptavidine ensuite mises en présence de lysat cellulaire. Les protéines capturées ont été identifiées par spectrométrie de masse haut-débit. La seconde approche est de la protéomique différentielle avec un marquage SILAC et a pour objectif de mettre en évidence l’influence du peptide vecteur sur l’expression des protéines.

The aim of the project is to understand the effect of (R/W)9 cell penetrating peptide (CPP) on EF tumoral cells, an Ewing sarcoma model cell line. Actually, this peptide is able to remodel the actin cytoskeleton of these cells, to decrease their motility as well as their ability to grow without anchorage (Delaroche D. JBC 2010).The first step of this work was to characterize the in vitro interaction with actin using chemical cross-linking and mass spectrometry (Clavier S. Euprot 2014). Then, in order to get a deeper understanding of (R/W)9 peptide effect, two approaches were developed. The goal of the first approach based on in cellulo or in lysate photocross-linking is to identify (R/W)9 CPP’s partners. To do this, we designed and biologically validated a photoactivable version of (R/W)9 peptide. Then, before starting to work with living cells, we checked the feasibility of in vitro photocross-linking on a model interacting system that we also used to develop a software able to interpret MS/MS spectra of photocross-linked species. (Xlink-Identifier, Collaboration with Dr. X. Du.). Affinity purification experiments were also performed by incubating streptavidin magnetic beads bearing (R/W)9 peptide with cell lysates. Captured proteins were identified using high-throughput mass spectrometry. The second approach is differential proteomic with SILAC labelling and aims at…

Chez les eucaryotes supérieurs, la progression ordonnée du cycle cellulaire est régie par une dizaine de kinases Cdk-cyclines. Les altérations génétiques ou épigénétiques impliquant des oncogènes ou des gènes codant pour des suppresseurs de tumeurs sont souvent associées à l'expression ou l'activation aberrante des Cdks, favorisant ainsi la prolifération cellulaire incontrôlée et notamment le développement de cancers. Malgré la pertinence oncogénique et thérapeutique de ces protéines, leur détection est restée jusqu'à présent limitée à des méthodes indirectes et invasives. Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont permis de développer un biosenseur peptidique fluorescent permettant de reconnaître spécifiquement les Cdk-cyclines. Associé à une stratégie de vectorisation non invasive basée sur l'utilisation de peptides vecteurs pénétrants, le biosenseur a été délivré efficacement dans les cellules. La mise au point d'une quantification ratiométrique du signal a par ailleurs permis d'évaluer l'abondance relative des Cdk-cyclines endogènes. Deux variants plus spécifiques de certains complexes ont pu être développés. Enfin, d'autres versions du biosenseur ont quant à elles permis d'évaluer sa biodistribution in vivo et de mettre au point un essai cellulaire en vue d'un criblage de petites molécules ayant un effet sur l'abondance relative des Cdk-cyclines.

Cdk-cyclins represent key regulators of cell cycle progression among superior eukaryotes. Genetic and epigenetic alterations involving oncogenes or tumor suppressor genes are often associated with aberrant expression or activation of Cdks, leading to the sustained proliferation of cells and by the way to the development of cancers. Despite the oncogenic and therapeutic relevance of these proteins, their detection has so far remained limited to indirect and invasive methods. My Ph.D. thesis work aimed in this context at developing peptidic fluorescent biosensors that specifically recognize Cdk-cyclins. Combined to cell-penetrating peptides, the biosensor was efficiently delivered into cells. Following the development of the signal ratiometric quantification, the relative abundance of endogenous Cdk-cyclins was directly evaluated in living cells. Two other variants, that are more specific towards specific Cdk-cyclin complexes, were also designed. Finally, the development of novel versions of the biosensor allowed us to evaluate its biodistribution in vivo and to set up a cell-based assay to screen small molecules having an effect on Cdk-cyclin relative abundance.

La génération de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) est très prometteuse en médecine régénérative, pour la modélisation physiopathologique et le criblage de nouveaux médicaments. A l’origine, des cellules somatiques ont été reprogrammées en iPSC par l'expression forcée de facteurs de transcription (FT) impliqués dans les cellules souches embryonnaires. Depuis, de nombreuses lignées d’iPSC ont été générées mais les vecteurs actuels les plus représentés et efficaces pour exprimer les FT sont les virus intégratifs. Ils comportent du matériel génétique. Des stratégies alternatives ont été développées dans un contexte de sécurisation et de transfert clinique mais sont ont encore besoin d’être acceptées par les comités d’éthique. La méthode la plus sûre et rationnelle serait alors d’apporter ces FT directement sous forme protéique mais le défi est de traverser les membranes. Dans ce contexte, notre laboratoire a développé un peptide de pénétration cellulaire (CPP) basé sur le FT ZEBRA du virus d’Epstein-Barr. La séquence impliquée dans la prise en charge cellulaire a été caractérisée au laboratoire et se nomme MD (Minimal Domain). Elle est capable de vectoriser des protéines et des biomolécules de haut poids moléculaire via un mécanisme indépendant de l'endocytose, permettant leur internalisation sous une forme biologiquement active. Dans ce projet, nous avons produit et purifié les protéines Oct4, Sox2, Nanog, Lin28, Klf4 et c-Myc chacune fusionnée au CPP MD. Ce domaine n'interfère pas avec la capacité d'Oct4 à lier sa séquence cible d’ADN. Le traitement in vitro de cellules primaires conduit à l’internalisation des protéines MD en 30 minutes à 1 heure. MD-Oct4 et MD-Nanog peuvent être localisés au noyau en 3 heures. Dans un contexte de reprogrammation, la combinaison de MD-Oct4, MD-Sox2, MD-Nanog et MD-Lin28 lors de traitements répétés conduit à l'activation transcriptionnelle de gènes cibles composant le réseau de pluripotence.

The generation of induced Pluripotent Stem Cell (iPSC) holds great promise for regenerative medicine, disease modelling and drug screening. Leading the original cell to an iPSC has been originally made by the forced expression of Transcription Factors (TF) involved in embryonic stem cells. Since the discovery of those mechanisms, many teams have engineered iPSC by well-defined cell culture tools such as the use of retroviruses in order to express TF. Those techniques use genetic material. Delivery techniques have evolved but most of reprogramming experiments still need TF. Development of alternative strategies has been conducted in a context of clinical application but still needs to be accepted by ethics comities. Thus, the use of recombinant proteins instead of genetic material is safe and rational but the challenge is to access the intracellular medium. In this context, our laboratory has developed a cell-penetrating peptide (CPP) based on the Epstein-Barr virus ZEBRA TF. The sequence implicated in cellular uptake has been characterized and is named MD (Minimal Domain). It is…