Plusieurs évidences cliniques et expérimentales soutiennent un rôle important de la dérégulation du récepteur à activité tyrosine kinase (RTK) Met dans l’étiologie et la progression du cancer colorectal (CCR). En effet, Met contrôle plusieurs fonctions biologiques nécessitant une étroite régulation telles que la prolifération, la survie cellulaire, la migration et l’invasion. Lorsqu’une forme constitutivement active de Met, Tpr-Met, est exprimée dans des cellules épithéliales intestinales (CEI), celles-ci se transforment et acquièrent des pouvoirs oncogéniques. Par des analyses de protéomique quantitative, notre équipe a démontré que la transformation induite par Tpr-Met dans les CEI était accompagnée d’une modulation des niveaux de protéines impliquées dans la régulation du cytosquelette, incluant une diminution de 31,2 fois de transgéline (TAGLN). Étant une protéine régulant plusieurs processus cellulaires de par sa capacité à réorganiser le cytosquelette d’actine, nous avons émis l’hypothèse que la perte de TAGLN dans le CCR serait due à la suractivation du récepteur Met et que celle-ci contribuerait aux fonctions oncogéniques de Met. Nos travaux de recherche indiquent, pour la première fois, que Met régule négativement la protéine TAGLN de façon dépendante et indépendante de MEK, notamment par le recrutement des protéines Shc et Grb2 aux résidus tyrosine du récepteur. De plus, par la réexpression de TAGLN dans les CEI transformées par Tpr-Met, nous démontrons que la perte de TAGLN contribue aux fonctions oncogéniques de Met, telles que la croissance au-delà de la confluence et en indépendance d’ancrage, la migration, ainsi que la croissance de tumeurs in vivo chez la souris. De plus, cette étude valide cliniquement la corrélation inverse entre l’expression de Met et de TAGLN dans le CCR. Étonnamment, à des faibles niveaux d’expression de MET, l’expression de TAGLN est corrélée de façon négative avec la survie des patients. Au contraire, à des hauts niveaux de MET, l’expression de TAGLN ne permet pas une stratification des patients selon leur pronostic de survie. En conclusion, nous démontrons que le RTK Met régule négativement TAGLN. Cependant, chez les patients où cette régulation n’a pas lieu, l’expression de MET protègerait ceux-ci d’un mauvais pronostic. Cette étude suggère que les niveaux de TAGLN et de MET pourraient représenter des biomarqueurs permettant d’identifier en clinique les patients atteints de CCR susceptibles de bénéficier de thérapies ciblant le récepteur Met.

Les bactéries attachées à la paroi du rumen, également appelées communauté épimurale, ne représente que 1% de la biomasse microbienne totale du rumen. Cette communauté a été très peu étudiée jusqu'à présent, mais elle pourrait néanmoins jouer un rôle important dans le fonctionnement du rumen. L'objectif de notre travail a été de mieux connaître ces bactéries attachées à la paroi du rumen en étudiant leur diversté par PCR-DGGE. Nous avons ainsi montré que, quels que soient le régime et l'espèce animale étudiés, la diversité de cette communauté bactérienne était 1) similaire entre tous les sites de prélèvements épithéliaux, 2) variable entre individus et 3) différente de la diversité des communautés bactériennes du contenu ruminal lui suggérant des rôles spécifiques. Contrairement aux bactéries du contenu ruminal dont la diversité change avec la composition du régime alimentaire, celle des bactéries épithéliales semble stable à moyen terme (2 mois).

De par son rôle dans de nombreuses fonctions biologiques, la vitamine A est une molécule majeure et cruciale du développement embryonnaire à l’âge adulte. Celle-ci est aussi, à l’heure actuelle, déjà largement utilisée comme agent thérapeutique pour de nombreuses pathologies affectant principalement la peau et les yeux (cancer, acné, psoriasis,brûlures oculaires) et certains cancers. Son action pro-cicatrisante - bien que largement étudiée grâce à de nombreux modèles humains et animaux - reste encore aujourd’hui mal caractérisée quant aux mécanismes d’action moléculaire (régulation de gènes) et cellulaire(migration, prolifération…) qu’elle utilise.Dans le but d’améliorer et de mieux maîtriser l’utilisation de la vitamine A dans le traitement de lésions telles que les brûlures oculaires, ce travail visait d’une part, à étudier, plus en détail,l’effet de l’acide tout-trans rétinoïque ou ATRA - dérivé le plus actif - sur la cicatrisation de ’épithélium cornéen en utilisant un modèle in vivo de brûlures cornéennes par base chez la souris. Son but était également de déterminer par quels processus cellulaires, l’ATRA agit, en utilisant cette fois-ci un modèle in vitro (cellules épithéliales cornéennes humaines). Enfin,nous nous sommes intéressés à la régulation de gènes cibles par l’ATRA au niveau de la sphère oculaire, connus pour être impliqués dans la dynamique de la MEC.Ainsi, nous avons démontré que l’ATRA permettait la cicatrisation de l’épithélium cornéen en agissant principalement sur la migration cellulaire. Puis nous avons identifié un gène :LOXL4 - membre de la famille des lysyl oxydases - dont l’expression est induite par l’ATRA,et nous avons prouvé que son rôle était essentiel dans la cicatrisation cornéenne, décrivant ainsi pour la première fois un lien génique direct et protéique entre la vitamine A, substance active et son action clinique pro-cicatrisante. / Because of its role in many biological functions, Vitamin A is a major and crucialmolecule from development to adulthood. Currently, it is largely used as therapeutic agent inseveral eye or skin pathologies (acne, psoriasis, ocular burns) and cancers. Its pro-healingproperties have been largely studied in human and animal models but molecular (generegulations) and cellular (migration, proliferation…) mechanisms of the vitamin A actionhave to be more detailed.In order to better improve and control its use in the treatment of lesions such as ocular burns,this work aimed to study, more in details, the effects of atRA (all-trans-retinoic acid), activederivative form of vitamin A, on corneal epithelium healing using an in vivo model of alkaliocular burns in mouse and then, to determine by which cellular process atRA acts, by usingthis time, an in vitro model (human corneal epithelial cells). Finally, we were interested intargeting genes regulation by atRA in the ocular sphere, specially known to be implied in theECM dynamic.First, we demonstrated that atRA improves corneal epithelium wound healing, essentially byacting on migration. Then, we identified a gene, LOXL4, member of the lysyl oxidase family,which expression is induced by atRA and we proved that this one is essential in cornealwound healing, describing for the first time a direct gene and protein link between vitamin A,active substance, and its clinical pro-healing action.

Le cadmium (Cd) est un métal lourd auquel la population en générale est exposée par l'alimentation. L'épithélium intestinal accumule beaucoup de Cd ingéré et représente un organe cible. Étant donné le rôle de cet épithélium dans la biotransformation de xénobiotiques ingérés, l'objectif de notre étude était d'évaluer dans quelle mesure une exposition chronique au Cd peut perturber l'expression des enzymes de biotransformation lors de la différenciation des entérocytes. Comme modèle in vitro, nous avons utilisé la lignée cellulaire humaine Caco-2 qui développe spontanément un phénotype entérocytaire. Le Cd étant connu pour troubler certaines voies de signalisation cellulaires, nous avons testé les hypothèses suivantes : 1) ce métal pourrait modifier l'expression (niveaux et/ou profil) des enzymes de biotransformation; 2) il serait susceptible d'altérer le processus de différenciation. Le profil d'expression d'enzymes de biotransformation (CYP1A1, CYP3A4 et GSTP1) a été caractérisé par RT-PCR en fonction du temps de culture : les niveaux d'ARNm de la GSTP1, de la P-gp et du CYP1A1 augmentent durant la différenciation. Parallèlement, nous avons estimé par mesure d'activité MTT (viabilité cellulaire), la LC5, soit la concentration d'exposition menant à 5% de mortalité. Lorsque les cellules sont exposées durant la phase de prolifération, une période de récupération augmente considérablement la viabilité (LC5 = 87 ± 4 vs. 15.2 ± 0.7 µM). Une LC5 de 36 ± 2 µM est obtenue lorsque les cellules sont traitées pendant la phase de différenciation montrant que la période de sensibilité maximale est pendant la prolifération. Étant donné les profils d'expression obtenus selon le temps de culture des quatre enzymes d'intérêt dans les cellules Caco-2 témoins, nous avons choisi la LC5 de 36 ± 2 µM comme concentration d'exposition pendant la phase de différenciation pour tester l'effet du Cd. Une exposition chronique à cette concentration de Cd perturbe le profil d'expression d'enzymes. De plus hauts niveaux d'ARNm de GSTP1 et de la P-gp sont alors observés mais cette induction par le Cd est diminuée en présence de vitamine D3 ou de NAC, toutes deux antioxydantes. Ainsi, l'effet du Cd sur la GSTP1 et la P-gp serait médié par un déséquilibre rédox. Des mesures d'activités enzymatiques de CYP1A1 et de GSTP1 ont été effectuées afin de corréler l'effet du Cd sur les niveaux d'ARNm aux activités. Une activité extrêmement faible d'environ 0,290 pmol/min/mg de protéines microsomales a été mesurée dans les cellules contrôles et traitées au Cd de 21 jours, soit presque 100 fois moins que ce qui est rapporté dans la littérature, mais plusieurs études ont révélé l'effet inhibiteur du Cd sur l'activité EROD. Deux types de réponses sont observées quant à l'effet du Cd sur l'activité de la GST: (1) une légère stimulation, (2) une faible inhibition. Nous avons également mesuré une diminution de la résistance électrique transépithéliale confirmant ainsi que le Cd affecte l'intégrité de l'épithélium intestinal en augmentant la perméabilité paracellulaire. Par ailleurs, nos récents résultats suggèrent que le Cd diminue l'activité de la phosphatase alcaline, un marqueur de différenciation. Néanmoins, les enzymes de biotransformation n'étaient pas toutes affectées de la même façon, l'effet du Cd sur ces enzymes n'est pas le résultat (indirect) d'une action "non spécifique" sur le processus global de différenciation. Nos résultats montrent que l'exposition intestinale au Cd pourrait avoir des répercussions sur le métabolisme de premier passage des médicaments et autres xénobiotiques absorbés oralement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cellules Caco-2, épithélium intestinal, cadmium, entérocyte, CYP1A1, CYP3A4, GSTP1

Le Zinc (Zn) est un métal important pour de nombreux processus physiologiques, notamment dans le métabolisme osseux. Cette étude a pour objectif d'évaluer l'implication possible de transporteurs de zinc (ZIP) dans l'influx de Cd dans la cellule. Le cadmium (Cd), métal cancérigène pour l'homme est suspecté d'emprunter certains ZIP, en particulier ZIP4 responsable de l'absorption intestinale du Zn, par mimétisme ionique. Des études montrent que ZIP8 participe à l'accumulation de Cd dans certains tissus. Parallèlement à la lignée cellulaire intestinale Caco-2, indifférenciés (J7) et différenciés (J21), la lignée ostéoblastique MG63 a été choisie. L'expression d'acide ribonucléique messager (ARNm) de ZIP 1, 4, 8 et hZTL1 a été déterminée par transcription inverse et polymérisation en chaîne (RT-PCR). Dans les cellules Caco-2, l'expression de ZIP8 et de hZTL1 est stable, celle de ZIP4 augmente avec la différenciation tandis que l'expression de ZIP1 diminue avec celle-ci. Les cellules MG63 expriment les ZIP et hZTL1 à des niveaux comparables. La détection par immunofluorescence de ZIP4 à la membrane des cellules Caco-2 confirme les résultats obtenus par RT-PCR. Le transport de 109Cd (0.5 µM) a été mesuré dans plusieurs conditions expérimentales afin de tester une éventuelle compétition entre le Zn, le Cd et le manganèse (Mn). Dans les cellules Caco-2 (J7, J21), les pourcentages d'inhibition (70% du transport saturable) par le Zn et le Mn sont comparables. Dans les cellules MG63, l'accumulation de 109Cd est plus fortement inhibée par le Zn que par le Mn. L'ajout de HCO3- augmente l'inhibition par le Zn et le Mn. Ces résultats suggèrent que ZIP8 et ZIP4 sont impliqués en partie dans l'accumulation de Cd. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cellules Caco-2, cellules MG63, zinc, ZIP4, ZIP8, cadmium

L'épithélium intestinal est en constant renouvellement et les mécanismes qui contrôlent la prolifération y sont parfaitement orchestrés. Le facteur de transcription E2F4 est un régulateur clé de la transition G1/S, de la prolifération et de l'homéostasie des cellules épithéliales intestinales. Contrairement à E2F1, la localisation cellulaire d'E2F4 varie en fonction de l'état prolifératif des cellules : il est exprimé majoritairement au cytoplasme des cellules quiescentes ou différenciées et au noyau des cellules prolifératives. Dans cette thèse, les mécanismes de contrôle de la localisation d'E2F4, de sa phosphorylation et de son expression, de même que les mécanismes qui contrôlent l'entrée en phase S des cellules épithéliales intestinales normales humaines (HIEC) ont été analysés. Nos résultats démontrent que l'activation de la signalisation MEK/ERK par le sérum est requise pour la translocation nucléaire d'E2F4 et la transition G 1/S des HIEC. Par contre, la stimulation du sentier MEK/ERK par l'EGF n'est pas suffisante à induire ces événements: l'inhibition concomitante des GSK3?/? ou des p38?/? est aussi requise. En effet, la combinaison de l'EGF ou du FGF9 avec un inhibiteur pharmacologique des GSK3 entraîne la translocation nucléaire d'E2F4 et l'entrée en phase S. De manière analogue, l'inhibition des p38 en combinaison avec l'EGF cause aussi la translocation nucléaire d'E2F4 et l'entrée en phase S des HIEC. Par ailleurs, l'activation des IKK?/? semble aussi requise pour la translocation nucléaire d'E2F4 et la transition G1/S des HIEC induites par le sérum. Ensuite, nos résultats indiquent qu'E2F4 est rapidement phosphorylé suivant la stimulation par le sérum de manière dépendante du sentier MEK/ERK. Ainsi, des essais kinases in vitro démontrent qu'ERK1 phosphoryle efficacement E2F4, potentiellement sur les S244 et S384. Nos résultats suggèrent aussi que GSK3? interagit avec E2F4, principalement dans les cellules quiescentes, et pourrait alors le phosphoryler. Par ailleurs, E2F4 est phosphorylé, surexprimé et localisé au noyau des adénomes colorectaux humains. De plus, les mutants d'E2F4 retrouvés dans les cancers colorectaux avec instabilité des microsatellites, E2F4(Ser) 12 et E2F4(Ser)14 , sont plus fortement exprimés en raison d'une stabilité accrue et ont une meilleure activité transcriptionnelle. Nous démontrons aussi l'existence de 2 formes principales du partenaire d'interaction d'E2F4, DP-2, exprimées dans les HIEC: DP-2 40 , dont l'expression augmente avec l'entrée en phase S et DP-266 , dont l'expression diminue. De plus, DP-2 40 est surexprimée dans les cancers colorectaux humains et pourrait alors y favoriser la localisation nucléaire d'E2F4. En conclusion, nous avons identifié des mécanismes de régulation du facteur de transcription E2F4 et de l'entrée en phase S des HIEC. Cependant, ces mécanismes sont altérés lors de la carcinogenèse. D'ailleurs, la surexpression et la localisation aberrante d'E2F4 de même que la surexpression de DP-2 40 dans les cancers colorectaux pourraient contribuer à l'hyperprolifération et à la formation de cancers dans le côlon et le rectum. [symboles non conformes]

Les Bmps sont des morphogènes jouant des rôles dans l’embryogenèse et l’organogenèse du tube digestif. Les BR-Smads, Smad1, Smad5 et Smad8, sont les effecteurs intracellulaires de cette cascade de signalisation et ils assurent la biodiversité des réponses biologiques associées aux Bmps. Plusieurs études ont démontrées des rôles importants pour le TGF-β dans le cancer colorectal et l’inflammation intestinale. Cependant, très peu d’études se sont attardées aux rôles pouvant être joués par d’autres membres de la superfamille du TGF-β dans ces pathologies. Dans cette étude, le modèle de souris possédant la délétion de Smad5 strictement à l’épithélium a permis de démontrer le rôle spécifique de cet effecteur dans les diverses actions associées à la signalisation des Bmps dans ce compartiment cellulaire. La perte conditionnelle de Smad5 cause un allongement villositaire, une hyper migration et une relocalisation cytoplasmique de la E-cadhérine dans les cellules épithéliales. Cette étude permet de démontrer l’importance de la signalisation des Bmps dans les maladies inflammatoires intestinales, puisque les défauts occasionnés par la perte de Smad5 au niveau de l’épithélium entrainent une plus grande susceptibilité à l’inflammation intestinale et des défauts importants dans la réparation la barrière épithéliale. Des mutations causant l’inhibition de la signalisation des Bmps sont fréquemment retrouvées chez des patients atteints du syndrome de JPS possédant un risque élevé de développer le cancer colorectal. Des études ont démontré l’implication des Bmps dans le maintien de l’homéostasie et l’initiation de la polypose intestinale, sans toutefois discriminer le mécanisme et le type cellulaire responsable de l’induction de ce phénotype. Les études antérieures du laboratoire ont permis de démontrer que la perte des Bmps strictement épithéliale était insuffisante pour initier la polypose colique, suggérant une implication de cette signalisation au niveau des cellules extra-épithéliales. Le modèle murin ayant la délétion du récepteur Bmpr1a dans le mésenchyme seulement a permis de mettre en évidence un rôle essentiel de cette signalisation dans le contrôle du microenvironnement entourant les cellules épithéliales et l’induction de la polypose colique. Le modèle cellulaire a révélé un profil transcriptionnel s’apparentant à celui retrouvé dans le microenvironnement des tumeurs de cancer colorectal. Cette étude démontre que la signalisation des Bmps mésenchymateuse est primordiale pour contrôler l’homéostasie intestinale et l’initiation de la polypose.

Les cellules souches pluripotentes (CSP) incluent les cellules souches embryonnaires (ES) et les celles souches pluripotentes induites (iPS). Elles sont définies par deux propriétés fondamentales : l’auto-renouvellement et la capacité à se différencier dans tous les types cellulaires. Les ES sont dérivées de la masse cellulaire de l’embryon. Elles soulèvent l’intérêt de la communauté scientifique du fait de leur capacité à générer tous les tissus. Il s’agit d’un outil biotechnologique majeur dont les applications thérapeutiques et pharmacologiques comporteront notamment la médecine régénératrice, la modélisation in vitro de maladies humaines et le criblage de candidat-médicaments. Cependant l’utilisation d’embryons humains pour générer les ES soulève des problèmes éthiques. Les iPS contournent ces difficultés car elles sont dérivées de cellules somatiques différenciées. En effet, S. Yamanaka, qui a reçu le prix Nobel en 2012, a découvert en 2006 une technique simple de reprogrammation cellulaire. L’expression transitoire de quatre gènes (OCT4, SOX2, c-MYC and KLF4) est suffisante pour reprogrammer des fibroblastes murins en iPS. Ces cellules iPS ont la même morphologie et les mêmes propriétés que les cellules ES. L’année suivante, S. Yamanaka a appliqué avec succès son cocktail à des fibroblastes humains pour produire des iPS humaines (hiPS). Les hiPS peuvent également dépasser les problèmes immunologiques soulevés par l’utilisation d’ES dans la thérapie cellulaire, par le simple fait que les hiPS pourront être dérivées du patient à traiter. De plus, parce qu’il est possible de choisir les cellules du donneur à reprogrammer selon son génotype, il est plus facile de modéliser des maladies génétiques à partir d’hiPS que d’ES. Enfin, d’un point de vue pharmaceutique, les hiPS peuvent fournir une plateforme quasi-infinie pour le criblage de molécules afin de traiter diverses pathologies. Le but de mon projet de recherche est l’utilisation de la technologie hiPS afin de modéliser le développement de l’épithélium bronchique. Premièrement, in vivo, des tératomes ont été générés après injection d’hiPS dans des souris immunodéficientes. Les tératomes démontrent la capacité de nos hiPS à se différencier en épithélium bronchique. Secondairement, in vitro, reproduire le développement embryonnaire et fœtal permet d’offrir une méthode simple pour modéliser l’épithélium bronchique dans un puits. Cette technologie ouvre la voie vers de nombreuses recherches, du criblage de molécules à la production de cellules souches pour réparer l’épithélium bronchique, et in fine à la promotion de nouveaux traitements pharmacologiques ou de thérapie innovante pour les maladies respiratoires. / Pluripotent stem cells (PSC) include embryonic stem cells (ES) and induced pluripotent stem cells (iPS). They are defined by two fundamental properties: self-renewal and the capacity to differentiate into all cell types. ES cells are derived from the inner cell mass of embryos. They arouse the interest of the scientific community in particular for their ability to generate all tissues. They provide major therapeutic and pharmacological applications, including regenerative medicine, in vitro modelling of human diseases and molecular screening. However, the use of human blastocysts to generate ES cells raises many ethical problems. iPS circumvent these ethical issues as they can be derived from differentiated somatic tissues. Indeed, S. Yamanaka, Nobel Prize in 2012, discovered in 2006 a simple technique of cellular reprogramming. The transient expression of four genes (OCT4, SOX2, c-MYC and KLF4) is sufficient to reprogram mouse fibroblasts into iPS. These iPS cells have the same morphology and the same properties than ES cells. The following year, S. Yamanaka applied successfully his cocktail to human fibroblasts to produce human iPS (hiPS). hiPS may also overcome immunological problems raised by the use of ES cell for cellular therapy, as hiPS can be derived from the patient to be treated. In addition, it is easier to model genetic diseases from hiPS than ES, because it is possible to choose the donor cells to reprogram according to its genotype. Finally, from a pharmacological point of view, hiPS can provide a broad platform of molecular screening to treat various diseases. The aim of my research project is to use the hiPS technology to model the development of bronchial epithelium. First, in vivo, teratomas were formed by the injection of hiPS into immunodeficient mice. Teratomas highlight the ability of differentiation of our hiPS into bronchial epithelium. Second, in vitro, reproducing embryonic and foetal bronchial development provides a way to model bronchial epithelium in a dish.These techniques open the door to many potential research avenues from screening small molecules to engineering stem cells to repair bronchial epithelium, and will in fine promote new pharmacologic or cell-based treatments for respiratory diseases.

La polarisation apico-basale des cellules épithéliales est cruciale pour le maintien de l'intégrité des tissus épithéliaux et sa perte contribue à la progression tumorale. Les protéines établissant cette polarité sont divisées en modules apicaux et basolatéraux qui s'excluent mutuellement de leur domaine respectif. La zonula adherens (ZA) forme l'interface entre ces deux domaines. La ZA joue aussi un rôle clé dans la cohésion intercellulaire et la morphogenèse épithéliale. Elle est composée de protéines d'adhésion, d'une ceinture d'actomyosine et de protéines de polarité. L'homéostasie épithéliale est déterminée par une fine collaboration entre les protéines de polarité et celles de la ZA. Le but de mon doctorat a été d'étudier ce lien existant entre les protéines de polarité et celles composant la ZA. Pour cela, au laboratoire nous utilisons un outil in vivo avantageux se nommant Drosophila melanogaster ainsi que des modèles de cellules épithéliales humaines cultivées en 2 ou 3 dimensions. Dans un premier temps, mes travaux de thèse se sont concentrés sur les protéines Girdin. Girdin chez la drosophile et GIRDIN, son orthologue humain, sont des protéines d'échafaudage qui sont impliquées dans de multiples processus cellulaires dont celui qui nous a principalement intéressé au cours de mon doctorat : l'adhésion intercellulaire. Au laboratoire, Dre Élise Houssin a montré que Girdin renforçait l'ancrage des protéines d'adhésion à la ceinture d'actomyosine constituant la ZA (Houssin et al., 2015), une fonction conservée chez son orthologue humain (Wang et al., 2018a). De plus, GIRDIN interagit physiquement avec des protéines de polarité, telles que Par3 et aPKC (Ohara et al., 2012; Sasaki et al., 2015). Nous avons donc émis l'hypothèse que les protéines Girdin jouaient un rôle dans le maintien de la polarité épithéliale. Pour y répondre, nous avons réalisé des interactions génétiques entre girdin et différents gènes de polarité. L'interprétation de l'ensemble de nos résultats indique que Girdin et son orthologue soutiennent les déterminants latéraux de polarité en réprimant l'activité de la kinase apicale aPKC. De plus, nous avons mis en lumière que la sous-expression de GIRDIN est associée à la dissémination de cellules issues de sphères tumorales, un phénomène également observé in vivo pour son orthologue de drosophile (Houssin et al., 2015). La perte de la polarité épithéliale ainsi que la dissémination cellulaire observées dans les sphères tumorales sous-exprimant GIRDIN indiquent qu'elle pourrait contrer la progression tumorale en maintenant la polarité épithéliale et la cohésion cellulaire. Nos observations ont été appuyées par l'analyse de tissus tumoraux de patients qui a établi un lien entre l'altération de l'expression de GIRDIN et une faible espérance de survie de ces patients dans deux sous-types de cancer du sein et du poumon. Dans un deuxième temps, les travaux présentés dans cette thèse ont également contribué à une meilleure compréhension du rôle de la protéine Yurt (Yrt) dans le maintien de l'architecture épithéliale (chapitre 2 et 3). Tout d'abord, nous avons mis en lumière le rôle de cette protéine de polarité dans l'induction de la tension épithéliale. La caractérisation de cette fonction nous a permis d'explorer les régulateurs et effecteurs de Yrt. Ainsi, nous avons constaté que Yrt est recrutée au domaine apical par la protéine apicale Crumbs pour promouvoir la tension épithéliale. De plus, la kinase aPKC et le module Pak1-PP2A ont des effets antagonistes sur son activité. aPKC phosphoryle Yrt pour l'inhiber alors que l'axe Pak1-PP2A la déphosphoryle afin d'induire son activité. J'ai également étudié le rôle d'un partenaire physique de Yrt, la NAD synthetase (Nadsyn) qui m'a conduit à explorer une nouvelle voie de signalisation effectrice de Yrt. En effet, nous avons constaté que Yrt pourrait recruter la Nadsyn aux membranes plasmiques pour produire localement du NAD⁺, le co-substrat de la famille des sirtuines, activant ces déacétylases. Cette activation locale permettrait de désacétyler des protéines clés de la contraction cellulaire et/ou de la polarité épithéliale afin de réguler l'architecture épithéliale. Ces deux études dévoilent les modes de régulation et d'action de la protéine Yrt chez la drosophile. Ses deux orthologues étant fortement surexprimés dans de nombreux cancers agressifs, il sera pertinent de valider la conservation de ces mécanismes chez l'humain, afin de déceler de nouvelles stratégies thérapeutiques. L'ensemble de ces travaux de thèse contribue à une meilleure compréhension des mécanismes régulant l'homéostasie épithéliale. La perte de l'architecture épithéliale étant étroitement liée à la progression tumorale, ses travaux ouvrent la voie à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. / Epithelia form the basis of animal tissue architecture, establishing a barrier against diffusion and providing mechanical structure by their apico-basal asymmetry and adhesive properties. This apico-basal polarity is regulated through various polarity protein complexes characterized by a mutual antagonism between apical and basolateral complexes. Cells adhere to each other with the major cohesive and contractile adhesion of epithelial cells, the zonula adherens (ZA). The ZA machinery contains a strong cohesive complex linked to an actomyosin belt, and forms the interface between the apical and basolateral domains. This actomyosin belt is the main modulator of the epithelial tension. Apico-basal proteins collaborate with the ZA machinery to control tissue architecture homeostasis. Loss of epithelial architecture, such as apico-basal polarity loss or cell-cell cohesion loss, is a hallmark of tumoral progression. My PhD work was aimed at deciphering the molecular mechanisms controlling epithelial polarity and ZA homeostasis using the sophisticated in vivo model Drosophila melanogaster. First, we investigated the role of the scaffold Girdin proteins in epithelial architecture. Previously in the laboratory, the drosophila Girdin protein has been shown to localize at and to reinforce the ZA cohesion (Houssin et al., 2015), a function shared by its human ortholog GIRDIN (Wang et al., 2018a). Furthermore, GIRDIN has been shown to physically interact with polarity proteins such as Par3 and aPKC (Ohara et al., 2012; Sasaki et al., 2015), but its role in cell polarity remained unclear. Using genetic interactions combined with biochemistry technics we demonstrated that Girdin proteins support basolateral determinants by negatively regulating the apical kinase aPKC. In addition, we observed cell detachment and dissemination from GIRDIN knockdown cysts, a phenomenon also reported in girdin null embryos (Houssin et al., 2015). Thus, GIRDIN is required for the cohesion of multicellular epithelial structures that is crucial to prevent various pathological conditions such as cancer progression (Halaoui & McCaffrey, 2015). Indeed, we found a correlation between a low expression of GIRDIN mRNA and a decreased survival in more aggressive breast cancer subtypes and lung adenocarcinoma. The second and third result chapters show that the Drosophila polarity protein Yrt plays a role in epithelial tension and explore the upstream activators and downstream effectors pathways of Yrt. Yrt was previously shown to limit the ability of Crumbs to promote apical membrane growth, thereby defining proper apical/lateral membrane ratio in epithelial cells (Laprise et al., 2006; Laprise et al., 2009). Our results show that Yrt, by interacting with Crumbs, also induces epithelial tension by organizing the apical localization of the non-muscle myosin II, which is needed during embryogenesis. Mechanistically, the apical kinase aPKC phosphorylates Yurt, thereby dislodging Yrt from the apical domain and releasing apical tension. In contrast, the Pak1- PP2A module promotes Yrt dephosphorylation, leading to its apical localization and function. We then investigated how Yrt could reorganize the cytoskeleton to induce epithelial tension. We performed a genetic screen on the Yrt physical interactome. We identified the NAD synthetase (Nadsyn), an enzyme responsible for the de novo NAD⁺ synthesis, as a strong interactor of Yrt. We observed that Yrt recruits Nadsyn to the plasma membrane and that apical constriction induced by Yrt is Nadsyn- and NAD⁺-dependent. Based on these novel findings, we proposed that Yrt may recruit Nadsyn to locally produce a NAD⁺ pool that activates the deacetylases Sirtuin1 or 2, thereby deacetylating proteins involved in cell contractility and cell polarity. This model remains to be clarified by further work. Since Yrt's human orthologs are overexpressed in many epitheliaderived tumors and are associated with a poor survival outcome, deciphering whether the signaling pathways uncovered in our work are preserved in humans could help uncovering novel therapeutic approaches. In conclusion, my PhD work dissected the role of new proteins and pathways involved in the maintenance of epithelial cell architecture. Since the maintenance of an epithelial structure counteracts tumor progression, it also highlights new therapeutic possibilities.

Les épithéliums recouvrent l’ensemble des surfaces et des cavités internes du corps humain. Le fonctionnement des cellules épithéliales repose sur la répartition des constituants cellulaires au sein de compartiments distincts : un compartiment apical, un compartiment latéral, et un compartiment basal : c’est ce que l’on appelle la polarité apico-basale. Plus de 80 % des cancers proviennent d’un dérèglement des cellules épithéliales. De plus, la polarité épithéliale est perdue lors des stades avancés du cancer, suggérant qu’elle contribue activement à la progression tumorale. C’est pourquoi il apparaît crucial de mieux comprendre les mécanismes qui régulent la polarité épithéliale. La polarité est assurée par un ensemble de protéines réparties au sein des différents compartiments et agissant sous forme de modules très dynamiques. Un de ces modules est articulé autour de la protéine CRB3, qui agit comme un déterminant apical essentiel des cellules épithéliales. L’expression de CRB3 est perdue dans de nombreuses lignées cellulaires cancéreuses en culture, suggérant que CRB3 pourrait détenir des fonctions inhibitrices de certains processus liés à l’avancement tumoral. Cependant, l’impact fonctionnel de la perte de CRB3 dans ces lignées cancéreuses reste encore peu connu, tout comme les mécanismes signalétiques agissant en aval de CRB3. Les travaux présentés dans cette thèse mettent en lumière de nouvelles évidences concernant le rôle fonctionnel de la perte de CRB3 dans différentes lignées cellulaires cancéreuses. Plus précisément, nous montrons que CRB3 détient un rôle signalétique important lui conférant une fonction à la fois dans la morphogenèse épithéliale, mais également dans le maintien de l’intégrité épithéliale. Dans un premier temps, nous montrons que la ré-expression de CRB3 dans des cellules cancéreuses d’origine épithéliale permet le rétablissement d’une morphologie de type épithéliale, en lien avec l’organisation d’un réseau circonférentiel d’acto-myosine. Nous identifions également le sentier signalétique activé en aval de CRB3 et menant à l’activation de la petite GTPase RhoA, nécessaire au remodelage de la morphologie et du réseau d’acto-myosine des cellules cancéreuses. Ce sentier semble notamment jouer un rôle important en aval de CRB3 pour limiter la migration cellulaire. Ensuite, nous montrons que CRB3 contrôle différents sentiers signalétiques, et notamment la voie ERK MAP Kinase, une voie de signalisation fortement dérégulée dans le cancer. Bien que le rôle fonctionnel de cette régulation soit encore inconnu, elle pourrait contribuer à limiter la progression tumorale en aval de CRB3. Enfin, nous montrons que la perte d’expression de Crb3 chez la souris induit une mortalité périnatale associée à des défauts de morphogenèse épithéliale, indiquant que Crb3 est requise pour la viabilité des souris et le développement des structures épithéliales. L’ensemble de ces travaux contribue à une meilleure compréhension des mécanismes liant la perte de la polarité épithéliale à l’avancement du processus tumoral, et vise à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour lutter contre le développement de cancers.