La spectroscopie de réflectance diffuse résolue spatialement (SRDrs) est une méthode de biopsie optique qui cherche à estimer les spectres des propriétés d'absorption et de diffusion d'un tissu. Ces spectres contiennent une information riche sur la composition biochimique du tissu sondé ainsi que sur son histoarchitecture. Un des domaines d'applications est la dermatologie, où la SRDrs s'avère particulièrement adaptée à la détection de mélanomes. Une détection précoce des mélanomes est étroitement liée à un meilleur pronostic de la maladie. Puisque les tissus cancéreux ont une composition biochimique et une histoarchitecture différente des tissus sains, la SRDrs est un outil efficace pour assister les médecins au moment du diagnostic. Le principal avantage de la SRDrs par rapport à d'autres méthodes de biopsie optique est que l'instrumentation est très simple, ce qui permet de développer des montages compacts, portables et peu dispendieux. De plus, le signal spectral rétrodiffusé permet d'estimer simultanément les spectres d'absorption et de diffusion. Le principal inconvénient de la SRDrs est sa résolution spatiale. En effet, il est difficile de sonder un tissu très localement car le signal lumineux est typiquement envoyé par une fibre optique d'illumination et est collecté par plusieurs fibres de détection situées à différentes distances de la fibre d'illumination. Cette disposition offre peu de contrôle sur le volume échantillonné par la lumière. Ce volume dépend du positionnement des fibres d'illumination et de détection ainsi que des propriétés du milieu. Plus le volume échantillonné est grand, plus la lumière risque d'interagir avec différentes structures dans le tissu. Ceci est problématique puisque le milieu est généralement considéré comme homogène lors de la modélisation numérique de la propagation des photons. Cette approximation n'est pas appropriée pour les tissus épithéliaux qui présentent généralement une structure en couches. L'objectif de ce projet est de développer une sonde de SRDrs pour l'évaluation quantitative des spectres des propriétés optiques de milieux bicouches, en particulier pour la détection de mélanomes. La première partie de ce projet investigue la profondeur échantillonnée minimale qu'il est possible d'atteindre en SRDrs tout en respectant les conditions de validité des approximations du modèle numérique. Lorsque les conditions de validité des approximations ne sont pas respectées, l'estimation des propriétés optiques est alors qualitative plutôt que quantitative. Une estimation qualitative peut être suffisante pour assister au diagnostic, mais une estimation quantitative permet d'améliorer la connaissance sur la composition biochimique et l'histoarchitecture des tissus. De plus, des mesures quantitatives permettent de comparer les résultats entre différents montages expérimentaux. Pour évaluer la profondeur échantillonnée minimale en SRDrs, une méthodologie est développée pour définir les distances minimales et maximales entre les fibres d'illumination et de détection nécessaires à une évaluation quantitative des propriétés optiques. Afin de réduire au minimum la profondeur échantillonnée, le cas de fibres inclinées par rapport à la surface est considéré. La deuxième partie du projet consiste en une analyse numérique du problème inverse en SRDrs. L'objectif est de concevoir la géométrie d'une sonde qui permet d'estimer quantitativement les spectres des propriétés optiques d'un milieu bicouche. Pour ce faire, un modèle numérique pour estimer les propriétés optiques d'un milieu bicouche à partir de mesures de réflectance est développé. Le coût de calcul de ce modèle est très élevé. Diverses stratégies telles que l'utilisation de simulations de Monte Carlo à l'aide de cartes graphiques et la parallélisation massive sur des serveurs externes sont utilisées pour réduire le temps de calcul. Le modèle numérique est ensuite utilisé pour analyser l'effet de chaque paramètre géométrique de la sonde sur l'estimation des propriétés optiques. Les paramètres tels que le nombre de fibres optiques, leur positionnement et leur inclinaison sont successivement testés. Une géométrie de la sonde qui optimise la précision et la robustesse de l'estimation des propriétés optiques est développée. La géométrie choisie respecte les contraintes du modèle numérique présentées à la première partie et les contraintes expérimentales liées à la détection de mélanomes. Cette géométrie de sonde est ensuite validée numériquement en simulant des données artificielles bruitées. Les capacités et les limites de la sonde à estimer les propriétés de milieux bicouches sont caractérisées. Dans la troisième partie du projet, la sonde est fabriquée et intégrée à un montage expérimental de SRDrs. Des méthodes de traitement de signal et d'étalonnage sont développées à partir de mesures expérimentales. Des fantômes optiques homogènes et bicouches de propriétés connues sont utilisés pour valider les résultats numériques obtenus précédemment. La sonde et le modèle numérique d'estimation associé estiment les coefficients optiques de chacune des couches ainsi que la position de l'interface des fantômes optiques bicouches avec une erreur de moins de 20% pour des épaisseurs de la couche superficielle variant de 0.1 à 1.5 mm. Des mesures in vivo sur la peau sont acquises afin de démontrer l'intérêt de la sonde pour des applications dermatologiques. L'épaisseur estimée de l'épiderme concorde avec les valeurs rapportées dans la littérature. / Spatially resolved diffuse reflectance spectroscopy (srDRS) is an optical biopsy method that seeks to estimate a tissue's absorption and diffusion spectra. These spectra contain rich information about the biochemical composition of the tissue and its histoarchitecture. One area of application of srDRS is dermatology, where it is particularly well suited for detecting melanoma. Early detection of melanoma is closely related to a better prognostic. Because cancerous tissues have a biochemical composition and a histoarchitecture different from those of healthy tissues, srDRS is an efficient tool to assist medical practitioners during the diagnostic. The main advantage of srDRS compared to other optical biopsy methods is that the optical setup is simple, which allows the development of compact, portable, and cheap setups. Additionally, the backscattered spectral signal is used to simultaneously estimate the absorption and the scattering properties of the tissue. The main drawback is the spatial resolution because it is difficult to probe the sample in a very localized manner. This is because the light signal is typically sent from an illumination optical fiber and is collected by several detection fibers placed at different distances from the illumination fiber. This geometry offers little control over the volume sampled by light. The sampled volume depends on fiber placement as well as the optical properties of the sample. The greater the sampled volume is, the higher the probability of light interacting with several structures. This is problematic because the sampled volume is generally assumed to be homogeneous while modeling photon propagation inside the tissue. This assumption is not adequate for epithelial tissues, which often present a layered structure. The goal of this project is to develop an srDRS probe to quantitatively estimate the spectra of optical properties in bilayered media. The primary considered application for the probe is melanoma detection. The first part of the project is to investigate the minimal sampled depth that is achievable in srDRS while respecting the conditions for which the approximations in the numerical model are valid. When these conditions are not respected, the estimation of the optical properties can only be qualitative, as opposed to quantitative. A qualitative estimation may be sufficient to assist in the diagnostic, but a quantitative estimation can improve our knowledge of tissue structure and composition and has the added benefit of being comparable across different optical setups. To evaluate the minimal sampled depth in srDRS, a methodology is developed to define the minimal and maximal distances between the illumination and detection fibers that are required to obtain a quantitative estimation of the optical properties. To reduce as much as possible the sampled depth, fibers tilted with respect to the tissue's surface are considered. The second part of the project consists in a numerical analysis of the inverse problem in srDRS, where the goal is to design a probe geometry that allows a quantitative estimation of the optical properties' spectra in a bilayered medium. To carry out this analysis, a numerical model to estimate the optical properties of a bilayered medium from reflectance measurements is developed. The computation cost for this model is very high, so several strategies, such as using GPUs for the Monte Carlo simulations and massively parallelizing the problem on computing clusters, are used to reduce the computation time. The numerical model is then used to analyze the effect of each geometrical parameter of the probe on the estimation of the optical properties. The effect of each parameter, such as the number of optical fibers, their placement, and tilt angles are iteratively tested. A probe geometry is chosen to optimize the precision and robustness of the estimation of the optical properties. The chosen geometry satisfies the constraints of the numerical model presented in the first part as well as the experimental constraints related to melanoma detection. The chosen geometry is then numerically validated. By using synthetic noisy data, the capacities and limits of the probe to estimate the properties of bilayer media are characterized. In the third part, the probe is built and integrated into an experimental srDRS setup. A signal processing and a calibration scheme are developed and applied to experimental measures. Homogeneous and bilayer optical phantoms with known optical properties are used to validate the numerical results obtained in the second part of the project. The probe and the numerical model estimate the optical properties of each layer as well as the position of the interface between the two layers in bilayer phantoms with an estimation error of less than 20% when the thickness of the superficial phantom is between 0.1 and 1.5 mm. In vivo measures on the skin are acquired to demonstrate the capabilities of the probe for dermatological applications. The estimated epidermal thickness corresponds to the values reported in the literature.

Les filaments intermédiaires (FIs) constituent, avec les microtubules et les microfilaments, le cytosquelette. Les kératines (Ks) donnent des FIs hétérodimériques et constituent la famille la plus diversifiée des protéines FIs. Les modèles in vitro utilisés dans les analyses du rôle des FIs K8/K18 reposent principalement sur l'utilisation de cultures primaires d'hépatocytes, isolés de souris de type sauvage ou dépourvues de la K8 ou K18, mais ces cellules différenciées ne peuvent être établies en lignées. Le laboratoire d'accueil possède une lignée cellulaire MT499cl8.3 (MGT) dépourvue du gène de la K8. Par ailleurs, une lignée clonale (MGTK8) a été établie par infection de ces cellules avec un vecteur rétroviral contenant un ADNc de la K8 humaine. Le but de mes travaux de maîtrise a donc été de vérifier l'utilité de ces lignées MGT et MGTK8, comme modèles d'études fonctionnelles de la K8 dans les cellules de l'épithélium simple. La première série de résultats, découlant de l'analyse du phénotype, montre que la lignée MGT exprime les K7, K18 et K19 à un faible niveau, tout en étant bien sûr dépourvue en K8. Par contre, la réexpression du gène de la K8 entraîne une augmentation des K7, K18 et K19. Au plan fonctionnel, ces lignées ont permis de vérifier la contribution des Ks lors de la réponse apoptotique de cellules épithéliales suite à une stimulation du récepteur Fas, à leur activité prolifératrice à la suite de l'ajout des facteurs de croissance, ainsi qu'au degré d'interactions intercellulaires et cellule-substrat. De plus, les cellules MGT s'étalent plus lentement, un retard associé à une activation différentielle des voies ERK et AKT. Enfin, la K8 agit comme un modulateur de la motilité cellulaire. Ainsi, les lignées MGT et MGTK8 constituent un modèle de choix dans toute démarche expérimentale visant à cerner le caractère multifonctionnel de la K8.

L'épithélium de l'intestin grêle est en constant renouvellement.L'équilibre entre la prolifération et la différenciation cellulaire y est finement régulé par de nombreuses interactions entre l'épithélium et son environnement. Les interactions épithéliomésenchymateuses engendrent une signalisation qui affecte l'expression génique essentielle au développement et au maintien d'une muqueuse fonctionnelle. Plusieurs facteurs de transcription endodermiques ont été identifiés comme régulateurs de l'épithélium intestinal. Cdx2 en est un exemple, son expression dans les cellules épithéliales intestinales indifférenciées est suffisante à l'induction de leur différenciation en culture. Manuscrit 1: Afin de mieux comprendre les voies moléculaires impliquées dans la différenciation de l'épithélium intestinal, les gènes dont l'expression est modulée suite à l'induction de Cdx2 dans les cellules épithéliales intestinales ont été analysés. La cathepsine L est induite avec la polarisation et la différenciation des cellules épithéliales intestinales et l'inhibition de son activité interfère avec ces processus. De plus, la perte de l'activité de cette protéase conduit à une augmentation de la multiplicité tumorale dans l'intestin des souris APC[indice supérieur Min]. Ces résultats montrent une fonction intracellulaire non suspectée pour la cathepsine L dans l'épithélium intestinal au cours de la polarisation et de l'initiation tumorale. Manuscrit 2 : Pour identifier de nouveaux régulateurs de la différenciation épithéliale intestinale, un modèle de co-culture cellulaire permettant de récapituler la différenciation de cet épithélium a été établi et caractérisé génétiquement. Hnf-4[alpha] et Hnf-1[alpha] sont fortement induits au cours de cette différenciation.L'expression forcée de Hnf-4[alpha] dans les cellules indifférenciées entraîne l'activation de Hnf-1[alpha] et de plusieurs marqueurs des fonctions digestives, ainsi que l'établissement d'une barrière fonctionnelle en co-culture. Ces observations suggèrent que Hnf-4[alpha] est un joueur important dans la régulation de la différenciation des cellules épithéliales intestinales. Manuscrit 3 : Afin de démontrer les fonctions de Hnf-1[alpha] dans l'homéostasie de l'épithélium intestinal in vivo, le phénotype intestinal des souris invalidées pour Hnf-1[alpha] a été analysé. Ces souris présentent une intestinalomégalie caractérisée par une augmentation de la prolifération cellulaire et cryptale. Ces phénomènes étant associés à une augmentation de l'activité de mTOR. De plus, les souris invalidées pour Hnf-1[alpha] présentent une modulation de l'expression de plusieurs marqueurs de cellules entéroendocrines. Ces observations suggèrent un rôle insoupçonné pour Hnf-1[alpha] dans le maintien de la croissance et le devenir des cellules entéroendocrines de l'intestin grêle. Section 4 : Afin de confirmer la collaboration entre les facteurs Hnf-4[alpha] et Hnf-1[alpha] dans l'homéostasie de l'épithélium intestinal in vivo, des souris invalidées pour Hnf-1[alpha] de façon classique et pour Hnf-4[alpha] uniquement dans l'épithélium intestinal (doublement invalidées), au cours du développement embryonnaire (villine-Cre) ainsi que chez l'adulte (CYP1A1-Cre), ont été produites. Les souris doublement invalidées au cours du développement meurent dans les premières 36 heures suivant leur naissance et les souris doublement invalidées à l'âge adulte meurent au cours du traitement qui permet l'invalidation de Hnf-4[alpha]. Ces résultats indiquent que la double invalidation de Hnf-1[alpha] et de Hnf-4[alpha] au niveau de la muqueuse de l'intestin grêle est incompatible avec la survie des souris.

L'absorption intestinale de Cd, un métal toxique auquel la population générale est exposée par l'alimentation, a été largement étudiée mais aucune étude n'a considéré l'épithélium intestinal comme organe excréteur de Cd. Lors d'intoxications chroniques, le Cd circulant dans le sang pourrait être transporté à l'intérieur de l'entérocyte du côté basolatéral (BL). L'excrétion du Cd pourrait se faire par efflux du côté apical (AP) de l'entérocyte ou par accumulation du Cd dans l'entérocyte jusqu'à sa mort par apoptose lors du renouvellement de l'épithélium intestinal. L'objectif de notre étude a été de caractériser le transport de Cd du côté BL vers le côté AP en utilisant comme modèle in vitro les cellules TC7 cultivées sur filtres, un clone hautement différencié de la lignée enterocytaire humaine Caco-2. Les hypothèses suivantes ont été testées: 1) un transporteur de cations organiques (OCT1) pourrait transporter le Cd du côté BL; 2) un système de type MDR ou MRP pourrait être impliqué dans l'efflux AP de Cd. Nos résultats démontrent une stimulation de l'accumulation BL à pH 8,5 en milieu chlorure mais pas en milieu nitrate suggérant une implication d'OCT1 dans le transport des CdCIn²¯ⁿ mais pas du Cd²⁺. La cimetidine, un inhibiteur d'OCT1, a diminué de 37 % le transport de ¹⁰⁹Cd après 1h d'exposition à 0,5 µM de traceur. L'efflux AP de 30 min était inhibé de 19 % en présence d'inhibiteurs de MDR1 et MRP2, soient le vérapamil et le probenecid. Nos résultats suggèrent qu'OCT1 à la membrane BL ainsi que MDR1 et MRP2 à la membrane AP sont impliqués dans le transport de Cd dans les cellules TC7. De plus, la présence de Cd non radioactif dans le milieu d'efflux a stimulé l'efflux AP de ¹⁰⁹Cd. Ces résultats suggèrent l'implication d'un mécanisme de contre-échange différent de MDR1 et MRP2 qui sont strictement des mécanismes d'efflux. Notre étude a donc démontré que l'épithélium intestinal, tout comme le foie et les reins, pourrait jouer un rôle dans l'excrétion de Cd lors d'intoxications chroniques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Transport membranaire, Cd, OCT1, MRP2, MDR1, Basolatéral, Épithélium intestinal, Caco-2.

Les épithéliums agissent comme des barrières physiques et chimiques vitales pour l’organisme. Les fonctions épithéliales reposent sur la cohésion des cellules assurée par les jonctions serrées et adhérentes qui sont connectées au réseau d’acto-myosine. Pendant le développement et la vie adulte, les épithélia se développent ou se régénèrent grâce à la division cellulaire. Durant la division, les cellules épithéliales opèrent des changements importants de leurs formes sans que l’intégrité de l’épithélium soit altérée. Pendant la division, les forces de tensions appliquées sur la jonction adhérente et la force produite par l’anneau de cytodiérèse s’opposent ce qui contribue au maintien de l’intégrité de l’épithélium. Cependant les mécanismes impliqués dans la régulation des forces mises en jeu pendant la division cellulaire sont mal connus. Mon projet de thèse a été de caractériser la cytodiérèse des cellules épithéliales de vertébrés en utilisant l’embryon de Xenopus laevis comme modèle d’étude in situ. Dans la première partie de ce travail, nous avons montré qu’un espace se forme de façon transitoire entre les deux cellules filles pendant la division. Cet espace est intimement lié à l’anneau de cytodiérèse. Dans la seconde partie, nous avons caractérisé l’implication de la jonction serrée pendant la division cellulaire. Nos résultats montrent que la protéine de structure ZO-1 et la protéine régulatrice GEF-H1 associées à cette jonction, régulent négativement les tensions appliquées sur la jonction adhérente. Le rôle actif de la jonction serrée dans cette régulation est supporté par l’activation de la voie de signalisation Rho/RockII/myosine et la régulation par GEF-H1 du trafic membranaire via le complexe exocyste. Grâce à un biosenseur de tension, nous avons montré que la force appliquée sur la jonction adhérente augmente dans les embryons déplétés de ZO-1 et GEF-H1. Cette augmentation des tensions induit le ralentissement de la division et la déformation de l’anneau contractile. Enfin, nos résultats suggèrent que GEF-H1 contrôlerait localement les tensions au site de division. Dans la dernière partie, nous avons étudié la formation et l’activation de l’anneau d’acto-myosine. Nos résultats non publiés montrent que le recrutement de plusieurs protéines de l’anneau commence en apical et progresse le long de la membrane latérale. Nous nous intéressons à présent à l’étude du rôle des jonctions apicales dans ce recrutement. / Epithelia act as mechanical and chemical barriers essential to the body. Those functions rely on the cohesion of cells by tight and adherens junctions, which are linked to the actomyosin network. During development and adult life, epithelia develop or regenerate through cell division. During division, epithelial cells undergo important cell shape remodeling without altering the epithelium integrity. During cell division, mechanical forces applied to the adherens junctions and forces produced by the contractile ring are opposed, contributing to the maintenance of the epithelium integrity. However, the mechanisms involved in the regulation of the forces involved during cell division are poorly understood. The aim of my thesis project was to characterize cytokinesis in vertebrate epithelial cells using the Xenopus laevis embryo as an in situ model. In the first part of this manuscript, we described in vivo a space transiently forms between the two daughter cells during cell division. This space is intimately linked to the cytokinetic ring. In the second part, we have deciphered the role of tight junctions on cytokinesis. Our results show that the scaffold protein ZO-1 and the regulatory protein GEF-H1, which is associated to tight junctions, negatively regulate global tension applied to adherens junctions. The active role of tight junctions in regulating adherens junction is supported by the finding that GEF-H1 acts by activating the Rho/RockII/myosin pathway and by regulating membrane trafficking via the exocyst complex. The increase tension observed in ZO-1 and GEF-H1 depleted cells is correlated with defect in cytokinesis duration and contractile ring shape during cytokinesis. Finally, our results suggest that GEF-H1 can locally control tensions at division site. In the last part, we have studied contractile ring formation and activation. Our results show that recruitment of contractile ring proteins begins apically and progresses along the lateral membrane. We are now studying the role of apical junctions in this recruitment.

Les histones désacétylases HDAC1 et HDAC2 catalysent le retrait d’un groupement acétyle de résidus lysine, dans des protéines histones et non-histones. Les HDAC contrôlent la prolifération, la mort et la différenciation cellulaire. Des propriétés anti-inflammatoires et anti-tumorales ont été attribuées à des inhibiteurs contre les HDAC (HDACi), notamment dans les cellules épithéliales intestinales (CEI). Nous supposons que différents niveaux de HDAC1 ou HDAC2 dans les CEI induisent différentes réponses dans le maintien de l’homéostasie intestinale. Nous avons donc généré des souris hétérozygotes avec un seul allèle de Hdac1 ou Hdac2 dans le contexte de la délétion de l’autre. Les résultats indiquent que les souris Hdac1-/-;Hdac2+/- Villine-Cre présentent un phénotype similaire à celui d’un double mutant, à savoir des défauts d'architecture dans le jéjunum et le côlon, de la dysplasie et hyperplasie, une réduction du nombre de cellules à mucus, mais sans modification du nombre de cellules de Paneth et de la perméabilité épithéliale. Un allèle de Hdac2 n'est donc pas suffisant pour maintenir une homéostasie normale en l'absence de Hdac1. Nous avons aussi vérifié l’effet de la délétion de Hdac1 et Hdac2 à l’âge adulte dans le modèle inductible AhCre. Dans ce contexte, la perte de Hdac1 et Hdac2 entraîne une mortalité accrue après 8 jours, avec un arrêt de prolifération et l’induction de dommages à l’ADN. Nous avons alors exploré l’impact moléculaire de la perte des deux Hdac dans les CEI par une approche protéomique et transcriptomique. Nous avons observé des changements notables dans plusieurs voies de signalisation, associées à la prolifération, à des mécanismes de stress, au métabolisme, surtout lipidique. Ces changements sont en partie régulés post-traductionnellement. Bien que très instructifs, les modèles in vivo ne permettent pas de déterminer si les modifications de l’expression des gènes observées sans Hdac1 et/ou Hdac2 sont intrinsèques aux CEI ou si ces changements dépendent de signaux extrinsèques de la muqueuse ou de la lumière intestinale. Nous avons donc établi des cultures d’entéroïdes à partir de la crypte intestinale, ce qui permet la croissance, l'expansion et la différenciation des CEI progénitrices, sans l’influence de l’environnement. Nous avons entrepris des analyses protéomiques de type SILAC, suite à une inhibition pharmacologique des HDAC de type I, le CI994, ou suite à une délétion génétique de Hdac1 ou Hdac2. L’inhibition pharmacologique entraine un arrêt de prolifération associé à une différenciation altérée en faveur des cellules absorbantes, rappelant le modèle murin sans Hdac1 et Hdac2. Les voies liées à la réplication de l’ADN et au cycle cellulaire sont diminuées. Même si la perte de Hdac1 ou Hdac2 n’affecte pas notablement la croissance et la différenciation des entéroïdes, des voies associées au métabolisme et aux réponses à l’environnement sont augmentées. Au contraire, des entéroïdes sans Hdac1 et Hdac2 ne croissent pas en culture et dégénèrent en moins de 3 jours. Ceci suggère que l’environnement mucosal pourrait soutenir les CEI Hdac1-/-;Hdac2-/- de la niche épithéliale in vivo. Nos données suggèrent que des variations intrinsèques ou extrinsèques de l'activité de HDAC1 et HDAC2 modifient la réponse des CEI à l’environnement et entraînent des perturbations de l'homéostasie intestinale.

MUC1 est une mucine membranaire dont l'expression est augmentée et altérée dans le cancer et l'ischémie rénale. La transition épithélium-mésenchyme (TEM) est un processus dynamique de plasticité cellulaire impliqué dans la progression métastatique et la réparation tissulaire. Nos travaux montraient l'implication de MUC1 dans la plasticité épithéliale rénale à travers l'action de MUC1 dans des lignées cancéreuses rénales et dans des modèles murin et humain de régénération rénale. Dans le carcinome rénal, nous démontrions que (i) MUC1 et SNAIL, facteur de transcription de la TEM, étaient surexprimés dans une série de carcinomes sarcomatoïdes, (ii) SNAIL augmentait indirectement l'expression MUC1, (iii) la surexpression de MUC1 induisait la TEM, (iv) le domaine C-terminal de MUC1 (MUC1-C) augmentait l'interaction de la beta-caténine avec le promoteur de SNAIL favorisant l'activité transcriptionnelle de SNAIL, et (v) le blocage de la localisation nucléaire de MUC1-C diminuait l'activation de la voie Wnt /beta caténine et celle de SNAIL. Au total, nos résultats démontraient que MUC1 est un acteur de la TEM rénale associé au cancer et apparaît comme une nouvelle cible thérapeutique.Dans la régénération rénale, nous montrions que (i) la régénération rénale s'accompagnait d'une plasticité épithéliale transitoire compatible avec une TEM dans un modèle murin et sur des biopsies de greffon humain, (ii) MUC1 était induite au cours de la TEM associée à la régénération, (iii) l'absence de MUC1 (souris Ko Muc1)s'associait à des lésions tubulaires rénales plus sévères, et (iv) l'induction de MUC1 était inversement corrélée au degré de fibrose rénale. Au total, nos résultats suggèrent un rôle de néphroprotection conféré par MUC1 aux cellules épithéliales rénales au cours de la régénération. / MUC1 is overexpressed in renal carcinoma and ischemia. The epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a dynamic process consisted of cellular plasticity involved in tumoral progression and tissue repair. Our work showed the involvement of MUC1 in renal epithelial plasticity through the action of MUC1 in renal cancer cell lines and in mouse and human kidney regeneration models.MUC1 is overexpressed in human carcinomas. The transcription factor SNAIL can activate epithelial-mesenchymal transition (EMT) in cancer cells. In this study, in renal carcinoma, we demonstrate that (i) MUC1 and SNAIL were overexpressed in human sarcomatoid carcinomas, (ii) SNAIL increased indirectly MUC1 expression, (iii) MUC1 overexpression induced EMT, (iv) MUC1 C-terminal domain (MUC1-C) and beta-catenin increased SNAIL transcriptional activity by interaction with its promoter and (v) blocking MUC1-C nuclear localization decreased Wnt/beta-catenin signaling pathway activation and SNAIL expression. Altogether, our findings demonstrate that MUC1 is an actor in EMT and appears as a new therapeutic target.In renal regeneration, we demonstrated that (i) regeneration was characterized by a transient EMT in mouse model and human biopsies allograft, (ii) MUC1 was induced during EMT-regeneration associated, (iii) the lack of MUC1 (Muc1 KO mouse) was associated with more severe renal tubular damage, and (iv) MUC1 induction was inversely correlated with renal fibrosis. Altogether, our results suggest MUC1 mitigates renal ischemic damage through EMT activation during regeneration.

Le cancer de l’ovaire est l’une des cinq causes les plus fréquentes de décès par cancer chez les femmes dans le monde développé. Environ 90% des cancers de l’ovaire proviennent de l’épithélium que l’on nomme cancer de l’ovaire épithélial (EOC). Le EOC est un cancer hormono-dépendant et les stéroïdes sexuels jouent un rôle crucial en favoriant la prolifération et de la survie des cellules. Les 17β-hydroxystéroïdes déshydrogénases (17β-HSDs) jouent un rôle important pour le contrôle de la concentration intracellulaire de tous les stéroïdes sexuels actifs. Le mécanisme qui reculent le fonctionnent et l’expression des 17β-HSDs dans le EOC sont très peu compris. L’inhibition de certains 17β-HSDs pourrait être un traitement de l’EOC et ette approche thérapeutique doit être étudiée. Les résultats de notre étude ont démontré que les 17β- HSD types 1, 5 et 7 sont tous exprimés dans les cellules OOC-3, mais que la type 1 est la plus abondante. L’expression des 17β-HSD types 1 et 7 dans les tumeurs ovariennes épithéliales que dans les ovaires normaux (type 1, 2.2 fois; type 7, 1.9 fois). Mais l’expression de la 17β-HSD 5 est significativement plus faible dans les tumeurs, suite au développement de l’EOC (-5.217 fois). De plus, la prolifération cellulaire a diminué à la suite du knockdown la 17β-HSD type 1 ou type 7 par des siRNAs spécifiques dans les cellules OVCAR-3, mais, le knockdown de la type 5 a un effet contraire. Nous suggérons que la 17β-HSD 5 peut être impliquée dans une signalisation d’hormones stéroïdiennes pour le développement du cancer de l’ovaire épithélial. Les 17β-HSD 1 et 7 pourraient être des biomarqueurs importants pour l’EOC diagnostiqué tôt et ils peuvent également être de nouvelles cibles pour le traitement de l’EOC. / Ovarian cancer is one of the top five commonest causes of female cancer death in the developed world. About 90% of ovarian cancer have epithelial origins. Epithelial ovarian cancer (EOC) is a hormone-dependent cancer, in which the sex steroids play a crucial role in maintaining the cell proliferation and survival. The 17β-hydroxysteroid dehydrogenases (17β-HSDs) are important in the control of intracellular concentration of all active sex steroids. The function and expression of 17β-HSDs in EOC is not fully understood. Whether or not 17β-HSDs could be a therapeutic approach for the EOC treatment needs to be studied. Our results showed that 17β-HSD types 1, 5 and 7 are all expressed in EOC cells OVCAR-3 and type 1 is the highest one. The expression of 17β-HSD types 1 and 7 is higher in epithelial ovarian tumor tissues than in normal ovaries (type1, 2.2-fold; type7, 1.9-fold), but the expression of 17β-HSD type 5 is significantly lower in the tumor, following the EOC development (-5.2-fold). We found that cell proliferation was decreased after 17β-HSD type 1 or 7 knockdown by specific siRNAs in OVCAR-3 cells. While knocking down type 5 has the opposite effect. We suggest that 17β- HSD type 5 may be involved in steroid hormone signaling in EOC development. Moreover, 17β-HSD types 1 and 7 could be important biomarkers for early diagnosed EOC and novel targets for EOC treatment.

Les tissus épithéliaux recouvrent les surfaces et les cavités du corps et fonctionnent comme des barrières sélectives capables d'échanges entre les différents compartiments de l'organisme. La fonctionnalité de ces tissus repose notamment sur la mise en place et le maintien d'une asymétrie structurale des cellules épithéliales, aussi appelée « polarité épithéliale ». La modulation des mécanismes orchestrant l'asymétrie membranaire est centrale dans la formation et le maintien de l'architecture des tissus épithéliaux. Ainsi, des défauts de polarité épithéliale provoquent des anomalies morphologiques et fonctionnelles des tissus épithéliaux, qui peuvent contribuer au cancer chez l'Homme. C'est pourquoi, la compréhension des processus liés à la polarité épithéliale constitue des objectifs cruciaux dans la biologie des épithéliums et dans la santé humaine, pour assurer le développement de nouvelles thérapies liées au rétablissement des fonctions soutenues par une asymétrie membranaire. Les mécanismes de polarité épithéliale et leurs fonctions signalétiques dans la morphogenèse des tissus épithéliaux jouent un rôle central dans ma thèse et font l'objet de mon introduction. Mon projet de doctorat a consisté à caractériser la fonction et la régulation de Crumbs, un acteur clé dans la mise en place du domaine apical, dans le contrôle de la morphologie cellulaire et dans la morphogenèse des tissus épithéliaux. C'est pourquoi, l'étude de la régulation de la fonction de Crb au sein de la cellule épithéliale revêt un rôle capital dans la compréhension de la biologie des épithéliums. Dans ce cadre, nous avons d'abord permis d'approfondir les modalités d'une éventuelle fonction du domaine extracellulaire de CRB3A. De plus, nous montrons que la GTPase Rac1 permet de contrôler Crumbs dans un contexte tridimensionnel. Ainsi, nous proposons un modèle fonctionnel de Crumbs, soutenu par des approches in vitro et in vivo, dans le contrôle de la morphologie cellulaire et la morphogenèse des tissus tridimensionnels.

La protéine Girdin humaine est surexprimée dans divers types de cancers où elle contribue à la progression tumorale. Elle favorise notamment la migration et l’invasion cellulaires. Récemment, il a été montré que Girdin interagit directement avec Par-3. Cette interaction est essentielle à la polarisation des cellules en migration. Par-3 et son orthologue chez la drosophile Bazooka sont également impliquées dans l’établissement et le maintien de la polarité épithéliale et des jonctions d’adhérence (JA). La polarité épithéliale, caractérisée par la distribution asymétrique des composantes cellulaires, est nécessaire au maintien de l’intégrité des épithéliums. En effet, la perte de plusieurs régulateurs de la polarité épithéliale mène à la transition épithélio-mésenchymateuse. Nous avons donc émis l’hypothèse que Girdin est impliquée dans la polarité épithéliale et/ou l’adhésion cellule-cellule tout comme son partenaire d’interaction Par-3. Afin de vérifier notre hypothèse in vivo, nous avons généré des allèles mutants nuls de Girdin (orthologue de Girdin chez la drosophile) et établit un anticorps anti-Girdin spécifique. Tout d’abord, nous avons démontré que Girdin est essentiellement exprimée durant l’embryogenèse. Dans les épithéliums embryonnaires elle est enrichie aux JA. Ensuite, les embryons Girdin mutants présentent divers défauts morphogénétiques dont la formation de kystes ectopiques de cellules épithéliales et parfois l’ouverture de la ligne médiane ventrale, ce qui pourrait être attribuable à des défauts de cohésion cellulaire. De plus, l’association entre les composantes des JA, incluant Armadillo (β-Caténine) et DE-Cadhérine (DE-Cad), et le cytosquelette diminue dans les embryons Girdin mutants. Ces résultats suggèrent donc que Girdin est impliquée dans le maintien de la stabilité des JA. Nous nous sommes ensuite intéressés à l’implication de Girdin dans la polarité épithéliale. Bien que les mutants Girdin ne présentent aucun défaut de polarité épithéliale, nous avons pu mettre en évidence des interactions génétiques fortes entre Girdin et trois gènes codant pour des régulateurs de la polarité épithéliale : crb, yrt et lgl. Dans l’ensemble, nos résultats identifient Girdin comme un nouveau régulateur de la polarité épithéliale et de l’adhésion cellule-cellule. À l’avenir il sera essentiel de prendre en considération ces fonctions de Girdin pour évaluer s’il s’agit d’une cible thérapeutique appropriée contre le cancer. / The human Girdin protein is overexpressed in various cancers, and promotes cell migration and invasion. This suggests that Girdin contributes to tumor progression. Recently, it was shown that Girdin directly interacts with Par-3. This interaction is essential for cell polarization associated with directed cell migration. Par-3 and its Drosophila ortholog Bazooka are also known for their role in the establishment and maintenance of epithelial cell polarity and adherens junction (AJ) formation. Epithelial polarity, which is characterized by the asymmetric distribution of many cellular constituents, is necessary for epithelial tissue function and homeostasis. Indeed, loss of several epithelial polarity regulators leads to epithelial to mesenchymal transition. We thus hypothesized that Girdin plays a role in epithelial polarity and/or cell-cell adhesion, as reported for its binding partner Par-3. In order to test this premise in vivo, we generated null alleles of Girdin, which encodes the Drosophila ortholog of Girdin, and established specific anti-Girdin antibodies. First, we demonstrated that Girdin is mainly expressed during embryogenesis. In embryonic epithelial cells, it is predominantly associated with the plasma membrane and enriched at AJ. Girdin mutant embryos present several morphogenetic defects including the formation of ectopic epithelial cell cysts and opening of the ventral midline, suggesting that loss of Girdin weakens cell-cell adhesion. Consistent with this phenotype, the association between AJ components, including Armadillo (β-catenin) and DE-Cadherin (DE-Cad), and the cytoskeleton decreases in Girdin mutant animals. These results suggest that Girdin participates in AJ stability. We then investigated the implication of Girdin in epithelial polarity. Although we could not observe any epithlelial polarity defects in Girdin mutants, we found strong genetic interactions between Girdin and three genes encoding polarity regulators : crb, yrt and lgl. Together, our data identifies Girdin as a novel regulator of epithelial cell polarity and cell-cell adhesion. These results thus reveal unsuspected roles for Girdin related proteins. Comprehensive analysis of Girdin function is essential to evaluate whether it is an appropriate target to treat cancer.