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The conversion of one differentiated cell-type into another, challenges our long-held view of differentiated cells being in a fixed terminal stage of differentiation, incapable of reversal or change. Such conversions are most favourable between developmentally related cell-types such as hepatocytes from the liver and cells of the pancreas. The main drawback of culturing hepatocytes in vitro has been their limited life span and their rapid de-differentiation in culture. However, the de-differentiation of hepatocytes, and the progressive diminution in the transcription levels of liver-specific genes, is in fact associated with a concomitant induction of a pancreatic gene expression profile.

Planarians can regenerate; significantly this includes the regeneration of a head with a functional brain upon decapitation. In this thesis classical cutting experiments were revisited in the planarian species S. mediterranea. A schedule of events that follow the same temporal dynamics between anterior blastemas originating from amputations from different AlP locations is uncovered. This schedule is delayed at the early stages of regeneration at more posterior levels. To investigate the molecular mechanisms underlying this delay, the roles of Hh and canonical Wnt signalling, previously implicated in planarian anteroposterior (A/P) specification, were explored. Anterior regeneration rates are dependent on canonical Wnt signalling, whilst the gradation of anterior regeneration rates over the A/P axis is dependent on Hh signalling In contrast, brain primordia differentiation occurs independently of Hedgehog (Hh) and canonical Wnt signalling and also exhibits a temporal anterior to posterior graded appearance. A combination of cell cycle inhibitor treatments, double amputation strategies and ribonucleic acid (RNA) mediated interference (RNAi) experiments indicate that these brain primordia are formed by dividing neoblasts. These cells are past S-phase of the cell cycle and are specified to form brain primordial fate in the vicinity of the anterior facing wound within the first 16 hours of regeneration, even if this region will eventually form tail structures. The data presented here is consistent with these cells being either at G2 or M of the cell cycle at the time of amputation, or even possibly post-mitotic neoblast progeny that are still able to respond to an anterior wound to become brain fated cells. In addition the blastema/post-blastema positions that brain primordia differentiate at are dependent on existing canonical Wnt signalling. In conclusion, ectopic Hh signalling results in a transition from anterior to posterior polarity, whilst ectopic canonical Wnt signalling leads to posterior polarity from the onset of anterior regeneration. Later, two-tailed Smed-ptc(RNAi) and Smed-APC-1(RNAi) animals regenerate previously unreported brain structures. Smed-ptc(RNAi) animals develop centrally positioned outgrowths with cephalic identity whilst Smed-APC-1 (RNAi) animals develop peri-pharyngeal brain primordia-like structures. In Smed-ptc(RNAi) animals ectopic Hh signalling at anterior facing wounds specify posterior organisers which instigate a ~catenin-1 activity gradient through which an outgrowth with cephalic identity is regenerated. In contrast Smed-APC- 1(RNAi) animals have globally high levels of ~catenin-1 activity which prevent an outgrowth forming. Canonical Wnt signalling is shown to instruct AlP polarity of new and existing tissue, intact Smed-hh(RNAi) and Smed-ptc(RNAi) animals do not display AlP disruption. This implicates a regeneration specific role of Hh signalling during AlP polarity establishment. These results elaborate on the current models of both AlP axis and brain regeneration and have broad implications for understanding regenerative processes and the molecular networks that control them. Here two modes of brain tissue regeneration are proposed; early brain primordia are controlled by mechanisms that are independent of canonical Wnt signalling whilst later low ~catenin-1 activity levels are required for the regeneration of elaborated brains.

Les folates et la vitamine B12 sont essentiels au bon déroulement du développement cérébral. Ils agissent comme donneurs de méthyles dans le cycle des monocarbones où ils influencent les mécanismes épigénétiques. Les carences en folate et vitamine B12 sont fréquentes chez la femme enceinte et constituent un facteur de risque pour diverses pathologies neurologiques et les défauts développementaux ; ainsi de nombreux pays recommandent une supplémentation périconceptionnelle en acide folique. Une carence gestationnelle chez le rat est associée à un retard de croissance, à un défaut de sutures cérébrales, et à une atrophie de couches cérébrales qui s’accompagnent de troubles à long terme. Let-7a, miR-34a et miR-124a sont des microRNAs régulés par méthylation qui participent au développement cérébral. Leur expression est augmentée en condition de carence. L’expression de leurs cibles, respectivement Trim71, Dll1/Notch et Stat3, est réduite dans le cerveau d’embryons carencés, de même que l’expression et l’activité des récepteurs au glutamate AMPAR1/2 et NMDAR1/2, acteurs de la plasticité synaptique, à 21 jours post-natals. Une supplémentation périnatale en folate (3 mg/kg/j) normalise l’expression des microARN et de leurs cibles, et réduit les défauts structuraux et fonctionnels. Leur répression par siRNA améliore le phénotype de progéniteurs hippocampiques déplétés en B9, et stimule la croissance neuritique. Ces résultats soulignent le rôle potentiel de let-7a, miR-34a, miR-124a et de leurs voies de signalisation dans les anomalies développementales associées à une carence, et montre l’intérêt d’une supplémentation périnatale en folate chez les femmes à risque / Folate and vitamin B12 are essential for proper cerebral development. They act as methyl donors in the one-carbon metabolism and influence epigenetic mechanisms. Low dietary intakes of folate and vitamin B12 are frequent in pregnant women, and deficiency constitutes a risk factor for various neurological and developmental disorders. In several countries, public health policies recommend periconceptional supplementation with folic acid. Gestational deficiency in rats was associated with growth retardation, brain suture defects and atrophy of cerebral layers with long-term brain disabilities. The microRNA let-7a, miR-34a and miR-124a are regulated by methylation and required for brain development. Their expression was augmented in deficiency condition. Protein levels of their targets Trim 71, Dll1/Notch and Stat3, respectively, were decreased in the brains of deprived fetuses, as well as glutamate receptors AMPAR1/2 and NMDAR1/2 in 21d-old rats. Perinatal folate supplementation (3 mg/kg/d) restored the levels of microRNA and their downstream targets, with reduction of structural and functional defects. Silencing by siRNA improved the phenotype of deprived cells, and neurite outgrowth. The data outline the potential role of let-7a, miR-34a, miR-124a and their signaling pathways in developmental defects related to methyl donor deficiency, and support the likely usefulness of perinatal folate supplementation in at risk women

En ingénierie tissulaire, les biomatériaux, les cellules et l'induction de la différenciation, sont des facteurs à prendre en compte. L'objectif de cette étude est de connaitre l'effet de la nature des biomatériaux et leurs propriétés mécaniques sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse. Dans un premier temps, nous avons étudié l'effet d'un biomatériau de nature protéique (le collagène de type I) supplémenté en microparticules d'hydroxyaptatite (HAP). Nous avons constaté que l'ajout d'HAP améliore les propriétés mécaniques de ce biomatériau et engage la différenciation des cellules vers des phénotypes ostéoarticulaires. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'effet d'un biomatériau à base d'alginate supplémenté par de l'acide hyaluronique ou des microparticules d'HAP, en utilisant un plan d'expériences pour choisir les matrices convenables pour l'étude biologique en fonction de leurs propriétés mécaniques. Nous avons constaté que les composants de ce biomatériau ont un effet sur l'élasticité de ce dernier et sur la différenciation des cellules souches mésenchymateuses. En conclusion, cette étude montre que les cellules souches mésenchymateuses sont sensibles à la composition du biomatériau et ses propriétés mécaniques / In tissue engineering, biomaterials, cells and the induction of cell differentiation are factors to be studied. The aim of this study is to know the effect of biomaterials composition and mechanical properties on the differentiation of mesenchymal stem cells from bone marrow. At first, we studied the effect of a protein biomaterial (collagen type I) supplemented with hydroxyaptatite (HAP) particles. We found that the addition of HAP improves the mechanical properties of the biomaterial and conditione cell differentiation towards osteoarticular lineages. In a second step, we studied the effect of biomaterial composed of alginate supplemented with hyaluronic acid or HAP particles, using an experimental design to select suitable matrices for biological study based on their mechanical properties. We found that the components of this biomaterial have an effect on elasticity of the latter and the differentiation of mesenchymal stem cells. In conclusion, this study shows that mesenchymal stem cells are sensitive to the composition of the biomaterial and its mechanical properties

Les pathologies vasculaires représentent aujourd’hui l’une des principales causes de mortalité mondiale et leur nombre ne cesse d’augmenter. Les greffons autologues (disponibilité faible) et les prothèses synthétiques inadaptées pour des vaisseaux de diamètre inférieur à 6 mm ne répondent pas à la demande et il existe aujourd’hui, un réel besoin en substitut vasculaire pour les petits vaisseaux. Ainsi, le concept de l’ingénierie vasculaire semble très prometteur. Cette approche est fondée sur l’utilisation de matrices « scaffold » associées à une composante cellulaire pour construire, dans des conditions environnementales adaptées, un vaisseau qui réponde et réagisse aux contraintes physiologiques. Dans cet objectif, la fonctionnalisation d’une media vasculaire constituée de cellules musculaires lisses (CML) est prérequise. Aux CML matures qui ne sont pas de bons candidats (perte de leur phénotype contractile lors de la culture), nous avons identifié les cellules souches mésenchymateuses (CSM) de la gelée de Wharton (tissu conjonctif du cordon ombilical) comme source cellulaire majeure. Leur facilité de récupération, leur présence en grand nombre, leur faible immunogénicité et leur capacité de prolifération et différenciation en font d’excellents candidats en ingénierie tissulaire. Dans ce travail nous avons déterminé les conditions favorables à l’obtention d’un phénotype CML fonctionnelles et montré l’impact de différents paramètres environnementaux (apport en oxygène, facteurs de croissance, teneur en sérum…) sur le comportement des CSM de la gelée de Wharton. Nous avons pu montrer que 1) ces cellules étaient capables de se différencier en cellules au phénotype contractile comparable à celui des CML matures. 2) L’utilisation des films multicouches de polyéléctrolytes (FMP) en tant que support d’adhérence cellulaire a montré que les CSM de la gelée de Wharton avaient un comportement spécifique selon la charge de surface conduisant vers une cultures tridimensionnelle inadaptée sur (PAH-PSS)3 PAH et en monocouche sur films (PAH-PSS)4, 3) Ces cellules pouvaient être cultivées sur des hydrogels d’alginate fonctionnalisés par les FMP pour fournir un feuillet cellulaire susceptible de recréer une media vasculaire. / Vascular diseases represent today one of the leading causes of global mortality and the number is increasing. Autologous transplants (limited availability) and synthetic prostheses unsuitable for vessels with a diameter less than 6 mm are not sufficient and there is now a real need of vascular substitute for small vessels. Thus, the concept of vascular engineering seems very promising. This approach is based on the use of "scaffold" associated with a cellular component to build in suitable environmental conditions, a vessel that reacts with the physiological constraints. To this aim, the functionalization of an incorporated media vascular smooth muscle cells (SMC) is a prerequisite. Insteag of using Mature CML which are not good candidates (loss of contractile phenotype in culture), we identified mesenchymal stem cells (MSCs) from Wharton's jelly (connective tissue of the umbilical cord) as a major cellular source. Their easiness of recovery, their presence in large numbers, their low immunogenicity, their proliferation and differentiation capacity make them excellent candidates for tissue engineering. In this work we determined the conditions for obtaining a functional CML phenotype and showed the impact of different environmental parameters (oxygen level, growth factors, serum content ...) on the behavior of CSM jelly Wharton. We have shown that: 1) these cells were able to differentiate into cells in contractile phenotype comparable to that of mature SMC. 2) The use of multilayer films of polyelectrolytes as cell adhesion support has shown that MSCs from the Wharton jelly had a specific behavior according to surface charge leading to an inappropriate three-dimensional cultures (PAHPSS)3-PAH and monolayer films on (PAH-PSS)4, 3) These cells could be grown on functionalized alginate hydrogels to provide a cellular sheet which may recreate a vascular media

La protéine O-fucosyltransférase 1 (POFUT1) réticulaire, dont le gène est localisé dans la région chromosomique 20q11.21 chez l’Homme, catalyse le transfert d’un fucose qui sera O-lié sur la sérine ou la thréonine présente dans la séquence consensus (C2X4S/TC3), portée par un domaine EGF-like d’une glycoprotéine membranaire ou sécrétée. Le knockdown de Pofut1 (Po -) dans la lignée myoblastique murines C2C12 conduit à la formation de myotubes allongés et minces, à faible nombre de noyaux ainsi qu’à une sous-expression du marqueur myogénique tardif Myf6, suggérant des défauts significatifs dans la fusion secondaire. La signalisation NFATc2/IL-4 est décrite comme la voie principale associée à cette étape. Nous montrons que la moindre expression de Nfatc2 dans les myotubes Po - est corrélée à une baisse de l'IL-4 sécrétée et à une faible quantité de son récepteur (IL-4Rα) présent chez les cellules de réserve qui doivent participer à la fusion avec les myotubes naissants. La neutralisation de l’IL-4Rα sur les C2C12 sauvages provoque des défauts d'accrétion myonucléaire, semblables à ceux observés pour les Po -. Ainsi, POFUT1 pourrait être un nouveau médiateur de la croissance des myotubes au cours du processus myogénique, notamment par la signalisation NFATc2/IL-4. La glycoprotéine WIF1, cible potentielle de POFUT1, est un antagoniste de la signalisation WNT via sa fixation aux protéines WNT. Cette voie est connue pour être impliquée dans la prolifération et la différenciation des myoblastes. Néanmoins, aucune donnée ne concerne le rôle de WIF1 dans le processus myogénique. Par un apport exogène de WIF1, nous avons montré l’augmentation de la prolifération et l’altération de la différenciation myoblastique des C2C12. Lors de la prolifération, une augmentation de l’expression de Myf5 et une diminution de MyoG sont observées. A 7 jours de différenciation, les myotubes Po - ont un diamètre plus petit que les myotubes sauvages et ils sont plus nombreux à avoir un faible nombre de noyaux, traduisant des défauts de fusion. Nous démontrons pour la première fois, l’implication de la protéine WIF1 dans le processus myogénique. Récemment, POFUT1 a aussi été proposé comme nouveau biomarqueur pour certains cancers, mais pas évalué dans le cancer colorectal (CCR). Nous avons donc collecté des données issues de 626 tumeurs et 51 tissus adjacents non tumoraux disponibles dans FireBrowse, celles de lignées cellulaires cancéreuses colorectales et de prélèvements tumoraux provenant du Centre de Ressources Biologiques du CHU de Limoges. Une surexpression de POFUT1 est observée dès le stade I, majoritairement due à une amplification de la région 20q11.21. Elle est significativement associée aux adénocarcinomes non mucineux et à une localisation rectale. De plus, l’expression de POFUT1 est corrélée à celles des récepteurs NOTCH ainsi qu’au processus métastatique, probablement par activation de la voie NOTCH. A ce titre, POFUT1 pourrait être considéré comme un nouveau biomarqueur pour le diagnostic du CCR. / The ER protein O-fucosyltransferase 1 (POFUT1), whose gene is located at the 20q11.21 chromosomic region in humans, catalyzes O-linked fucose addition to serine or threonine present in the consensus sequence (C2X4S/TC3) carried by EGF-like domain of membrane or secreted glycoprotein. Pofut1 knockdown (Po -) in murine myoblast C2C12 cell line leads to formation of elongated and thin myotubes, with a low number of nuclei and to downexpression of the late myogenic marker Myf6, suggesting significant defects in secondary fusion. NFATc2/IL-4 signaling is described as the main pathway associated to this step. We showed that the slightest expression of Nfatc2 in Po - myotubes is correlated with a decrease in IL-4 secretion and a lower quantity of IL 4Rα in reserve cells, which had to fuse with nascent myotubes. IL-4Rα neutralization on wild-type C2C12 causes myonuclear accretion defects, similar to those observed in Po -. Then, POFUT1 could be a new mediator of myotube growth during myogenic process, particularly through NFATc2/IL-4 signaling. The glycoprotein WIF1, potential POFUT1 target, is an antagonist of WNT signaling via its binding to WNT proteins. This pathway is involved in proliferation and differentiation of myoblasts. However, no data are available on WIF1 role in the myogenic process. Through exogenous WIF1 treatment, we showed a proliferation increase and a myoblast differentiation impairment in C2C12. During proliferation, increase in Myf5 and decrease in MyoG expressions are observed. At 7 days of differentiation, Po - myotubes have a smaller diameter than wild-type ones and are more numerous to have a small number of nuclei, reflecting fusion defects. For the first time, we demonstrate the involvement of WIF1 in the myogenic process. Recently, POFUT1 was proposed to be a new biomarker for several cancers, but not evaluated in colorectal cancer (CRC). We used data from 626 tumors and 51 adjacent non-tumor tissues available at FireBrowse, colorectal cancer cell lines and tumor samples from the Biological Resource Centre of Limoges hospital. A POFUT1 overexpression is observed from stage I, mainly due to amplification of 20q11.21 region. It is significantly associated to non-mucinous adenocarcinoma and to rectum location. Moreover, POFUT1 expression is correlated with those of NOTCH receptors as well as the metastatic process, probably by activation of the NOTCH pathway. POFUT1 could therefore be considered as a new biomarker for CRC diagnosis.