Dans cette thèse nous présentons quatre applications en bioinformatique avec des modèles de Markov. Ces modèles sont particulièrement répandus car la structure Markov permet de modéliser des indépendances conditionnelles complexes tout en permettant une inférence efficace. Nous atteignons une variété d’objectifs tels que l'alignement, la classification, la segmentation et la quantification, par inférence dans différents types de modèles de Markov. De cette manière nous montrons que les modèles de Markov peuvent être utilisés pour générer de nouvelles connaissances dans diverses applications liées à une variété de champs de recherche en biologie. / In this thesis we present four applications in bioinformatics with Markov models. Such models are especially popular since the Markov structure allows for complex conditional independences to be modelled while still allowing for efficient inference. We achieve a variety of aims, ranging from alignment, classification, segmentation and quantification, through inference in different types of Markov models. In this way we show that Markov models can be used to generate new knowledge in diverse applications relating to multiple domains of biological research.

L’aide fournie aux lymphocytes B par les lymphocytes T CD4+ est cruciale pour une réponse humorale de qualité. Les lymphocytes T helper folliculaires (Tfh) jouent un rôle majeur dans l’aide apportée aux lymphocytes B au sein des centres germinatifs et peu de choses sont connues sur la capacité d’aide des autres populations de cellules T CD4+. Le but de notre étude est d’évaluer la capacité d’aide aux lymphocytes B des lymphocytes T helper de type 2 (Th2), une population considérée, à l’origine, comme responsable de l’aide apportée aux lymphocytes B in vivo ainsi que d’analyser le rôle de l’axe IL6 / STAT3 dans la différenciation des lymphocytes Tfh et leur plasticité phénotypique. Nous montrons que les lymphocytes Th2 co-expriment des formes actives des facteurs de transcription STAT6 et STAT3 et que l’expression de STAT3 est requise pour la fonction d’aide aux lymphocytes B des lymphocytes Th2. Nous avons également pu montrer que la voie de signalisation IL-6 / STAT3 durant le développement des lymphocytes Tfh s’oppose à l’expression des gènes associés au programme de différenciation Th2. / Option Biologie moléculaire du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le ribosome est un macro complexe moléculaire en charge de la synthèse de toutes lesprotéines de la cellule. Depuis les premiers essais de reconstruction in vitro d’un ribosome procaryote,des générations de chercheurs se sont succédées durant plusieurs décennies pour tenter d’éluciderles voies par lesquelles les ribosomes sont assemblés par la cellule. Un regain d’intérêt pour l’étude dela biogenèse du ribosome est advenu récemment suite à la mise en évidence de maladies liées à desmutations dans des acteurs de la biogenèse du ribosome mais également, et surtout, suite à la miseen évidence du rôle fondamental du ribosome dans les processus de transformation oncogénique.Le ribosome est composé de deux sous-unités, une petite et une grande, formées, ellesmêmes,d’un assemblage intriqué d’ARN ribosomique et de protéines ribosomiques. La formation d’unribosome, appelée biogenèse du ribosome, est un processus complexe, intégré et extrêmementhiérarchisé impliquant, chez la levure, plus 200 facteurs accessoires. Bien que les principes sousjacentsà la biogenèse du ribosome eucaryote établis à partir d’études réalisées chez la levure semblentconservés chez l’Homme, de nombreux éléments suggèrent qu’elle y soit plus complexe. Ainsi, latransposition directe chez l’Homme des connaissances acquises chez la levure quant à la biogenèse duribosome serait, tout du moins partiellement, inexacte.Au cours de ma thèse, j’ai poursuivi différents objectifs s’intégrant tous dans le cadre de labiogenèse du ribosome eucaryote. D’une part, chez la levure, j’ai poursuivi la caractérisation du rôlede la protéine Las1 dans la biogenèse de la grande sous-unité ribosomique. D’autre part, chezl’Homme, mon objectif premier a été de participer à l’identification de nouveaux facteurs accessoiresimpliqués dans la biogenèse du ribosome et à la caractérisation fonctionnelle de certains d’entre eux.Dans un second temps, je me suis concentré sur l’implication de deux particules ribonucléoprotéiquesnucléolaires, appelées snoRNP, dans la biogenèse du ribosome mais également dans le développementtumoral. Finalement, le dernier objectif de ma thèse a été de participer, dans le cadre d’un projettransverse réalisé chez la levure et chez l’Homme, à l’étude d’une protéine en charge d’une desmodifications que portent les ARN ribosomiques.Pris ensemble, les différents objectifs que j’ai poursuivis au cours de ma thèse, permettent desavancées fondamentales dans la connaissance du processus de la biogenèse du ribosome chez leseucaryotes mais aussi dans la caractérisation de l’impact clinique de certains acteurs de cette voie. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

There is increasing evidence that the effect of chemotherapy on tumor rejection is not cell autonomous but relies on the immune system. Indeed, several reports have shown that human and murine tumors respond to chemotherapeutic agents more efficiently when the host immune system is intact. In particular, we have shown that cyclophosphamide treatment of DBA/2 mice bearing P815 mastocytoma induces rejection and long term protection in a CD4- and CD8-dependent manner. We used this tumor model, as it is poorly immunogenic, expresses tumor-associated P1A and tumor-specific P1E antigens, encoded by germline and mutated genes, respectively, and allows the identification of some tumor-specific CD8+ T cells.We have previously reported that tumor regression correlates with selective infiltration of CD8+ T cells specific for P1E/H-2Kd antigen in tumor bed upon cyclophosphamide treatment. Unexpectedly, the proportion of CD8+ T cells specific for the tumor-associated antigen P1A in the context of H-2Ld decreases concomitantly, indicating that cyclophosphamide alters the repertoire of CD8+ T cells recognizing tumor antigens. Using P1A KO mice, we found that preferential activation of CD8+ T cells to P1E is not solely due to thymic negative selection. The major role of “mutated” antigens in tumor resistance has been recently highlighted in humans and raises an interesting question about the immune mechanisms of tumor rejection. Additionally to its effect on the specific immune response, cyclophosphamide promotes tumor infiltration by effector memory (P1E/H-2Kd)+ CD8+ T cells which are characterized by higher expression of KLRG1 and Eomes. Our data point to a role of IL-15 and type 1 IFNs for their development, as increased levels of IL-15 and IRF7 were measured in tumor after cyclophosphamide. IFNAR1 blockade interferes with the tumor rejection in 50% of mice and decreases the (P1E/H-2Kd)+ CD8+ T cell infiltration induced by cyclophosphamide, suggesting a role of this cytokine in the expansion and/or recruitment of (P1E/H-2Kd)+ CD8+ T cells in vivo.Altogether, our results suggest that type 1 IFNs and IL-15 induced after cyclophosphamide promote the reprogramming of CD8+ T cells specific for the “mutated” P1E/H-2Kd antigen into effector memory lymphocytes. / Option Biologie moléculaire du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Des études récentes menées chez l’homme et la souris ont suggéré que la diversité du répertoire TCR pourrait jouer un rôle dans la protection contre des pathogènes à haut pouvoir mutagène. Afin d’étudier le répertoire des lymphocytes T CD4, nous avons utilisé un modèle de souris TCRβ transgéniques exprimant une chaine β spécifique du peptide env122-141 dans le contexte du MHCII. Suite à l’immunisation des souris TCRβ transgéniques avec des cellules dendritiques pulsées avec le peptide env, une rapide prolifération et une restriction du répertoire des lymphocytes T Vα2 CD4 spécifiques est observée. L’analyse de la diversité du répertoire de ces cellules par séquençage à haut débit, a montré l’émergence d’un répertoire plus divers dans des souris déplétées en lymphocytes T régulateurs. Ces résultats suggèrent qu’en plus du rôle des Tregs dans le contrôle de la magnitude de la réponse immunitaire, ces cellules pourraient également contrôler la diversité du répertoire des lymphocytes T suite à une stimulation antigénique. / Recent studies conducted in mice and humans have suggested a role for the TCR repertoire diversity in immune protection against pathogens displaying high antigenic variability. To study the CD4 T cell repertoire, we used a mouse model in which T cells transgenically express the TCRβ chain of a TCR specific to a MHCII-restricted peptide, env122-141. Upon immunization with peptide-pulsed dendritic cells, antigen-specific Vα2+ CD4+ T cells rapidly expand and display a restricted TCRα repertoire. In particular, analysis of receptor diversity by high-throughput TCR sequencing in immunized mice suggests the emergence of a broader CDR3 Vα2 repertoire in Treg-depleted mice. These results suggest that Tregs may play a role in the restriction of the CD4 T cell repertoire during an immune response, raising therefore the possibility that in addition to controlling the magnitude of an immune response, regulatory cells may also control the diversity of TCRs in response to antigen stimulation. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Nuclear pore complexes (NPCs) are embedded in the nuclear envelope (NE) and composed of proteins called nucleoporins. NPCs as such control the bidirectional traffic of proteins and RNAs between the nucleus and the cytoplasm in eukaryotic cells whereas individual nucleoporins were found to be implicated in other cellular processes such as, cell division, kinetochore assembly, gene expression and cell migration. A prime example for nucleoporin functional versatility can be seen in Nup153. Nup153 is since its discovery known to be a central player in nucleocytoplasmic transport, but additionally participates directly or indirectly, for example, in gene expression and cell cycle control. In this context, it was previously shown that altered levels of Nup153 led to mitotic abnormalities, particularly in cytokinesis and in the spindle assembly checkpoint (SAC). The SAC promotes accurate chromosome separation to ensure the faithful segregation of genetic material to daughter cells. Nup153 was found to interact with the SAC protein Mad1. In the present study, we have further dissected the interaction between Nup153 and Mad1 and investigated the function of the Nup153-Mad1 complex in human cells. By using the high resolution imaging technique “in situ proximity ligation assay”, we found that Nup153 and Mad1 interact with each other exclusively in the presence of a NE, from late mitosis to prophase. By in vitro binding assays, we have confirmed the direct interaction between Nup153 and Mad1 and furthermore identified two independent Nup153-binding sites in Mad1. We have also provided some evidence that Nup153 interacts also with SUMO-modified Mad1.It was previously shown that depletion of Nup153 had no obvious effect on Mad1 and SAC activity. In the present study, we have shown by time-lapse imaging microscopy that the depletion of Mad1 led to a delayed recruitment of Nup153 at the reforming NE during anaphase in living cells, which was often accompanied by a prolongation of anaphase. Furthermore, Mad1 depletion led to alterations in the NE architecture, which were characterized by a change of the membrane curvature at the NPC-NE interface. This was followed by an expansion of the spacing between the inner and outer membranes as seen by electron microscopic and three-dimensional structured illumination investigations. This suggests an implication of Mad1 in a mechanism related to the NE reformation and stability independent of the SAC. Mad1 depletion also resulted in redistribution of the ER network and mitochondria throughout the cell as seen by fluorescence microscopy. Nup153 depletion coincided with the NE abnormalities and alteration of these organelles similar to that seen in Mad1-depleted cells. Further, by fluorescence microscopy, we have shown that Nup153 depletion, but not of Mad1, partially affected the localization of the cytoplasmic nucleoporins in human and in mouse cells and thus the NPC integrity. In conclusion, altogether, our results suggest that Nup153 is essential for NE and NPC integrity. Nup153 has likely separable roles in this context: one in post-mitotic NE reformation with Mad1 and one in interphase in NPC assembly. Nup153-Mad1 complex has a function independent of the spindle checkpoint, but important for the establishment of an intact NE architecture. / Les pores nucléaires sont des structures enchâssées dans l’enveloppe nucléaire et composées de protéines appelées les nucléoporines. Ces pores nucléaires contrôlent le trafic bidirectionnel des protéines et des ARNs entre le noyau et le cytoplasme dans les cellules eucaryotes tandis que les nucléoporines individuelles sont également impliquées dans d’autres processus cellulaires tels que la division cellulaire, l’assemblage des kinétochores, l’expression génétique et la migration cellulaire. Un exemple primordial de la versatilité fonctionnelle des nucléoporines peut être observé à travers Nup153. Depuis sa découverte, Nup153 est connue pour être un élément clé dans le transport nucléo-cytoplasmique, mais il a également été démontré qu’elle participait directement ou indirectement à l’expression génétique et au contrôle du cycle cellulaire. Dans ce contexte, nous avons montrés précédemment que des niveaux altérés de Nup153 menaient à des anomalies mitotiques, particulièrement en cytokinèse et dans le point de contrôle de l’assemblage du fuseau mitotique (SAC). Le SAC assure la ségrégation correcte du matériel génétique entre les cellules filles. Il a été montré que Nup153 interagit avec la protéine du SAC Mad1. Dans cette étude, nous avons utilisé une technique d’imagerie de haute résolution, « in situ proximity ligation assay » pour disséquer davantage l’interaction entre Nup153 et Mad1 dans les cellules humaines. Nous avons montré que ces deux protéines interagissent exclusivement au niveau de l’enveloppe nucléaire, depuis les dernières phases de la mitose jusqu’à la prophase. Par des expériences d’interaction in vitro, nous avons également identifiés sur Mad1 deux sites de liaison indépendants pour Nup153. Nous avons également fourni des indications que Nup153 interagit aussi avec une forme SUMOylée de Mad1. La déplétion de Mad1 menait à un recrutement tardif de Nup153 au niveau de l’enveloppe nucléaire en cours de reformation en anaphase dans les cellules vivantes et à des altérations de l’architecture de l’enveloppe nucléaire, caractérisées par un changement de la courbure membranaire au niveau de l’interface pore nucléaire-enveloppe nucléaire. Suite à cela, une expansion de l’espace entre les membranes nucléaires internes et externes a été observée par microscopie électronique. Ceci suggère une implication de Mad1 dans un mécanisme lié à la stabilité de l’enveloppe nucléaire indépendant du SAC. La déplétion de Mad1 résultait également en une redistribution du RE et des mitochondries à travers la cellule. La déplétion de Nup153 coïncidait avec des anomalies similaires au niveau de l’enveloppe nucléaire et des organelles. De plus, la déplétion de Nup153 affectait partiellement la localisation des nucléoporines cytoplasmiques, contrairement à la déplétion de Mad1. Ensemble, nos résultats suggèrent que Nup153 est essentielle pour l’intégrité des pores nucléaires et de l’enveloppe nucléaire. Nup153 semble avoir deux rôles, un au niveau de la formation de l’enveloppe nucléaire en fin de mitose, en complexe avec Mad1 et un autre rôle au niveau de l’assemblage des pores nucléaires. Le complexe Nup153-Mad1 a une fonction indépendante du SAC, mais importante pour l’établissement d’une enveloppe nucléaire intacte. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The genetic disease cystic fibrosis is the most common lethal genetic disease in Western countries. People born with cystic fibrosis suffer from many health issues including severe respiratory problems, inflammation and recurrent lung infections that can become fatal. The disease is caused by the loss of function of a protein called the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR). CFTR is an chloride ion channel and, in healthy people, its activity assures correct water and salt transport across the cell membrane. Most cases of cystic fibrosis are caused by a genetic defect that leads to the deletion of phenylalanine 508 (F508del) in the amino acid sequence of the protein. The molecular mechanism by which F508del leads to loss of function of the CFTR channel is still poorly understood. The mutation is found in the first nucleotide binding domain (NBD1) and studies have shown that it causes misfolding of CFTR and subsequent degradation of the protein by the cellular quality control system. It is established that the mutation affects stability and dynamics of NBD1 but does not alter its structure significantly. This destabilizing effect of F508del can be compensated by specific mutations distributed over different regions of NBD1, leading to recovery of membrane expression of a functional channel. A surprising example involves the regulatory insertion (RI), a 32-residue long segment found in all CFTR orthologs but not in related channels or transporters. The RI is not resolved in crystal structures of NBD1 nor cryo-EM structures of CFTR and has been described as intrinsically disordered. Its functional role in CFTR is unknown. Removal of the RI increases the stability of the NBD1 domain and, in the context of F508del-CFTR, this deletion restores maturation, cell surface expression and activity of the mutant channel. We probed the effect of the RI on NBD1 structure, dynamics and allostery using X-ray crystallography, single molecule FRET and hydrogen-deuterium exchange. We discovered that the RI enables an alternative NBD1 fold which departs markedly from the canonical fold previously observed for this domain and the NBDs of other ABC transporters. The conformational equilibrium between these states is regulated by ATP binding and affected by disease-associated conditions. Aside from clear alterations to structure and dynamics of NBD1, the RI also affects allostery, i.e. how NBD1 structure and dynamics respond to perturbations such as ligand binding. Finally, we show that the RI-enabled conformation is adopted in full-length CFTR and associated with increased channel activity in electrophysiological assays. We then identify an allosteric network that links the structural hotspots of the conformational changes to F508 and its surroundings. Lastly, we argue that these conformational changes lead to unfolding of NBD1 in the context of F508del, providing a new model for the molecular mechanism leading to pathogenesis. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

On a longtemps pensé que la communication intercellulaire était essentiellement régie par les signalisations juxta-, endo- et paracrine, les gap junctions et, plus récemment, les exosomes. Cependant, les travaux de plusieurs groupes dont le nôtre ont révélé que les Tunneling Nanotubes (TNT), des protrusions membranaires riches en actine qui relient le cytoplasme de cellules distantes et permettent le transport intercellulaire dynamique de leur contenu biologique, fournissent également l'infrastructure et les machines pour une communication efficace entre cellules. Malgré des progrès significatifs, la caractérisation de ces nouveaux organites a été limitée par le manque d'informations moléculaires et structurelles. Combler ces lacunes à l'aide d'une série d'outils de pointe et d'approches novatrices est devenu l'objectif principal de ma thèse. Plus précisément, j'ai exploré le rôle des complexes régulateurs de l’actine dans la formation des TNT reliant les cellules neuronales. Mes analyses montrent que les voies moléculaires connues pour être impliquées dans la formation d'autres protrusions membranaires régulent différemment la génération des TNT. En utilisant la microscopie par imagerie en direct, la microscopie électronique cryocorrélative et la tomographie, j'ai également étudié la nano-architecture des TNT neuronaux. Mes découvertes ont démontré que les TNT des cellules neuronales sont composés de plusieurs TNT individuels permettant le passage de vésicules et de mitochondries. En raison des difficultés d'identification des TNT in vivo, mes travaux ont également porté sur la mise en œuvre d'une approche « Connectomic » structurelle pour détecter les TNT dans les tissus sans avoir besoin d'un marqueur spécifique de TNT. Mes résultats indiquent que des structures de type TNT relient les cellules granulaires cérébelleuses migratrices des souris nouveau-nées, ce qui suggère que la communication intercellulaire pendant des événements migratoires dans le cerveau pourrait être médiée par des processus mettant en jeu des TNT. La squelettisation des structures identifiées fournit des informations géométriques qui corroborent les observations faites dans des expériences de couplage de colorants. L'ensemble de mes travaux de thèse fait la lumière sur la formation et la structure des TNT neuronaux in vitro et sur de nouvelles approches pour l'identification des TNT in vivo. / Inter-cellular communication has long been thought to be governed by juxta-, endo-, and paracrine signaling, tight junctions, and more recently, exosomes. However, large efforts from our and other groups revealed that Tunneling Nanotubes (TNTs), actin-rich membranous protrusions that connect the cytoplasm of distant cells and allow the dynamic inter-cellular transport of biological cargo, also provide the infrastructure and machinery for effective cell-to-cell communication. Despite significant progress made to unveil TNT-mediated cell communication, the characterization of these novel organelles has been limited by unanswered questions that hail from the lack of both molecular and structural information. Exploring these gaps in the field using a series of state-of-the-art tools and novel approaches became the main focus of my dissertation. Specifically, I explored the specific role of actin-regulator complexes in the formation of TNTs connecting neuronal cells. My analyses show that molecular pathways known to be involved in the formation of other membranous protrusions behave differently in the generation of TNTs. By employing live imaging microscopy, cryo-correlative electron microscopy and tomography approaches, I also studied the nano- architecture of neuronal TNTs. My findings demonstrated that TNTs of neuronal cells are comprised of multiple individual TNTs capable of transporting vesicles and mitochondria. Owing to the difficulties of identifying TNTs in vivo, my work also focused on the implementation of a structural Connectomic approach to detect TNTs in tissue without the need for a TNT-specific marker. My findings indicate that TNT-like structures connect migratory cerebellar granule cells of neonate mice, suggesting that inter-cellular communication during migratory events in the brain could be mediated by TNT-like processes. Skeletonization of the structures identified provide my findings with geometrical information that can be compared with observations made by corroborative dye-coupling experiments. Taken together, my dissertation work sheds light on the formation and structure of neuronal TNTs in vitro, and novel approaches for the identification of TNTs in vivo.

RÉSUMÉ en françaisLes systèmes de délivrance de médicaments sont fortement investigués dans le but d’obtenir la meilleure efficacité thérapeutique et la plus faible toxicité possible. De nombreux systèmes existent à l’heure actuelle qu’ils soient mécaniques ou chimiques. Dans ce travail, nous nous sommes tout d’abord intéressés à une nouvelle approche basée sur la macropinocytose pour augmenter l’internalisation d’agents thérapeutiques aussi bien dans des cellules cibles de médicaments que dans des cellules souches mésenchymateuses d’origine musculaire (mdMSCs) actuellement de plus en plus étudiées comme nouveaux systèmes de délivrance. La macropinocytose est en effet une voie d’endocytose clathrine-indépendante permettant l’internalisation non sélective de fluide extracellulaire. Ce processus semble contribuer à l’agressivité des cancers en favorisant leur apport en nutriments, le recyclage de la membrane plasmatique et de ses récepteurs ainsi que l’internalisation d’exosomes. La macropinocytose est déclenchée notamment par l’activation des récepteurs epidermal growth factor receptor (EGFR) et platelet-derived growth factor receptor (PDGFR) qui sont des marqueurs connus d’agressivité des gliomes. Au cours de ce travail, nous nous sommes demandé si la macropinocytose ne pourrait pas être utilisée pour améliorer l’internalisation d’agents chimiothérapeutiques dans les cellules de glioblastomes. Nous avons tout d’abord montré que l’expression des acteurs clés de la macropinocytose au niveau de leur ARNm est fortement altérée en fonction du grade de la tumeur en utilisant des bases de données publiques d’échantillons de tumeurs gliales humaines. Une « signature » basée sur l’expression de 38 gènes liés à la macropinocytose permet la discrimination des échantillons de glioblastomes, c’est-à-dire des tumeurs les plus agressives. Nous avons ensuite comparé les effets induits par le MOMIPP et le Vacquinol-1, deux inducteurs connus de macropinocytose, à ceux de l’Honokiol qui induit également une vacuolisation sévère au sein de cellules de gliomes. Malgré de fortes similarités morphologiques, l’Honokiol se distingue par l’induction de vacuoles provenant à la fois d’endocytose mais aussi du réticulum endoplasmique. Chacun des trois composés induit néanmoins une nette augmentation de l’internalisation de dextrans de 10 kDa. Le marquage à l’acridine orange suggère pourtant des différences dans le devenir des vacuoles induites par ces trois molécules. Il a récemment été démontré que le MOMIPP agit en empêchant la maturation des macropinosomes ce qui concorde avec notre observation d’une fusion avec les lysosomes qui serait très limitée. Si les trois molécules permettent bien d’augmenter également la concentration de témozolomide (traitement de référence) au sein des cellules de gliomes, leur impact sur l’internalisation de la doxorubicine est plus faible. L’augmentation de l’internalisation des médicaments par l’induction de macropinocytose ne semble donc pas toujours efficace et pourrait dépendre de leurs propriétés physico-chimiques ainsi que de leur voie d’internalisation basale. Étant donné que l’induction soutenue de macropinocytose peut également déclencher la mort cellulaire tant de cellules de glioblastome chimio-sensibles que chimio-résistantes, nous proposons d’envisager la macropinocytose dans des approches combinées pour bénéficier d’une augmentation de l’internalisation de médicaments et d’effets additifs/ synergiques. Comme les cellules souches mésenchymateuses sont intensément étudiées pour leur utilisation en tant que transporteur de médicaments en plus de leur potentiel intrinsèque pour la médecine régénérative, les effets de ces inducteurs de vacuolisation ont également été étudiés sur des mdMSCs. Ces dernières sont caractérisées par un niveau basal de macropinocytose plus élevé que les modèles de gliomes utilisés et elles semblent mieux répondre au Vacquinol-1 qui permet d’ailleurs d’augmenter plus efficacement la concentration intracellulaire en doxorubicine que le MOMIPP, avec une internalisation environ 2 fois plus importante qu’en absence de stimulation. Ces cellules pouvant être utilisées comme véhicule pour le transport de molécules ayant une faible biodisponibilité afin d’améliorer leur usage en clinique, nous avons ensuite évalué l’impact du chargement de mdMSCs avec de la curcumine, un polyphénol naturel bien connu pour ses propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires dont le potentiel clinique reste limité notamment par sa faible solubilité. Pour cette raison, l’utilisation du NDS27, un complexe de lysinate de curcumine et d’hydroxy-propyl-bêta-cyclodextrine qui présente une bien meilleure solubilité dans l’eau, a été préférée. Nous avons observé que l’internalisation de la curcumine, provenant du NDS27, dans les mdMSCs est concentration-dépendante et non temps-dépendante. De plus, elle ne peut pas être augmentée par l’utilisation d’inducteurs de macropinocytose. De plus amples investigations des effets de l’internalisation de la curcumine à partir du NDS27 en fonction de la concentration sur leur viabilité, prolifération, propriétés mésenchymateuses et leur fonction mitochondriale nous ont permis de montrer qu’un chargement de 2 h avec 7 µM de NDS27 était acceptable en vue de préserver la possibilité de bénéficier des mdMSCs en tant qu’agent de thérapie cellulaire régénérative en sus de leur aspect de délivrance. L’investigation du potentiel thérapeutique de telles mdMSCs chargées en curcumine pour traiter l’arthrose chez le cheval est toujours en cours. / SUMMARYDrug delivery systems are highly investigated with the aim to promote the best therapeutic efficacy and the lowest possible toxicity. Nowadays, several systems either mechanical or chemical exist. In this work, we were first interested in studying a new approach based on macropinocytosis to increase the internalisation of therapeutic agents in both target cells of drugs and skeletal muscle-derived mesenchymal stem cells (mdMSCs) currently more and more studied as new deliverance systems. Macropinocytosis is indeed a clathrin-independent endocytosis pathway allowing the nonselective internalisation of extracellular fluid. This process seems to contribute to cancer aggressiveness by favouriting nutrient supply, recycling of plasma membrane and its receptors, and exosome internalisation. Macropinocytosis may notably be triggered by epidermal growth factor receptor (EGFR) and platelet-derived growth factor receptor (PDGFR), two well-known markers of glioma aggressiveness. During this work, we wondered whether macropinocytosis could be used to improve the internalisation of chemotherapeutic agents into glioblastoma cells. We first showed that the mRNA expression levels of key actors of macropinocytosis are strongly altered according to the grade of the tumour using public datasets of human glioma tumour samples. A “signature” based on the expression of 38 macropinocytosis-related gene allows the discrimination of the glioblastoma samples, i.e. the most aggressive tumours. We next compared the effects induced by MOMIPP and Vacquinol-1, two well-known macropinocytosis inducers to those of Honokiol which also induces a severe vacuolisation within glioma cells. Despite high phase-contrast morphological similarities, Honokiol appeared different from the others by the induction of vacuoles from both endocytosis and endoplasmic reticulum origins. Each of the three compounds nevertheless induces a marked increase in 10 kDa dextran internalisation. Acridine orange staining however suggested differences in the fate of vacuoles induced by those three molecules. MOMIPP has recently been shown to prevent the macropinosomes maturation which is consistent with our observation ofthe lack of acridine orange staining of the vacuoles that may be attributed to a limited fusion with lysosomes. Although each of the three compounds allows nevertheless a marked increase of temozolomide (i.e. first-line treatment) concentration into glioma cells, their impact on the internalisation of doxorubicin is poor. The increased internalisation of drugs by inducing macropinocytosis does not seem to be always efficient and could depend on their physicochemical properties and their basal way of internalisation. Considering that sustained macropinocytosis induction may also trigger cell death of both chemo-sensitive and chemo-resistant glioblastoma cells, we proposefor future perspectives to consider macropinocytosis in combination approaches to benefit from an increased drug uptake and additive/synergistic effects. As mesenchymal stromal / stem cells are increasingly studied for their use as drug-carrier in addition to their intrinsic potential for regenerative medicine, the effects of these vacuolisation inducers were also studied on mdMSCs. These lasts are characterised by a higher basal level of macropinocytosis than the glioma models used in this work. They seem to better respond to Vacquinol-1 which allows to increase more efficiently the intracellular concentration of doxorubicin than MOMIPP, with an uptake approximatively 2-fold higher than without stimulation. Given that these cells can be used as vehicle to transport molecules with a poor bioavailability in order to improve their clinical usage, we evaluated the impact of the loading of mdMSCs with curcumin, a natural polyphenol well-known for its antioxidant and anti-inflammatory properties whose clinical potential remains limited notably by reason of its poor solubility. Therefore, the use of NDS27, a complex of curcumin lysinate and hydroxypropyl-beta-cyclodextrin displaying an increased solubility in aqueous solution, was preferred. We observed that the uptake of curcumin from NDS27 into mdMSCs is concentration-dependent and not time-dependent. Moreover, it cannot be improve using macropinocytosis inducers. Further investigations of the effects of curcumin internalisation from NDS27 depending on the concentration used on their viability, proliferation, mesenchymal properties and their mitochondrial function allowed us to show that a loading of 2 h with NDS27 at 7 µM seems acceptable to preserve the possibility to benefit from mdMSCs as a cellular therapy agent in addition to the delivery aspect. The investigation of the double potential therapeutic benefits of such curcumin-loaded mdMSCs to treat osteoarthritis in horses is still ongoing. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les jonctions communicantes (JCs) sont particulièrement importantes au sein du follicule ovarien puisque qu’elles vont participer à la régulation de la maturation ovocytaire. Les JCs vont contrôler le flux de molécules tels que l’AMPc et le GMPc qui passent entre les cellules du cumulus et l’ovocyte et qui inhibent la reprise de la méiose. La fermeture de ces canaux, tant in vivo qu’in vitro, va entrainer la reprise de la méiose en empêchant le passage de ces molécules. Dans les études que nous avons réalisées, nous avons tout d’abord développé une méthode d’analyse fonctionnelle des jonctions communicantes (le FRAP : Fluorescence Recovery After Photobleaching) dans la structure tridimensionnelle du complexe ovocyte-cumulus. Cette technique nous a permis de déterminer que les gonadotrophines et le liquide folliculaire présent dans le milieu de maturation pouvaient moduler la dynamique de transfert entre les cellules du cumulus pendant les premières heures de maturation in vitro (MIV). Par la suite, nous avons étudié la régulation des connexines (Cx), qui sont les protéines composant la JC. Nous avons identifié les principales connexines présentes dans le COC porcin, la Cx43, la Cx45 et la Cx60. Nous avons déterminé que les gonadotrophines régulaient l’expression, la dégradation ainsi que la localisation de la connexine 43 (la principale connexine présente dans les cellules du cumulus porcin). Enfin, nous nous sommes intéressés à la régulation de la reprise de la méiose par le peptide natriurétique de type C (CNP). En effet, le CNP a été proposé pour inhiber la reprise de la méiose en se liant à son récepteur NPR-B sur les cellules du cumulus, ce qui stimule la production de GMPc. Il est ensuite transféré dans l’ovocyte, via les JCs, où il va inhiber la reprise de la méiose. Nous avons montré que le CNP et un analogue du GMPc avaient un impact différent sur la dynamique de transfert entre les cellules du cumulus. De plus, le CNP agirait sur un autre récepteur (le récepteur NPR-C) pour promouvoir l’arrêt méiotique. En conclusion, ces résultats ajoutent un niveau de compréhension supplémentaire des mécanismes régulant les JCs et la reprise de la méiose durant la MIV chez le porc. / Intercellular gap-junctional communication (GJC) plays an important role in ovarian cell physiology. Closure of GJC has been proposed to be involved in oocyte maturation, particularly in the resumption of meiosis, both in vivo and in vitro, by controlling the flow of meiosis inhibitors, such as cAMP and cGMP. In the present study, we have first developed an assay based on recovery of calcein fluorescence in photobleached cumulus cells (FRAP: Fluorescent Recovery After Photobleaching) in the three-dimensional cumulus-oocyte complex (COC), during the first hours of porcine in vitro maturation (IVM). Results obtained using FRAP technology provide evidence that the composition of the IVM medium in terms of hormones and follicular fluid clearly affects cumulus-cumulus cell GJC. We then turned our attention to the effect of gonadotropins on connexins regulation. Indeed, GJC are composed of connexins proteins. We indentified Cx43, Cx45 and Cx60 as the main connexins expressed in swine COC. We show that gonadotropins regulate Cx43 protein level, degradation and localisation in the COC during the first hours of IVM. We finally turned our attention on the effect of natriuretic peptide C (CNP) on GJC regulation and meiotic resumption during porcine IVM. Indeed, CNP has been proposed to bind to receptor natriuretic peptide receptor B (NPR-B) where it triggers the production of cyclic guanosine monophosphate (cGMP). The cGMP produced is then transferred to the oocyte through gap junctions where it promotes meiotic arrest. Here we show that CNP and a cGMP analogue have different effects on GJC and Cx43 regulation suggesting that cGMP signaling may not be the only signaling pathway involving CNP. Moreover, we found that CNP is likely to bind to receptor natriuretic peptide receptor C (NPR-C) to play a role in maintaining meiotic arrest during porcine IVM, when activated in addition to NPR-B. In conclusion, we describe new mechanisms involved in the complex regulation of dynamic changes in GJCs and meiotic resumption. A better understanding of GJC regulation during IVM may in turn provide a powerful tool to improve assisted reproduction technologies and their efficacy in mammals.