La maladie osseuse est une complication sévère pour les patients atteints de mucoviscidose (Cystic Fibrosis, CF). Les fractures vertébrales et costales impactent les capacités pulmonaires et la clairance du mucus bronchique. La meilleure prise en charge des symptômes des patients CF a permis l’amélioration de leurs qualité et espérance de vie. Cependant malgré l’optimisation de facteurs impactant le métabolisme osseux aucune amélioration notable n’a été observée dans la fragilité osseuse. Plus de 80% des patients CF sont porteurs de la mutation F508del du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) sur au moins un allèle. L’implication directe de la mutation F508del dans la maladie osseuse a été montrée, bien que son rôle dans le dysfonctionnement du métabolisme osseux reste encore à élucider. Notre travail a permis de mettre en évidence que la mutation F508del portée par les ostéoblastes humains est responsable d’une dérégulation importante de la voie de signalisation RANK/RANKL/OPG aboutissant à un ratio RANKL/OPG élevé, potentiateur de l’ostéoclastogénèse et de la résorption osseuse. Nous avons également mis en évidence que le contexte inflammatoire chronique de la pathologie pourrait exacerber la perte osseuse, les cellules CF étant plus sensibles à ces stimulations. Par ailleurs, nous avons montré que l’utilisation de molécules pharmaceutiques comme des correcteurs et potentiateurs de CFTR, actuellement utilisés en essais cliniques, permettent une normalisation au moins partielle des dérégulations observées des ostéoblastes CF, et apparaissent comme des nouvelles stratégies thérapeutiques. / Bone disease is a serious complication for patients with Cystic Fibrosis (CF). Rib and vertebral fractures worsen lung function and mucus clearance. Better care of CF patient’s symptoms enable an improvement in life quality and expectancy. Despite optimization of factors impacting bone metabolism no improvement was observed in bone loss of patients with CF. More than 80% CF patients carried the F508del mutation on the CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) gene on at least one allele. The role of the F508del mutation in the dysfunction of bone metabolism is yet unclear, but its involvement has been already shown in clinical studies and mouse models.Our work shown that F508del mutation on human osteoblasts causes a dysregulation in the RANK/RANK-L/OPG signalling leading to a high RANK-L to OPG ratio that may improve osteoclastogenesis, and thus the bone résorption. We also show that chronic inflammatory status of CF patients could exacerbate bone loss because of a high sensitivity of osteoblasts with the F508del-CFTR mutation. In addition, we demonstrate that the use of drugs as CFTR correctors and potentiators cause an improvement of the dysregulation observed and seems to be a promising therapeutic strategy.

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations dans le gène codant pour le canal CFTR. La mutation la plus commune est la délétion du résidu Phe508 (∆F508), qui entraîne un mauvais repliement et la dégradation de la protéine mutée. Ainsi, l’absence du CFTR cause un dysfonctionnement du transport ionique et liquidien qui altère le phénomène de clairance mucociliaire. Il en résulte une accumulation de mucus visqueux obstruant les voies aériennes favorisant une colonisation bactérienne, spécialement par P. aeruginosa, et une inflammation chronique. Ces phénomènes entraînent des lésions épithéliales et un remodelage des voies aériennes. Selon nos analyses ultrastructurales de poumons issus de patients FK au moment de la transplantation, certaines zones de l’épithélium FK montrait des signes de d’initiation des processus de réparation. Malgré cela, un dommage épithélial progressif est observé chez les patients FK et il apparaît évident que les processus de réparation sont insuffisants pour permettre le rétablissement de l’intégrité épithéliale. Le principal objectif de mon étude était d’étudier le rôle du CFTR dans les mécanismes de réparation de l’épithélium FK et de déterminer l’impact de la correction du CFTR sur la réparation épithéliale et ce, en condition aseptique et en présence d’infection. Mes travaux montrent que l’épithélium des voies aériennes FK présente un défaut de réparation, associé, du moins en partie, à l’absence d’un CFTR fonctionnel. De plus, nous avons démontré pour la première fois que l’application du correcteur du CFTR VRT-325 permettait, non seulement, la maturation du CFTR, mais également une amélioration de la capacité des monocouches de cellules des voies aériennes FK à se réparer. D’autre part, nous avons montré que la présence du filtrat bactérien de P. aeruginosa (PsaDM) altérait non seulement l’expression et la fonction du CFTR, mais également les processus de réparation épithéliale. Enfin, nos résultats montrent que l’infection affecte la maturation du CFTR induite par le VRT-325 et diminue les effets bénéfiques du VRT-325 sur la réparation épithéliale. Mes travaux permettent de mieux comprendre le rôle du CFTR dans les processus de réparation de l’épithélium FK et de proposer une nouvelle approche thérapeutique visant à promouvoir la régénération épithéliale chez les patients FK afin de tenter de stabiliser leur état, malgré l’effet délétère de la composante infectieuse. / The Cystic fibrosis (CF) pathology is caused by mutations of the gene coding for the CFTR channel. The most common mutation is the deletion of Phe508 (∆F508) causing protein misfolding and degradation. Thus, the absence of CFTR channel causes the dysfunction of ion and fluid transport that impairs mucociliary clearance resulting in mucus thickening and plugging in the airways. These conditions then favor P. aeruginosa bacterial colonisation and inflammation in the airways, which contribute to airway damage and remodeling. Ultrstructural analysis of bronchial sections of lungs collected from CF patients at the time of transplantation showed some area with signs of ongoing epithelial repair. However, a progressive epithelial damage is still observed in CF patients and it appears that the repair process is insufficient to restore epithelial integrity. The main objective of my work was to study the role of CFTR in the CF repair processes and to explore the impact of CFTR correction on epithelial repair under pathogen-free condition as well as in the presence of infectious products. Our study showed that CF airway epithelium exhibits a repair defect, associated, at least in part, to the absence of a functional CFTR channel. Furthermore, we demonstrated for the first time that CFTR rescue with the CFTR corrector VRT-325 significantly improved the wound-healing capacity of CF epithelial cell monolayers. Then, we showed that the presence of bacterial filtrate, more precisely P. aeruginosa diffusible material (PsaDM), not only alter CFTR function and expression, but also impaired epithelial repair processes. Finally, our results suggested that infection has a deleterious impact on CFTR rescue, and affected the beneficial effect on epithelial repair processes induced by VRT-325. My work allows to better understand the role of CFTR in the CF epithelial repair mechanisms and to propose new therapeutic strategies to promote epithelial regeneration in CF patients in attempt to stabilize their condition, despite the deleterious impact of infection.

Dans un contexte où les iminosucres multivalents représentent, en tant qu’inhibiteurs puissants de glycosidases, des structures privilégiées pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques, nous nous sommes intéressés à ce type de composés pour le traitement de deux maladies génétiques rares. Le premier axe de recherche a consisté à synthétiser des iminosucres di- à tétravalents en série 1-désoxymannojirimycine dans le but d’inhiber l’α1,2-mannosidase I du réticulum endoplasmique qui est impliquée dans la destruction de la protéine delF508-CFTR chez les malades atteints de la mucoviscidose. Un effet multivalent fort sur la correction de cette protéine mutée a alors été mis en évidence avec un composé trivalent basé sur le pentaérythritol. Efficace à des concentrations submicromolaires, ce dernier s’est montré 140 fois plus efficace que le modèle monovalent correspondant. Le second axe de recherche a consisté à identifier de nouveaux chaperons pharmacologiques de la β-glucocérébrosidase, l’enzyme lysosomale impliquée dans la maladie de Gaucher. Pour cela, nous avons préparé une série d’iminosucres hétérodivalents conçus pour cibler simultanément le site actif et un site secondaire de cette enzyme. Même si cet objectif n’a pas encore été atteint, nous avons malgré tout mis en évidence des chaperons monovalents capables de quasiment quadrupler l’activité de la β-glucocérébrosidase portant la mutation G202R. En marge de ces deux axes principaux, une sonde mécanistique basée sur un C-glycoside multivalent a également été développée dans le but de préciser les mécanismes à l’origine des effets multivalents puissants observés pour l’inhibition des glycosidases. / Because multivalent iminosugars represent, as potent glycosidase inhibitors, privileged structures for the design of novel drugs, we took a particular interest in this class of compounds for the treatment of two rare genetic diseases. The first research topic was dedicated to the synthesis of di- to tetravalent iminosugars in the 1-deoxymannojirimycin series in order to inhibit the endoplasmic reticulum α1,2-mannosidase I involved in the destruction of delF508-CFTR, the mutant protein responsible of cystic fibrosis. A strong multivalent effect for restoring its activity in cells was reported with a trivalent analogue based on pentaerythritol. This submicromolar corrector was found to be 140-fold more potent than the corresponding monovalent model. The second research topic focused on the identification of novel pharmacological chaperones of the β-glucocerebrosidase, the lysosomal enzyme involved in Gaucher’s disease. For this purpose, we developed a series of heterodivalent iminosugars designed to both bind to the active site and a secondary site of the enzyme. This goal could not be reached yet, nevertheless we identified monovalent chaperones which were able to fourfold increase β-glucocerebrosidase activity in G202R cell lines. Next to these main research topics, a mechanistic probe based on a multivalent C-glycoside was also developed to investigate the multivalent effect of iminosugar clusters in glycosidase inhibition.