Les plus grandes interfaces avec l'environnement extérieur sont la peau, et les muqueuses gastro-intestinales. Ces barrières, sont constamment menacées par des attaques physico-chimiques ou par des tentatives d'invasion de micro-organismes. Les phagocytes mononucléés qui comprennent les DCs, les monocytes et les macrophages et sont issus de la lignée myéloïde possèdent des propriétés distinctes de phagocytose de pathogènes et de cellules apoptotiques, d'apprêtement des antigènes et de présentation de ces derniers aux lymphocytes T. d'activation. La distinction de ces différentes cellules est un enjeu majeur pour la compréhension des mécanismes de la réponse immune et pour sa modulation dans des buts thérapeutiques. En utilisant des marqueurs cellulaires Ly-6C, CD64 et ainsi que le fait que les monocytes dépendent du récepteur de chimiomokine CCR2 pour émigrer de la moelle osseuse et les DCs de l'engagement du récepteur Flt3, nous avons montré pour la première fois qu'il existe dans la peau et l'intestin une cascade de différenciation qui conduit à des monocytes et des macrophages tissulaires et est distincte de celle donnant naissance aux DCs. Nous avons ensuite étudié le comportement de ces cellules dans une inflammation stérile dans la peau médiée par le DNFB (dinitrofluorobenzène) et dans une maladie inflammatoire de l'intestin (IBD) et montré que leurs capacités de migration vers les ganglions lymphatiques et de présentation antigénique à des lymphocytes T sont dépendantes du modèle utilisé. Cette déconvolution des populations tissulaires de cellules monuclées nous permet ainsi de disséquer le rôle de chacun de ces acteurs lors de la réponse immune. / The skin and the gastrointestinal mucosa that are the largest interfaces with the external environment. These barriers are the guardians of the body's integrity and are constantly threatened by physicochemical or microorganisms attacks. They have a dense network of effector cells dedicated to the defense of the body. Among them, mononuclear phagocytes which include DCs, monocytes and macrophages are all derived from the myeloid lineage and possess distinct properties of pathogens and apoptotic cells phagocytosis, antigens processing and presentation to T cells. However, DCs, monocytes and macrophages share common ancestry and functions and are hard to differentiate from each other in tissues and lymphoid organs. The distinction of these cells is a major challenge for understanding immune response's mechanisms and its modulation for therapeutic purposes.Using Ly-6C, CD64 and CCR2 as cell markers, as well as the CCR2 dependent emigration from bone marrow of monocytes and DCs dependency to Flt3-L, we have shown for the first time a cascade of monocytes differentiation, and separate populations of tissue monocytes, macrophages and DCs within the skin and the intestine. We then studied the behavior of these cells in a sterile skin inflammation mediated by DNFB (dinitrofluorobenzène) and in an inflammatory bowel disease (IBD) and showed that their ability to migrate to lymph nodes and to present antigens to naïve T lymphocytes are model dependent. Disentangling those tissue populations allows us to dissect the role of each of these actors in the immune response.

Le vascular endothelial growth factor (VEGF) un facteur de croissance essentiel du système vasculaire exerce des fonctions multiples sur les cellules nerveuses en favorisant la neurogenèse, la plasticité synaptique ou encore l'apprentissage et la mémoire. Cependant, les mécanismes impliqués dans son action régulatrice de la transmission et la plasticité synaptiques restent à élucider. Nous avons récemment mis en évidence une nouvelle interaction entre VEGFR2, le récepteur principal du VEGF, et les récepteurs NMDA (NMDAR) au cours de la migration des neurones pendant le développement du cervelet. Comme les NMDAR sont des acteurs clés de la transmission et de la plasticité synaptique, nous avons exploré le rôle du VEGF dans la régulation de l'expression et de la fonction des NMDAR synaptiques dans l'hippocampe. Nos résultats révèlent que le VEGF et son récepteur sont exprimés dans les régions CA1 et CA3 de l'hippocampe et le domaine extracellulaire de VEGFR2 peut se lier à la sous-unité GluN2B des NMDAR. Le VEGF est capable d'augmenter la transmission synaptique dépendant des NMDAR en régulant l'adressage synaptique des récepteurs exprimant la sous-unité GluN2B. Il se produit également une augmentation du nombre de synapses en présence du VEGF. Ces effets du VEGF requièrent la co-activation des récepteurs VEGFR2 et NMDAR et conduisent à un enrichissement synaptique en récepteurs glutamatergiques de type AMPA qui dépend de l'activation de la CaMKII. Nos travaux démontrent pour la première fois un rôle direct de la signalisation VEGF/VEGFR2 dans la fonction de la synapse excitatrice glutamatergique / The vascular endothelial growth factor (VEGF) plays a critical role during vascular development but recent evidence indicates that it also regulates various neuronal processes in the nervous system, such as neurogenesis, hippocampal synaptic plasticity, learning and memory. Recently, we showed a novel interaction between the glutamate receptor NMDA (NMDAR) and the VEGF receptor VEGFR2 during neuronal migration in the developing cerebellum. As NMDAR have been widely implicated in synaptic transmission and plasticity, we hypothesized that VEGF might regulate NMDAR function in hippocampal synaptic transmission and plasticity, as well as in learning and memory. Our results revealed that VEGF and its receptor VEGFR2 are expressed in the CA1 and CA3 regions of the hippocampus. Biochemical exploration highlighted an interaction between the extracellular domain of VEGFR2 and the GluN2B subunit of NMDAR. In addition, whole-cell patch clamp experiments in acute hippocampal slices showed that VEGF potentiates post-synaptic GluN2B-expressing NMDAR responses. Furthermore NMDAR and VEGFR2 co-activation in hippocampal neurons increased the pool of synaptic GluN2B-NMDAR and affects synapse number. These processes are associated with an increase in AMPAR synaptic expression and an involvment of CaMKII signaling pathway. Altogether, our results demonstrated for the first time a direct effect of VEGF on the function of excitatory glutamatergic synapses

La navigation spatiale peut être subdivisée en deux processus: la construction d’une représentation mentale de l’espace à partir de l’exploration de l’environnement d'une part, et l’utilisation de cette représentation de façon à produire le trajet le plus adapté pour rejoindre le lieu souhaité d'autre part. Lors de l’exploration de l’environnement, des informations externes et des informations de mouvement propre (i.e. vestibulaires et proprioceptives) sont combinées pour former la carte cognitive. Depuis longtemps des études suggèrent que le cervelet participe à la navigation spatiale mais son rôle a souvent été confiné à l’exécution motrice. Notre équipe a étudié des souris mutantes L7-PKCI présentant un déficit de plasticité synaptique de type dépression à long terme (DLT) au niveau des synapses entre fibres parallèles et cellules de Purkinje du cortex cérébelleux. Ces travaux ont montré que les souris présentent à la fois un déficit dans l'optimisation de la trajectoire mais également dans le maintien de la carte cognitive formée dans l'hippocampe. En effet, les propriétés de décharge des cellules de lieu de l'hippocampe sont affectées chez ces souris exclusivement lorsque celles-ci doivent naviguer en se reposant sur les informations provenant de leur mouvement propre, c'est à dire quand elles explorent l'environnement dans le noir. A ces mêmes synapses, une plasticité de type potentialisation à long terme (PLT) a été observée et permet (avec la DLT) la modulation bidirectionelle de l’efficacité synaptique. La plasticité bidirectionnelle est un processus clé dans les modèles théoriques de type « filtre adaptatif » de traitement de l’information par le cervelet. Selon ces modèles, l’absence de PLT ou DLT devrait affecter de façon similaire la plasticité bidirectionnelle et conduire ainsi à des déficits comparables. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié les conséquences fonctionnelles d’un déficit de type PLT au niveau de la même synapse entre fibre parallèle et cellule de Purkinje. Nous avons utilisé la lignée transgénique L7-PP2B, spécifiquement déficitaire pour cette plasticité.Malgré un léger déficit moteur révélé exclusivement sur le rotarod, les capacités de navigation des souris L7-PP2B ne sont pas affectées dans une tâche de navigation en labyrinthe aquatique de type piscine de Morris. Les propriétés des cellules de lieu de l’hippocampe des souris L7-PP2B ont ensuite été caractérisées lors de l’exploration d’une arène circulaire dans différentes conditions environnementales. Contrairement à celles des souris L7-PKCI, les propriétés des cellules de lieux des souris L7-PP2B ne sont pas affectées lorsque les souris ne peuvent utiliser que les informations de mouvement propre pour s’orienter, c'est à dire dans le noir. Par contre, les cellules de lieux des souris L7-PP2B présentent une instabilité en l’absence de toute manipulation d’indice environnemental, dans 23% des sessions d’enregistrement. Cette instabilité, absente chez les souris contrôles, se manifeste de façon imprévisible dans un environnement familier et est caractérisée par une rotation angulaire cohérente de l’ensemble des cellules de lieux enregistrées. Ces données suggèrent qu’en l’absence de PLT cérébelleuse la représentation spatiale de l’hippocampe n’est pas ancrée de façon stable aux indices externes proximaux. Ces résultats, associés à ceux des souris L7-PKCI indiquent que le cervelet contribue de manière complexe à la fois à la représentation spatiale hippocampique et aux capacités de navigation et que DLT et PLT jouent probablement des rôles différents dans ces processus. / Spatial navigation can be divided into two processes: building a spatial representation from the environment exploration and using this representation to produce an adapted trajectory toward a goal. During the environment exploration, external and self-motion information (i.e. vestibular and proprioceptive) are combined to form the spatial map. It has long been suggested that the cerebellum participates in spatial navigation but its role has often been confined to motor execution. Our team has studied L7-PKCI mice which lack a plasticity mechanism (long term depression (LTD)) at parallel fiber-Purkinje cell synapses in the cerebellar cortex. These works have shown that L7-PKCI mice present a deficit in trajectory optimization as well as in the maintenance of the cognitive map in the hippocampus. Indeed in these mice, the firing properties of hippocampal place cells are affected specifically when mice have to rely on self-motion information, i.e. when exploring the environment in the dark.A these same synapses, another type of plasticity (long term potentiation (LTP)) has been described, and allows (with LTD) the bidirectional modulation of the synaptic efficiency. Bidirectional plasticity is a key element of the ‘adaptive filter’ theoretical models of cerebellar information processing. According to these models, a lack of LTP or LTD should similarly affect bidirectional plasticity and result in comparable deficits. To test this prediction, we investigated the functional consequences of a deficit of LTP at parallel fiber-Purkinje cell synapses using the L7-PP2B mice model, specifically impaired for this plasticity.In spite of a mild motor adaptation deficit, revealed on the rotarod task, spatial learning of L7-PP2B mice was not impaired in the watermaze task. Hippocampal place cell properties of L7-PP2B mice were characterized during exploration of a circular arena, following different experimental manipulations. In contrast to mice lacking cerebellar LTD, place cells properties of L7-PP2B mice were not impaired when mice had to rely on self-motion cues, i.e. in the dark. Surprisingly, L7-PP2B place cells displayed instability in the absence of any proximal cue manipulation in 23 % of the recording sessions. This instability occurred in an unpredictable way in a familiar environment and was characterized each time by a coherent angular rotation of the whole set of recorded place cells. These data suggest that, in the absence of cerebellar LTP, hippocampal spatial representation cannot be reliably anchored to the proximal cue. These results along with those from L7­PKCI mice, indicate that the cerebellum contributes to both hippocampal representation and subsequent navigation abilities and that LTP and LTD are likely to play different roles in these processes.

L’alliage de Nitrure de Gallium et d’Indium (InGaN) est devenu au cours des dernières années un semi-conducteur important pour la réalisation de composants optoélectroniques, du fait de sa bande interdite modulable en fonction de la composition d’indium, entre 0.7 eV à 3.4 eV. Ceci permet l’absorption d’une grande partie du spectre solaire et fait de l’alliage InGaN un excellent candidat pour la réalisation de cellules solaires multijonctions à très haut rendement. Ce travail de thèse a permis une investigation approfondie sur les performances de différentes structures de cellules solaire à base d’InGaN. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet visant à associer des méthodes d’optimisation mathématique multivariée à une démarche rigoureuse de simulation s’appuyant autant que possible sur des modèles et résultats expérimentaux. Il s’agit d’une nouvelle approche qui permet d’étudier les performances des cellules solaires en optimisant simultanément plusieurs paramètres (physiques et géométriques) de la cellule solaire. Nous avons étudié pour cette thèse, différentes structures de cellules solaires à simple jonction, notamment de nouvelles structures sans couche P et avons fait également l’étude d’une structure complexe à double jonction. Ces études nous ont permis d’évaluer les performances optimales que pourraient avoir les cellules à base d’InGaN et seront importantes pour la conception et l’élaboration future de cellules solaires InGaN à haut rendement / In recent years, Gallium Indium Nitride (InGaN) alloy has become a semiconductor of choice for the realization of optoelectronic devices, because of its wide spectral coverage, with a bandgap that can be modulated, by changing the indium composition, between 0.7 eV and 3.4 eV. This allows the absorption of a large part of the solar spectrumand makes the InGaN alloy an excellent candidate for the realization of high efficiency multi-junction solar cells. This thesis work led to a further investigation into the performance of different InGaN-based solar cell structures. It is part of a project aiming to associate mathematical optimization methods with a rigorous simulation process based as much as possible on models and experimental results. This is a new optimization approach that optimizes the performance of solar cells by simultaneously optimizing several parameters (physical and geometrical) of the solar cell. We have studied for this thesis, different structures of single junction solar cells, including new structures without P layer and we have also studied a complex structure with double junction. These studies allowed us to evaluate the optimal performance that InGaN-based solar cells can achieve for their design and future development

Les pertes de la fonction et de la masse des cellules beta pancréatiques jouent un rôle central dans le diabète de type 2 (DT2). Les beta-arrestines 1 et 2 (ARRB1 et ARRB2), sont impliquées dans la sécrétion et/ou la survie des cellules beta pancréatiques.Dans une première étude, afin de caractériser précisément la fonction d’ARRB1 dans les cellules beta pancréatiques, nous avons eu pour objectif de générer des souris invalidées spécifiquement dans ces cellules en utilisant le système Cre/lox sous le contrôle du promoteur Ins1. Des études avaient été publiées à partir des deux lignées Ins1Cre-/+ et Arrb1f/f. Nous avons généré et travaillé sur les souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/+. Le phénotype des souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/+ était faible et surtout non reproductible comparé aux souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/- utilisées comme témoins. Le faible niveau d’expression d'Arrb1 dans les cellules beta et le manque d'anticorps spécifique pour l'immunocytochimie ont rendu difficile la vérification de l'absence d'expression de ARRB1 dans ces cellules. Après séquençage du gène modifié Arrb1 des souris “floxées“, nous avons pu montrer que l'insertion du premier site loxP avait induit un décalage du cadre de lecture introduisant un codon stop et, par conséquent, la non-expression du gène Arrb1. Étant donné que les souris Arrb1 “floxées“ utilisées comme témoins étaient déjà knockout (KO), le projet utilisant ces souris a dû être arrêté.Notre équipe a rapporté l'implication d'ARRB2 dans la régulation de la masse des cellules bêta pancréatique, mais son rôle dans la signalisation du récepteur du Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1R), une cible thérapeutique majeure du DT2, n'avait pas encore été exploré.Nous avons montré, dans une deuxième étude, une meilleure tolérance orale au glucose ainsi qu’une augmentation de la sécrétion d’insuline chez les souris Arrb2 KO par rapport aux souris témoins sur les îlots en présence des concentrations physiologiques circulantes de GLP-1. Ceci est corrélé à une production d’AMPc et un recrutement de la PKA plus élevés dans les cellules beta Arrb2 KO. A l’inverse, l’activation des kinases ERK1/2 est diminuée indiquant un recrutement majeur des ERK1/2 par ARRB2 au GLP-1R. En parallèle, j’ai montré que les taux de ARRB1 et ARRB2 des îlots pancréatiques sont altérés par des conditions diabétogènes et diabétiques. Mes résultats démontrent clairement un rôle critique de ARRB2 dans la signalisation du GLP-1R. Un défaut d’expression de la protéine pourrait participer au déficit des mécanismes de compensation de la masse fonctionnelle des cellules beta conduisant au DT2. / The loss of function and mass of pancreatic beta-cells play a central role in type 2 diabetes (T2D). Beta-arrestin 1 and 2 (ARRB1 and ARRB2) are involved in insulin secretion and/or beta-cell survival. In a first study, in order to characterize the role of ARRB1 in beta-cells, we aimed to invalidate the Arrb1 gene specifically in these cells using the Cre/lox system under the control of the Ins1 promoter. Studies had been published with both Ins1Cre-/+ and Arrb1f/f lines. We generated Arrb1f/f:Ins1Cre-/+ mice. The phenotype of Arrb1f/f :Ins1Cre-/+ mice was weak with a lack of reproducibility compared to Arrb1f/f :Ins1Cre-/- mice used as controls. The low expression level of Arrb1 in beta-cells and the lack of specific antibody for immunocytochemistry made it difficult to verify the absence of expression of ARRB1 in these cells. After sequencing the modified Arrb1 gene of the “floxed” mice, we observed that the insertion of the first loxP site induced a shift in the reading frame introducing a stop codon and, consequently, the non-expression of the Arrb1 gene. Since the “floxed“ Arrb1 mice used as controls were already knockout (KO), the project using these mice was stopped.Our team has reported the involvement of ARRB2 in the regulation of beta-cell mass, but its role in Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) receptor signaling, a major therapeutic target for T2D, remained to be explored. In a second study, we showed a better glucose tolerance and an increase in insulin secretion from isolated islets in Arrb2KO compared to control mice in the presence of physiological circulating concentrations of GLP-1. This was correlated with higher cAMP production and PKA activation in Arrb2KO beta-cells. By contrast, the activation of ERK1/2 kinases was decreased indicating a major recruitment of ERK1/2 by ARRB2 to GLP-1R. In parallel, we showed that the expression levels of ARRB1 and ARRB2 in pancreatic islets were altered in diabetogenic and diabetic conditions. My results clearly demonstrate a critical role of ARRB2 in GLP-1R singaling which could impact the function, maintenance and plasticity of beta-cell mass in response to GLP-1. A lack of expression of ARRB2 could participate in the deficit of compensatory mechanisms of the functional beta-cell mass leading to T2D.

La constante augmentation des allergies en début de vie suggère une déficience de régulation immunitaire au cours de cette période. La tolérance orale est un mécanisme clé de régulation au niveau de l’intestin pour le maintien de l’homéostasie immunitaire. L’objectif de ma thèse a été de déterminer dans un modèle murin les mécanismes à l’origine de la tolérance orale en début de vie afin de mieux prévenir le développement d’allergies. L’induction de tolérance orale en début de vie n’est efficace qu’à partir de la 3ème semaine de vie. Le défaut de tolérance orale observé au cours des 2 premières semaines de vie est la conséquence d’un défaut de capture de l’antigène et d’expression de la RALDH (enzyme de conversion du rétinol en acide rétinoïque) par les cellules dendritiques CD103+ mésentériques, résultant en une ignorance de l’antigène. Les taux de rétinol sanguins en période néonatale sont très bas, et un enrichissement du lait maternel en vitamine A permet de corriger cette déficience néonatale ainsi que le défaut de présentation antigénique des cellules dendritiques CD103+. Cet enrichissement permet également de prévenir l’apparition de l’allergie dès les premiers jours de vie. De manière surprenante, alors que chez la souris adulte, la tolérance orale dépend de la génération de lymphocytes T régulateurs, la tolérance orale observée chez les souriceaux âgés de 3 semaines et chez les nouveau-nés ayant reçu de la vitamine A, dépend de la génération de lymphocytes Th1. / Increased prevalence of allergies in early life suggests a deficiency of immune regulation during this period. Oral tolerance is a key immuno-regulatory mechanism in the gut for immune homeostasis. The principal objective of my thesis was to determine in a murine model the mechanisms at the origin of oral tolerance in early life to better prevent allergy development. We found that induction of oral tolerance in early life is effective only from the 3rd week of life. The defect of oral tolerance observed during the first 2 weeks of life is the consequence of a defect in antigen capture and RALDH expression (enzyme which converts retinol in retinoic acid) by mesenteric CD103+ dendritic cells. Serum levels of retinol in neonatal period are very low, and an enrichment of the maternal milk with vitamin A allows to correct this neonatal deficiency as well as the defect of antigen presentation by the CD103+ dendritic cells. This enrichment also allows allergy prevention from the first days of life. To our surprise, while in adult mice, oral tolerance depends on the generation of regulatory T lymphocytes, oral tolerance observed in the 3 week-old mice and in the newborn which received vitamin A, depends on the generation of Th1 lymphocytes. These results demonstrate that vitamin A levels in early life are directly correlated with Th1 differentiation induced by oral administration of allergen, necessary for allergy prevention. This knowledge should now be taken into account for the implementation of allergy prevention strategies, more specific and better adapted to the neonatal period, such as a supplementation with vitamin A.

Les cellules dendritiques (DCs) possèdent des rôles clés dans la modulation de la réponse inflammatoire. Leur implication dans la réponse inflammatoire post-ischémie/reperfusion semble claire. Cependant, leurs rôles spécifiques restent encore à élucider. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle la modulation de la réponse des cellules dendritiques suite à la séquence d’ischémie/reperfusion pourrait diminuer les lésions du greffon cardiaque. L’objectif de ce travail a donc consisté en l’exploration et l’identification d’un mécanisme immunomodulateur dans la DC. Un modèle cellulaire d’hypoxie/réoxygénation (H/R) et un modèle de co-culture DCs / cardiomyocytes ont été utilisés. / Dendritic cells (DCs) play key roles during the inflammatory process. Although their involvement in ischemia/reperfusion (I/R)-related inflammation is known, their specific role in such a context remain to be elucidated.We hypothesized that the modulation of DC phenotype during I/R might decrease cardiac graft injuries. In this study, we aimed to explore and identify an immunomodulatory mechanism in DCs. An in vitro model of hypoxia/reoxygenation (H/R) and a co-culture model were used. Our results highlight that the purinergic receptor P2Y11 (P2Y11R) exhibits an immunosuppressive role in DCs. This effect was lost when cells were subjected to a H/R insult, due to P2Y11R downregulation during hypoxia.

A l’état basal, les cellules souches musculaires sont quiescentes. Après blessure, ces cellules s’activent, s’amplifient et se différencient afin de réparer les myofibres lésées. Cependant, une petite population de ces cellules myogéniques activées ne va pas entrer dans la voie de la myogenèse, mais va retourner en quiescence par un phénomène appelé auto-renouvellement. Cette étape est cruciale afin de maintenir une réserve de cellules souches musculaires tout au long de la vie. Mais, les mécanismes cellulaires et moléculaires régulant ce phénomène sont peu décrits dans la littérature. La régénération musculaire est composée d’une série d’évènements complexes et bien orchestrés selon une cinétique précise. Le challenge de son étude est donc de pouvoir distinguer les évènements les uns des autres, tout en sachant qu’ils sont interconnectés. Bien que les cellules souches musculaires aient un fort potentiel de régénération, elles ont besoin d’interagir avec d’autres cellules au cours de la régénération, notamment avec les macrophages qui ont un rôle prépondérant dans ce processus. Après une blessure, les monocytes circulants sont recrutés sur le site de lésion et se différencient en macrophages inflammatoires. Ensuite, ces macrophages changent leur statut inflammatoire et acquièrent un profil anti-inflammatoire. Plusieurs études in vitro ont suggéré un rôle pour le métabolisme et son régulateur principal, la kinase activée par l’AMP (AMPK), dans la résolution de l’inflammation et dans le devenir des cellules souches adultes. Ainsi, j’ai étudié l’influence extrinsèque (via les macrophages) et intrinsèque du métabolisme sur le devenir des cellules souches musculaires au cours de la régénération. Pour cela, j’ai utilisé divers modèles déficients pour l’AMPK1 dans le macrophage, dans la cellule souche musculaire et dans la myofibre qui m’ont permis d’établir des cultures primaires de macrophages et de cellules musculaires. Dans un premier temps, grâce à ces outils, nous avons pu démontrer le rôle primordial de l’AMPK dans la résolution de l’inflammation au cours de la régénération musculaire et dans l’acquisition des fonctions anti-inflammatoires des macrophages. Dans ce contexte, l’activation de l’AMPK est dépendante de la kinase CAMKK et régule la phagocytose, principal phénomène cellulaire permettant le changement de statut inflammatoire des macrophages. Ce travail a été publié en 2013 dans le journal Cell Metabolism. Ensuite, j’ai mis en évidence un lien entre le métabolisme et le devenir des cellules souches musculaires. La suppression de l’AMPK dans les cellules souches musculaires augmente leur auto-renouvellement. Cette modification du devenir des cellules souches est due à un changement de métabolisme similaire à l’effet Warburg observé dans les cellules souches cancéreuses, qui s’effectue via la modulation de l’activité de l’enzyme Lactate Déshydrogénase, enzyme clé de la glycolyse. En conclusion, j’ai pu mettre en évidence deux nouveaux rôles de l’AMPK dans le devenir des cellules souches musculaires, établissant un lien de causalité entre métabolisme, inflammation et devenir des cellules souches. / During skeletal muscle regeneration, muscle stem cells activate and recapitulate the myogenic program to repair the damaged myofibers. A subset of these cells does not enter into the myogenesis program but self-renews to return into quiescence for further needs. Control of muscle stem cell fate choice is crucial to maintain homeostasis but molecular and cellular mechanisms controlling this step are poorly understood. A difficulty of understanding muscle stem cell self-renewal is that skeletal muscle regeneration is a coordinated and non-synchronized process. Various and dissociated molecular and cellular mechanisms regulate muscle stem cell fate. Indeed, skeletal muscle regeneration requires the interaction between myogenic cells and other cell types, among which the macrophages. Macrophages infiltrate the muscle and adopt distinct and sequential phenotypes. They act on the sequential phases of muscle regeneration and resolving the inflammation by skewing their inflammatory profile to an anti-inflammatory state. Some in vitro studies suggested a role for the metabolism and the AMP-activated protein Kinase (AMPK), the master metabolic regulator of cells, in both inflammation and stem cell fate. Thus, I investigated the role of metabolism on muscle stem cell fate within the muscle stem cells (cell autonomous regulations) and through the action of macrophages (non-cell autonomous regulations) during skeletal muscle regeneration. To analyze muscle stem cell fate, I used in vitro (macrophages and muscle stem cell primary cultures), ex vivo (isolated myofibers) and in vivo (using specific mice model deleted specifically for AMPK1 in the myeloid lineage, in muscle stem cells or in myofibers) experiments. First, I highlighted that macrophagic AMPK1is required for the resolution of inflammation during skeletal muscle regeneration and for the trophic functions of macrophages on muscle stem cell fate. Moreover, CAMKK-AMPK1 activation regulates phagocytosis, which is the main cellular mechanism inducing macrophage skewing. This work was published in 2013 in Cell Metabolism. Second, I demonstrated that depletion of myogenic AMPK1 tailors muscle stem cell metabolism in a LKB1 independent manner, orients their fate to the self-renewal by promoting metabolic switch from an oxidative to a glycolytic metabolism pathway, through the over activation of a new molecular target, which is a key enzyme for glycolysis: the Lactate Dehydrogenase. To conclude, during my thesis, I established two new crucial roles of AMPK1 in muscle stem cell fate choice, linking for the first time metabolism, inflammation and fate choice.

Le diabète de type 2 résulte d’une diminution de la masse fonctionnelle de cellules bêta pancréatiques, possiblement liée à une dédifférenciation cellulaire : les cellules bêta restent présentes, mais leur production d’insuline s’effondre. Ce phénomène, s’il est avéré, ouvrirait la voie à de nouvelles recherches thérapeutiques. Mais s’il est démontré dans certains modèles murins, il n’existe que des arguments très indirects chez l’Humain. Notre objectif est d’apporter de nouveaux arguments pour ce phénomène chez l’humain en modélisant la dédifférenciation de cellules bêta humaines, en utilisant la lignée de cellules bêta pancréatiques humaines EndoC-βH1 et des îlots pancréatiques humains primaires. Nous avons découvert qu’un traitement par FGF2 effondrait la production d'insuline, et des études par RNA-Seq ont révélé un effondrement de plusieurs marqueurs spécifiques de la cellule bêta, incluant INS, MAFB, SLC2A2, SLC30A8 and GCK. Parallèlement, le traitement par FGF2 induisait l'expression de gènes normalement absents d’une cellule bêta, tels les facteurs de transcription MYC, HES1, SOX9 et NEUROG3. La dédifférenciation induite par le FGF2 était temps- et dose-dépendante, et réversible après wash-out. En outre, nous démontrons que la dédifférenciation modifie l’interaction de la cellule bêta avec son environnement : l'expression de TNFRSF11B (ostéoprotégerine), un récepteur tronqué pour RANKL (receptor activator of nuclear factor-kappaB ligand), est induite lors du traitement par FGF2, et les cellules β sont alors protégées contre la signalisation RANKL (TNFSF11) par inhibition de la phosphorylation de P38. Enfin, les analyses des données transcriptomiques ont révélé des niveaux accrus d'ARNm de FGF2 dans les cellules canalaires, endothéliales et stellaires dans les pancréas d’individus diabétiques de type 2, alors que les taux d'ARNm de FGFR1, SOX9 et HES1 sont augmentés dans les îlots pancréatiques d’individus diabétiques de type 2. Nous avons donc développé un modèle de dédifférenciation des cellules bêta humaines induit par le FGF2, identifié de nouveaux marqueurs de dédifférenciation, et trouvé des signes d'augmentation de FGF2, FGFR1 et des marqueurs de dédifférenciation au cours du diabète de type 2. / Clinical and experimental evidences indicate a reduced functional β cell mass in type 2 diabetes. A recent hypothesis implicates β cell dedifferentiation in this reduction of functional β-cell mass. The vast majority of data related to β cell dedifferentiation derive from rodent models, and only indirect evidences are available in human. Our goal was to model human β-cell dedifferentiation using the functional human pancreatic β-cell line, EndoC-βH1, and primary human pancreatic islets. By screening a number of molecules in EndoC-βH1 cells, we found that FGF2 treatment dramatically reduces insulin production and MAFA expression, a β cell specific transcriptional activator. RNASeq of EndoC-βH1 cells treated with FGF2 revealed the down-regulation of additional human β cell specific markers, including INS, MAFB, SLC2A2, SLC30A8 and GCK. In parallel, FGF2 treatment activated the expression of β cell disallowed genes. This is the case for transcription factors such as MYC, HES1, SOX9 and NEUROG3. This is also the case for hormones such as GASTRIN and PYY. Such data were further confirmed by qPCR and immunostaining on primary human islets, attesting that dedifferentiation process occurs in human primary β cells. FGF2-induced dedifferentiation was time- and dose-dependent, and reversible upon wash-out. Furthermore, transcriptomic analysis revealed an increase of TNFRSF11B (osteoprotegerin) expression upon FGF2 treatment. TNFRSF11B is a decoy receptor for the receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL). Our experimental data on EndoC-βH1 demonstrated that FGF2-induced TNFRSF11B protected β cells against TNFSF11 (RANKL) signaling by preventing P38 phosphorylation. Finally, analyses of transcriptomic data revealed increased FGF2 mRNA levels in ductal, endothelial and stellate cells in pancreases from type 2 diabetic patients, whereas FGFR1, SOX9 and HES1 mRNA levels increased in islets from type 2 diabetic patients. In conclusion, we developed a robust model to study β-cell dedifferentiation in a human context. We discovered SOX9, HES1 and MYC as positive markers of human β cell dedifferentiation, demonstrating evidence for dedifferentiation process in human β cell.

L’obésité est à l’origine de la première cause de maladies hépatiques dans les pays occidentaux. Les lésions hépatiques s’étendent de la stéatose isolée et réversible à la stéatohépatite (NASH), la fibrose, la cirrhose jusqu’au carcinome hépatocellulaire. Aucun traitement pharmacologique n’a montré son efficacité pour éviter cette évolution. La compréhension des mécanismes à l’origine du processus inflammatoire est donc un élément clef pour le développement de nouvelles voies thérapeutiques. Nous avons précédemment montré dans un modèle murin d’obésité que la stéatose induit un recrutement accru de lymphocytes par le foie. Les cellules de Kupffer représentent jusqu’à 20% des cellules immunitaires du foie. Elles peuvent présenter différents phénotypes : pro-inflammatoire ou anti-inflammatoire. Un phénotype pro-inflammatoire engendre la sécrétion de cytokines/chimiokines pro-inflammatoires favorisant une réponse immune de type Th1 et un recrutement de cellules immunitaires. Les cellules de Kupffer pourraient ainsi être des acteurs majeurs dans les étapes précoces du développement de la maladie.Le but de ce travail a été d’étudier le phénotype des cellules de Kupffer au stade de la stéatose et le rôle des lipides dans ce phénotype.Nous avons montré que l'accumulation de lipides dans les cellules de Kupffer est due à un dérèglement du métabolisme des lipides et de leur trafic. Les cellules de Kupffer chargées de lipides ont un phénotype pro-inflammatoire qui induit le recrutement des lymphocytes durant les premiers stades du développement de la NASH et qui est réversible par l'inhibition de la lipogenèse. / We have shown lipid accumulation in fat-laden Kupffer cells is due to a dysregulation of lipid metabolism and trafficking. Fat-laden Kupffer cells are "primed" to recruit lymphocytes and exhibit a pro-inflammatory phenotype at the stage of steatosis, which is reversible with inhibition of lipogenesis