Les cellules souches embryonnaires (CSE) sont un outil essentiel pour la recherche biomédicale. Elles ont à la fois la particularité de se multiplier de manière indéfinie tout en gardant leurs propriétés souches et l’incroyable capacité de donner naissance à tous les types cellulaires de l’organisme. Ces caractéristiques ouvrent de nouvelles perspectives pour la médecine régénérative mais également pour la mise au point de nouveaux essais thérapeutiques. Une des révolutions majeures reposant sur la reprogrammation cellulaire des cellules somatiques adultes en cellules souches, permet notamment d’entrevoir de nouvelles applications thérapeutiques. Les mécanismes moléculaires, tels que la méthylation de l’ADN, les modifications d’histones, et l’intervention de facteurs épigénétiques dans le remodelage de la chromatine, jouent un rôle essentiel dans la reprogrammation cellulaire et le contrôle de la pluripotence des cellules souches. L’épigénome des CSE doit non seulement maintenir l’expression des gènes associés à la pluripotence, mais également permettre une activation rapide et spécifique des gènes impliqués dans les étapes de différenciation cellulaire. Une des modifications ayant un rôle important dans l’homéostasie des CSE correspond aux méthylations d’histones H3K9 et H3K27 essentiellement associées à une répression transcriptionnelle. Ces modifications sont effectuées par des lysines méthyltransferases (HKM) dont G9a, ou bien EZH2 appartenant au complexe Polycomb PRC2. Elles recrutent également ces complexes protéiques permettant le maintien et la propagation de la modification le long du génome. Ainsi, dans ce contexte, mes travaux de thèse ont eu pour objectif de caractériser deux facteurs épigénétiques potentiels reconnaissant les histones H3K9me et H3K27me et interagissant avec le complexe PRC2. Ces études ont permis de mieux comprendre le rôle de ces protéines dans la régulation des cellules souches embryonnaires murines. Nos premières données ont montré que nos gènes candidats sont fortement exprimés dans les cellules souches embryonnaires murines (mESC) contrairement aux cellules différenciées. Par la suite, l’expression forcée d’un de ces facteurs altère la différenciation des CSE induite par le retrait de la cytokine LIF. Pour mieux comprendre comment le maintien de l’expression de notre facteur empêche la différenciation des cellules souches embryonnaires, nous avons analysé l’expression des facteurs de pluripotence Oct4, Nanog, Sox2 et Klf4. Nous avons noté un maintien de l’expression de ces facteurs ainsi que le maintien de la régulation des signaux intracellulaires intervenant en amont tels que: l’activation de la voie JAK-STAT3 pour le maintien à l’état pluripotent des ESC, et la diminution de la voie MAPK-ERK impliquée dans les processus de différenciation / Embryonic stem cells (ES cells) are an essential tool for biomedical research. They have the particularity to multiply indefinitely while keeping their stemness properties, and the incredible ability to generate all cell types of the body. These characteristics open up new perspectives for regenerative medicine but also for the development of new therapeutic trials. One of the major revolutions based on the cellular reprogramming of adult somatic cells into stem cells makes it possible to glimpse new therapeutic applications. Molecular mechanisms, such as DNA methylation, histone modifications, and the intervention of epigenetic factors in chromatin remodeling, play a critical role in cell reprogramming and pluripotency. The CSE epigenome must maintain not only the expression of genes associated with pluripotency but also allow rapid and specific activation of genes involved in cell differentiation. One of the modifications having an important role in the homeostasis of the CSE corresponds to histone methylations H3K9 and H3K27 essentially associated with transcriptional repression. These modifications are carried out by lysine methyltransferases (HKM) including G9a, or EZH2 belonging to the Polycomb PRC2 complex. They also recruit these protein complexes to maintain and propagate the change along the genome. Thus, in this context, my thesis work aimed to characterize two potential epigenetic factors recognizing histones H3K9me and H3K27me and interacting with the PRC2 complex. These studies have provided a better understanding of the role of these proteins in the regulation of murine embryonic stem cells. Our first data showed that our candidate genes are strongly expressed in murine embryonic stem cells CGR8 (mESC), unlike differentiated cells. Subsequently, the forced expression of one of these factors alters the CSE differentiation (CGR8) induced by LIF cytokine withdrawal. To better understand how maintaining the expression of our factor prevents the differentiation of embryonic stem cells, we analyzed the expression of pluripotency factors Oct4, Nanog, Sox2 and Klf4. We noted maintenance of the expression of these factors as well as the maintenance of the regulation of signals intervening upstream: including the maintenance of the activation of the JAK-STAT3 pathway for the maintenance of the pluripotent state, and the decrease of the MAPK-ERK pathway involved in differentiation processes

Pour ses activités immuno-activatrices, l’Interleukine-15 (IL-15) est actuellement considérée comme un candidat de choix pour le traitement des tumeurs solides, en particulier le carcinome rénal, une tumeur très agressive et résistante aux chimio- et immunothérapies. Bien qu’actuellement testée en essai clinique, les fonctions de la cytokine sur la composante rénale restent peu étudiées. Dans ces travaux, nous avons évalué le rôle de l’IL-15 sur les cellules épithéliales rénales normales et tumorales ainsi que sur une sous-population de cellules souches du cancer (CSC) très résistante aux thérapies conventionnelles. Nos résultats montrent que l’IL-15 induit la différenciation des CSC rénales en cellules épithéliales non tumorigéniques et plus sensibles aux agents cytotoxiques, confortant ainsi l’utilisation de la cytokine dans des stratégies anti-tumorales. Nos travaux révèlent cependant que l’IL-15 favorise la transition épithélio-mésenchymateuse des cellules du carcinome rénal, une action pro-tumorale à considérer dans le développement de nouvelles approches thérapeutiques. / The ability of Interleukin-15 (IL-15) to activate many immune antitumor mechanisms makes it a good candidate for application in solid tumors therapy, particularly renal cell carcinoma which is a highly aggressive and resistant cancer. Although IL-15 is being currently used in clinical trials, the function of the cytokine on the kidney’s components is poorly described. In this work, we evaluated the role of IL-15 on renal normal and tumor epithelial cells as well as a subpopulation of cancer stem cells (CSC) highly resistant to conventional therapies. Our results show that IL-15 induces the differentiation of renal CSC in non-tumorigenic epithelial cells more sensitive to cytotoxic agents, supporting the use of the cytokine in antitumor strategies. Our experiments show, however, that IL-15 promotes epithelial-mesenchymal transition of renal cell carcinoma cells, a pro-tumor action to be highly considered in the development of new therapeutic approaches.

Les cellules souches pluripotentes (CSP) humaines sont devenues en quelques années des modèles de choix pour étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui gouvernent l'apparition de maladies monogéniques, mais également pour le développement de criblages à haut débits afin d'identifier parmi plusieurs milliers de molécules chimiques celles qui ont un potentiel thérapeutique. C'est dans ce contexte de criblage que mes travaux de thèse s'inscrivent, alliant automatisation et miniaturisation de la biologie des CSP dans le cadre de deux maladies monogéniques, l'amyotrophie spinale infantile (SMA) et la dystrophie myotonique de type I (DM1). De manière générale, la mise en place d'une telle stratégie repose sur trois étapes essentielles qui sont l'obtention de CSP porteuses d'une mutation donnée, l'identification d'un modèle d'étude pertinent et la réalisation du criblage à proprement parlé. L'obtention de CSP humaines repose sur deux approches principales. La première consiste en la dérivation de cellules embryonnaires humaine (hES) issues de diagnostiques préimplantatoires et la seconde repose sur la reprogrammation de cellules somatiques par l'induction de pluripotence (iPS). Une partie de mon travail a consisté en la création de cellules iPS modèles de la SMA et leur caractérisation par une approche à haut débit. Par la suite un travail d'optimisation du protocole de génération de motoneurones à partir de CSP humaines a permis d'accélérer et augmenter les rendements de production de ces cellules qui sont principalement affectées dans la SMA. Enfin, l'utilisation de cellules hES porteuses de la mutation causale de la DM1 a permis le criblage de 12000 molécules et a conduit à l'identification d'une famille chimique capable de restaurer plusieurs défauts typiques de cette maladie tels que des défauts d'épissage et de fusion moléculaire. / For only few years, Human pluripotent stem cells (PSC) have become wide spread models in order to study and decipher cellular or molecular mechanims involved in monogenic diseases, but also for the development of large scale screening strategies allowing the identification of new therapeutics among thousands of chemicals. Mythesis research aimed at the development of such strategies, miniaturizing and automating PSC biology within the framework of two monogenic diseases, namely spinal muscular atrophy (SMA) and myotonic dystrophy type 1 (DM1).Basically, PSC based screening programs are generally built around three main steps which are the access to a stem cell model, the identification of a relevant cell type and lastly the screening campaign. There is actually two main ways to generate human PSC. Firstly, human embryonic stem cells (hES) can be derived from the inner cell mass of blastocyte through a pre-implantation diagnosis and secondly, induced pluripotent stem cells (iPS) can be generated after somatic cell reprogramming in vitro. A part of my work has consisted in the generation of hiPS cellular models for SMA by reprogramming fibroplasts that carried SMN1 gene deletion, followed bay the characterization of several dozen of independant clones with high throughput. Then an optimization process of the protocol for the generation of Motoneuron from PSC has been done multiplying experimental conditions. This finally allowed the description of a fast and efficient protocol to generate the most affected cell type in SMA. Finally, DM1 mutated hES were uded for the screening of 12.000 compounds among which a chemical family has been identified to rescue DM1 typical splicing and myogenesis defects.

Le développement de traitements thérapeutiques du cancer du sein reste limité par le niveau de connaissance des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués lors du développement normal et tumoral de la glande mammaire. L’épithélium mammaire est entouré d’une matrice extracellulaire (MEC) organisée, la membrane basale, dont le constituant principal est la laminine. Des études ont montré que les interactions entre les cellules mammaires et la MEC, dépendantes des intégrines, jouent un rôle majeur dans le développement et la tumorigenèse mammaires. Ces études n’ont cependant pas permis de déterminer les hétérodimères d’intégrine spécifiquement impliqués. Dans ce contexte, mon projet de thèse a visé à définir le rôle joué par les intégrines liant la laminine (dimères contenant les sous-unités 3 et/ou 6) dans le développement mammaire, dans le maintien de cellules souches mammaires fonctionnelles dans la glande adulte et dans le développement tumoral. Les résultats de mon travail suggèrent que :(i) l’intégrine 31 présente une fonction unique au cours de la lactation. Les mécanismes moléculaires impliqués en aval de 31 font intervenir la voie FAK/Rac1/PAK1 menant à l’inhibition de la MLCK, nécessaire à la relaxation des cellules myoépithéliales mammaires et permettant de nouveaux cycles de contraction. (ii) les interactions régulées par les intégrines entre les cellules basales mammaires et la laminine sont essentielles pour régénérer l’épithélium mammaire. Cependant, les intégrines 3 et 6 présentent des fonctions redondantes dans les cellules souches mammaires. (iii) l’intégrine 31 joue un rôle clef dans le développement tumoral mammaire. L’intégrine 31 active des voies de signalisation intracellulaires FAK/Rac1/PAK1, MAPK et JNK qui favorisent la survie et la prolifération des cellules tumorales. Ensembles, ces données permettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans le développement mammaire, la fonction de la glande adulte et la tumorigenèse. / The improvement of breast cancer therapy requires thorough analysis of the pathways leading to tumorigenesis and clear understanding of the molecular and cellular mechanisms involved in normal mammary gland development. Mammary epithelium is surrounded by a specifically organized extracellular matrix (ECM), basement membrane, and secreted glycoproteins, laminins, are among its major constituents. Integrin-mediated interactions between mammary epithelial cells and ECM have been shown to play an essential role in the control of mammary development and tumorigenesis. However, specific roles played by distinct integrin heterodimers are yet poorly understood. My thesis project aimed to define the functions of laminin-binding integrins, i.e., heterodimers, containing 3 or 6 subunits, in normal mammary gland development, in control of mammary stem and progenitor cell functions in adult gland, and in mammary tumorigenesis. The results of my work suggest that: (i31 integrin has a unique function in the control of the myoepithelial cell contractile activity during lactation; it contributes to the activation of the FAK/Rac1/PAK1 pathway leading to MLCK inhibition required for myoepithelial cell relaxation, thereby, permitting further contractile cycles. (ii) integrin-mediated interactions of mammary basal cells with laminins are essential for the regeneration of the mammary epithelium. However, 31 and 6-contaning integrins have redundant functions in mammary stem cells.(iii) 31 integrin plays a major role in mammary tumorigenesis, it promotes survival and proliferation of tumor cells activating intracellular signaling pathways involving FAK/Rac1/PAK1, MAPK and JNK pathways. Altogether, these data provide new insights into the molecular mechanisms of mammary development, adult gland function and tumorigenesis.

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Les cellules souches neurales adultes (aNSCs) sont définies par des fonctions d’auto-Renouvellement et de multipotence qui leur permettent de générer dans le cerveau adulte tant des neurones que des cellules gliales. Contrairement aux mammifères, le cerveau de poisson zèbre présente de nombreuses zones de neurogenèse adulte dont la plus caractérisée est la zone ventriculaire du pallium. Elle est composée de cellules de glies radiaires qui font office de aNSCs dans cette partie du cerveau. Quels progéniteurs neuraux embryonnaires sont sélectionnés pour être à l’origine de ces aNSCs reste mal connu. Ce travail a pour objectif de déterminer la contribution relative de deux populations de progéniteurs neuraux embryonnaires, les “clusters proneuraux” (impliqués dans la neurogenèse embryonnaire) et les “pools de progéniteurs” (caractérisés par une neurogenèse tardive), dans la formation des aNSCs du pallium de poisson zèbre. Dans un premier temps, à l’aide de techniques génétiques de lignage cellulaire, nous avons pu identifier la population de progéniteurs neuraux embryonnaires à l’origine d’une sous-Population des aNSCs située dans la partie dorso-Médiane du pallium. Des expériences de lignage utilisant la lignée de poisson zèbre her4:ERT2CreERT2 combinées à des traitements inhibiteurs de la voie de signalisation Notch nous ont permis de déterminer que les progéniteurs neuraux donnant naissance aux aNSCs du pallium dorso-Médian expriment le gène « Enhancer of split » her4, qui caractérise les “clusters proneuraux”, ce dès des stades très précoces du développement. Dans un second temps, des analyses clonales ainsi que des recombinaisons spatialement contrôlées par laser nous ont permis de mettre en évidence que les aNSCs de la partie latérale du pallium de poisson zèbre ne proviennent pas de progéniteurs embryonnaires exprimant her4 et maintenus par la voie Notch, mais d’une population restreinte de cellules neuroépitheliales situées dans la plaque du toit du télencéphale embryonnaire. Ces cellules présentent des caractéristiques spécifiques des “pool de progéniteurs”, à savoir l’expression de gènes her non-Canoniques (dont l’expression n’est pas dépendante de la voie de signalisation Notch) tels que her6 et her9, l’expression de ligands de voies de signalisation telles que Wnt, BMP et FGF, et une neurogenèse tardive. Elles génèrent progressivement, à partir du stade juvénile, une grande partie des aNSCs du pallium latéral. De plus, une partie de ces cellules neuroépitheliales persistent dans le pallium latéral postérieur chez l’adulte et continuent de former de novo des aNSCs dans cette région du cerveau. Outre la vision globale que cette étude nous a permis d’avoir sur l’origine embryonnaire de la totalité des aNSCs du pallium de poisson zèbre, elle a aussi délivré des informations sur les étapes de maturation progressive des progéniteurs embryonnaires pour former les aNSCs, et les similitudes et divergences qui existent entre la population dorso-Médiane et latérale à ce sujet. Enfin, en traçant les neurones issus des cellules souches à différents stades, cette étude a pour la première fois mis en évidence la formation progressive des compartiments neuronaux du pallium de poisson zèbre, et ainsi permis d’apprécier les homologies de ces compartiments avec les régions du pallium de souris. / Adult neural stem cells (aNSCs) are defined by their self-Renewal and multipotency, which allow them to generate both neurons and glial cells in the adult brain. Contrary to mammals, the zebrafish brain maintains numerous neurogenic zones in the adult, among which the most characterized is the pallial ventricular zone. It is composed of radial glial cells serving as aNSCs. Which embryonic neural progenitors are at the origin of these aNSCs is still unknown. This work aims to determine the relative contributions of two embryonic neural progenitor populations, the «proneural clusters» (involved in embryonic neurogenesis) and the « progenitor pools » (characterized by a delayed neurogenesis), to the formation of aNSCs in the zebrafish pallium. First, using genetic lineage tracing techniques, we were able to identify the embryonic neural progenitor population at the origin of a subpopulation of aNSCs located in the dorso-Medial part of the pallium. The her4:ERT2CreERT2 transgenic driver line, combined with pharmacological treatments inhibiting the Notch signalling pathway, allowed showing that neural progenitors giving rise to dorso-Medial pallial aNSCs express the « Enhancer of split » her4 gene, specifically expressed in « proneural clusters » from very early stages of development. As a second step, clonal analyses as well as spatially controlled recombinations by laser highlighted that aNSCs of the zebrafish lateral pallium do not derive from her4-Positive embryonic progenitors maintained by the Notch pathway, but from a restricted population of neuroepithelial cells located in the embryonic telencephalic roof plate. These cells display « progenitor pool » specific features, as for instance the expression of non-Canonical her genes (independent of Notch signalling) such as her6 and her9, the expression of components of signalling pathways such as Wnt, BMP, FGF, and a late neurogenesis onset. These progenitors progressively generate, from juvenile stages, the vast majority of the aNSCs of the lateral pallium. Most interestingly, a small population of these neuroepithelial cells persists in the postero-Lateral pallium at adult stage and keeps generating de novo aNSCs of this brain region. In addition to identifying the origin of pallial aNSCs in the zebrafish, this study also delivers information on the progressive maturation steps that embryonic progenitors undergo to generate aNSCs, and highlights similarities and differencies existing between the dorso-Medial and lateral progenitors. Finally, this work also permits tracing the neurons generated by stem cells at different stages. This reveals for the first time the progressive formation of the different zebrafish pallial compartements, and allows appreciating their homologies with the mouse pallial regions.

L'épithélium intestinal adulte des mammifères est un tissu hautement organisé entièrement renouvelé tous les 5 à 7 jours, grâce à la présence de cellules souches intestinales (CSI). Localisées à la base des cryptes, les CSI sont capables de s'auto-renouveler et de générer l'ensemble des types cellulaires de ce tissu. Afin de préserver l'équilibre entre leur auto-renouvellement et leur différenciation, véritable garant de l'homéostasie de l'épithélium intestinal, les CSI résident dans un microenvironnement finement régulé, « la niche », leur procurant l'ensemble des signaux nécessaires à leurs fonctions. La Nétrine-1, molécule sécrétée et apparentée à la famille des Laminines, est exprimée dans l'environnement des cryptes intestinales, mais également au cours du développement intestinal. Initialement découverte pour son rôle dans le guidage axonal, cette protéine est à ce jour considérée comme une molécule pléïotropique impliquée dans divers processus physiologiques tels que la morphogénèse, la migration, l'adhésion cellulaire, la prolifération mais également pathologiques comme la tumorigénèse. Considérant ces observations nous nous sommes donc intéressés au rôle potentiel de la Nétrine-1 dans la régulation du compartiment souche intestinal adulte, ainsi que lors de l'ontogénèse intestinale. Dans une première partie, nous montrons qu'ex vivo la Nétrine-1 promeut la croissance des entéroïdes et régule l'expression génique de certains marqueurs spécifiques des CSI. Dans une seconde partie, nous montrons, grâce à la génération et caractérisation de nouveaux modèles murins, que la Nétrine-1 est impliquée dans le développement de l'épithélium intestinal grêle et que sa délétion conduit à un retard d'émergence des villi / The adult intestinal epithelium is a highly organized tissue, which is completely self-renewed every 5 to 7 days, due to a pool of multipotent intestinal stem cells (ISC). Located at the base of intestinal crypts, ISC have the ability to self- renew and to give rise to all epithelial intestinal cell types. To preserve the balance between their self-renewal and their differentiation, and therefore to maintain the epithelial tissue homeostasis, ISC reside in a tightly regulated microenvironment - called “niche”- that provides them all factors required for their functions. Netrin-1, a laminin-related secreted protein, is expressed in the microenvironment of the crypt, and is also expressed during intestinal development. Initially described as an axonal guidance cue, Netrin-1 is now considered as a pleiotropic molecule involved in many different processes such as morphogenesis, cell migration, cell adhesion, proliferation and also tumorigenesis. Based on these observations, we hypothesized that Netrin-1 could play a role in the maintenance of the adult intestinal stem cell compartment, and also in the intestinal ontogenesis. In a first part, we showed that Netrin-1 promotes the growth of enteroids ex vivo while regulating gene expression of specific intestinal stem cell markers. In the second part, we demonstrated, by using two novel genetically engineered mouse models, that Netrin-1 is involved in the embryonic development of the intestinal epithelium and that its deletion leads to a delay in villi emergence

It is well established that the 17-estradiol is involved in the development and homeostasis of reproductive and extra-reproductive tissues, particularly the mammary gland. Estradiol classically binds to Estrogen Receptor (ERα), which is a member of the nuclear receptor superfamily. ER mediates nuclear (transcription) and plasma membrane (signaling) ERα function. Interestingly, the membrane initiated steroid signaling (MISS) required a post translational modification of the receptor: palmitoylation of the human Cys-447 or the murine Cys-451 counterpart. The main objectives of my PhD thesis were to decipher the physiological role of membrane ERα in mammary gland development and to understand how the membrane ER signaling impact breast cancer. To do so, we used the transgenic mouse model C451A-ER in which the single point mutation (C451A) was introduced to abolish palmitoylation of ER (membrane addressing signal). We demonstrate that the point mutation of the palmitoylation site of ER alters the paracrine signaling of luminal epithelial cells and by consequence the repopulation properties of the mammary stem cells. We also studied the involvement of the membrane effects of the Estrogen Receptor ERα in the 17β-estradiol response dose of the mammary gland. Finally, by breeding the C451A-ER mice with the widely used transgenic mice model of tumorigenesis (PyMT), we provide the first evidence that the membrane ERα influences tumorigenesis. These findings pave the way on an unexpected role of non-genomic function of ERα in the mammary gland physiology and physiopathology. / It is well established that the 17-estradiol is involved in the development and homeostasis of reproductive and extra-reproductive tissues, particularly the mammary gland. Estradiol classically binds to Estrogen Receptor (ERα), which is a member of the nuclear receptor superfamily. ER mediates nuclear (transcription) and plasma membrane (signaling) ERα function. Interestingly, the membrane initiated steroid signaling (MISS) required a post translational modification of the receptor: palmitoylation of the human Cys-447 or the murine Cys-451 counterpart. The main objectives of my PhD thesis were to decipher the physiological role of membrane ERα in mammary gland development and to understand how the membrane ER signaling impact breast cancer. To do so, we used the transgenic mouse model C451A-ER in which the single point mutation (C451A) was introduced to abolish palmitoylation of ER (membrane addressing signal). We demonstrate that the point mutation of the palmitoylation site of ER alters the paracrine signaling of luminal epithelial cells and by consequence the repopulation properties of the mammary stem cells. We also studied the involvement of the membrane effects of the Estrogen Receptor ERα in the 17β-estradiol response dose of the mammary gland. Finally, by breeding the C451A-ER mice with the widely used transgenic mice model of tumorigenesis (PyMT), we provide the first evidence that the membrane ERα influences tumorigenesis. These findings pave the way on an unexpected role of non-genomic function of ERα in the mammary gland physiology and physiopathology.

Les organes aériens des plantes sont générés par le méristème apical caulinaire (MAC), dont la mise en place et le maintien ont été largement étudiés. Alors qu’un vaste réseau de gènes assure une régulation robuste de la population de cellules souches, deux gènes se distinguent ; CLAVATA3 (CLV3) et WUSCHEL (WUS). CLV3 s’exprime dans les cellules souches et code pour un peptide signal dont la liaison à des récepteurs transmembranaires mène à la sous-régulation de WUS. Ce dernier code pour un facteur de transcription dans le centre organisateur sous-jacent. En retour, WUS active directement l’expression de CLV3 et l’équilibre entre ces deux molécules est primordial pour la restriction de la population de cellules souches. La perte d’activité de CLV3 conduit à une augmentation de la taille du MAC, tandis que la perte d’activité de WUS abolit le MAC. Selon le modèle actuel, l’apex élargi des mutants clv3 est composé de cellules souches en sur-prolifération. Précédemment, notre groupe a couplé la microscopie à force atomique (mesurant la rigidité cellulaire) à la microscopie confocale (déterminant l’identité cellulaire) et a montré que l’identité des cellules souches est corrélée à une rigidité plus élevée. Dans cette thèse, je montre que les MAC clv3 ont des défauts d’organisation et de mécanique puisque leurs cellules sont moins rigides que ce que prédit le modèle, suggérant que les MAC clv3 diffèrent mécaniquement des cellules souches. J’examine cette contradiction en utilisant un ensemble de gènes exprimés dans différents domaines du MAC pour montrer que les MAC clv3 sont des mosaïques de cellules exprimant simultanément des gènes indiquant un état indifférencié et d’autres indiquant des états de différenciation. De plus, je montre que la composition cellulaire du MAC clv3 diffère de celle du sauvage, que la taille des cellules est dérégulée et que la surface du MAC clv3 est altérée.Notre hypothèse est que les cellules des MAC clv3 subissent un phénomène de ‘stop-start’, au cours duquel leur identité oscille entre cellule souche et cellule différenciée, conduisant à des changements morphométriques à l’origine des phénotypes clv3. En résumé, le ré-examen du rôle que joue CLV3 dans la morphogenèse au niveau du MAC, et donc du modèle CLV-WUS d’homéostasie des cellules souches, me mène à la conclusion que notre vision actuelle est limitée et que les paramètres mécaniques sont à prendre en compte pour une compréhension plus exhaustive des cellules souches. / The shoot apical meristem (SAM) gives rise to above-ground organs and its establishment and homeostasis have been extensively studied. While a vast genetic network ensures the robust regulation of the stem cell population, two genes, CLAVATA3 (CLV3) and WUSCHEL (WUS), are key players. CLV3 is expressed in stem cells and encodes a secreted peptide to signal via transmembrane receptors to downregulate WUS, which encodes a transcription factor in the underlying organising centre. In turn, WUS directly activates the expression of CLV3 and the balance between the two molecules restrains the stem cell pool. The loss of CLV3 activity leads to an increase in SAM size, whereas the loss of WUS activity abolishes the SAM. The prevailing model is that the enlarged clv3 apex is composed of over-proliferating stem cells.Previously, our group coupled atomic force microscopy (to measure cell rigidity) and confocal microscopy (to determine cell identity) to show that stem cell identity correlates with increased stiffness. In this thesis, I show that in addition to altered mechanics, enlarged clv3 SAM also display severe defects in cell organisation. I find that cells in clv3 SAM are soft, instead of being stiff, as we had predicted in light of the model regarding the clv3 phenotype. Our data instead suggest that clv3 SAM differ mechanically from stem cells. I further investigate this contradiction using genetic markers for different domains of the SAM and show that clv3 SAM are in fact mosaic structures, made up of cells that simultaneously express genes that indicate an undifferentiated state and several that indicate multiple states of differentiation. Additionally, I show that the cellular makeup of mutant SAM is significantly altered from the wild type, with a misregulation of cell size in the outer cell layers. Furthermore, mutant SAM also display altered surface smoothness from wild-type SAM.Our working hypothesis is that in clv3 mutant SAM, cells undergo a constant stop-start phenomenon, where they cycle between stemness and specification, resulting in cell-level morphometric changes that generate the characteristic clv3 phenotypes. In summary, during my thesis, I have re-examined the role of CLV3 in morphogenesis at the SAM, and thus the CLV-WUS model of stem cell homeostasis. I conclude that the existing view in the field is limited, and that mechanical parameters need to be considered for a fuller understanding of stem cells.

Dans le monde, une femme sur neuf sera atteinte d’un cancer du sein et environ un tiers développeront alors des métastases, principalement au niveau des poumons, des os et du cerveau. Dans ce dernier cas, le pronostic de survie des patientes est extrêmement faible, et ce, malgré le développement constant de nouvelles molécules anticancéreuses. En effet, la majorité de ces composés sont inefficaces du fait de leur incapacité à franchir la barrière hémato-encéphalique (BHE) pour aller cibler les métastases cérébrales. Ainsi, bloquer le passage des cellules tumorales vers l’endothélium cérébral peut être envisagé comme l’une des stratégies thérapeutiques de réduction de la formation des métastases cérébrales. Néanmoins, cette approche implique l’identification des mécanismes moléculaires mis en jeu lors des interactions entre les cellules tumorales et les cellules endothéliales de la BHE. C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de doctorat en démontrant que la pertinence des résultats obtenus à partir d’études in vitro est largement dépendante de la qualité du modèle de BHE utilisé. L’utilisation de différents modèles in vitro montre en effet que seul le modèle généré à partir de cellules souches humaines fournit des résultats conformes aux données cliniques quant aux capacités d’interactions des cellules tumorales mammaires avec la BHE en fonction de leur agressivité relative. Ce modèle permet ainsi l’étude spécifique des mécanismes responsables des interactions entre les cellules tumorales et les cellules de la BHE lors de la formation des métastases cérébrales chez l’homme. / Worldwide, one in nine women will suffer from breast cancer and about a third of them will develop distant metastases, mainly in the lung, the bones and the brain. Brain metastases are associated with poor prognosis and reduced overall survival because most of the available anticancer agents proved to be ineffective because of their failure to cross the Blood-Brain Barrier (BBB) to target brain metastases. Hence, prevent cancer cells to cross the BBB can be considered as one of therapeutic strategies to reduce brain metastases development. However, this includes the prior identification of still unknown molecular mechanisms involved during interactions between cancer cells and BBB endothelial cells. It is in this context that this thesis work has been drawn up. It shows that the relevance of results obtained from in vitro studies heavily depends on the quality of the chosen BBB model. The use of several in vitro models demonstrates that only the one generated from human stem cells provides results in accordance with clinical data. This model also enables study of specific mechanisms responsible for interactions between cancer cells and BBB endothelial cells during brain metastases formation.