FOXO3 est un facteur de transcription important pour la réponse au stress, la régulation de la différenciation et de la survie cellulaires qui a des effets neuroprotecteurs dans plusieurs modèles de maladies neurodégénératives, dont la maladie de Huntington (MH). Les effets neuroprotecteurs de FOXO3 sont réprimés dans la MH par une activité anormale de Ryk, un récepteur Wnt important pour la neurogenèse, par la liaison du domaine intracellulaire de Ryk à la ?-caténine, un co-facteur de FOXO3. L'objectif principal de ce travail est d'étudier les effets de la huntingtine mutée (mHTT) sur le répertoire des cibles directes humaines de FOXO3 à l'aide d'un modèle des phases développementales de la MH, à savoir des cellules souches neurales isogéniques issues de cellules souches pluripotentes induites. En formant un complexe tripartite avec la ?-caténine et FOXO3, Ryk agit comme un co-régulateur de FOXO3 en conditions normales ou pathologiques. L'analyse des cibles directes de FOXO3 montre une reprogrammation de ces cibles avec des pertes et des gains dans des voies de signalisation qui sont connues pour leur rôle dans la MH, notamment les voies de régulation de la prolifération cellulaire. Ces résultats montrent que la régulation des gènes par FOXO3 est fortement modifiée dans les cellules qui expriment la mHTT. Cela ouvre la voie à l'étude des mécanismes d'homéostase cellulaire sous contrôle de FOXO3 dans les neurones en différenciation et leur impact sur l'activité des neurones adultes. Plus largement, ces résultats permettent de mieux comprendre la dynamique moléculaire de la MH et les effets de reprogrammation moléculaire sur la différenciation et l'activité neuronale. / FOXO3 is an important transcription factor for stress response, the regulation of differentiation and cell survival that has neuroprotective effects in several models of neurodegenerative diseases, including Huntington’s disease (HD). The neuroprotective effects of FOXO3 in HD are repressed by abnormal signaling from the Wnt receptor Ryk by the binding of the intracellular domain of Ryk to the β-catenin, a cofactor of FOXO3.The aim of this work was to explore the effect of the mutant huntingtin (mHTT) on the repertoire of direct FOXO3 targets (F3Ts) using a model of developmental stage of HD, namely HD isogenic neural stem cells derived from Huntington’s Induced Pluripotent Stem cells. Forming a tripartite complex with β-catenin and FOXO3, Ryk acts as a co-regulator of FOXO3 in normal or pathological condition. Analysis of direct FOXO3 targets shows reprogramming of these targets with losses and gains in signaling pathways that are known to role in HD, including regulatory pathways of cell proliferation. These results show that gene regulation by FOXO3 is heavily modified in cells expressing the mutant huntingtin. Our findings open the way for a comprehensive study of cellular homeostasis mechanisms under the control of FOXO3 in neural differentiation and their impact on the activity of adult neurons. More broadly, these results provide insight into the molecular dynamics of MH and the effects of molecular reprogramming in differentiation and neuronal activity.

Le contrôle de l'expression des programmes géniques orchestrant le développement précoce et l'homéostasie des cellules souches fait l'objet de recherches intenses. En effet, les cellules souches embryonnaires (CSE) sont caractérisées par des propriétés comme leur clonogénicité (la capacité à proliférer dans le même état indifférencié) et leur pluripotence (la capacité à se différencier et à former les tissus embryonnaires et adultes). Au niveau moléculaire, l'identité des CSE est orchestrée par le contrôle de l'expression génique aux niveaux épigénétique, transcriptionnel, post- transcriptionnel et traductionnel en réponse à l'activation de voies de signalisation spécifiques. Dans ce contexte, des données récentes suggèrent un rôle de la machinerie traductionnelle les ribosomes et de la régulation de leur biogenèse, dans le maintien de l'homéostasie de cellules souches de différentes espèces. À partir de l'analyse de données transcriptomiques à haut débit (RNAseq), mon équipe d'accueil a ainsi identifié un ensemble de protéines associées aux ribosomes (PaR) significativement enrichies dans les cellules souches embryonnaires murines (CSEm) en comparaison à des lignées cellulaires murines différenciées et à des tissus. Parmi ces candidats, mes travaux de thèse ont consisté à la caractérisation d'une PaR particulièrement enrichie : Rsl24d1. Rsl24d1 est une protéine de biogenèse des ribosomes décrites exclusivement chez la levure. Son profil d'expression dans différentes lignées de CSEm suggère une fonction spécifique: enrichissement au niveau transcriptionnel et protéique dans les CSE à l'état de pluripotence naïf et diminution importante au cours de la différenciation. En effet, des approches de perte d'expression de Rsl24d1 m'ont permis d'établir l'importance de cette PaR dans l'homéostasie des CSEm. Rsl24d1 contribue au maintien de la prolifération cellulaire des CSE, de leur clonogénicité et plus modérément à leur pluripotence. Rsl24d1 semble être une protéine majoritairement nucléaire mais également associée aux sous- unités 60S libres des ribosomes cytoplasmiques. D'autre part, la perte d'expression de Rsl24d1 affecte spécifiquement la biogenèse des particules ribosomiques 60S. Ainsi, comme chez la levure, dans les CSEm, Rsl24d1 est un facteur navette orchestrant la maturation des particules ribosomiques pré-60S. Par ailleurs, Rsl24d1 semble permettre le maintien d'un taux de synthèse protéique élevé permettant notamment le renouvellement des protéines ayant une demi-vie courte parmi lesquels on recense des facteurs de transcription de la pluripotence comme Oct4 (Oct3/4), Nanog et Esrrb. Mes travaux de thèse ont donc permis d'identifier et de caractériser un facteur de biogenèse de la sous-unité 60S, Rsl24d1, impliqué dans l'homéostasie des CSEm / Embryonic stem cells (ESC) possess clonogenic and pluripotency abilities i.e. they are able to self-renew indefinitely in the same developpemental state and to differentiate in all the cell types composing embryonic and adult tissues. ESC homeostasis is coordinated by complex networks which are regulated at different levels of gene expression regulation, including epigenetic, transcriptional and post-transcriptional levels. Furthermore, emerging evidences point out that the translational machinery, ribosomes, are directly implicated in the control of adult and embryonic stem cell homeostasis in different model organisms. Along this line, we have identified Rsl24d1, a ribosomal associated protein (RaP), which is strongly expressed in naïve murine ESCs compared to their differentiated progenies. We demonstrated that Rsl24d1 actively contributes to ESC homeostasis and its expression is essential for ESC proliferation and clonogenic capacities. Finally, we have also demonstrated that Rsl24d1, like Rlp24 its yeast ortholog, is associated to pre-ribosomes in ESCs from the nucleus to the cytoplasm and is required for the biogenesis of the large ribosomal subunit

Les encéphalopathies spongiformes transmissibles sont des maladies neurodégénératives caractérisées par une vacuolisation intense et une perte neuronale associées à l’accumulation d’une protéine prion pathologique : la PrPSc. A cause de la longue période d’incubation silencieuse de ces maladies, les individus souffrant d’une maladie à prions peuvent exposer des patients qui recevraient leur sang ou un de leurs organes à un risque de contamination iatrogène. De plus, lorsque le diagnostic survient, les dommages cérébraux sont souvent massifs, et l’issue toujours fatale. A ce jour, aucun traitement n’est disponible, et l’ensemble des stratégies testées a échoué.L’alternative développée par le laboratoire est celle de la thérapie cellulaire couplée à la thérapie génique, en utilisant des cellules souches embryonnaires (ES) délivrant des molécules anti-prions. Concernant le choix des molécules anti-prions, nous avons choisi les mutants PrP-DN. Notre hypothèse repose sur des études montrant qu’une lysine au codon 219 de la PrP chez l’Homme ou une arginine au codon 171 de la PrP ovine, protègent du développement d’une ESST. L’étude de ces mutants, en cellules infectées ou dans des souris transgéniques, a permis de montrer que les PrP mutées n’étaient pas converties en PrPSc et qu’elles exerçaient un effet protecteur dit « dominant négatif » sur la conversion de la PrPC sauvage en PrPSc.Un des projets du laboratoire avait donc pour objectif d’utiliser les cellules souches exprimant les mutants PrP-DN pour développer une stratégie de thérapie génique et cellulaire des maladies à prions : l’hypothèse étant que les cellules greffées pourraient non seulement réparer le tissu lésé mais que ce dernier serait également protégé de l’infection par les prions.Une première approche de thérapie génique et cellulaire avait été initiée au laboratoire et montrait des résultats plutôt encourageants. En effet, la greffe de cellules souches neurales murines exprimant des PrP-DN et produites à partir de cellules souches embryonnaires murines, conduisait, pour une partie des souris, à un allongement du temps d’incubation de la maladie, ainsi qu’à une diminution de l’astrogliose et de la vacuolisation.Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse a été de valider l’approche thérapeutique en montrant que les cellules greffées délivraient des mutants PrP-DN capables d’inhiber la réplication du prion. Nous avons opté pour un modèle de culture organotypique infectée par des prions murins. En plus de répondre aux exigences éthiques de la directive 2010/63/UE, ce modèle offre l’avantage de pouvoir réaliser plus d’essais, des cinétiques d’accumulation de PrPSc et de visualiser le devenir des cellules greffées. Enfin, opter pour cette stratégie permettait de transposer dans un modèle humanisé des travaux précédemment réalisés et ayant montré des résultats encourageants. Pour cela, il a été nécessaire de mettre en place un modèle prion ex vivo de culture organotypique de tranches de cerveau, dans lequel il était possible de réaliser des greffes et permettant d’évaluer l’effet inhibiteur des mutant-PrP-DN sur la réplication du prion. Par ailleurs, notre groupe fait partie, avec d’autres groupes travaillant avec des cellules souches mésenchymateuses, de l’équipe « Biologie des cellules souches et médecine régénératrice », il nous est apparu pertinent d’évaluer l’effet des MSC sur la pathologie prions dans des modèles prions en culture organotypique et en particulier d’évaluer l’impact de greffes de MSC concomitantes aux greffes de NSC-PrP-DN. En effet, ces cellules sont décrites comme pouvant induire un microenvironnement neuroprotecteur en limitant la prolifération des cellules de la microglie et des astrocytes, et peuvent favoriser la différenciation des NSC. Enfin notre dernier objectif visait à transposer les outils murins vers des outils « humains » en produisant des NSC humaines issues d’ES et exprimant une PrP humaine portant les mutations DN. / Transmissible spongiform encephalopathies are neurodegenerative diseases characterized by a strong vacuolization, a neuronal lost and deposits of prion pathologic protein: PrPSc. This PrPSc accumulation is the result of the conformational conversion of the host encoded endogenous PrPC protein. Although the incidence of these diseases in humans remains low (about one to two cases per million inhabitants per year), these diseases remain a public health problem. Indeed, because of their long and silent incubation period, patients with prion disease may expose people through blood transfusion or organ transplantation with a risk of iatrogenic contamination. In addition, when the diagnosis occurs, brain damage is often massive, and the outcome is always fatal and rapidly occurs. Until now, there is no treatment that could be proposed to patients.The alternative developed by our laboratory for several years, is a strategy of cell therapy coupled with gene therapy. The general objective is to use pluripotent embryonic stem cells (ESC) and graft them as a “medicine” not only to orchestrate a functional recovery of the damaged zones and protect the grafted cells from prion propagation but also to deliver anti-prion molecules.For the anti-prion molecules, we have chosen dominant negative PrP mutants (PrP-DN). Our choice is based on studies showing that a lysine at codon 219 of the human PrP or an arginine at codon 171 of the ovine PrP protect against the development of a TSE. Study of these mutants in infected cells or in transgenic mice showed that the mutated PrPC were not converted into PrPSc. Moreover, they exibit a so-called "dominant negative" protective effect on the conformational conversion of their wild-type PrPC counterparts. A first approach of gene and cell therapy was initiated in the laboratory and has shown encouraging results. Indeed, the graft of murine neural stem cells (NSC) derived from murine embryonic stem cells and expressing anti-prion molecules, has allowed, for some of the mice, to an increase the incubation time of the diseaseas well as to a decrease of astrogliosis and vacuolization.In this context, the first objective of my thesis was to validate the therapeutic approach by showing that the grafted cells were able to inhibit prion replication trough the dominant negative effect of the PrP-DN. To address this point, we have chosen to use an organotypic culture model infected with murine prions (22L strain). In addition to fill the ethical requirements under the European Directive 2010/63 and the 3Rs, organotypic culture models offer the advantage to perform and repeat experiments, kinetic tests, and PrPres analysis. This model also allows to visualize the fate of the grafted cells. Finally, by choosing this strategy, it will be possible to transpose into a humanized model the work previously performed on mouse organotypic cultures.To achieve this task, it was necessary to establish an ex vivo prion model of organotypic culture brain slices, in which it was possible to perform grafts and to evaluate the inhibitory effect of PrP-DN mutants on the prion replication.In addition, as our group is included in the team "Stem cell biology and regenerative medicine" (led by Pr Jorgensen) in which several stem cells are studied (liver stem cells and mesenchymal stem cells (MSC)) and because MSC have been shown to provide protective effects when grafted in the brain of mice with neurological diseases, it was therefore relevant to evaluate the effect of MSC on prion pathology in our prion models and in particular to evaluate the impact of concomitant MSC grafts on NSC-PrP-DN.In a last step, our goal was to transpose the mouse tools (NSC from ES and expressing the PrP-DN mutants) to "human" tools by producing human NSCs derived from human ESC and expressing human PrP-DN, and to characterized the resulted cells.

La greffe de cellules souches hématopoïétiques est parfois le seul traitement curatif dans certaines pathologies pédiatriques telles que les leucémies, les sarcomes, les dédicits immunitaires ou les thalassémies. Le busulfan, un alkylant myéloablatif, fait partie de nombreux protocoles de conditionnement de greffe. C'est un médicament à marge thérapeutique étroite doté d'une forte variabilité pharmacocinétique, qui fait souvent l'objet d'un suivi thérapeutique pharmacologique afin d'optimiser la prise de greffe et d'éviter les risques de maladie veino-occlusive, principale toxicité du busulfan et responsable d'une morbidité et d'une mortalité importante. L'aire sous la courbe, dont il existe un intervalle cible recommandé, est aujourd'hui le paramètre pharmacocinétique utlisé pour effectuer le suivi thérapeutique du busulfan et l'adaptation posologique pendant le conditionnement.L'objectif de notre travail est d'étudier les relations entre la pharmacocinétique du busulfan et ses effets thérapeutiques et toxiques, en particulier la maladie veino-occlusive, et de développer des méthodes d'adaptation posologique pour optimiser l'usage de ce médicament chez l'enfant. Nos travaux ont conduit à plusieurs innovations méthodologiques, avec le développement et la validation d'un modèle pharmacocinétique de population non-paramétrique pour l'adaptation Bayésienne des posologies de busulfan en pédiatrie, et le développement d'une nouvelle méthode de détermination de la dose initiale maximisant la probabilité d'atteindre un intervalle cible d'exposition. Sur le plan clinique, nous avons pu mettre en évidence l'absence de bénéfice clinique de l'utilisation d'un intervalle cible d'exposition plus restreint que celui recommandé. Par ailleurs, nous avons identifié que la survenue de la MVO était liée à la concentration maximale de busulfan, et non à l'aire sous la courbe des concentrations en fonction du temps.L'ensemble de ces résultats est une contribution à l'amélioration de l'utilisation et du suivi thérapeutique pharmacologique du busulfan en onco-hématologie pédiatrique / Hematopoietic stem cell transplantation remains the only curative treatment in many pediatric diseases as leukemia, sarcoma, immunodeficiencies or thalassemia. Busulfan, a myeloablative alkylant, is the cornerstone of pre-transplant conditioning. It has a narrow therapeutic index and a large pharmacokinetic variability. For these reasons, therapeutic drug monitoring is required in order to optimize engraftment and avoid veno-occlusive disease, the main toxicity of busulfan which is responsible of significant morbidity and mortality. Today, the area under the curve, of which there is a target range recommended, is the pharmacokinetic parameter used to carry out therapeutic drug monitoring and dose adjustment during conditioning. Our objective is to investigate relationships between busulfan PK and clinical outcomes, especially veno-occlusive disease, and to develop methods of dose adjustment in order to optimize the use of this medication in children.Our work leaded to several methodological innovations, with the development and the validation of a non-parametric pharmacokinetic model for Bayesian dose adjustment of busulfan in pediatrics, and the development of a new method for the first dose determination maximizing the probability of achieving an exposure target range. From a clinical point a view, we highlighted the lack of clinical benefit in using an exposure target range narrower than those recommended. Furthermore, we identified that veno-occlusive incidence was correlated to the maximal concentration of busulfan, contrary to the area under the concentration-time curve.All of these results contribute to improving use and therapeutic monitoring of busulfan in pediatric onco-hematology

The cerebral cortex develops through the coordinated generation of dozens of neuronal <p>subtypes, but the mechanisms involved remain unclear. Here we show that mouse embryonic <p>stem cells, cultured without any morphogen but in the presence of a sonic hedgehog inhibitor, <p>recapitulate in vitro the major milestones of cortical development, leading to the sequential <p>generation of a diverse repertoire of neurons that display most salient features of genuine <p>cortical pyramidal neurons. When grafted into the cerebral cortex, these neurons develop <p>patterns of axonal projections corresponding to a wide range of cortical layers, but also to <p>highly specific cortical areas, in particular visual and limbic areas, thereby demonstrating that <p>the identity of a cortical area can be specified without any influence from the brain. The <p>discovery of intrinsic corticogenesis sheds new light on the mechanisms of neuronal <p>specification, and opens new avenues for the modelling and treatment of brain diseases. <p>In a further attempt to prove the validity of this model, we have initiated the study of the <p>mechanism of action of FoxG1, a forkhead box transcription factor involved in the control of <p>cell fate decision in the developing cortex. / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le mélanome est un cancer de la peau très agressif. Microphthalmia-associated transcription factor (MITF) est un facteur de transcription clé contrôlant le développement de la lignée mélanocytaire, ainsi que la prolifération et l’invasion des cellules de mélanome. Pour mieux comprendre les fonctions de MITF, nous avons identifié ses cofacteurs impliques dans la régulation de la transcription. Nous avons montré que le complexe de remodelage de la chromatine NURF interagit avec MITF. Ma thèse a consisté à élucider le rôle de NURF dans le mélanome et les mélanocytes. La perte de BPTF, la principale sous-unité de ce complexe, induit un arrêt de la prolifération et une entrée en senescence des cellules de mélanome. Nous avons montré que BPTF et MITF coopèrent pour réguler l’expression de gènes impliqués dans la prolifération and invasion suggérant que BPTF et un cofacteur de MITF. De façon inattendue, l’inactivation de BPTF spécifiquement dans les mélanocytes entraine la perte progressive et totale de la pigmentation du pelage en raison de l’incapacité des cellules souches mélanocytaire à produire une descendance fonctionnelle. C’est la première fois que l’interaction fonctionnelle entre NURF et MITF est démontrée in vitro, complétée par des observations phénotypique uniques in vivo, contribuant à la compréhension de la biologie des mélanocytes et du mélanome. / Melanoma is a highly aggressive form of skin cancer. Microphthalmia-associated transcription factor (MITF) isa key regulator of development of the melanocyte lineage and proliferation and invasion of melanoma cells.To further elucidate the functions of MITF, we identified factors co-regulating transcription with MITF. We identified the NURF chromatin-remodeling complex as MITF interactor. My thesis aims to elucidate the role of NURF in melanoma and melanocytes. Loss of BPTF, the principal subunit of the complex, led to arrest of proliferation and entry into senescence of melanoma lines. We showed BPTF and MITF co-regulate genes involved in proliferation and invasion suggesting that BPTF acts as cofactor for MITF. Remarkably, the mouse model of melanocyte-specific BPTF ablation led to progressive and complete loss of coat pigmentation due to the inability of the melanocyte stem cells to produce functional progeny. This is the first report of NURF-MITF functional interaction in vitro, complemented with a unique in vivo phenotype, both adding to a general understanding of melanocyte and melanoma biology.

L’acétylation des histones est associée à une activation transcriptionnelle. Cette acétylation est mise en place par des histone acétyltransférases (HATs) qui sont le plus souvent les sous-unités catalytiques de complexes multiprotéiques. Mon travail concerne plus particulièrement deux complexes contenant l’acétyltransférase Mof, MSL et NSL, ainsi que le complexe HAT Tip60-p400 dans les cellules souches embryonnaires de souris (mESCs). Nos analyses de localistaion sur l’ensemble du génome par ChIP-seq indiquent que MSL, NSL et Tip60-p400 se lient aux gènes activement transcrits et agissent comme des co-activateurs transcriptionnels majeurs dans les mESCs. MSL, NSL et Tip60-p400 ont des rôles à la fois chevauchants mais aussi distincts dans la régulation transcriptionnelle dans les mESCs. Chaque complexe présent un profil distinct de liaison à la chromatine. NSL lie principalement des gènes de ménage. MSL et Tip60-p400 sont également présent les gènes impliqués dans le développement. MSL est directement impliqué dans l’augmentation de l’expression de ces gènes au cours de la différenciation des mESCs. / Histone acetylation is involved in transcriptional activation of genes and is carried out by histone acetyltransferases (HATs), which are part of molecular protein complexes. This study focuses on the genome-wide role of Mof-containing MSL and NSL complexes and the Tip60-p400 complex in mouse embryonic stem cells (mESCs). I have analysed these complexes by ChIP-seq, shRNA knockdown and biochemical approaches. The genome-wide binding studies show that NSL, MSL and Tip60-p400 have a global overlap at promoters, but also bind to specific gene sets. There distinct binding profiles propose distinct roles in transcriptional regulation. MSL is the main H4K16 acetylase in mESCs.NSL binds mainly to housekeeping genes, whereas MSL and Tip60 are also present at developmental genes. Importantly, these developmental genes are directly regulated by MSL during cellular differentiation.

L’hématopoïèse est assurée par une population de cellules souches hématopoïétiques (CSH) générées au cours du développement embryonnaire. L’objectif de ma thèse a été de comprendre les mécanismes qui régulent l’émergence des CSH dans la niche hématopoïétique intra-embryonnaire. Nous avons démontré la présence dans cette région d’un Système Rénine- Angiotensine local et fonctionnel qui agit via la production de l’Angiotensine II sur les précurseurs pré-hématopoïétiques et les CSH émergentes. Egalement, nous avons mis en évidence la présence d’une accumulation de macrophages d’origine vitelline et démontré que ces cellules ont un rôle crucial dans l’émergence de l’hématopoïèse définitive en permettant la migration des précurseurs pré-hématopoïétiques. Une étude moléculaire nous a permis de démontrer que l’ACE - un marqueur des précurseurs pré-hématopoïétiques et CSH humaines - est une cible du facteur de transcription CDX2 qui en régule l’expression. Ces travaux contribuent à une meilleure compréhension de la mise en place du système hématopoïétique au cours du développement et sont prometteurs pour des fins thérapeutiques. / The continuous generation of blood cells throughout life relies on the existence of hematopoietic stem cells (HSC) generated during embryogenesis. The aim of my thesis was to understand the mechanisms underlying HSC emergence in the intra-embryonic hematopoietic niche. Many effectors have been detected in this region, including a functional and local Renin- Angiotensin System which acts directly on pre-HSC precursors and HSC emergence through the production of Angiotensin II . We have also observed an accumulation of yolk sac-derived macrophages in the same region and demonstrated that these cells have a crucial role in the establishment of definitive hematopoiesis, allowing the migration of the pre-HSC precursors in the mesenchyme. In addition, by a molecular study, we have demonstrated that ACE - a cell surface marker of human HSC also expressed on pre-hematopoietic cells - is a transcriptional target of the CDX2 homeoprotein. All these results contribute to a better understanding of the hematopoietic system during development and are promising for therapeutic purposes.

Un patient peut souffrir d’une perte de substance osseuse de taille critique suite à des accidents ou des pathologies. Aujourd’hui, le traitement le plus fréquent consiste en la greffe du tissu osseux (autogreffe ou allogreffe). Compte tenu des complication rencontrées (réponse immunologique, morbidité du site donneur), la recherche actuelle s’inscrit dans la recherche de synthèse d’un biomatériau bioactif favorisant la régénération osseuse. Ces matériaux devraient imiter les qualités de la matrice extracellulaire osseuse pour stimuler la formation osseuse.Les cellules souches mésenchymateuses jouent un rôle important du fait de leur capacité de prolifération et différentiation en ostéoblastes. Pour profiter de ce potentiel des cellules souches, il est nécessaire de comprendre comment contrôler leur comportement et mesurer l’impact du microenvironnement cellulaire sur la différenciation ostéogénique de ces cellules. Comme les cellules souches mésenchymateuses sont capables de différencier en plusieurs phénotypes différents, il est indispensable de les diriger dans la direction désirée. Plusieurs facteurs qui influencent le devenir cellulaire ont été identifiés, comme certains peptides bioactifs, des facteurs mécaniques comme la rigidité, ou la topographie de surface de matériaux.Dans la matrice extracellulaire naturelle du tissu osseux, les cellules souches mésenchymateuses sont entourées d’une variété de principes actifs, dont le plus abondant est le collagène I. Cette protéine s’assemble pour former des nanofibres qui présentent une nanomorphologie périodique avec une périodicité bien définie. La question posée au début de ce travail était: Cette structure a-t-elle un impact sur la différenciation des cellules souches?Pour étudier l’impact de la périodicité nanofibrillaire, nous proposons dans ce travail de recherche l’utilisation d’hélices modèles qui miment en partie la morphologie du collagène. Les hélices nanométriques auto-assemblées des surfactants gemini peuvent avoir un pas d’hélice et un diamètre similaires à ceux du collagène. La modulabilité de ces paramètres et la possibilité de modifier ces structures par des molécules bioactives permettent de moduler les caractéristiques des nanoobjets et d’étudier l’impact de ces nanomatériaux sur les cellules souches mésenchymateuses. / Tissue engineering is a field related to regenerative medicine which aims at replacing or regenerating a patient’s tissue, usually using a combination of cells and bioactive material designed to influence cell behaviour. In approaches for bone regeneration, human mesenchymal stem cells (hMSCs) are a common choice because of their ability to proliferate and differentiate into osteoblasts. Harnessing this potential requires biomaterials which promote osteoblastic differentiation, for example by mimicking the conditions in natural bone. Collagen I is a common protein in human bone; it forms fibrils with a characteristic periodic structure, which raises the question whether this morphology has in impact on stem cell fate. Collagen-mimicking nanomaterials can help investigate this question: Gemini surfactants with chiral counterions form twisted bilayers the morphology of which can be tuned by variation of enantiomeric excess, time and temperature. The self-assembled helical nanoribbons which are obtained by this process can be transformed by a sol-gel condensation to form silica nanohelices the size and twist pitch of which resembles that of collagen fibres. The objective of this study is to prepare 2D culture environments featuring these nanomaterals (with and without bioactive peptide functionalisation) to explore the effect of these materials on hMSC differentiation.Silica helices are fabricated by synthesis of surfactants with tartrate as counterion, and organic-inorganic transcription using a silica precursor compound. They can be modified by reaction with APTES and an N-hydroxysuccinimide ester and covalent immobilisation of a peptide. Two peptides were used in this study, one adhesion-promoting peptide and the active domain of the osteogenesis-inducing peptide BMP2. Helices with or without this bioactive functionalisation were covalently grafted to glass substrates using APTES and EDC/NHS-coupling. The presence of peptides on helices was shown by the absorption of helix-grafted peptides bearing the FITC-fluorophore. Successful peptide grafting onto glass surfaces was verified by XPS and fluorescence microscopy. The morphology of helices was monitored with TEM and SEM. SEM images were used to determine the amount of helices on surfaces. HMSCs were cultivated for four weeks on surfaces modified with APTES, peptide(s) or left- or righthanded nanohelices, functionalised or not with bioactive peptide(s). After fixation, the quantities of the osteogenic markers Runx2 and Osteocalcin (OCN) in the cells were evaluated. The results show that BMP2-functionalised surfaces exhibited an elevated level of Runx2 and OCN expression. Some helix-grafted materials exhibited a significantly higher Runx2 and/or OCN expression than the corresponding homogeneous materials, but these differences were not consistent across samples of the same chiral orientation or bioactive functionalisation. Therefore, conclusive general statements about differences in osteogenic effect between helix functionalisations and handednesses aredifficult to make. A potential reason for this is the variability of surface coverage of helix-grafted materials: As the quantity of helices that are immobilised onto the surfaces is lower than expected and varies greatly between the samples, the number of cells that are not in contact with the helices might change as well, which can lead to false negatives.The results of a proteomic experiment have shown which proteins are differentially expressed in cells cultured on helices with or without BMP-functionalisation, compared to bare glass. Comparison with other proteomic studies shows that proteins which are known to be upregulated during osteogenic differentiation are overexpressed most frequently in cells cultured on BMPmodified helices. The proteins that were identified with this method might serve as starting point for future investigations.

Les propriétés centrales des cellules souches sont la pluripotence et la capacité d'auto-renouvellement. Les cellules souches hématopoïétiques (CSHs) sont dotées de ces caractéristiques qui leur permettent de générer toutes les cellules du compartiment hématopoïétique, tout en maintenant en parallèle leur compartiment. Nous menons des approches visant à amplifier ex vivo les CSHs en les activant par HOXB4 exogène (CSHs humaines) ou via la signalisation Notch/DLL-4 (CSHs murines). Or deux analyses transcriptomiques indépendantes de ces deux modes d'activation ont de manière étonnante convergé sur une augmentation de l'expression de deux gènes jamais identifiés auparavant comme étant impliqués dans le maintien des CSHs : Pumilio1 (Pum1) et Pumilio2 (Pum2). Pum1 et Pum2 sont des régulateurs post-transcriptionnels appartenant à la famille Pumilio-FBF (PUF) des protéines liant l'ARN. Bien qu'il ait été établi que le rôle princeps de ces protéines PUF est de soutenir la prolifération des cellules souches chez les Invertébrés, jusqu'à présent on ne sait rien du rôle de Pum1 et Pum2 dans les CSH humaines et murines.Pour toutes ces raisons, nous avons étudié le rôle et les mécanismes d'action de Pum1 et Pum2 dans les CSH murines et humaines en utilisant l'interférence ARN (ARNi). L'invalidation de Pum1 ou de Pum2 dans les CSHs murines conduit à une réduction de l'expansion et du potentiel clonogénique ex vivo, associée à une apoptose accrue et l'arrêt du cycle cellulaire en phase G0/G1. L'invalidation concomitante de Pum1 et Pum2 majore ces effets ce qui suggère un effet coopératif entre les deux protéines. L'expansion et le potentiel clonogénique des CSH invalidées pour Pum1 sont restaurés suite à l'expression forcée de Pum1 (insensible au shRNA utilisé), validant ainsi la spécificité de nos shRNAs. Par contre la surexpression de Pum1 dans les CSHs invalidées pour Pum2 ne restaure pas leurs fonctions, soulignant le rôle non redondant de chaque protéine. En outre, lorsque les CSHs invalidées pour Pum1 ou Pum2 sont inoculées à des souris irradiées létalement de suivre le potentiel hématopoïétique à long terme, seules quelques rares cellules de la moelle osseuse issues des CSH KD pour Pum1 ou Pum2 sont mises en évidence après 4 mois de reconstitution, contrairement aux CSH contrôles. Des résultats identiques ont été obtenus en invalidant Pum1 ou Pum2 dans les CSH humaines.En conclusion, nos résultats démontrent l'implication des facteurs Pumilio dans le maintien du potentiel souche, l'expansion et la survie des CSHs murines et humaines. L'identification des facteurs Pumilio et de leurs cibles comme nouveaux régulateurs des CSHs permettra d'envisager de nouveaux outils en vue de perspectives thérapeutiques. / The central properties of stem cells are the pluripotency and the capacity of self-renewal. Hematopoietic stem cells (HSCs) posses such common features that allows them to generate all the cells of the hematopoietic compartments, maintaining in the same time the HSC pool. We develop approaches focused on ex vivo HSC expansion through activation by exogenous HOXB4 (human HSCs) or Notch/Dll-4 ligand (murine HSCs). Two independent transcriptomic analyses surprisingly converged toward an increased expression of two genes never identified sofar as crucial for HSC functions: Pumilio1 (Pum1) and Pumilio2 (Pum2). Pum1 and Pum2 are posttranscriptional regulators belonging to the Pumilio-FBF (PUF) family of RNA-binding proteins. Although it was established that the primordial role of PUF proteins is to sustain mitotic proliferation of stem cells in Invertebrates, so far nothing is known about the role of Pum1 and Pum2 in human and murine HSCs.For these reasons, we have investigated the roles and mechanisms of action of Pum1 and Pum2 in murine and human HSCs through shRNA strategy. Pum1 and Pum2 knockdown (KD) in murine HSCs led to a decreased HSC expansion and clonogenic potential ex vivo, associated with an increased apoptosis and a cell cycle arrest in G0/G1 phase. KD of both Pum1 and Pum2 enhanced these effects, suggesting a cooperative effect. Expansion and clonogenic potential of KD Pum1 HSCs were rescued by enforced expression of Pum1 (insensitive to our shRNA), thus validating the specificity of our shRNA. Enforced expression of Pum1 could not rescue the functions of Pum2 KD HSCs, highlighting the non-redundant role of these proteins. Furthermore, when Pum1 or Pum2 KD HSCs were inoculated into lethally irradiated mice to follow the long-term hematopoietic potential, only rare bone marrow cells derived from Pum1 and Pum2 KD HSCs were evidenced after 4 months, contrary to control HSCs. Identical results were obtained with human Pum1 or Pum2 KD HSCs.In conclusion, our results demonstrate the involvement of Pumilio factors in stemness maintenance, expansion and survival of murine and human HSCs. Identification of Pumilio factors and their targets as new regulators of HSCs expansion will allow consider them as new tools for therapeutic perspectives.