Les rétinites pigmentaires (RP) sont des pathologies rétiniennes cécitantes d'origine génétique caractérisées par une perte des photorécepteurs. Nous avons ciblé des formes de RP autosomique dominante consécutives à des mutations dans le gène du pigment visuel de la RHODOPSINE, du facteur d'épissage PRPF31 et du facteur de transcription impliqué dans le développement des photorécepteurs NR2E3. Les fibroblastes, issus de biopsies de peau de patients, ont été reprogrammés en cellules iPS par une technique dite non intégrative. Après stabilisation des cellules iPS, nous avons vérifié leur propriété de pluripotence et l'absence d'anomalies caryotypiques.Les cellules iPS porteuses d'une mutation sur le gène RHODOPSINE ont été différenciées dans le lignage des photorécepteurs. Nos résultats montrent que les photorécepteurs porteurs de la mutation P347L du le gène RHODOPSINE récapitulent la dégénérescence observée chez les patients.Nous montrons que les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien (EPR) dérivées de cellules iPS porteuses de la mutation Cys294X du gène PRPF31 présentent des problèmes d'adhésion cellulaire due à l'absence de lame basale. Leur activité de phagocytose est alors perturbée, suggérant qu'un dysfonctionnement de l'EPR pourrait être à la base de la RP causée par la mutation Cys294X du gène PRPF31. Les modèles développés nous ont permis de mieux comprendre les processus à la base de la pathogénèse de certaines RP. Ces modèles associés à des protocoles de criblage, pourraient permettre d'évaluer l'efficacité et la toxicité de nouvelles molécules pharmacologiques, mais également être utilisés pour valider des approches de thérapie génique. / Retinitis pigmentosa (RP) is an inherited retinal diseases characterized by a loss of photoreceptors. We focused specific forms of autosomal dominant RP with mutations in the rod visual pigment RHODOPSIN, the ubiquitous splicing factor PRPF31 and the transcription factor involved in the development of photoreceptors NR2E3. Fibroblasts from skin biopsies of patients were reprogrammed into iPS cells by a non-integrative approach. After stabilization of iPS cell lines, we verified their pluripotency property and the absence of karyotype abnormalities. Based on the retinal differentiation protocol, iPS cells carrying a mutation in the RHODOPSIN gene have been differentiated in the photoreceptor lineage. Our results showed that the photoreceptors expressing the mutated form of RHODOPSIN summarizing the process of degeneration observed in RP patients. We show that retinal pigment epithelium (RPE) cells derived from iPS cells carrying a mutation in the PRPF31 gene lack basal membranes and have cell adhesion disorders. Consequently, their phagocytic activity is disturbed, suggesting that a malfunction of the RPE could be the primary step of the development of RP caused by mutation Cys294X in the PRPF31 gene. The models developed from specific-patient iPS cells have enabled us to better understand the processes underlying the pathogenesis of some RP. These models associated with screening protocols could be used to evaluate the efficacy and toxicity of new pharmacologic compounds but also used to validate new gene therapy approaches.

Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) possèdent deux propriétés fondamentales : l'auto-renouvellement et la capacité de se différencier en lignées hématopoïétiques de tout type. Les CSH se maintiennent dans la moelle osseuse et se renouvellent par division asymétrique. En revanche, les divisions symétriques caractérisent les cellules qui s'engagent dans la différenciation. L'environnement pauvre en oxygène de la moelle osseuse favorise la glycolyse anaérobique et l'oxydation des acides gras, préservant, respectivement, la quiescence et les divisions asymétriques. Que l'engagement des CSH vers la différenciation lymphoïde, myéloïde ou érythroïde dépende ou entraîne une reprogrammation métabolique n'est toujours pas connu. En effet, de nombreuses études ont montré que cytokines et contacts cellulaires sont indispensables pour l'engagement des CSH vers une lignée donnée, alors que l'impact potentiel des nutriments et du métabolisme sur ce processus reste très peu étudié. La différenciation est associée à une prolifération qui nécessite des besoins métaboliques accrus pouvant être supportés par diverses sources d'énergie, telles que le glucose, les acides gras, le lactate ou la glutamine. Le glucose et la glutamine sont des précurseurs de l'ATP, des lipides et des nucléotides. Toutefois, leurs contributions relatives aux voies métaboliques contrôlant l'engagement des CSH n'ont pas été évaluées. Pour autant, nos études ainsi que celles menées par d'autres laboratoires ont montré que l'expression du transporteur de glucose Glut1 n'augmente qu'au cours des dernières étapes de la différenciation érythroïde, suggérant l'implication potentiel d'autres nutriments dans la régulation des étapes précoces de l'engagement vers la voie érythroïde. Ainsi, mon travail de thèse a consisté à déterminer si la disponibilité et l'utilisation des nutriments régulent la différenciation des CSH vers la lignée érythroïde. De fait, j'ai montré que le transporteur de glutamine ASCT2 est hautement exprimé dans les CSH et que la répression d'ASCT2 ou le blocage du métabolisme de la glutamine empêche la différenciation érythroïde des CSH, les détournant vers la voie myéloïde, même en présence d'érythropoïétine. Dans ces conditions, nous avons montré que la différenciation érythroïde ne pouvait pas être restaurée par l'ajout d'intermédiaires du cycle de Krebs, alors que qu'elle était dépendante de la biosynthèse de novo de nucléotides. Étonnamment, le 2-désoxyglucose (2-DG), un analogue du glucose inhibant la glycolyse, accélérait l'érythropoïèse. Nous avons aussi mis en évidence in vivo, en condition de stress érythropoïétique, des influences différentes du catabolisme de la glutamine et celui du glucose dans la modulation de l'érythropoïèse. Afin de mieux élucider les mécanismes par lesquels la glutamine module la différenciation érythroïde des CSH, nous avons étudié les voies métaboliques qu'elle emprunte. Des expériences de suivi de la glutamine marquée ont montré que l'entrée de la glutamine dans le cycle de Krebs est requise pour une érythropoïèse efficace. Par contre, nous avons montré que la synthèse de novo des nucléotides était l'étape limitante de la différenciation érythroïde. De plus, nous avons observé que la différenciation érythroïde accélérée en présence du 2-DG était associée à une augmentation importante du niveau des pentoses phosphates, précurseurs des nucléotides. Ainsi, l'utilisation de la voie des pentoses phosphates par le glucose, plutôt que la glycolyse, était essentielle pour l'érythropoïèse. En conclusion, mon travail de thèse a montré que la production de nucléotides via le métabolisme coordonné du glucose et de la glutamine est la condition sine qua non pour l'engagement des CSH vers la lignée érythroïde. / Hematopoietic stem cells (HSCs) possess two fundamental characteristics; self-renewal capacity and the ability to give rise to all blood cell lineages. Before their commitment to a specific lineage, these cells are maintained in a quiescent state in the bone marrow. Asymmetric division is essential for the maintenance of the stem cell compartment while symmetric division results in HSC differentiation. The hypoxic environment of the bone marrow is conducive to anaerobic glycolysis and fatty acid oxidation, preserving stem cell quiescence and asymmetric division, respectively. However, it is not known whether the commitment of an HSC to a lymphoid, myeloid or erythroid lineage fate, is regulated by a metabolic switch. Indeed, while much research has shown a critical role for cytokines and cell-cell contacts in the commitment of HSCs to distinct hematopoietic lineages, the possibility that nutrient entry and metabolism may contribute to this process was not considered until very recently. Cell differentiation is associated with proliferation resulting in increased metabolic requirements that can be met by energy sources such as glucose, fatty acids, lactate, or glutamine, amongst others. While glucose and glutamine are both precursors for the production of ATP, lipids and nucleotides, their relative contributions to metabolic pathways driving HSC lineage commitment have not been evaluated. Interestingly, we and others previously found that the Glut1 glucose transporter is highly upregulated only during the final mitoses of HSC-driven erythroid differentiation, suggesting that other nutrients may regulate early stages of erythroid lineage commitment. During my PhD, I was interested in determining whether nutrient availability and utilization regulate HSC differentiation to the erythroid lineage. Interestingly, I found that the ASCT2 glutamine transporter is expressed at high levels on HSCs. Downregulation of ASCT2 or blocking glutamine metabolism abrogated erythroid differentiation of HSCs and diverted erythropoietin-signaled HSCs towards a myeloid fate. Under conditions where glutamine utilization was blocked, erythroid differentiation was not restored by directly replenishing the tricarboxylic acid cycle but rather, was dependent on de novo nucleotide biosynthesis. Surprisingly, 2-deoxyglucose, a glucose analogue that inhibits glycolysis, enhanced erythropoiesis. Glutamine and glucose catabolism also differentially modulated erythropoiesis in vivo, under stress conditions. To better elucidate the mechanism(s) via which glutamine supports the erythroid lineage specification of HSCs, we evaluated the metabolic pathways fueled by glutamine. Carbon/nitrogen-labeled glutamine tracing experiments showed that the rate-limiting step in EPO-induced erythroid differentiation is glutamine-dependent de novo nucleotide biosynthesis while glutamine entry into the TCA cycle (anaplerosis) is not required. Furthermore, the accelerated erythroid differentiation in the presence of 2-DG was associated with a striking increase in pentose phosphates, precursors of nucleotides. Notably, the shunting of glucose into the pentose phosphate pathway (PPP), rather than glycolysis, was essential for erythropoiesis. In conclusion, my research shows that the coordinated redirection of glucose and glutamine into the production of nucleotides is the sine qua non condition for the erythroid differentiation of HSCs.

L’arthrose et la polyarthrite rhumatoïde sont deux atteintes ostéo-articulaires qui affectent les tissus cartilagineux et osseux. Elles représentent un réel problème de santé publique de par leur prévalence et le manque de traitements curatifs. Des approches innovantes de thérapie cellulaire sont en cours d’évaluation dans ces maladies. Elles sont basées sur l’utilisation des cellules souches mésenchymateuses (CSM), qui possèdent des propriétés immunosuppressives et régénératrices, et pourraient apporter de nouveaux espoirs aux patients. Ces cellules sécrètent des vésicules extracellulaires, moyen de communication intercellulaire puissant, qui sont classées en 3 populations : exosomes, microparticules (MPs) et corps apoptotiques. Dans cette étude, nous proposons d’étudier et de comparer les effets in vitro et in vivo des exosomes et des MPs sécrétés par les CSMs. Nous montrons pour la première fois que les exosomes et les MPs de CSMs exercent in vitro des effets anti-inflammatoires, anti-apoptotiques et chondroprotecteurs similaires. In vivo, seuls les exosomes exercent un effet thérapeutique dans un modèle expérimental de polyarthrite rhumatoïde. En revanche dans un modèle expérimental d’arthrose, les exosomes et les MPs protègent le cartilage et l’os de la dégradation et ce, de manière équivalente. Cette étude est la première preuve de concept que des exosomes et/ou des MPs isolés de CSMs ont un effet thérapeutique dans des maladies rhumatismales. / Osteoarthritis and rheumatoid arthritis are osteoarticular diseases affecting primarily cartilage and bone. They are a high public health problem because of their prevalence and absence of curative treatment. Innovating cell therapy approaches are being evaluated in the clinic for treating these diseases. They rely on the use of mesenchymal stem cells (MSCs), which display immunosuppressive and regenerative functions and could provide new hope for patients. These cells release extracellular vesicles, which are very powerful tools for intercellular communication and are classified into 3 populations: exosomes, microparticles (MPs) and apoptotic bodies. In the present study, we characterize and compare the in vitro and in vivo effects of MSC-derived exosomes and MPs. We show for the first time that exosomes and MPs exert in vitro anti-inflammatory, anti-apoptotic and chondroprotective functions. In vivo, only exosomes exert a therapeutic effect in an experimental model of inflammatory arthritis. However in a model of osteoarthritis, both exosomes and MPs protect cartilage and bone from degradation, in a similar fashion. This study provides the proof-of-concept that MSC-derived exosomes and/or MPs exert a therapeutic effect in rheumatic diseases.

L'hétérogénéité tumorale observée dans le cancer du sein est à l'origine des échecs cliniques malgré un important arsenal thérapeutique. Cette hétérogénéité est expliquée par la présence, au sein de la tumeur d'une population minoritaire de cellules, les cellules souches cancéreuses (CSC). Ces CSC sont responsables des résistances aux traitements conventionnelles entrainant des rechutes et des métastases. Un meilleur décryptage des programmes régulant les propriétés cardinales de ces cellules, autorenouvellement et différenciation, est une étape cruciale pour le développement de nouvelles thérapies. L'identité des CSC est régulée par des mécanismes épigénétiques. Les travaux de cette thèse se sont intéressés à l'étude de deux mécanismes épigénétique: la méthylation de l'ADN et les microARNs. Nous avons d'abord identifié une signature de 68 régions hypométhylées dans les CSC. Cette signature présentait un enrichissement de la voie TGF-ß et avait un impact pronostic sur la survie des patientes. Nous nous sommes ensuite intéressés à la régulation des CSC par les miARNs. Nous avons identifié miR-600, un microARN bimodal, régulant la balance autorenouvellement-différenciation. miR-600 régule la voie Wnt, via SCD1. L'identification de l'axe miR-600/SCD1/Wnt ouvre une nouvelle perspective thérapeutique pour cibler les CSC. Nos travaux ont décryptés de nouveaux programmes épigénétiques régulantl'identité le destin des CSC mammaires. Ces travaux pourront être le terreau du développement de nouvelles approches thérapeutiques pour traiter le cancer du sien. / Tumor heterogeneity observed in breast cancer is the main cause of clinical failures despite a significant therapeutic arsenal. This heterogeneity is explained by the presence of a minority population of cells, the cancer stem cells (CSC). CSC are resistant to conventional therapies causing relapse and metastasis. Deciphering programs regulating the cardinal properties of these cells, self-renewal and differentiation, is a crucial step for the development of new therapies. The identity of CSC is regulated by epigenetic mechanisms. The work of this thesis focused on the study of two epigenetic mechanisms: DNA methylation and microRNAs. We first identified a signature of 68 regions hypomethylated in CSC. This signature showed an enrichment of the TGF-ß pathway and had a prognostic impact on patient survival. We then were interested in the regulation of CSC by miRNAs. We identified miR-600, a bimodal microRNAs, regulating the self-renewal-differentiation balance. MiR-600 regulates Wnt pathway via SCD1. The identification of the miR-600/SCD1/Wnt axis opens a new therapeutic perspective to target CSCs. Our work deciphered epigenetic programs, regulating breast CSC-fate and open new perspective to improve breast cancer care.

Dans différents types de cancers, notamment dans le cancer du sein, il existe une population cellulaire à l’origine des mécanismes de rechute de la maladie plusieurs années après la fin des traitements initiaux, caractérisée par des propriétés de cellules souches et une chimiorésistance unique dont le mécanisme est inconnu. Pour ces raisons il est important de comprendre les mécanismes et de connaître les acteurs physiologiques impliqués à la fois dans la régulation des cellules souches normales et cancéreuses. Le CD10 est une endopeptidase zinc-dépendante capable d’inactiver un certain nombre de peptides impliqués, entre autre, dans le développement de la glande mammaire. Nos recherches ont permis de montrer que la population cellulaire exprimant le CD10 dans la glande mammaire était enrichie en cellules souches/progéniteurs communs précoces/cellules myoépithéliales. Nos résultats suggèrent que l’adhérence des cellules souches au stroma via l’intégrine β1 et le clivage de certains peptides par le CD10 sont des éléments clés du micro-environnement permettant le maintien du réservoir de cellules souches et de progéniteurs précoces dans la glande mammaire. Le tissu adipeux est également un des constituants majeur de l’environnement de la glande mammaire et joue un rôle dans la sécrétion de facteurs de croissances également impliqués dans l’homéostasie du tissu mammaire. Nos résultats ont suggéré qu’en plus de son rôle nourricier, le tissu adipeux pouvait constituer une source potentielle de cellules souches épithéliales luminales pouvant ainsi être considérée comme une nouvelle source cellulaire à l’origine de certains cancers du sein. / In breast, the existence of cancer stem cells has been demonstrated and that explain a number of observations as tumour heterogeneity. Other studies have demonstrated the resistance of radio and chemotherapy by different innate or acquired stem cell specific mechanisms that could explain relapse few years after the traitment. For all these reasons, that is very important to understand these mechanisms and to know physiological actors both implicated in the regulation of normal or cancer stem cells. CD10 is a zinc-dependant metallo-endopeptidase that inactivates a number of signalling peptides that could be implicated in mammary growth and differentiation. We have showed that CD10+ cell sorted population is enriched in Stem Cells/Early Common Progenitors/MyoEPithelial cells. We demonstrate that the protease activity of CD10 and the adhesion function of beta1-integrin are required to prevent differentiation of mammary stem cells/early progenitors. Taken together, our data suggest that integrin-mediated contact with the basement membrane and cleavage of signalling factors by CD10 are key elements in the microenvironment that maintains the progenitor and stem cell pools in the mammary gland. Adipose tissue is also a major component of the mammary microenvironment implicated in its homeostasis by the secretion of soluble factors. Our results suggested that the adipose tissue could be considered as a potential source of stem cells that differentiated into the luminal epithelial lineage involved in some breast cancers.

Au début de ma thèse, je me suis intéressé aux processus qui sous-tendent la communication cellulaire et plus spécifiquement les interactions cellule-cellule. Pourquoi une cellule établit-elle un contact spécifique avec une autre cellule ? Comment les cellules répondent-elles à cette interaction et quels en sont les effets ? J'ai utilisé comme modèle d'étude l'interaction entre les cellules souches/stromales mésenchymateuses (CSM) et des lignées de cancer du sein. L'objectif de mon travail a été d'analyser les mécanismes de ces interactions entre CSM et cellules cancéreuses et d'en évaluer les effets sur les fonctions des cellules cancéreuses. En effet, des mécanismes de recrutement des CSM aux sites tumoraux ont été décrits avec des effets sur la progression tumorale, ce qui ouvre par ailleurs des perspectives pour de nouvelles approches thérapeutiques. J'ai tout d'abord développé un système expérimental de microscopie confocale en temps réel pour observer le type d'interaction qui est produit entre les CSM humaines et les cellules de carcinomes mammaires MDA-MB-231 et MCF7. J'ai constaté la formation dynamique de structures tubulaires entre les deux types cellulaires et, de façon surprenante, le passage des mitochondries des CSM vers les cellules cancéreuses. En un deuxième temps, j'ai utilisé un système d'invasion dans une matrice 3D de collagène, que nous avons adapté à la coculture, afin d'observer les effets de l'interaction des MDA-MB-231 avec les CSM. En accord avec la littérature, nous avons constaté une augmentation du pouvoir invasif des cellules cancéreuses, effet qui pouvait être lié au transfert des mitochondries provenant des CSM. Pour répondre à cette question, j'ai mis au point un protocole pour transférer spécifiquement des mitochondries, isolées à partir de cellules, vers d'autres cellules. Ce protocole, exploité dans ce manuscrit pour le transfert de mitochondries de CSM vers les cellules cancéreuses MDA-MB-231, peut être transposé à d'autres types cellulaires et fait l'objet d'une demande de brevet. Nos données indiquent que l'acquisition de mitochondries de CSM par les cellules cancéreuses modifie leurs propriétés fonctionnelles et augmente leur capacité de prolifération et d'invasion. Concernant leur activité métabolique, on observe une augmentation de leur respiration mitochondriale et de leur production d'ATP. Nos données préliminaires suggèrent aussi une augmentation de l'expression transcriptionnelle d'enzymes impliquées dans la synthèse des lipides et l'oxydation des acides gras. Ces données, générées grâce au protocole de transfert artificiel de mitochondries mis au point, montrent pour la première fois que les mitochondries des CSM peuvent majorer certaines propriétés cellulaires liées à la progression tumorale, comme la prolifération et l'invasion, et contribuer à une reprogrammation métabolique des cellules cancéreuses. Elles s'intègrent au rôle proposé par la communauté scientifique pour les CSM dans le microenvironnement tumoral. La technique de transfert artificiel de mitochondries nous permettra de répondre à d'autres questions restées ouvertes, comme le rôle possible des mitochondries des CSM dans les résistances développées par les tumeurs vis-à-vis des agents anti-cancéreux. Le protocole de transfert de mitochondries développé au laboratoire constitue une technique de choix et offre de nombreux avantages comparativement à d'autres techniques comme la micro-injection et la génération des hybrides cytoplasmiques. Sa mise en œuvre est en effet simple et reproductible et permet de traiter une grande quantité de cellules. Cette méthode permet d'envisager de nombreuses perspectives et applications dans le domaine de la reprogrammation métabolique, comme par exemple de restaurer les capacités d'une cellule dysfonctionnelle par le transfert de mitochondries issues d'une cellule saine et « métaboliquement active ». / At the beginning of my thesis, I was interested in the process involved in cell communication, more specifically in cell-to-cell interactions. Why does a cell specifically establish contacts with another one, how do cells respond to these interactions and what are the effects? As a model to answer these questions, I studied the interactions between MSCs and two breast cancer cell lines. The study of the communications between MSCs and tumor cells is an alternative to explore and understand tumor progression. MSC recruitment to the tumor is shown to favor the progression of the disease. The mechanisms of this dialogue are multiple and are the object of a great number of studies that aim at finding new therapeutic approaches. The objective of this work was to analyze the interactions between MSCs and cancer cells and evaluate the potential effects of this communication in tumor progression. First, I developed an experimental system of real time confocal microscopy in order to observe the interaction produced between MSCs and the breast carcinoma MDA-MB-231 and MCF-7 cells. I noticed the dynamic formation of tubular structures between the two different cell types and, surprisingly, the passage of mitochondria from MSCs to the cancer cells. Second, we used a 3D system of cell invasion in a collagen matrix, which we adapted for the coculture, in order to observe the effects of the interactions between the MDA-MB-231 and MSCs. In agreement with the literature, we observed an increase in the migratory potential of the cancer cells, an effect that could be linked to the transfer of mitochondria from MSCs to the cancer cells. To answer this question, I set up a protocol to specifically transfer to the cancer cells mitochondria isolated from the MSCs and test directly the functional consequences for the cancer cells. This protocol can be used to transfer mitochondria, not only from MSCs but also from other cells. This method is currently submitted to a patent process. Our results show that the transfer of MSC mitochondria to the cancer cells modifies cancer cells functional properties and increase their invasive and proliferative capacities. Concerning the metabolic activity, we noticed an increase in mitochondrial respiration and ATP production. We also observed an increase in the transcription level of enzymes related to the lipid synthesis and fatty acid oxidation. The results generated with this new protocol of mitochondria transfer show, for the first time, that mitochondria originating from MSCs can improve cellular capacities linked to the tumor progression. The role proposed by the scientific community for the interactions of MSCs with the tumor cells fits with the data generated in our work. Several questions remain open. In particular, could the transfer of mitochondria from MSCs to the cancer cells contribute to the acquisition of resistance to anti-cancer agents observed in patients? The protocol of transfer of mitochondria that we developed in the laboratory is a technique of choice and offers many advantages over other techniques such as microinjection and cytoplasmic hybrids; its implementation is simple and reproducible and can target large numbers of cells. This method opens numerous perspectives and potential applications such as the study of metabolic reprogramming. Thus, we could consider restoring the activity of dysfunctional cells by transferring mitochondria from “metabolically active” or healthy cells. In the long term, one of the applications could be transferring healthy or genetically modified mitochondria to zygotes carrying mitochondrial DNA mutations, in order to treat pathologies like infertility, neuro-degenerative diseases, cancer and premature aging.

La morphogenèse crâniofaciale chez les vertébrés est un phénomène important, strictement régulé dans l’espace et dans le temps. Elle est basée sur une série complexe d'événements moléculaires et morphogénétiques qui implique un réseau interactionnel de gènes et de facteurs de transcriptions, tels les homéoboîtes. La crête neurale (CN) est au cœur de ce processus. Cette dernière fournit la principale source du mésenchyme crâniofacial. Cette population de cellules embryonnaires transitoires va subir une transition épithélio-mésenchymateuse et migrer en plusieurs vagues vers des sites prédéfinis puis se différencier en divers types cellulaires. La CN est à l’origine de plusieurs structures : une grande partie du squelette facial dont le maxillaire, la mandibule, l’os alvéolaire qui entoure les dents ainsi qu’une partie des tissus conjonctifs crâniofaciaux. Les cellules issues des CN sont pluripotentes et offrent un espoir en régénération osseuse et cartilagineuse. Ces caractéristiques ont généré un intérêt particulier des chercheurs pour les utiliser en thérapie cellulaire afin de réparer les défauts osseux des mâchoires. Parmi les tissus crâniofaciaux, nous avons choisi d’étudier plus avant la gencive et les cellules gingivales car leur accès est le plus facile et leurs capacités de différenciation autorisent l’observation d’autres phénotypes cellulaires.La gencive est un tissu kératinisé qui entoure les dents et recouvre l’os alvéolaire. Ce tissu est composé principalement de fibroblastes gingivaux (GFs). Parmi ces cellules, se trouvent des cellules souches gingivales (GSCs) caractérisées par leur auto-renouvellement et leur multipotence. Les GSCs sont facilement recueillies chez les patients adultes, elles montrent une plasticité importante et une activité immunomodulatrice qui en font un outil de choix pour la thérapie cellulaire. De plus, la biopsie se fait sans douleur et n’entraîne ni cicatrice ni problème fonctionnel.La première partie de mon travail de doctorat avait pour objectif d’évaluer le rôle de Msx1 dans la morphogenèse crâniofaciale et par la suite d’analyser l’os alvéolaire après une extraction dentaire afin d’analyser les mécanismes associés à ce processus et l’impact de Msx1 sur la cicatrisation osseuse.La deuxième partie de mon travail est axé sur la gencive et avait pour objectif de mettre en évidence l’origine embryologique des cellules souches orales, dont les GSCs, et de déterminer si elles proviennent des crêtes neurales, du mésoderme ou d’une mosaïque des deux. Enfin, pour appliquer nos connaissances sur l’origine embryologique des cellules souches gingivales, nous avons étudié le profil immunitaire des cellules dérivées des CN. Pour cela, nous avons déterminé la capacité phagocytaire des cellules souches gingivales murines dérivées des CN et comparé à des cellules de CN d’autres espèces vertébrées. / Craniofacial morphogenesis in vertebrates is an important phenomenon, strictly regulated in space and in time. It is based on a complex series of molecular and morphogenetic events involving an interactional network of genes and transcription factors, such as the homeobox. Neural crest (NC) is at the heart of this process. The latter provides the main source of craniofacial mesenchyme. This transient population of embryonic cells will undergo epithelial-mesenchymal transition and migrate in waves to predefined sites and to differentiate into various cell types. NC is the source of several structures: a large part of the facial skeleton including the maxillary, mandibular alveolar bone around the teeth as well as connective tissue in craniofacial portion. Cells from NC are pluripotent and offer hope for bone and cartilage regeneration. These characteristics have generated particular interest to researchers for use in cell therapy to repair bone defects of the jaw. Among the craniofacial tissues, we decided to further investigate the gums and gingival cells because their access is easier and differentiation capabilities allow observation of other cellular phenotypes.The gum is a keratinized tissue around the teeth and covers the alveolar bone. This tissue is composed mainly of populations of gingival fibroblasts (GFs). Among these populations, there are gingival stem cells (GSCs) characterized by their self-renewal and pluripotency. The GSCs are easily collected in adult patients, they show significant plasticity and immunomodulatory activity that make it a tool of choice for cell therapy. In addition, the biopsy is painless and involves neither scar nor functional problem.The first part of my PhD work was to evaluate the Msx1 role in craniofacial morphogenesis and subsequently analyse the alveolar bone after tooth extraction to analyse the mechanisms involved in this process and the impact of Msx1 on bone healing.The second part of my work focuses on the gingiva and was intended to highlight the embryological origin of oral stem cells, including GSCs and determine if they come from the neural crest, mesodermal or mosaic two. Finally, to apply our knowledge of the embryological origin of gum stem cells, we studied the immune profile derived NC cells. For this, we determined the phagocytic capacity gingival murine stem cells derived from CN and compared to cells of CN other vertebrate species.

Pw1/Peg3 est un gène d’empreinte parental exprimé par l’allèle paternel. Il est exprimé dans l’ensemble des populations de cellules souches, y compris les cellules satellites du tissu musculaire. Nous avons découvert que la perte constitutive de Pw1/Peg3 entraîne une perte de la masse musculaire, résultat d’une diminution du nombre de fibres musculaires. Le nombre de fibres réduit est présent dès la naissance. De plus, les souris double KO ont un nombre de fibres encore inférieur, suggérant que l’allèle maternel est fonctionnel pendant le développement pré-natal, et des analyses de souris hybrides C57BL6J/CAST/Ei révèlent une expression bi-allélique de Pw1/Peg3 d’environ 10%. Pw1/Peg3 est également fortement exprimé après blessure du muscle squelettique. Chez les souris Pw1/Peg3 KO, nous avons observé que les cellules satellites montrent une réduction de leur capacité d’auto-renouvèlement à la suite d’une blessure. Pw1/Peg3 est également exprimé dans une sous-population de cellules souches interstitielles, les PICS. Afin de déterminer le rôle spécifique de Pw1/Peg3 dans les cellules satellites nous avons croisé notre allèle conditionnel Pw1/Peg3 avec la lignée Pax7-Cre-ER. Ces souris ont un phénotype présentant un défaut de régénération prononcé, montrant ainsi un rôle clair et direct de Pw1/Peg3 dans la fonction régénératrice des cellules satellites. En résumé, l’ensemble de ces données montre un rôle de Pw1/Peg3 dans le développement fœtal et la détermination du nombre de fibres musculaires par son action dans l’auto-renouvellement des cellules satellites du tissu musculaire. / Pw1/Peg3 is a parentally imprinted gene expressed from the paternal allele. It is expressed in all adult progenitor/stem cell populations examined to date including muscle satellite cells. We examined the impact of loss-of-function of Pw1/Peg3 in skeletal muscle, a tissue that greatly contributes to body mass. We found that constitutive loss of Pw1/Peg3 results in reduced muscle mass resulting from a decrease in muscle fiber number. The reduced fiber number is present at birth. Mice lacking both the paternal and maternal alleles display a lower fiber number as compared to mice carrying the paternal deletion, suggesting that the maternal allele is functional during prenatal development. Hybrid analyses (C57BL6J and Cast/Ei) of muscle tissue reveal a bi-allelic expression of Pw1/Peg3 around 10%. Pw1/Peg3 is strongly up-regulated in response to muscle injury. Using the constitutive Pw1/Peg3 knock out mouse, we observed that satellite cells display a reduced self-renewal capacity following muscle injury. Pw1/Peg3 is expressed in satellite cells as well as a subset of muscle interstitial cells (PICs). To determine the specific role of Pw1/Peg3 in satellite cells, we crossed our conditional Pw1/Peg3 allele with the Pax7-CreER line. Interestingly, these mice displayed a more pronounced phenotype of impaired regeneration revealing a clear and direct role for Pw1/Peg3 in satellite cells. Taken together, our data show that Pw1/Peg3 plays a role during fetal development in the determination of muscle fiber number that is gene-dosage dependent and plays a specific role in muscle satellite cell self-renewal.

Le but de ce travail était d’accroitre notre connaissance des mécanismes qui gouvernent la formation, la spécification et la différentiation des cellules souches, à l’aide du modèle métazoaire non-bilatérien Clytia hemisphaerica. Clytia possède une population particulière de cellules multipotentes appelées cellules interstitielles (i-cells). Ces cellules, présentes au cours du développement larvaire et chez la méduse adulte, sont capables de donner naissances a des cellules somatiques et aux gamètes. Chez les bilatériens, la signalisation Wnt/β-caténine (Wntβc) régule les processus développementaux fondamentaux ainsi que la prolifération, la spécification et la différenciation des cellules souches. Mon travail s’est porté sur l’implication de la signalisation Wntβc dans les dynamiques des i-cells. Mes résultats suggèrent que la signalisation Wntβc est impliquée dans la dernière étape de la différenciation de certains neurones, mais pas pour la spécification du destin cellulaire. D’autre part, j’ai aussi observé qu’en condition contrôle, la formation des i-cells est Wntβc-indépendante et probablement entraînée par le héritage de plasma germinatif contenant les ARNm localisées au pôle animal. Cependant, suite à des expériences de microdissection, j’ai observe que la reformation des i-cells dans la moitie végétative des embryons requérait l’activation de la voie Wntβc. En conclusion, deux mécanismes distincts peuvent conduire à la formation des i-cell pendant l'embryogenèse. Globalement, les résultats obtenus ont fourni une meilleure idée de la façon dont i- cellules et leurs dérivés se posent lors de l'embryogenèse et le développement larvaire. / The aim of this work was to extend our understanding of the mechanisms regulating stem cell formation, specification and differentiation by studies in the non-bilaterian metazoan model Clytia hemisphaerica. Clytia, like other hydrozoan cnidarians, possess a particular population of multipotent stem cells called interstitial cells (i-cells), present during larval development and in the adult medusa, which are able to give rise both to somatic cell types and to gametes.In bilaterian animals Wnt/β-catenin signalling regulates fundamental developmental processes such primary body axis specification, but also regulates stem cell proliferation, lineage specification and differentiation. I investigated the role of Wnt/β-catenin signalling in i-cell specification and differentiation. The results obtained suggest that Wnt/β-catenin signalling is involved in the last step of differentiation for certain neuronal cell types, but not for somatic cell fate choice. In the second part of my study I investigated the role of Wnt/β-catenin signalling in i-cell formation during embryogenesis. The results indicated that during normal development i-cell formation is Wnt/β-catenin independent and probably driven by inheritance of germ plasm containing localised mRNAs from the egg animal pole. In contrast in embryo re-patterning following embryo bisection, Wnt/β-catenin signalling appears to be necessary for de novo i-cell formation in the absence of germ plasm. Thus two distinct mechanisms can lead to i-cell formation during embryogenesis. Overall the results obtained provided a better picture of how i-cells and their derivatives arise during embryogenesis and larval development.

Malgré l’augmentation des cas de cancers, l’amélioration des thérapies anti-cancéreuses a permis d’accroitre la survie des patients. Bien qu’efficace, la radiothérapie peut induire des complications sévères. La sphère abdomino-pelvienne concentre de nombreux cancers (prostate, vessie…), et des organes à risque lors de la radiothérapie. Le côlon-rectum développe des séquelles sévères chez 20% des patients 20 ans après traitement. La fibrose colorectale est la principale de ces complications. Les traitements actuels de ces lésions sont palliatifs. Les Cellules Souches Mésenchymateuses (CSM) favorisent la régénération tissulaire dans de nombreuses pathologies, y compris fibrosantes, et semblent donc adaptées au traitement des atteintes radio-induites. Néanmoins, les effets des CSM sur la tumeur et sur les complications des radiothérapies sont méconnus. Nos travaux évaluent la sureté et l’efficacité de la transplantation de CSM avant et après radiothérapie colorectale chez le rat. Sur un modèle de tumorigénèse colorectale suivie de radiothérapie, l’injection de CSM a inhibé la croissance tumorale en modifiant le profil des lymphocytes T et macrophages du microenvironnement tumoral. Dans un second modèle, les CSM ont induit une suppression durable de la fibrose colorectale radio-induite. Les protéines HGF et TSG-6 sécrétées par les CSM bloquent l’acquisition du phénotype pro-fibrosant par les cellules sécrétrices de matrice extracellulaire dans le côlon-rectum. Les CSM ont amélioré la survie des animaux dans ces deux modèles. Dans l’ensemble, nos résultats supportent l’utilisation des CSM dans le contexte des complications des radiothérapies abdomino-pelviennes. / Despite the growing number of cancer cases, current anti-cancer treatments greatly improve patients’ survival. Although it is efficient, radiotherapy can induce severe complications. The abdomino-pelvic area regroups cancers with high prevalence (prostate, bladder…) and organs at risk during radiotherapy. Colon and rectum display severe side effects in 20% of patients 20 years after treatment. Colorectal fibrosis is the most frequent of these complications. Existing treatments are only palliative. Mesenchymal Stem Cells (MSCs) promote tissue regeneration in a wide variety of pathologies, fibrosis included, and thus seem fitted for the treatment of radiation-induced disorders. However, the effects of MSCs on tumor growth and radiotherapy induced damages are still unclear. Our work evaluates the safety and efficacy of MSC transplantation before and after colorectal radiotherapy in rats. In a model of chemically-induced colorectal carcinogenesis, followed by radiotherapy, MSC injection suppressed tumor growth by modifying the phenotype of T lymphocytes and macrophages of the tumor microenvironment. In a second model, transplanted MSCs suppressed radiation-induced fibrosis. Two proteins secreted by MSCs, HGF and TSG-6, are responsible for inhibiting extracellular matrix-producing cells, which are the major contributors to fibrosis. MSC injection was associated with increased survival in both studies. Overall, our results support the use of MSCs to treat the side effects of abdomino-pelvic radiotherapy.