Le cancer colorectal représente la deuxième cause de mortalité par cancer en France. Dans l’intestin, l’initiation et la progression tumorale sont corrélées à l’accumulation séquentielle de mutations génétiques et épigénétiques au niveau du compartiment de renouvellement de l’épithélium. Ces altérations ont pour conséquence une croissance incontrôlée de l’épithélium et, à terme, la formation de lésions cancéreuses. En tenant compte du nombre croissant de cas de cancers colorectaux, la découverte de facteurs de prédisposition de cette pathologie reste d’un intérêt majeur. Les données de séquençage du génome humain ne suffisant pas à expliquer la prévalence de la maladie à l’échelle de la population, nous nous intéressons aux mécanismes permettant le contrôle de l’expression de certains gènes : les mécanismes épigénétiques. Dans notre équipe nous disposons de modèles animaux génétiquement modifiés nous permettant d’étudier, dans des conditions proches de la pathologie humaine, les phases précoces de l’initiation tumorale. Ces souris, bien que génétiquement identiques, développeront pourtant un nombre de tumeurs intestinales très variable. En comparant les profils moléculaires de souris développant peu ou beaucoup de tumeurs intestinales, nous souhaitons mettre en évidence les facteurs épigénétiques mis en jeu pour expliquer cette différence de susceptibilité à la tumorigenèse. Pour ce faire, nous avons mis en place une stratégie visant à prélever un échantillon intestinal, par chirurgie, sur de jeunes souris qui ont ensuite été suivies jusqu’à l’âge adulte et à l’apparition des tumeurs. Cette stratégie innovante nous a permis de corréler les profils d'expression et de methylation d'ADN d’intestins développant peu ou beaucoup de tumeurs, ouvrant la possibilité de disposer de nouveaux marqueurs prédictifs quant aux chances de développer un cancer. Ces données sont complétées par une étude sur les conséquences de la perte du gène suppresseur de tumeur Apc, un gène couramment muté dans les cancers colorectaux humain. A l’aide de modèles de souris d’invalidation inductible, nous avons déterminé les conséquences de la perte d’Apc sur les profils de méthylation de l'ADN des cellules souches intestinales, et leur capacité à initier une tumeur. L’ensemble de ces différentes projets développés dans le cadre de ma thèse nous ont permis de mieux comprendre les mécanismes cellulaires liés à la prédisposition et à l’initiation tumorale et de proposer des nouvelles stratégies diagnostiques et d’évaluation du risque individuel. / Cancer initiation and progression represent the outcome of the progressive accumulation of genetic and epigenetic alterations. Global changes in the epigenome are now considered as a common hallmark of malignancies. However, most of our present knowledge represents the result of the comparison between fully established malignancies and their surrounding healthy tissue. Such comparison is not informative about the epigenetic contribution to the very early steps of cancer onset. By performing DNA methylation and gene expression profiling of the intestinal epithelium of relevant in vivo models we aim at shedding light on the correlation between the interindividual epigenetic polymorphisms within the population and the relative risk to develop malignancies, and establish the existence of a molecular signature associated with an increased susceptibility to develop intestinal cancer. Our results confirm that a considerable degree in the variability associated to cancer susceptibility cannot be ascribed to major genetic changes and that such heterogeneity seems to correlate with distinct molecular profiles associated to classes of poorly or highly susceptible isogenic animals.We also investigated in vivo the timing at which the remodeling occur at the epigenomic scale by analyzing the alterations in the DNA methylation and gene expression profiles of intestinal stem cells upon the loss of the Apc gene, the most common genetic lesion associated with human colorectal cancer initiation. We found that the loss of function of Apc in the Lgr5-positive intestinal stem cell compartment is rapidly accompanied by a reprogramming of the DNA methylation profiles resulting in altered gene expression and impaired fate determination in those cells. The results show that part of the phenotype resulting from the constitutive activation of the Wnt pathway upon Apc loss is acquired via differential epigenetic regulation of key biological processes controlling the balance between self-renewal and differentiation. By using conditional genetic ex vivo models we found part of these oncogenic effects to be reversible via the modulation of the machinery responsible for de novo methylation of the DNA.Overall, this work confirms that the epigenetic remodeling is an early event in tumorigenesis that might even precede actual cell transformation. The functional impact of our findings on cancer initiation is currently under investigation.

Les cellules souches adultes sont des cellules non différenciées, essentielles au le renouvellement constant de nos tissus. Elles produisent des cellules différenciées nécessaires au fonctionnement de nos organes, tout en maintenant un réservoir de cellules souches dans le tissu. Cet équilibre entre prolifération et différentiation cellulaire est crucial pour le maintien d’un état constant du tissu appelé homéostasie tissulaire. Entre identité « souche » et différenciation : Quels programmes génétiques contrôlent ces états ? Cette question suscite un intérêt majeur tant pour la recherche dans le domaine des cellules souches que pour les perspectives thérapeutiques qui en découlent. Dans cette optique, ce travail de thèse a permis de mettre en évidence un nouveau rôle du gène spen dans le contrôle des cellules souches intestinales chez Drosophila melanogaster. Une inactivation du gène spen est à l’origine d’une accumulation aberrante des cellules souches au sein de l’intestin de drosophile. La mise en place d’un protocole de purification par FACS des cellules souches, associé à un séquençage à grande échelle des ARN, a permis de mettre à jour les réseaux de gènes régulés par Spen dans les cellules souches. Ainsi, en combinant des techniques de génétique et d’analyses in vivo, ce travail montre que Spen est un facteur clé du processus de spécification des cellules souches intestinales et de la régulation de leur prolifération. Cette étude participe ainsi à la compréhension de la fonction moléculaire des protéines de la famille SPEN dans les cellules souches et les dérégulations à l’origine des pathologies auxquelles elles sont associées. / Adult stem cells are non-differentiated cells that maintain tissue homeostasis by supplying differentiated cells while at the same time self-renewing. How is this balance between stem cell state and differentiated state controlled? This question became one of the major interests of the Stem cell research and Translation, mostly due to the potential therapeutic perspectives that it gives. Regarding this effort, this thesis work describes a new function of a gene call split-ends/spen in adult stem cell regulation in Drosophila intestine. SPEN familly is composed by essential genes, which codes conserved proteins from Plants to Metazoa. They are involved in key cellular processes such as cell death, differentiation or proliferation, and are associated with various molecular functions controlling transcriptional and post-transcriptional gene expression. We found that a spen inactivation in Drosophila intestine leads to an abnormal increase in adult stem cells. In this work, by combining genetics tools and in vivo stem cell analysis methods, we could show that Spen works as a key factor of intestinal stem cell commitment and plays a role in their proliferation control. How does genetics programs control cellular identity? In order to investigate the molecular signature of intestinal stem cells and progenitor cells knockdowned for spen, we combined genetics, cell sorting and mRNA sequencing analysis to uncovered Spen target genes regulated in intestinal stem cells. Here, we provide a new function of spen in adult stem cell regulation, which may also shed light on its mode of action in other developmental and pathological contexts.

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