L’amaurose congénitale de Leber (ACL) est une maladie génétique touchant la rétine. Les premiers symptômes apparaissent dès les premiers mois de la vie et mènent en quelques années à la cécité. A ce jour, des mutations dans 18 gènes ont été associées à la maladie. Cette hétérogénéité génétique rend difficile l’étude des mécanismes conduisant aux différents symptômes. Les modèles animaux utilisés en laboratoire, notamment les rongeurs, permettent d’étudier certains de ces mécanismes mais présentent des limites liées à l’espèce. Les cellules souches pluripotentes induites (iPSCs), qui proviennent de la reprogrammation de cellules somatiques issues de patients, constituent un nouvel outil pour étudier une maladie génétique dans un contexte humain naturel. Elles permettent d’obtenir tous les phénotypes cellulaires désirés sans limite quantitative ce qui ouvre la porte à des approches d’analyse à large échelle telle que l’analyse transcriptomique qui vise à explorer de manière systématique la modulation des gènes dans une maladie. L’objectif de mon projet de recherche a été de développer un modèle cellulaire humain naturellement porteur de l’ACL. Après avoir produit les iPSCs à partir de fibroblastes de patients, mes travaux ont consisté à les différencier en populations cellulaires homogènes et facilement amplifiables, les cellules souches neurales et les cellules de l’épithélium pigmentaire rétinien. Ces populations ont servi à mener des analyses transcriptomiques à large échelle qui ont permis d’identifier plusieurs gènes candidats, potentiellement impliqués dans le développement de la pathologie, parmi lesquels GSTT1 qui pourrait avoir un rôle dans le stress oxydatif. / Leber congenital amaurosis (LCA) is a genetic disease affecting the retina. The first symptoms appear in the first months of life and lead in few years to blindness. To date, mutations in 18 genes have been associated with the disease. This genetic heterogeneity makes it difficult to study mechanisms leading to different symptoms. Animal models, including rodents, are used to study some of these mechanisms but have limitations mostly related to the species. The induced pluripotent stem cells (iPSCs), which are reprogrammed somatic cells of patients, constitute a new tool for studying genetic diseases in a natural human context. They achieve all desired cell phenotypes without quantitative limits which opens the door to large-scale analysis approaches such as transcriptomic analysis that aims to systematically explore the modulation of genes in a disease. The aim of my research project was to develop a human cell model naturally carries the LCA. After producing the iPSCs from fibroblasts of patients, my work had consisted to differentiate them into homogeneous and easily amplifiable cell populations, neural stem cells and retinal pigment epithelial cells. These populations have served to conduct large-scale transcriptomic analyzes which have identified several candidate genes potentially involved in the development of the disease, including GSTT1 which might have a role in oxidative stress.

Les mutations affectant la fonction d'enzymes impliquées dans le cycle des purines sont responsables d'une multitude de syndromes pédiatriques, caractérisés par des atteintes neurologiques et comportementales. A ce jour, aucune stratégie thérapeutique n'a été réellement efficace pour contrôler ces symptômes. La maladie de Lesch-Nyhan (MLN), associée à la perte de fonction de l'enzyme de recyclage HGPRT, constitue un bon modèle d'étude. Mon travail a consisté à utiliser la technologie des cellules souches induites à la pluripotence, reprogrammées à partir de fibroblastes de patients atteints des formes sévères de la MLN, pour identifier des phénotypes neuronaux associés à la perte de fonction de l'HGPRT. Ces marqueurs phénotypiques ont ensuite été utilisés pour identifier, par une approche de criblage à haut débit, de nouvelles molécules chimiques capables de corriger ces défauts. Plus de 3000 molécules ont été testées et 6 composés, tous dérivés de l'adénosine, ont pu être identifiés comme compensant le métabolisme par un mécanisme d'action indépendant de l'HGPRT. De manière intéressante, un des composés, la S-adenosylmethionine (SAM) a par le passé déjà démontré des effets bénéfiques sur les symptômes comportementaux typiques de la MLN dans plusieurs études de cas. Cela démontre que la stratégie abordée ici a permis l'identification de cibles thérapeutiques permettant d'améliorer les symptômes neurospychiatriques de cette pathologie et constitue un modèle réplicable pour différentes pathologies touchant le métabolisme cérébral. / Mutations in genes coding for enzymes involved in purine synthesis or recycling lead to dramatic neurological conditions with poor pharmacological options. Lesch–Nyhan disease (LND) is caused by deficiency of the salvage pathway enzyme HGPRT that compromises recycling of guanine and hypoxanthine into GMP and IMP. LND is characterized by severe neuropsychiatric symptoms that are out of reach of pharmacological treatments. Here we use human cortical neural stem cells and neurons derived from iPSC of children affected by severe forms of LND to identify neural phenotypes associated with HGPRT-deficiency and of interest to develop a target-agnostic based drug screening system. We screened more than 3000 molecules and identified 6 compounds, all possessing an adenosine moiety, that corrected LND related neuronal phenotypes by promoting metabolism compensations in a HGPRT-independent manner. One of these compound, S-adenosylmethionine (SAM), has already been reported as providing amelioration of behavioral symptoms in some LND cases, demonstrating that our screening allowed the identification of pathways that can be relevant therapeutic targets to ease the devastating neuropsychiatric symptoms associated with this pathology. Interestingly, these pathways can be activated in LND patients via simple food supplementation. This experimental paradigm can also be easily adapted to other purine associated neurological disorders affecting normal brain development.

L’Ataxie de Friedreich (AF) est une pathologie à hérédité autosomique récessive caractérisée par des troubles neurologiques progressifs (atteinte des neurones cérébelleux et des neurones sensoriels primaires (PSN, Primary Sensory Neurons), une hypertrophie cardiaque et un risque élevé de diabète. La cause la plus fréquente de cette maladie est la présence d’une hyperexpansion homozygote de triplets nucléotidiques GAA au sein du premier intron du gène de la frataxine (FXN), qui code pour une petite protéine mitochondriale, la frataxine. Cette expansion GAA induit la formation de structures secondaires de l’ADN ainsi que la formation d’hétérochromatine, provoquant une diminution de la transcription du gène FXN. Plusieurs modèles cellulaires et animaux AF ont été développés sans toutefois reproduire l’ensemble des caractéristiques génétiques, épigénétiques et biochimiques de la maladie retrouvé chez le patient AF, à savoir la présence d’une hyperexpansion GAA, au sein du premier intron du gène FXN, accompagnée de la répression du gène FXN conduisant à la diminution de l’expression de la protéine frataxine. Dans la première partie du projet, nous avons généré deux modèles cellulaires, les cellules corticales et les neurones sensoriels primaires dérivés des cellules souches pluripotentes induites (iPSC), générées à partir de biopsies de peau de patients AF. Ces deux modèles cellulaires AF présentent les caractéristiques génétiques, épigénétiques et biochimiques décrites chez les patients AF. D’un point de vue biochimique, nous avons montré que le déficit en frataxine induit une perturbation de l’homéostasie du fer avec un déficit de la biosynthèse des centres [Fe-S] et de l’expression des protéines [Fe-S], qui jouent un rôle au sein de la chaine respiratoire mitochondriale et du cycle de Krebs. De plus, le déficit en frataxine entraine la perturbation des voies antioxydantes sensibilisant les cellules AF au stress oxydatif. Nous avons aussi montré que les cellules corticales AF présentent une sensibilité à l’apoptose pouvant être prévenu par un traitement par la forskoline. Enfin, nous avons étudié l’implication éventuelle de mTOR dans la pathogénèse de l’AF au sein des cellules corticales. Les résultats obtenus n’ont pas permis d’attribuer les désordres de l’homéostasie du fer et du métabolisme lipidique observés au sein des cellules corticales AF, au seul déséquilibre de mTORC1, mais sans doute à la déficience en frataxine elle-même. Ces données font de ces deux modèles cellulaires, dérivés des iPSC, des modèles fiables et robustes dans l’étude de l’AF. Dans la seconde partie du projet, nous avons étudié le potentiel effet thérapeutique d’analogues des incrétines ([D-Ala2]-GIP et exendin-4) et de deux générations d’inhibiteurs des HDAC (iHDAC 109 et iHDAC 69, 71 et 89) sur le niveau d’expression de la frataxine, l’homéostasie du fer, le métabolisme protéique et lipidique ainsi que le stress oxydatif, au sein des cellules corticales AF, des PSN AF et de deux modèles murins de l’AF (les souris Knock-In homozygotes (KIKI) et les souris BAC transgéniques). La nouvelle génération d’iHDAC (69, 71 et 89), se distingue du composé 109 par leur capacité supérieure à traverser la barrière hématoencéphalique et leur courte durée de vie prévenant ainsi l’accumulation du composé cardio-toxique au sein de l’organisme. Nous avons observé que l’ensemble des traitements testé dans ce projet, a eu pour effet d’augmenter l’expression de la frataxine et de restaurer l’homéostasie du fer au sein des cellules corticales AF. De la même façon, l’expression de la frataxine a été augmentée suite à l’administration du composé 109 au sein des PSN AF. De plus, nous avons mis en évidence un effet thérapeutique du composé 89 sur le stress oxydatif et le métabolisme lipidique et protéique, au sein des cellules corticales AF. Néanmoins, étant donné l’absence d’un phénotype biochimique de l’AF clair, au sein des deux modèles murins de l’AF utilisés dans cette étude, nous n’avons pas pu étendre l’efficacité des nouveaux iHDAC (69, 71 et 89) au sein de ces deux modèles murins de l’AF. Néanmoins, les résultats obtenus au sein des cellules corticales AF, sur l’induction de l’expression de la frataxine par des analogues des incrétines et par la nouvelle génération des iHDAC, font de ces molécules de nouvelles approches prometteuses dans l’intervention thérapeutique chez les patients AF. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) sont des cellules capables à la fois d'autorenouvellement et de se différencier en tous les types cellulaires. Elles peuvent être issues de l'embryon (pour cellules souches embryonnaires humaines, hESC) ou être obtenues par reprogrammation d'une cellule différenciée (pour cellules souches pluripotentes induites humaines, hiPSC). Les hPSC sont au centre d'enjeux scientifiques, médicaux et économiques majeurs, en particulier dans le cadre des maladies génétiques et orphelines. En effet, elles ouvrent la porte à de nouvelles stratégies de modélisation de maladies génétiques humaines in vitro et sont une source potentiellement illimitée de cellules pour une thérapie cellulaire des maladies dégénératives. Cependant, la culture in vitro de hPSC est une étape essentielle avant toute application clinique ou recherche fondamentale. En effet, la culture cellulaire est nécessaire pour l'amplification du nombre des cellules, et est nécessaire pour toute étape de différenciation in vitro. Or c'est une étape délicate pour le succès des applications visées. Mon travail de doctorat s'est focalisé sur deux aspects de la culture des hPSC. Dans un premier temps, j'ai modélisé in vitro une voie de différenciation, le développement trophoblastique humain, en modulant les paramètres de la condition de culture, notamment en jouant sur la concentration du facteur de croissance BMP4. Ce travail m'a permis d'élucider la toute première bifurcation de différenciation cellulaire au cours du développement embryonnaire humain précoce. Dans un second temps, mon travail s'est focalisé sur le changement phénotypique et génomique des hPSC au cours de la culture in vitro. J'ai montré que l'utilisation de certains protocoles de passage cellulaire – en particulier le passage par dissociation cellulaire complète par utilisation de trypsine - se traduit par des acquisitions très précoces d'anomalies génétiques chromosomiques et sub-chromosomiques, et que des anomalies sub-chromosomiques pouvaient précéder l'apparition d'anomalies chromosomiques. Les conséquences de ces observations sont importante pour la recherche de la culture de hPSC : (1) il faut définitivement renoncer à l'utilisation des passages par dissociation cellulaire complète, y compris pour les méthodes de culture en suspension, et (2) il faut, pour valider une technique de culture, compléter systématiquement le caryotype par un examen d'analyse génétique avec une meilleure résolution. / Human pluripotent stem cells (hPSC) are the stem cells capable to self-renew and also to differentiate into all the cell types. These cells can be derived from embryos (for human embryonic stem cells, hESC) but also be obtained by reprogramming the differentiated somatic cells (for human induced pluripotent cells, hiPSC). The hPSC become central stakes of science, medicine and economy, particularly for genetic and rare diseases. In fact, they open up the new perspectives to the novel treatment strategies by remodeling human genetic diseases in vitro and at the same time they are a potentially unlimited cell source for cell therapy for especially degenerative diseases. Meanwhile, the hPSC in vitro culture is one of the most important steps before passing to the clinic applications and in fundamental research, as the proliferation and pluripotency can only be maintained in culture condition as well as many differentiation methods. My PhD work was concentrated on the hPSC in vitro culture. At first, I modeled human trophoblastic development and its differentiation pathway in vitro by modulating the parameters of culture, especially the concentration of BMP4. This work permitted clarifying the first cell lineage bifurcation in early human embryonic development. Secondly, my word was focalized on the phenotypic and genomic changes of hPSC during the in vitro culture. I demonstrated that the use of some passaging protocols in culture, particularly complete cell dissociation by trypsin, was translated by very early acquisitions of chromosomal and sub-chromosomal abnormalities, and that the appearance of sub-chromosomal abnormalities could precede chromosomal abnormalities. The consequences of these observations are important for the hPSC culture research: (1) the use of complete cell-dissociation passaging should be definitively abandoned, including the suspension culture, and (2) the genetic analyses with higher resolution should be added to validate a culture technic.

Les porphyries érythropoïétiques (PE) : Porphyrie Erythropoïétique Congénitale -PEC- et Protoporphyrie Erythropoïétique -PPE- sont caractérisées par le déficit d’une des enzymes de la voie de biosynthèse de l’hème. Le traitement curatif des formes sévères de PE est la transplantation de moelle osseuse allogénique (TMOA). La PPE est parfois compliquée d’une insuffisance hépatique majeure nécessitant une greffe hépatique. Dans un modèle murin de PPE (Fechm1Pas/Fechm1Pas), nous avons démontré l’apparition progressive de lésions hépatiques dès la 2ème semaine de vie. Une TMO précoce (nouveau-né) a permis de prévenir l’apparition de ces lésions hépatiques et de corriger la photosensibilité cutanée démontrant l’efficacité de cette approche thérapeutique pour les formes sévères de PPE. La thérapie génique par greffe de cellules souches hématopoïétiques autologues corrigées représente une alternative à la TMOA en l’absence de donneur HLA-compatible. Nous avons développé des cellules souches pluripotentes induites (iPS) à partir de cellules épidermiques issues de modèles murins de PE et d’un patient PEC. La correction génique a été obtenue par transfert du gène lentiviral (ferrochélatase ou uroporphyrinogène III synthase (UROS). La pluripotence des cellules iPS a été caractérisée in vitro par la formation de corps embryoïdes et in vivo par la formation de tératomes. In vitro, la correction métabolique a été obtenue après différenciation des cellules iPS humaines en progéniteurs hématopoïétiques. Enfin dans une dernière partie, nous nous sommes intéressés à une approche pharmacologique de la PEC. Nous avons montré que les mutations C73R et P248Q entraînaient une instabilité et une dégradation accélérée de l’UROS par la voie du protéasome. Le traitement de souris UrosP248Q par un inhibiteur du protéasome (Velcade®) a permis la correction de la photosensibilité cutanée. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement des porphyries érythropoïétiques. / Erythropoietic porphyrias (EP) : Congenital Erythropoietic Porphyria -CEP- and Erythropoietic Protoporphyria -EPP-) are characterized by a deficit of one enzyme implicated in heme biosynthetic pathway. The curative therapy for severe cases of EP is an HLA-compatible Bone Marrow Transplantation (BMT). EPP is sometimes complicated by a major hepatic failure requiring hepatic graft. In a murine model of EPP (Fechm1Pas/Fechm1Pas), we have demonstrated that hepatic lesions progressively appear 2 weeks after birth. Early BMT (in neonates) has made it possible to prevent hepatic lesions and correct skin photosensitivity, demonstrating the efficiency of this therapeutic approach in severe cases of EPP. The gene therapy by graft of corrected autologous hematopoietic stem cells represents an alternative to BMT when HLA-compatible donors are lacking. We have developed induced pluripotent stem cells (iPSC) from epidermic cells of murine models of EP and of one PEC patient. The gene correction was obtained by lentiviral gene transfer (ferrochelatase and uroporphyrinogen III synthase -UROS). The pluripotency of iPSC was characterized in vitro by the formation of embryoid bodies and in vivo by the formation of teratomas. In vitro, the metabolic correction was obtained after differentiation of human IPSC into hematopoietic progenitors. In the last part of this thesis, we have focused on a pharmacological approach of CEP. We have shown that C73R and P248Q mutations lead to instability and accelerated degradation of the UROS protein via the proteasome. Treating UrosP248Q mice with a proteasome inhibitor (Velcade®) has allowed the correction of skin photosensitivity. These works offer new prospects for the treatment of erythropoietic porphyrias.

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.

Les lignées de cellules souches embryonnaires humaines (hES) et maintenant de cellules souches induites à la pluripotence (hiPS) sont des cellules qui présentent deux caractéristiques uniques : elles sont d'une part capables de s'auto-renouveler de manière continue en culture ce qui permet de générer de grande quantité de cellules et d'autre part, elles présentent la capacité de se différencier en n'importe quelle cellule de l'organisme lorsqu'elles sont soumises à un environnement permissif adéquat. Ces deux propriétés permettent d'envisager de nombreuses applications médicales comme la thérapie cellulaire mais aussi des applications dans le domaine de l'industrie pharmaceutique grâce au développement de modèles cellulaires innovants. Ce mémoire de thèse a pour objectif de présenter les caractéristiques biologiques principales de ces cellules et les enjeux médicaux et pharmaceutiques qu'elles représentent pour le futur, notamment pour le pharmacien.

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.

En dehors du cadre pathologique, la notion de temps est la base essentielle dans le processus de vieillissement de l’organisme et des systèmes associés. Ces derniers vont progressivement présenter un déclin de leur(s) fonction(s) où de nombreux mécanismes complexes vont intervenir à différents niveaux. Parmi les premiers constats proposés, le vieillissement est la conséquence d’un processus inéluctable, d’une succession d’agressions au niveau cellulaires qui pourraient être réparées voire évitées, ouvrant ainsi la voie à de futures études qui permettront à terme de proposer une explication détaillée, complète et claire de ce processus. Pour exemple, les travaux que nous avons menés tentent d’apporter un élément de réponse afin d’établir un lien entre sénescence et vieillissement, avec pour base de générer par reprogrammation cellulaire des cellules hiPSCs à partir de cellules issues de biopsies de patients jeunes et âgées, sénescentes ou prolifératives. Outre la caractérisation de leur état pluripotent comparable à celui des cellules souches embryonnaires, nous avons également mis en évidence après une différenciation spécifique en fibroblastes, que les caractéristiques cellulaires de ces fibroblastes présentaient un effacement des marques du vieillissement, signe d’une plasticité cellulaire possible au cours du vieillissement. A présent, étendre une telle étude au modèle tissulaire cutané par la mise en place de protocoles de différenciation dans le lignage épidermique permettra à l’avenir de mieux comprendre pour mieux appréhender les pathologiques associées au vieillissement, et ainsi pouvoir offrir aux patients une médecine appropriée et concrète. / Beside the pathological context, time is the essential basis in the aging process of the body and associated systems. These will gradually introduce a decline in function(s) where many complex mechanisms will take part at different levels. Among proposed findings, aging is the result of an inevitable process, a succession of cellular stress that could be prevented or repaired, opening the way for future studies that will eventually offer an explanation detailed, clear and complete which occur. For example, our work provide a response element to establish a link between senescence and aging, based on the generation of hiPSCs by cellular reprogramming of cells from biopsies of young, older, senescent and proliferating cells patients. Further characterization of their pluripotent state comparable to that of human embryonic stem cells, we have also showed by a specific differentiation into fibroblasts, that cellular characteristics of those fibroblasts had erased aging features. Next step, is to extend such study in cutaneous tissue model by the introduction of differentiation protocols in the epidermal lineage which will able us to better understand aging-associated diseases, and thus bring the ability to propose an appropriate and cocnrete medicine to aged patients.

L'épithélium pigmentaire rétinien (EPR) est une monocouche de cellules épithéliales pigmentées situés entre la rétine neurale et la membrane de Bruch et joue un rôle important dans le maintien et la survie des photorécepteurs. Des malformations, le dysfonctionnement ou bien la mort de l'EPR provoque la mort des photorécepteurs. Orthodenticle homéoboîte 2 (Otx2) est un facteur de transcription exprimé par l’EPR chez l’animal adulte joue un rôle important dans l’EPR puisque son inactivation chez les souris [CreERT2 : Otx2flox] provoque la dégénérescence des photorécepteurs. En outre, les patients présentant des mutations dans le gène OTX2 souffrent de microphtalmie ou d'anophtalmie et développent généralement des maladies oculaires comme la rétinopathie pigmentaire (RP) ou l’amaurose congénitale de Leber. La délivrance par un vecteur AAV d’OTX2 dans des cellules primaires de l’EPR de porc mais aussi de cellules pluripotentes humaines différenciés en EPR nous a permis d’identifier de nouveaux gènes régulés par OTX2 et un variant d’épissage connu OTX2L. Nous avons par ailleurs identifié un nouveau variant d’épissage OTX2S par analyse bioinformatique de banques d'ADNc normalisées de RPE de rat. OTX2S présente une délétion d’une partie de l’homéodomaine. Nous avons étudié l'expression de ce variant dans la rétine et étudié ses propriétés transcriptionnelles en utilisant le promoteur du gène de la tyrosinase couplé à un gène rapporteur dans les cellules HEK293 et les cellules de l’EPR primaires de porcs. OTX2S exerce un effet transdominant négatif uniquement dans les cellules de l’EPR. Son rôle physiologique doit encore être précisé car il semble participer à la transition épithélio-mésenchymateuses qui survient après décollement de la rétine, une pathologie rétinienne fréquente. L’analyse par immunoprécipitation de la chromatine sur des cellules de l'EPR de porc montre que la plupart de ces gènes sont des cibles directes d’OTX2.Notre laboratoire a identifié un facteur neuroprotecteur sécrétée par photorécepteurs à bâtonnets, Rod-derived Cone Viability Factor (RdCVF) qui est une stratégie prometteuse pour le traitement de RP lorsque les patients portent des mutations dans les gènes exprimés sélectivement photorécepteurs à bâtonnets, ce qui est le plus fréquemment rencontré. Cette stratégie thérapeutique ne s’appliquera pas aux RP causés par les mutations de gènes spécifiquement exprimés par l’EPR, comme le gène MERTK. Afin d'étudier le bénéfice potentiel du gène Otx2, nous avons utilisé un rongeur modèle de RP avec une mutation dans le gène Mertk, les rats RCS. Nous montrons que la transplantation d'EPR génétiquement modifié pour sur-exprimer Otx2, améliore la protection des photorécepteurs et la vision de l’animal. Une augmentation de la réponse électrophysiologique (ERG) des photorécepteurs (ERG) et la protection de la couche nucléaire externe représentant les photorécepteurs a pu être mise en évidence, cette dernière par tomographie par cohérence optique (OCT). Nos résultats indiquent que cette approche pourrait être applicable pour le traitement des maladies de la rétine avec le dysfonctionnement de l'EPR comme la RP ou la dégénérescence maculaire liée à l'âge. / Retinal pigment epithelium (RPE) is a monolayer of pigmented epithelial cells located between the neural retina and Bruch’s membrane and has an important function in the maintenance and survival of photoreceptor cells. Abnormalities, dysfunction and/or death of the RPE ultimately lead to death of retinal photoreceptors. Orthodenticle homeobox 2 (Otx2) is expressed in adult RPE and known to have an important role in RPE function since loss of function in Otx2flox/CreERT2 mice, leads to rapid photoreceptor degeneration. Furthermore, patients having mutations in this gene suffer from microphthalmia or anophthalmia and usually develop eye diseases as retinitis pigmentosa (RP) and Leber congenital amaurosis.Using ectopic expression involving AAV-mediated gene transfer in primary pig RPE cells and human induced pluripotent RPE derived cells, we have identified novel gene targets of Otx2 and Otx2L. The physiological role of Otx2S still needs to be addressed since it potentially participates in the epithelial to mesenchymal transition that occurs after retinal detachment, a frequent retinal pathology. Chromatin immunoprecipitation analysis using pig RPE cells shows that most of these genes are direct targets of OTX2.Our lab has previously identified a neuroprotective factor secreted by rod photoreceptors, Rod-derived Cone Viability Factor (RdCVF) which is a promising strategy for treatment of RP for patients with mutations in photoreceptor cells. This therapeutic strategy will not cover RP caused in genes specifically expressed by RPE, as for example MERTK gene.In order to study the potential benefit of Otx2 for gene-cell therapy, we used an animal model of RP with a mutation in the rdy (Mertk) gene, the RCS rats. Transplantation of genetically engineered RPE cells expressing Otx2, enhances the protection of photoreceptors and vision in this model. We demonstrate an improvement in electroretinograph (ERG) recordings and thickness of outer nuclear layer as measured in optical coherence tomography (OCT). Our findings indicate that this approach might be applicable treatment for retinal diseases with RPE dysfunction like RP and/or age related macular degeneration. Furthermore, using bioinformatic tools and gene screening of normalized cDNA libraries from rat RPE we identified Otx2S, a novel-splicing variant of Otx2 that lacks a part of a homeodomain. Otx2L, another splice variant of Otx2 with an insertion was also studied. We have shown the expression of this variant in NR and RPE and studied its transcriptional properties using gene reporter assay in HEK293 cells and pig primary RPE cells. In addition, we have found that Otx2S exerts a transdominant negative effect on tyrosinase promoter only in primary RPE cells.