Les hélicases sont des enzymes ubiquitaires catalysant la séparation de l’ADN double-brin et impliquées dans la réplication, la réparation de l’ADN et dans le maintien des télomères. Chez l’Homme, 3 hélicases présentent des mutations responsables de syndromes cliniques : WRN pour le syndrome de Werner, BLM pour le syndrome de Bloom et RECQL4 pour le syndrome de Rothmund-Thomson. Tous ces syndromes associent un vieillissement pathologique accéléré à un risque accru de développement de cancer notamment par une augmentation de l’instabilité génomique. Les connaissances sur les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans ces maladies du vieillissement sont encore très partielles, notamment en ce qui concerne le lien entre l’instabilité génomique et le vieillissement. Au cours de ce projet, l'utilisation de prélèvements sanguins et cutanés de patients atteints de ces pathologies rares a permis de générer des modèles de cellules souches pluripotentes induites (iPS). Ces cellules présentent l’avantage de s’auto-renouveler et de pouvoir théoriquement se différencier dans tous les types cellulaires d’un organisme. Parallèlement, un témoin de sénescence a été généré de la même manière avec des cellules d’un patient souffrant du syndrome de la progéria de Hutchinson-Gilford. Après caractérisation de ces cellules, nous avons identifié des ensembles de phénotypes cellulaires et moléculaires dans le but de récapituler in vitro les pathologies. Nous avons également engagé les cellules iPS dans des voies de différenciation proches des tissus atteints dans les pathologies in vivo. Enfin, nous avons étudié la stabilité génomique de ces lignées dans les différents types cellulaires cultivés. Ainsi nous avons observé que la lignée Bloom est le siège de recombinaisons particulièrement fréquentes et est caractérisée par une instabilité du génome dans tous les types cellulaires étudiés. Egalement, la lignée Werner semblerait se distinguer par une instabilité de ses télomères. Enfin, l’ensemble des lignées des pathologies du vieillissement prématuré présenterait un défaut mitochondrial. / Helicases process the double-stranded DNA dissociation. They are involved in replication, DNA repair and maintenance of telomeres. In human, 3 helicases display mutations responsible for clinical syndromes: WRN for the Werner syndrome, BLM for the Bloom syndrome and RECQL4 for the Rothmund-Thomson syndrome. All these diseases cause premature ageing and high risk of cancer. Molecular and cellular mechanisms involved in these diseases are not well defined. Particularly, little is known concerning the link between genomic instability and ageing. During this project, we used blood samples and skin biopsies of affected patients to generate models by reprogramming cells to induced pluripotent stem cells (iPSCs). These cells have the advantage of self-renewing and theoretically could be differentiated in all cell types. At the same time, an iPSC senescence control was performed from cells of a Hutchinson-Gilford Progeria syndrome patient. iPSCs were characterized for pluripotency. In the aim of recapitulate these pathologies in vitro, we identified sets of cellular and molecular phenotypes. We also engaged differentiation of iPSCs in cell pathways closed to the affected tissues in vivo. Finally, we studied the genomic stability of iPSCs and derived cells. We observed that Bloom cells are susceptible to frequent recombinations and are characterized by a genome instability through all studied cell types. Werner cells showed an instability of telomeres length. Finally, all premature ageing diseases displayed mitochondrial defects.

Les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh), par leurs caractéristiques de pluripotence et de prolifération illimitée, représentent une alternative à l’utilisation de cellules issues de patients : leur différenciation en cellules épithéliales respiratoires pourrait permettre la production illimitée d’épithélium pour le criblage de molécules thérapeutiques.L’objectif de notre travail a été de mettre au point un protocole simple et financièrement acceptable afin de différencier les CSEh en cellules épithéliales de voies aériennes et de produire un épithélium complet. Pour ce faire, nous avons suivi deux voies potentielles de différenciation des CSEh : une voie passant par la production d’endoderme définitif, feuillet embryonnaire à l’origine de l’épithélium respiratoire, et une voie passant par un progéniteur potentiel commun aux lignages respiratoire et épidermique. Différentes combinaisons de protéines matricielles, d’inducteur de différenciation, de temps d’induction et de milieux de culture ont été testées. Nos résultats montrent que la culture des CSEh sur cellules nourricières STO dans un milieu optimisé pour les cellules bronchiques, le BEGM, en présence de Bone Morphenetic Protein 4 et d’acide rétinoïque pendant 6 jours puis en BEGM seul pendant 30 jours conduit à l’obtention de plus de 76% de progéniteurs épithéliaux respiratoires exprimant des marqueurs spécifiques tels que CK13, P63, CXCR4, FOXA2, SOX17, NKX2.1, SOX2 et SOX9. Le passage par la production de cellules de l’endoderme définitif n’a pas permis d’améliorer l’efficacité de ce protocole. L’isolement de ces progéniteurs et la reconstitution d’un épithélium complet restent à mettre au point. / Human embryonic stem cells (hESCs), for to their characteristics of pluripotency and unlimited proliferation, represent an alternative to the use of primary cells from patients: their commitment and differentiation into airway epithelial cells could help to overcome the lack of patient’s cells and could allow the unlimited production of epithelium for the screening of therapeutic molecules.The objective of our work was to develop a simple and financially acceptable protocol to differentiate hESCs into airway epithelial cells and to produce a complete epithelium. To do this, we followed two potential routes of hESC differentiation: a route through the production of definitive endoderm, the germ layer at the origin of the respiratory epithelium, and a route through a common potential progenitor to the respiratory and epidermal lineages. Various combinations of matrix proteins, differentiation inducers, induction time and culture media were tested.Our results show that hESC culture on STO feeder cells in an optimized medium for human bronchial epithelial cells, the BEGM medium, in the presence of Bone Morphenetic Protein 4 and retinoic acid for 6 days then in BEGM medium alone for 30 supplementary days led to the differentiation of more than 76% of respiratory epithelial progenitors expressing specific markers such as CK13, P63, CXCR4, FOXA2, SOX17, NKX2.1, SOX2 and SOX9. The application of these culture conditions to definitive endoderm cells, previously obtained from hESC, failed to improve the effectiveness of this protocol. The isolation of these progenitors and the reconstruction of a complete airway epithelium remain to be developed.

Contribution de U2AF1, NCBP1 et eIF4A3 dans le contrôle du maintien de la pluripotence et le devenir cellulaire.Les mécanismes de maturation du transcrit primaire peuvent profondément affecter la diversité et la fonction des protéines produites à partir d’un gène unique dans le but de mettre en place un programme complexe impliqué dans le maintien de pluripotence et/ou l’initiation de la différenciation des cellules souches humaines. Les réseaux transcriptionnels régulant la pluripotence et la différenciation ont été intensément étudiés contrairement au rôle de l’épissage alternatif dans ces mécanismes, rôle qui pour le moment reste mal compris et pour lequel il n’existe que très peux d’exemples de groupes de gènes subissant un changement général de variant d’épissage aboutissant à la modification du devenir cellulaire. Notre objectif est d’identifier les composés essentiels du spliceosome qui sont impliqués dans le maintien de la pluripotence et la différenciation précoce dans les trois feuillets embryonnaires et d’explorer leurs rôles dans ces processus. Via l’analyse de données de séquençage d’ARN nous avons identifié plusieurs facteurs d’épissage différentiellement exprimés entre les cellules souches et les trois feuillets embryonnaires. Parmi ces facteurs nous focaliserons notre étude sur les facteurs préférentiellement surexprimés dans les cellules souches, qui par conséquent devraient y jouer un rôle primordial. Les candidats sélectionnés, U2AF1, NCBP1 et eIF4A3 ont été déplétés dans des cellules souches en utilisant un système shRNA inductible puis une analyse de séquençage ARN à haut débit a été effectuée pour comprendre les changements du transcriptome induits par ces déplétions. La déplétion d’U2AF1 entraine un changement majeur de l’expression de gènes impliqués dans le développement alors que la déplétion de NCBP1 et eIF4A3 entraine un changement d’expression de gènes impliqués dans le métabolisme, le remodelage de la chromatine et le développement. Des analyses complémentaires ont permis de mettre en lumière une régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle des gènes différentiellement exprimés dans les conditions étudiées. L’épissage alternatif a pour ça part été modifié par les trois déplétions de manière individuelle. Un programme d’épissage tissu spécifique a été associé à chaque candidat et les conséquences de chaque programme seront décrites au niveau du contrôle qualité de l’ARNm et de la synthèse protéique.Nos résultats construisent une nouvelle vision concernant le rôle des composés essentiels du spliceosome dans le contrôle du devenir cellulaire à travers la modulation de l’épissage alternatif. Cet apport ajoute une nouvelle variable au contrôle de l’expression des gènes et permettra de mieux comprendre les mécanismes du développement précoce et de la diversité tissulaire. / Contribution of U2AF1, NCBP1 and eIF4A3 to the control of pluripotency maintenance and cell fate determination.Alternative pathways for processing the primary transcript can profoundly affect the diversity and function of the protein products that are generated from a single gene to set up complex programs involved in pluripotency and/or differentiation of human Embryonic Stem Cells (hESCs). While transcriptional networks regulating pluripotency and differentiation has been intensively studied, the role of Alternative Splicing (AS) in this process is not yet completely understood and clear examples of concerted switching of multiple genes from one isoform to another have not been demonstrated. Our goal is to identify Core Spliceosomal Factors (CSF), involved in the control of pluripotency maintenance, early differentiation into the three germ layers, and to explore their role in these processes. By RNA-Seq data analysis, we have identified several splicing factors that are differentially expressed between pluripotent stem cells and the three of the germ layers. Among these identified candidates, we focused on the factors that are more highly expressed in pluripotent stem cells, thereby they play a specific role in pluripotency maintenance. The selected candidates, U2AF1, NCBP1 and eIF4A3 were depleted in pluripotent stem cells using inducible shRNA system and RNA-Seq analyzes have been performed to understand transcriptomic changes induced by these depletions. U2AF1 depletion causes a major switch of developmental genes expression, while NCBP1 and eIF4A3 depletions regulate the expression of genes involved in metabolism, chromatin remodeling and development. Further analysis highlighted a transcriptional and post-transcriptional regulation of differentially expressed genes. Alternative Splicing (AS) were shown to be affected by both depletions. A tissue specific AS program was associated to each of the candidates and the consequences of these changes on mRNA quality control and protein synthesis will be described.Our results build a new idea regarding the role of Core Spliceosomal Factors in cell fate control trough the modulation of AS. This knowledge adds a new layer of gene expression control and will allow a better understanding of early development mechanisms and tissue diversity.

Les cellules souches embryonnaires (ES) sont des cellules pluripotentes, capables de s'auto-renouveller indéfiniment dans des conditions de culture appropriées. Cela signifie que ces cellules restent dans un état prolifératif et indifferencié en culture et ont le potentiel de se différencier dans les trois feuillets embryonnaires, à savoir l'ectoderme, le mésoderme et l’endoderme, et leurs dérivés. Cette capacité à se différencier dans tous les types cellulaires, souligne la diffculté à contrôler la différenciation des cellules ES in vitro et à les guider vers un lignage spécifique. Mon projet de thèse porte sur la différenciation des cellules ES murines. Une étape importante du développement embryonnaire est le choix entre l’ectoderme et le mésendoderme. Dans ce but, j'ai développé une lignée ES qui permet de suivre exclusivement l'expression de Brachyury (T) dans le mésendoderme à l'exclusion de la notochorde: la lignée TRepV. Pour cela, jai cloné un fragment de 1 kb du promoteur murin de Brachyuryen amont du rapporteur Venus (YFP). Avant d'utiliser cette lignée, j’ai cherché à la valider. Malheureusement l'expression du rapporteur TRepV ne reproduit pas fidèlement l'expression endogène de T. Une hypothèse est que le fragment de 1kb ne contient pas tous les éléments de régulation de T nécessaires pour expression fidèle in vitro. De manière surprenante, j’ai observé que le rapporteur TRepV est exprimé de façon hétérogène dans les cellules ES non différenciées. Au cours de mon travail de thèse, je me suis intéressée à cette expression hétérogène. J'ai montré que les cellules ES TRepV+ représentent une sous-population distincte des cellules souches, qui peut être maintenue séparément exprimant le rapporteur de manère stable, à la difference d'autres gènes exprimés de manière hétérogène dans les cellules ES. Nous avons trouvé un marqueur d'une population distincte parmi les cellules ES et de nouveaux gènes impliqués dans pluripotence, qui seront abordés dans des études futures. / Embryonic stem cells (ESCs) are a powerful system to investigate developmental processes in vitro, and a promising tool to generate specific cell types for cellular therapies and regenerative medicine. ESCs are self-renewing, pluripotent cells, maintaining a proliferative and undifferentiated state in culture, while retaining the capacity to differentiate into the three embryonic lineages: ectoderm, mesoderm and endoderm, and all their derivatives. Here, I established a primitive streak specific Brachyury/T Reporter ESC line (TRepV) to investigate early ESC differentiation. In contrast to previously published Tknock-in line, we established a transgene T ESCs reporter line, in order to avoid the disruption of the T locus, which may result in a hapoinsuficient phenotype. During the validation process, I observed discrepancies in expression between the TRepV and the endogenous T locus. I followed upon these observations with a more detailed analysis and obtained evidence that T is regulated differently in the ESC system compared to in vivo development. Against expectations, I also observed heterogeneous expression of the TRepV reporter in undifferentiated ESCs. Undifferentiated ESCs were found to be a mix of TRepV+ and TRepV- cells. This finding became the focus of my studies: I found TRepV+ cells represent a distinct population of ESCs with a unique identity. Unlike other heterogeneous ESC populations (such as Stella or Nanog), TRepV+ cells do not interconvert in their fate and represent an explicit, stable subpopulation of ESCs. Finally, I performed a microarray analysis of TRepV+ and TRepV- ESCs and identifed new genes which may be involved in the regulation of self-renewal and pluripotency.

Suite à une ischémie, de nombreux acteurs moléculaires et cellulaires concourent pour promouvoir la revascularisation post-ischémique afin de limiter les lésions tissulaires. Des cellules progénitrices et inflammatoires originaires de la moelle osseuse sont notamment recrutées au niveau du tissu ischémique où elles activent et participent à la régénération vasculaire et tissulaire. Leurs capacités pro-angiogéniques et pro-vasculogéniques suscitent d’ailleurs un grand intérêt pour l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques. L’objectif de ce travail de thèse aura été d’améliorer notre compréhension des mécanismes qui régissent la mobilisation et le recrutement des cellules progénitrices originaires de la moelle osseuse et de mettre en évidence l’efficacité d’un traitement basée sur l’utilisation de cellules souches pour promouvoir la revascularisation post-ischémique. Dans un premier travail nous avons mis en évidence que les catécholamines (dopamine -DA- et norépinephrine –NE-) du système nerveux sympathique régulent la mobilisation des cellules progénitrices originaires de la moelle osseuse via une signalisation dépendante de la eNOS. Nous avons montré que la DA et la NE augmentent le nombre de cellules médullaires recrutées dans le tissu ischémique et stimulent leur différenciation en cellules à phénotype endothéliale ou inflammatoire favorisant ainsi la revascularisation post-ischémique. Le recrutement des cellules médullaires dépend également des chimiokines, et plus particulièrement de CXCL12 qui est connue pour attirer les cellules exprimant son récepteur CXCR4. Le deuxième travail de cette thèse a montré que le pouvoir chimioattractant de CXCL12 est également régulé par sa capacité à se lier aux héparan-sulfates (HS), et donc à adhérer à la matrice extracellulaire. En effet, de fortes interactions CXCL12/HS induisent une augmentation de la régénération vasculaire post-ischémique corrélée à un meilleur recrutement des cellules d’origine médullaires dans le tissu lésé.Une fois recrutées dans le tissu ischémique, les cellules souches, de part leurs capacités remarquables d’auto-renouvellement, de prolifération, de différenciation et leur activité paracrine sont d’excellents activateurs de la revascularisation post-ischémique. La troisième étude de cette thèse met en évidence l’efficacité des cellules souches embryonnaires humaines multipotentes pour traiter l’ischémie critique du membre inférieur. Nous avons également révélé que ce potentiel thérapeutique dépend du miR-21.Ces travaux ont permis de démontrer que la régulation de la mobilisation et du recrutement des cellules souches contrôle la revascularisation post-ischémique et de souligner l’efficacité d’un traitement basé sur l’utilisation de cellules souches pour promouvoir la revascularisation post-ischémique. / Following ischemia, many molecular and cellular mechanisms compete to promote post-ischemic revascularization to minimize tissue damage. Bone marrow-derived progenitor and inflammatory cells are especially recruited into the ischemic tissue where they activate and participate in vascular and tissue regeneration. Their pro-angiogenic and pro-vasculogenic capacity also generate great interest in the development of new therapeutic strategies. The objective of this thesis has been to improve our understanding of the mechanisms governing the mobilization and recruitment of bone marrow-derived progenitor cells and to highlight the effectiveness of a treatment based on the use of stem cells to promote post-ischemic reperfusion. In a first work we have demonstrated that catecholamines (dopamine -DA- and norepinephrine -NE-) of the sympathetic nervous system regulate the mobilization of bone marrow-derived progenitor cells via eNOS-dependent signaling. We have shown that DA and NE increase the number of bone marrow-derived cells recruited into the ischemic tissue and stimulate their differentiation into endothelial or inflammatory phenotype cells, which promots post-ischemic revascularization.The recruitment of bone marrow cells also depends on chemokines, and particularly CXCL12 which is known to attract cells expressing CXCR4. The second work of this thesis has shown that the chemoattractant capacity of CXCL12 is also regulated by its ability to bind to heparan sulfate (HS), and thus, to adhere to the extracellular matrix. Indeed, strong interactions between CXCL12 and HS induce an increase in post-ischemic vascular regeneration correlated with better recruitment of bone marrow-derived cells in the injured tissue.Once recruited into the ischemic tissue, stem cells, because of their remarkable capacity of self-renewal, proliferation, differentiation and paracrine activity are excellent activators of post-ischemic revascularization. The third study of this thesis highlights the effectiveness of pluripotent human embryonic stem cells to treat critical limb ischaemia. We also found that their therapeutic potential depends on the miR-21.These studies have demonstrated that the regulation of the mobilization and recruitment of stem cells control the post-ischemic revascularization and highlight the effectiveness of a treatment based on the use of stem cells to promote post-ischemic revascularization.

Les gliomes sont les tumeurs primitives les plus fréquentes du cerveau et restent de mauvais pronostic en raison de l’inefficacité des traitements actuels. Des cellules souches cancéreuses ont été isolées à partir de gliomes de haut grade de l’adulte. Ces cellules souches de gliomes (GSC) peuvent fournir tous les sous-types cellulaires qui composent la tumeur. De nombreuses données indiquent que la résistance aux traitements est due en grande partie aux GSC. Cibler les GSC et leurs propriétés souches constitue donc un enjeu thérapeutique important. [...] Une solution pertinente de ciblage thérapeutique est de forcer les GSC à quitter leur état souche. Dans ce cadre, mes principaux travaux ont eu pour but de caractériser les changements épigénétiques des marques d’histones qui accompagnent la répression des propriétés des GSC par un groupe de micro-ARN, miR-302-367. [...] L’étude de cette plasticité par notre équipe a abouti à l’identification de miR-302-367. Son expression forcée, à l’aide de lentivirus, bloque de façon irréversible les propriétés souches et initiatrices de tumeur des GSC. L’effet suppresseur de tumeur exercé par miR offre la possibilité d’identifier les mécanismes qui régulent le maintien ou la perte des propriétés des GSC. A l’aide d’un modèle formé par une lignée de GSC et de sa contrepartie dépourvue des propriétés souches et tumorigènes GSC-miR-302-367, je me suis attachée à caractériser les méthylations de l’histone H3, qui font parties du code d’histone associé à une transcription génique respectivement active ou réprimée. Je me suis axée sur la triméthylation de la lysine 4 (H3K4me3) et de la lysine 27 (H3K27me3), respectivement permissive et répressive de la transcription. Une analyse par ChIP-seq (Immunoprécipitation de la chromatine-séquençage) des gènes associés à ces marques a été associée à la caractérisation des transcriptomes des cellules par exon-array. Nos résultats montrent que l’expression du groupe de miR-302-367 ne modifie pas de façon globale les taux des marques H3K4me3 et H3K27me3. Par contre, des changements dans des groupes de gènes circonscrits ont pu être identifiés. La corrélation positive observée entre les marques d’histones et les taux d’expression des gènes montre une conservation du code d’histone dans les cellules cancéreuses, au moins pour les marques étudiées. L’analyse des termes GO (Gene Ontology) indique que la perte des propriétés induites par miR-302-367 s’accompagne d’un engagement de GSC dans une voie de différenciation. Les gènes portant la marque répressive dans les GSC-miR-302-367 participent notamment à des catégories fonctionnelles associées à l’expression de propriétés souches et tumorigènes. L’analyse du groupe de gènes portant une marque permissive dans les GSC et répressive dans les GSC-miR-302-367, a révélé un réseau de facteurs de transcription susceptible de participer au contrôle des propriétés souches des GSC. La répression à l’aide de siRNA d’un des membres de ce réseau, le facteur de transcription ARNT2, nous a permis de révéler son rôle dans le maintien des capacités prolifératives des GSC issues de gliomes distincts et dans l’expression du facteur de transcription Nanog, connu pour son rôle central dans le contrôle des propriétés souches des GSC. Nos résultats montrent que l’analyse des changements de marques d’histone offre donc non seulement une vue d’ensemble des différents réseaux moléculaires associés au maintien ou au contraire à la répression des propriétés des GSC, mais permet d’identifier de nouveaux acteurs. L’effet stimulateur d’ARNT2 sur la croissance cellulaire et l’expression de Nanog, dans des GSC dérivées de gliomes différents aux altérations génomiques distinctes, indique que ce facteur de transcription tient une place centrale, insoupçonnée jusqu’à présent, dans la hiérarchie des gènes qui gouvernent les propriétés des GSC. / Gliomas, the most frequent primary brain tumors, are resistant to current therapies and the survival rate of patients is very low. Within high-grade gliomas, a cell sub-population bearing stem-like properties has been isolated. These cells, called glioma stem cell (GSC), are capable of generating all glioma cellular sub-types. Recent data indicates that resistance of these aggressive tumors to therapies is mostly due to GSCs. Thus, targeting the GSCs and their stem-like properties is imperative in order to improve current therapies. [...] Another effective solution to treat GSCs is to force them to lose their stem-like properties. In this context, the aims of my major project were to characterize the epigenetic modifications of histone marks accompanying the loss of GSC stem-like properties under the influence of a cluster of micro-RNA, miR-302-367. GSCs are endowed with an exceptional plasticity, allowing them to gain or lose their stem-like state in response to modifications in their micro-environment. Our results identified the implication of miR-302-367 in the regulation of GSC plasticity. Its stable expression using lentivirus inhibits in an irreversible manner the stem-like and tumorigenic properties of GSC. The tumor-suppressor effect of this miR offers the possibility to decipher the mechanisms responsible for the maintenance or the loss of GSC stem-like properties. Using the model of GSC and their counterparts, GSC-miR-302-367, who lost their stem-like and tumorigenic properties, my aim was to identify the methylation status of histone H3 of the histone code which is known to be associated either to an active or to a repressive gene transcription. I focused on the trimethylation of lysine 4 (H3K4me3) and lysine 27 (H3K27me3), which are associated with an activation or repression of gene transcription, respectively. We performed a ChIP-seq (Chromatin-immunoprecipitation-sequencing) analysis of the respective associated genes followed by a transcriptomic (exon-array) analysis of both cell lines. Our results show that miR-302-367 expression does not alter in a global manner the expression levels of H3K4me3 and H3K27me3. On the contrary, we were able to detect modifications in a discrete group of genes. At least for the studied marks, the positive correlation between the identified histone marks and the gene expression levels indicates that the histone code is well preserved in cancer. GO (Gene Ontology) analysis indicates that miR-302-367-induced loss of stem-like properties is accompanied with activation of the differentiation process in GSC. Genes implicated in the regulation of stem-like and tumorigenic properties were found to bear the repressive histone mark in GSC-miR-302-367. From our analysis of the group of genes bearing the active histone mark in GSC and the repressive one in GSC-miR-302-367, emerged a network of transcription factors that could possibly participate in the regulation of GSC stem-like properties. Down-regulation using siRNA of a member of this network, namely ARNT2, highlighted its role in the maintenance of the proliferative dynamic, as well as the expression of the transcription factor Nanog (a major regulator of GSC stem-like properties), in GSC derived from distinct gliomas. Our histone mark modification analysis, not only elucidated the molecular pathways implicated in the maintenance or, on the contrary, in the loss of GSC stem-like properties, but also, highlighted the implication of new actors in these processes. The activator effect of ARNT2 on GSC proliferation, as well as on the expression of Nanog, observed in GSC bearing distinct genetic alterations and derived from different glioma, indicates that this transcription factor plays a major role, not documented thus far, in the regulation of GSC stem-like properties.

Les capacités de cicatrisation de la gencive en font un modèle de régénération tissulaire naturelle. Ces capacités sont liées en grande partie à l’activité des fibroblastes. Composante cellulaire principale du tissu conjonctif gingival, ils sont au cœur de la régulation des réponses inflammatoires et des processus de cicatrisation. Nous avons supposé que ce tissu pouvait contenir des cellules souches, pouvant expliquer en partie, ces capacités de réparation. Au cours de cette thèse, nous avons pu mettre en évidence la présence de cellules souches mésenchymateuses aux propriétés communes avec les cellules souches adultes dérivées des crêtes neurales. Ces cellules expriment des marqueurs spécifiques des cellules souches et des crêtes neurales. Par ailleurs, elles présentent des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence. Elles sont, en effet, capables de se différencier en adipocytes, ostéocytes et chondrocytes. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la différenciation chondro/endochondrale. La culture des cellules, sous forme de sphères en suspension, a permis de mettre en évidence leurs capacités de différenciation en tissus cartilagineux et articulaires. Elles s’organisent spontanément en plusieurs types cellulaires différents, générant notamment des chondrocytes hypertrophiques et des synoviocytes selon leur localisation au sein des sphères et du milieu de culture utilisé. Le comportement de ces cellules soumises à ces conditions a permis de montrer leurs facultés à reproduire, in vitro, des processus proches de ceux retrouvés au cours du développement. Ces résultats permettent une meilleure compréhension des phénomènes de différenciation des cellules souches adultes, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour des applications en thérapie cellulaire articulaire et osseuse. / The healing capacity of the gingiva makes it a model of natural tissue regeneration. These capabilities are largely related to the fibroblast activity. They are the main cellular component of the gingival connective tissue and they regulate inflammatory responses and healing process. We hypothesized that this tissue could contain stem cells, which could explain, in part, these repair capabilities. In this thesis, we were able to demonstrate the presence of mesenchymal stem cells with properties shared with the neural crest-derived adult stem cells. These cells express specific markers of stem cells and neural crest. Moreover, they do have the capacity to self-renew and multipotency. They are, indeed, able to differentiate into adipocytes, chondrocytes and osteocytes. We have particularly focused on the chondro / endochondral differentiation. When cultivated as micromasses cultures in suspension, cells were able to differentiate into cartilage and joint tissues. They organize themselves spontaneously into several different cell types, including hypertrophic chondrocytes and synoviocytes depending on their location within the micromasses and the culture medium used. The behavior of these cells under these conditions has shown their ability to replicate in vitro, close to those found during the development process. These results allow a better understanding of adult stem cells differentiation, opening new perspectives for applications in joint and bone cell therapy.

La sclérodermie systémique (ScS) est une maladie rare et incurable, caractérisée par une fibrose cutanée et la production d’auto-anticorps (maladie auto-immune). Le pronostic vital est engagé dans les formes diffuses et rapidement progressives de la maladie, responsables de fibrose pulmonaire. Par leurs propriétés immunomodulatrices et anti-fibrotiques, les cellules souches mésenchymateuses (CSM) constituent une approche prometteuse pour traiter la ScS. Ce travail a pour objectif d’évaluer le potentiel thérapeutique des CSM dans un modèle préclinique de forme diffuse de la maladie (d-ScS).Patients et Méthodes : Nous avons évalué l’effet de différentes modalités d’injections des CSM par voie intraveineuse dans le modèle murin de ScS-HOCl. Ce modèle, basé sur l’injection d’acide hypochloreux (HOCl), induit un phénotype proche des formes d-ScS. Nous avons notamment comparé un traitement préventif et curatif, des approches syngénique, allogénique et xénogénique, et l’utilisation de CSM d’origine adipocytaire (ASC) à celle de CSM de moelle osseuse (CSM-MO).Résultats : Le modèle ScS-HOCl est caractérisé par l’installation d’un phénotype de d-ScS, avec fibrose cutanée, pulmonaire et production d’anticorps anti-topoisomérase 1. Nous montrons l’effet bénéfique d’une injection préventive ou curative de CSM syngéniques, réduisant la fibrose cutanée et pulmonaire. Cet effet thérapeutique passe par une diminution de la réponse immune réduisant l’inflammation tissulaire et la production d’auto-anticorps, ainsi que par l’induction du remodelage tissulaire via l’activation de métalloprotéases, et l’augmentation des défenses anti-oxydantes. Un bénéfice similaire est obtenu lors d’approches allogénique et xénogénique. Les ASC présentent des capacités immunosuppressives et de remodelage supérieures aux CSM-MO.Discussion et conclusion : Nos travaux démontrent l’effet anti-fibrotique des CSM dans un modèle préclinique pertinent de ScS, mimant les formes diffuses et rapidement progressives de la maladie, pour lesquelles les besoins thérapeutiques sont importants. Le mode d’action pléiotropique des CSM, combinant propriétés anti-inflammatoires, pro-remodelage et anti-oxydantes, est prometteur en vue des applications cliniques à venir dans cette maladie.Mots-clés : sclérodermie systémique, cellules souches mésenchymateuses, HOCl / Systemic sclerosis (SSc) is a rare intractable disease characterized by skin fibrosis and autoimmunity. Diffuse and rapidly progressive SSc (d-SSc) is associated with life-threatening involvements such as lung fibrosis, where there still is an unmet medical need. Displaying immunomodulatory and antifibrotic properties, mesenchymal stem cells (MSC) are an attractive cure for SSc. In this study, we aim at evaluating the therapeutic potential of MSC in a preclinical model of d-ScS.Patients and Methods: We evaluated the effects of MSC infusion in the murine model of ScS-HOCl, based on repeated injections of hypochlorite (HOCl). We compared several approaches using MSC in a preventive and curative approach, in syngeneic, allogeneic and xenogeneic settings, and using MSC isolated from adipose tissue (ASC) or bone marrow (BM-MSC).Results: ScS-HOCl is close to d-ScS phenotype, leading to skin and lung fibrosis, together with anti-topoisomerase 1 antibody production. We show beneficial effects of a preventive or curative injection of syngeneic MSCs, reducing tissue fibrosis. Fibrosis reduction following MSC treatment involves immunosuppressive effects, tissue remodeling via metalloprotease activation, and anti-oxydant activity. Similar benefits are observed in allogeneic and xenogeneic settings. ASC display greater immunosuppressive and remodeling capacities than BM-MSCs.Discussion and conclusion: Our study demonstrates the anti-fibrotic effects of MSCs in a relevant preclinical model of ScS, mimicking diffuse and rapidly progressive ScS. Pleiotropic capabilities of MSCs, combining anti-inflammatory, remodeling and antioxidant properties, are promising for future clinical applications in this disease.Keywords: systemic sclerosis, mesenchymal stem cells, HOCl

Ce travail de thèse a porté sur l'étude de l'équilibre entre la prolifération et la différenciation dans le cadre de la myogenèse embryonaire et postnatale. Chez l'embryon, le sortie du cycle cellulaire est contrôlé par p57 et p21 pendant la myogenèse. Nous avons montré que la voie de signalisation Notch ainsi que les facteurs de régulation myogéniques (MRFs) régulent l'expression de p57 dans les cellules progénitrices et les myoblastes en différentiation. Chez l'adulte, p21 et p57 ne sont pas exriés dans la population quiescente de cellules souches du muscle (cellules satellites - SCs). p21 et p57 sont rapidement induits après activation et durant la différentiation des SCs. Ex vivo, les myoblastes déficients pour le gène p21 présentent des défauts de prolifération et de différenciation. In vivo, l'étude de la régénération musculaire chez les mutants p21 a montré une réduction précoce des SCs, avec un retard de reconstitution du tissu musculaire. Afin de pouvoir étudier le rôle de p57 après la naissance (les mutants p57 meurent à la naissance) nous avons généré un modèle murin permettant de muter le gène p57 de manière spatio-temporelle avec le système de recombinaison Cre/LoxP. Nous avons combiner notre allèle p57 conditionnel avec une Cre exprimée de manière ubiquitaire, et observé des phénotypes identiques aux phénotypes décrits précédemment chez les souris présentant une perte du p57. L'ablation conditionnelle de p57 dans les SCs adultes, a conduit à une diminution de la différenciation myogénique in vitro. Notre travail suggère que p21 et p57 jouent un rôle important dans la régulation de la différenciation et le cycle cellulaire dans le muscle adulte. / This thesis focuses on the coordination of proliferation and differentiation in embryonic and adult myogenesis. During development, we demonstrated that skeletal muscle progenitors interact with the differentiating myoblasts via the Notch pathway to maintain their pool. It has previously been established that p57 and p21 redundantly promote cell cycle exit in developing muscle and we showed that Notch and Myogenic Regulatory Factors act through muscle-specific regulation of p57. We then examined p21 and p57 in adult skeletal muscle stem cells, called satellite cells (SCs). Although absent from quiescent SCs, p21 and p57 are expressed upon activation (including proliferating myoblasts) and differentiation. p21-null myoblasts exhibited proliferation and differentiation defects in myofiber cultures, implicating p21 at the early activation phase. In vivo muscle regeneration studies with p21 mutants showed an early impact on the SC pool, while SCs and muscle structure were re-established by the end of regeneration. Since p57-deficient mice die at birth, we generated a conditional knock-out (KO) allele for postnatal studies using the loxP/Cre recombination system. With a ubiquitous Cre we observed developmental and perinatal phenotypes similar to previously described KO embryos. The new p57 allele also includes a β-galactosidase reporter and we showed that it recapitulates p57 expression profile in embryonic and adult tissues. Conditional ablation of p57 in adult SCs reduced myogenic differentiation in primary myoblast culture. Our work suggests that p21 and p57 are involved in adult myogenesis and cell cycle exit, working at the early steps of satellite cell activation.

Les Encéphalopathies Spongiformes Subaigües Transmissibles (ESST) sont des maladies neurodégénératives caractérisées par une longue période d'incubation asymptomatique à l'issue fatale. Elles sont induites par l'accumulation, au niveau du système nerveux central (SNC), de l'isoforme pathogène de la protéine du prion (PrPSc) entraînant une dégénération des cellules neuronales ainsi qu'une astrogliogénèse. La PrPSc, qui joue un rôle central dans la transmission de la maladie, est produite par conversion de la forme physiologique de la protéine du prion (PrPC). Les mécanismes de conversion de la PrPC et de propagation de la PrPSc sont incertains ainsi que les mécanismes moléculaires à la base des maladies à prions. Dans le cadre de la création et l'amélioration de modèles de culture cellulaire, il a été montré que les Cellules Souches Neurales (CSN) issues du SNC permettent la conversion in vitro de la PrPC en PrPSc. Dans cette étude, nous avons utilisé les CSN pour optimiser et caractériser les conditions d'infection des cellules et émis l'hypothèse que la modification des conditions de culture pouvait moduler la production de PrPSc dans les CSN. Pour cela, nous avons ajouté des facteurs influençant l'identité cellulaire dans nos cultures et avons montré qu'ils étaient capables d'augmenter la propagation du prion. Ces modèles nous permettent l'étude des mécanismes moléculaires pouvant être à l'origine de l'infection. En parallèle, nous avons montré que l'ajout d'HEPES dans nos cultures inhibe la production de PrPSc dans les CSN de façon dose-dépendante. Par ailleurs, à ce jour il n'existe aucune thérapie capable de stopper la progression de la maladie chez l'homme. Ainsi, nous avons utilisé les CSN dans le but d'élaborer une approche thérapeutique permettant de distribuer des anticorps au sein du SNC pour stopper la réplication du prion. Ces cellules permettront, de plus, de réparer les zones endommagées du cerveau combinant ainsi thérapie cellulaire et génique. / Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSE) are neurodegenerative disorders with long asymptomatic incubation periods and fatal issue. They are induced by accumulation of the pathogen isoform of the prion protein (PrPSc) in the central nervous system (CNS) resulting in neuronal degeneration and astrogliosis. PrPSc, produced by the conversion of the physiological form of the prion protein (PrPC), plays a key role in the disease transmission. The mechanisms underlying the conversion of PrPC and the propagation of PrPSc are uncertain just as the molecular mechanisms giving rise to prion diseases. In the aim of creating or improving cell culture models, it has been shown that CNS Neural Stem Cells (NSC) could support PrPC conversion into PrPSc in vitro. In this project, we used NSC to improve and characterize cellular infection and hypothesized that modification of culture conditions could modulate PrPSc production in NSC. Hence, we used factors known to influence cellular identity in our culture model and showed that higher amount of prions were produced. These models also allow molecular mechanisms studies that could be at infection origin. During the course of this study, we also demonstrated that HEPES added to our culture medium could stop prion propagation in a dose-dependant manner. Moreover, to date no therapy aimed at stopping disease progression has been established in humans. We therefore used NSC with the ultimate goal to elaborate a therapeutic strategy based on the delivery of antibodies into the CNS to block prion replication. These cells will also able to repair damaged brain area thus combining cell and gene therapy.