Les ciliopathies sont un groupe de maladies génétiques multi-systémiques liées à un dysfonctionnement du cil primaire, une structure sensorielle présente à la surface des cellules qui régule des voies de signalisation clés au cours du développement et de l'homéostasie tissulaire. Afin d'identifier de nouveaux gènes responsables de ciliopathies développementales sévères, ~ 500 patients / fétus ont été analysés par une approche de séquençage à haut débit de l'exome ciblant > 1 200 gènes ciliaires ("ciliome"). Nous avons identifié huit nouvelles mutations dans le gène NEK8/NPHP9 chez cinq familles dont les syndromes se chevauchent. NEK8/NPHP9 code une protéine kinase de la famille des NIMA qui se localise au niveau du compartiment Inversine du cil primaire et agit comme un régulateur de la signalisation Hippo, une voie essentielle contrôlant la taille des organes. Nous montrons pour la première fois que les mutations du gène NEK8 sont associées à une agénésie rénale et une hypodysplasie. De plus, notre travail met en évidence une corrélation génotype/phénotype: les mutations "perte de fonction" de NEK8 conduisant à reins élargies et kystiques, des kystes pancréatiques et hépatique, alors que les mutations faux-sens de NEK8 causent une hypodysplasie/agénésie rénale associée à une cardiopathie et une paucité des canaux biliaires. La première partie de mon projet de thèse porte sur l'étude de l'impact des mutations faux-sens de NEK8 sur divers processus cellulaires et des voies de signalisation dépendantes de NEK8. Nous avons démontré un effet "gain de fonction" des mutations faux-sens de NEK8 puisqu'elles affectent la ciliogenèse et la composition du compartiment Inversine (localisation ciliaire de ANKS6). De plus, ces mutations altèrent la localisation nucléaire de YAP, le principal acteur de la voie Hippo, ainsi que l'expression des gènes cibles de YAP dans les fibroblastes de patients et dans la lignée cellulaire rénale (mIMCD3) invalidée pour NEK8. De même, nous avons montré une accumulation anormale de YAP nucléaire dans les reins polykystiques de la souris Jck, porteuse d'une mutation faux-sens de Nek8. Un déséquilibre de la voie Hippo serait donc à l'origine des défauts de morphogenèses épithéliales. En effet, les cellules mIMCD3 invalidées pour NEK8 forment en culture 3D des structures anormales et/ou des sphères élargies qui s'accompagnent d'une persistance du marquage nucléaire de YAP et Ki-67 et forment de grandes sphères par rapport aux cellules contrôles. Des défauts plus sévères ont été observés pour les cellules ré-exprimant les différents mutants de NEK8, confirmant la pathogénicité de ces mutations et leur effet "gain de fonction". Enfin, le traitement par la Vertéporfine, un inhibiteur spécifique de l'activité transcriptionnelle de YAP, améliore non seulement le phénotype des fibroblastes de patients et des cellules rénales invalidées pour NEK8 en culture 3D, mais également in vivo les anomalies observées chez les embryons de poisson zèbre dues à la surexpression de la forme NEK8 humaine, confirmant ainsi l'implication d'une dérégulation de YAP dans les mécanismes physiopathologiques. Par ailleurs, nous avons observé que les mutants de NEK8 s'accumulent de manière anormale au niveau de l'appareil de Golgi dans les fibroblastes de patients, et que cet appareil de Golgi apparait dispersé. Nos résultats montrent que le recrutement de NEK8 au Golgi est sensible à la Brefeldine A et dépendrait donc de ARF1, une petite GTPase impliquée dans le trafic de protéines entre les compartiments du Golgi et du réticulum endoplasmique. Nous avons démontré que NEK8 interagit et co-localise préférentiellement avec la forme d'ARF1 liée au GDP, suggérant pour NEK8 une possible fonction de facteur d'échange d'ARF1 à des sites spécifiques (appareil de Golgi, membranes, cil) afin de promouvoir le trafic vésiculaire de protéines telles que les protéine ciliaires. (...) / Ciliopathies are a group of genetic multi-systemic disorders related to dysfunction of the primary cilium, a sensory organelle present at the cell surface that regulates key signaling pathways during development and tissue homeostasis. In order to identify novel genes whose mutations would cause severe developmental ciliopathies, ~500 patients/fetuses were analyzed by a targeted high throughput sequencing approach allowing exome sequencing of > 1200 ciliary genes. We have identified eight novel mutations in NEK8/NPHP9 in five independent families with severe overlapping syndromic disorders. NEK8/NPHP9 encodes a NIMA-related kinase that localizes at the inversin compartment of the primary cilium and acts as a regulator of Hippo signaling, a pathway that is essential for control of organ size during development. We show for the first time that NEK8 mutations are associated with renal agenesis and hypodysplasia, and our work highlights a genotype/phenotype correlation with NEK8 loss-of-function mutations leading to enlarged cystic kidney, pancreas and liver, whereas NEK8 gain-of-function (missense) mutations cause renal hypodysplasia, cardiopathy and paucity of bile ducts. The first part of my thesis project focuses on the study of the impact of these NEK8 missense mutations on various cellular processes and NEK8-dependent signaling pathways. We demonstrate that NEK8 missense mutations impair the Inversin (INVS) compartment composition and ciliogenesis, and also alter the nuclear localization of the main Hippo signalling effector, YAP, as well as expression of its target genes in patient fibroblasts and renal cell lines. We also demonstrated that this Hippo pathway imbalance causes epithelial morphogenesis defects in 3D matrigel culture. Indeed, mIMCD3 cells depleted for NEK8 showed persistent YAP and Ki-67 staining and formed bigger spheres compared to control cells. Abnormal sphere volume was also observed in cells re-expressing NEK8-GFP mutations, suggesting their pathogenicity. We confirm these data in vivo in Jck mice, a model of polycystic kidney disease bearing a Nek8 missense mutation. Finally, treatment with Verteporfin, a specific inhibitor of YAP transcriptional activity, improves the mutant phenotype of both cellular models and zebrafish embryos overexpressing human NEK8, further supporting the involvement of YAP dysregulation in the pathogenic cellular mechanisms. Surprisingly, in patient fibroblasts, we showed that mutated NEK8 accumulates at the Golgi that appeared dispersed. NEK8 recruitment at the Golgi apparatus is dependent on ARF1 (Brefeldin A sensitive), a small GTPase involved in protein trafficking between Golgi compartments and ER. We notably demonstrated that NEK8 mostly interacts and localizes with the dominant negative form of ARF1 (T31N), suggesting that NEK8 could act as an activator (GEF) of ARF1 to promote vesicular trafficking of ciliary proteins. The second part of my project focuses on a new candidate gene for which a missense homozygous mutation has been identified in 3 individuals presenting a late onset NPH with hepatic fibrosis. This gene encodes ANKS3, an evolutionarily conserved protein whose function is still poorly characterized. Interestingly, ANKS3 has been reported to be a partner of NEK8, even though we showed it does not localize at the INVS compartment with NEK8 but is rather present at the base of cilia in fibroblasts. We showed that the missense mutation does not affect ANKS3 localization but leads to longer cilia and abnormal accumulation of NEK8 at the cilium base in patient fibroblasts and kidney tubules. Altogether, my work focused on NEK8 and its partners, ANKS6 and ANKS3, each of whose related gene is mutated in patients presenting a broad clinical spectrum of phenotypes. (...)

Les cils primaires et motiles sont des structures microtubulaires présentent à la surface de nombreux types cellulaires. Les structures ciliées contrôlent de nombreuses fonctions allant de la motilité cellulaire à l’intégration par la cellule de stimuli chimiques et mécaniques. Au cours de cette thèse, nous avons étudié le dialogue entre le cil primaire et l’autophagie, un processus d’autodigestion qui permet à la cellule de s’adapter à des situations de stress. L’hypothèse de ce dialogue reposait sur l’analyse de la littérature montrant que de nombreux médiateurs (calcium, carence en sérum, arrêt du cycle cellulaire) stimulent à la fois l’activité ciliaire et l’autophagie. Dans un premier temps de notre étude nous avons montré que l’inhibition de la ciliogenèse altère l’induction de l’autophagie en réponse à la carence en sérum dans des fibroblastes d’embryon de souris, des cellules épithéliales rénales et des lignées de neurone. Nous avons aussi montré que la carence en sérum induisait une redistribution de nombreuses protéines Atg (Autophagy-related), protéines impliquées dans la biogenèse de l’autophagosome, au niveau du cil primaire (soit au niveau du corps basal soit au niveau de l’axonème). Particulièrement la protéine Atg16L1 est co-transportée vésiculairement au corps basal avec la protéine ciliaire IFT20. L’inhibition génétique ou pharmacologique de la voie de signalisation Hedgehog inhibe à la fois le transport de la protéine Atg16L1 au corps basal et l’induction de l’autophagie en absence de sérum. Nous avons aussi montré que l’invalidation de gènes ATG est associée à une ciliogenèse accrue. Dans ces conditions nous avons conclu sur des bases morphologiques et biochimiques que ces cils primaires sont fonctionnels. La protéine IFT20 s ‘accumule dans les cellules déficientes en autophagie et est dégradée par autophagie dans les cellules sauvage en présence de sérum. Ces résultats montre que l’autophagie basale (autophagie observée en présence de sérum) est un mécanisme qui contribue au contrôle de la croissance du cil primaire. Dans une deuxième partie du travail nous avons étudié l’importance de l’autophagie dans la réponse cellulaire à stress mécanique. Le contrôle de la taille et du volume des cellules épithéliales rénales est un élément important pour maintenir la polarité planaire des cellules tubulaires. Cette propriété est dépendante du cil primaire. Au cours de l’application d’un flux de liquide (1 dyn/cm2) concomitamment à la réduction du volume et de la taille cellulaire nous avons observé une stimulation de l’autophagie. Cette réponse autophagique dépend du cil primaire. L’invalidation de l’autophagie dans des cellules épithéliales ciliées abolit le contrôle du volume et de la taille cellulaire dans les cellules épithéliales rénales. L’ensemble de ces résultats montre le dialogue qui existe en l’autophagie et le cil primaire et l’importance de ce dialogue dans l’intégration par la cellule du stress mécanique. / Motile and primary cilia are microtubule-based structures located at the cell surface of many cell types. Cilia govern cellular functions ranging from motility to integration of mechanical and chemical signaling from the environment. In this work we investigate the potential cross-talk between the primary cilium and macroautophagy. Macroautophagy or self-eating is a lysosomal degradative pathway that allows cells to adapt to various stress situations. The rational for the study was based on the survey of the literature showing that many stress situations that trigger primary cilium signaling also stimulates autophagy (serum starvation, calcium mobilization, cell cycle arrest). In the first part of the study we showed that inhibition of ciliogenesis severely impairs serum-induced autophagy in mouse embryo fibroblasts, kidney epithelial cells and neurons. We also showed that in response to serum deprivation many Autophagy-related proteins (Atg proteins) involved in autophagosome formation are co-localized with cilium subdomains (axoneme and basal body). Notably the protein Atg16L1 is co-transported to the basal body with the ciliary protein IFT20. The localization of Atg16L1 to the basal body as well as serum-induced autophagy were severely impaired by inhibiting the Hedgehog signaling pathway either genetic or pharmacological approaches. We also showed that invalidation of ATG genes induced an increase in primary cilium length in basal condition. Cilia were functional in ATG-deficient cells because of the presence of a ciliary pocket and the activation of the Hedgehog signaling pathway. Finally we identified IFT20 as a substrate for autophagy. Thus autophagy is required to regulate the level of IFT20 and consequently that of the length of the primary cilium. In the second part of the work we investigate the role of the cross-talk between autophagy and the primary cilium in regulating the size of kidney epithelial cells. Previous studies have shown that the primary cilium plays a central role in regulating cell size and cell volume. This regulation is important to keep the physiological functions of tubular renal cells by maintaining the planar polarity in kidney tubule. By applying a liquid flow of 1 dyn/cm2 to MDCK or mouse kidney epithelial cells to mimic physiological conditions, we show that the flow induces autophagy and reduction of the cell volume. In absence of cilium we observed that autophagy is not induced and that the cell size/volume is not responsive to the mechanical stress. Finally we showed that ablation of autophagy led also to an impairment of flow-dependent regulation of cell size/volume in ciliated kidney epithelial cells. In conclusion primary cilium-dependent autophagy plays a major role in controlling the epithelial kidney cell size/volume during mechanical stress induced by fluid flow.

Les cellules endothéliales (CE) qui tapissent la surface luminale des vaisseaux sanguins sont sensibles aux variations des contraintes hémodynamiques engendrées par le flux sanguin comme les forces de cisaillements (FC). Altérer les mécanismes qui détectent les FC pourrait compromettre l’intégrité des CE entrainant une dysfonction endothéliale et le développement de l'athérosclérose, qui reste la cause majeure des pathologies cardiovasculaires. L'athérosclérose se développe initialement au niveau des embranchements et des courbures des vaisseaux, au niveau de territoires vasculaires où les FC sont faibles et où les CE présentent un phénotype «pro-athérogène». Dans ce contexte physiopathologique, mon projet de thèse cherche à identifier un nouveau mécanisme qui pourrait retarder le développement des plaques d’athéromes au niveau des régions vasculaires qualifiées de «pro-athérogènes» où les FC sont faibles. De façon intéressante le cil primaire (CP), protrusion membranaire présente à la surface de la CE, serait capable d’intégrer ces faibles FC. En réponse à ces forces, cet organelle cellulaire pourrait activer des voies de signalisation protectrices nécessaires pour contrebalancer les mécanismes de dysfonction endothéliale. Ainsi, bloquer l'assemblage et/ou la fonction du CP à la surface des CE pourrait participer à l'accélération du processus athéromateux. Récemment, des études ont établi une communication à double sens entre le CP et l'autophagie en réponse aux faibles FC. Parmi les acteurs de signalisation impliqués dans l'autophagie, les phosphoinositide 3-kinases (PI3K), enzymes clés impliquées dans la production de 3-phosphoinositides (3-PI), pourraient être d'un intérêt majeur. En effet, le PI(3)P, 3-PI produit par les PI3K de classe II et de classe III, est impliqué dans la nucléation de la vésicule d’autophagie. Bien que VPS34 (unique PI3K de classe III) soit décrite comme la principale isoforme de PI3K capable de réguler l'autophagie, l'implication de l’isoforme alpha des PI3K de classe II vient juste d’être caractérisée. De façon originale, la PI3KCIIalpha a également été identifiée comme un régulateur majeur de la biogenèse du CP via la synthèse de PI(3)P dans les fibroblastes embryonnaires et dans les cellules épithéliales rénales. Ainsi, l’ensemble de ces données nous ont amené à étudier la PI3KCIIα au niveau de l'interaction entre le CP et l’autophagie dans les CE. Mon travail a particulièrement mis à jour le rôle central de cette enzyme dans le maintien d’une signalisation protectrice essentielle pour garantir la fonction endothéliale. Mon projet de thèse propose d’identifier les mécanismes moléculaires contrôlant l'interaction entre le CP et l’autophagie in vitro dans les HUVEC et le rôle de la PI3KCIIα dans un contexte de FC in vivo dans des souris ApoE-/- capables de développer spontanément des plaques d’athérome. Mes résultats indiquent que la délétion de la PI3KCIIα abolit la biogénèse du CP et réduit le flux autophagique dans les HUVEC. En utilisant un modèle de souris athéromateuses invalidé pour la PI3KCIIα (ApoE-/- PI3KCIIα+/-), mon travail montre que l'absence de l’interaction entre le CP et l’autophagie in vivo pourrait participer à la progression des plaques d'athérome dans les régions vasculaires où les FC sont faibles. Enfin, nos résultats démontrent qu’en absence de la PI3KCIIα et de l'interaction entre le CP et l’autophagie, les CE de ces zones pro-athérogènes ne sont plus capables de réguler leur morphologie, suggérant que ces cellules perdent leur capacité d’adaptation aux faibles FC. En étudiant l’interaction entre l’autophagie et le CP dans les CE, mon projet de thèse permettra une meilleure compréhension des fonctions biologiques contrôlées par les FC dans ces cellules et offrira de nouvelles perspectives dans l’identification de mécanismes moléculaires originaux impliqués dans les premières étapes du développement de la plaque d'athérome. / Endothelial cells (EC) are highly responsive to changes in hemodynamic shear stress (SS) that drags the vessel luminal surface. Altering the mechanisms that detect SS on EC could compromise its integrity leading to the initiation of endothelial dysfunction and the development of atherosclerosis, the underlying cause of coronary artery disease (CAD). In arterial tree, atherosclerosis develops in a pattern that correlates with low shear stress (SS) localized with branches and curvatures where EC present an “atheroprone” phenotype. In this context, my PhD project proposes to identify novel mechanism in atheroprone territories that could delay atherogenic response induced by low SS. Very interestingly, primary cilium (PC) that protrudes from EC surface was shown to integrate these low SS forces and relay protective signaling pathways in order to counteract EC dysfunction. Thus, we hypothesized that blocking PC assembly and/or functions could participate to the acceleration of atheroma plaque progression. Recent findings links PC with autophagy as an important crosstalk in response to low SS. Among the signaling module involved in autophagy, phosphoinositide 3-kinases (PI3K) which are key enzymes involved in 3-phosphoinositides (3-PI) production, could be of major interest. Indeed, a critical 3-PI signaling involved in the nucleation of autophagic vesicle is PI(3)P, a product of class II and class III PI3K. Although the class III PI3K VPS34 is largely described as a master regulator of autophagy, the implication of class II PI3K is less characterized. Meanwhile, PI3KCII was also clearly identified in embryonic fibroblast and renal epithelial cell as a regulator of PC biogenesis via PI(3)P synthesis. Altogether, these data led us to investigate the role of PI3KCIIα as an essential protective signaling hub of EC through PC/autophagy interplay. My PhD project defines more specifically the molecular mechanisms controlling PC/autophagy interplay in vitro in HUVEC and the role of PI3KCIIα in fluid flow context in vivo in ApoE-/- atherosclerotic animal model. My results indicate that deletion of PI3KCIIα abrogated PC biogenesis and decreased autophagic flux in HUVEC. Using a mice model deleted for PI3KCIIα prone to atherosclerosis (ApoE-/-PI3KCII+/-), my work reveals that absence of PC/autophagy interplay in vivo could participate to atheroma plaques progression in low SS parts of the arterial tree. Finally, our data support the idea that EC of atheroprone areas were not able to regulate their morphology in absence of PI3KCIIα contributing to a defect in adaptation to low SS in absence of PC/autophagy interplay. By connecting autophagy and PC, my PhD project improve our understanding of the biological functions of EC controlled by SS and open new advances in the comprehension of molecular mechanisms involved in the first steps of atheroma plaque development.

La scoliose est une déformation de la colonne vertébrale dans les trois plans de l’espace (frontal, sagittal et transverse), et la forme la plus fréquente est la scoliose idiopathique (SI) dont la cause est encore très mal comprise. La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une forme de SI qui se développe au cours de la puberté, plus souvent chez les filles, et présente une importante hétérogénéité phénotypique. Les très nombreuses recherches afin de comprendre les mécanismes qui entrent en jeu dans le développement de cette maladie et afin de déterminer l’étiologie ont permis de mettre en évidence un très grand nombre de théories regroupant des facteurs endocriniens et métaboliques, des facteurs biomécaniques et musculosquelettiques, des facteurs neurologiques et vestibulaires ainsi que des facteurs génétiques et épigénétiques. L’identification du gène candidat POC5 dans la SI par notre laboratoire, un gène crucial dans la formation du cil primaire, a été un tournant majeur apportant la première pièce d’un puzzle plaçant le cil primaire au centre des hypothèses concernant la mise en place de la maladie. Le cil primaire est une organelle non-motile retrouvée à la surface de la totalité des cellules du corps humain à l’exception des cellules sanguines. Grâce à son axonème formé de tubuline capable de subir des modifications post-traductionnelles appelées « code tubuline » et sa membrane ciliaire ultra spécialisée, le cil primaire joue un rôle mécanosenseur important tout au long de la vie, dès le développement embryonnaire. Il prend part à de nombreux mécanismes dont la formation et l’homéostasie osseuse et a déjà été mis en cause dans les maladies osseuses. En effet, lorsque le cil primaire est défectueux, il est responsable de syndromes complexes regroupés sous le nom de ciliopathie dont un des symptômes est la scoliose. L’hypothèse générale de la présente thèse est que des variants rares dans des gènes ciliaires, particulièrement le gène POC5 et le gène TTLL11, agissent sur les mécanismes cellulaires responsables de la mise en place de la SIA faisant d’elle une maladie appartenant à la grande famille des ciliopathies. L’objectif de cette thèse a été de documenter l’implication et la pathogénicité des gènes POC5 et TTLL11 dans la SIA. Nous avons d’abord déterminé la prévalence des variants du gène POC5 dans une cohorte de patients d’origine franco-canadienne ou britannique atteints de SIA (Manuscrit 1). Ensuite, nous avons créé trois modèles de souris Knock-in pour l’équivalent des variants du gène POC5 humain afin d’analyser la pathogénicité et le phénotype éventuel de ciliopathie (Manuscrit 2). Finalement, la pathogénicité du gène TTLL11 muté a été analysée dans des cellules issues de patients atteints de SIA et dans un modèle animal, le poisson zèbre (Manuscrit 3). Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont montré que les deux gènes ciliaire POC5 et TTLL11 sont des gènes candidats probablement impliqués dans les mécanismes cellulaires fondamentaux induisant la mise en place de la SIA et ont permis d’identifier un mécanisme, la polyglutamylation du cil primaire, comme étant relié à la SIA. / Scoliosis is a 3D spinal curvature, in the frontal, sagittal and transverse plans, and the most common form is the idiopathic scoliosis (IS) with a cause that remains very poorly understood. Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) is a subtype of IS that develops during the puberty, most commonly in girls, and has a significant phenotypic heterogeneity. To date, a large amount of research on scoliosis etiology highlighted various hypotheses based on endocrine and metabolic factors, biomechanical and musculoskeletal factors, neurological and vestibular factors, as well as genetic and epigenetic factors. The identification of the IS candidate gene POC5 by our laboratory, a crucial gene in the formation of the primary cilium, was a major turning point bringing the first piece of a puzzle where the primary cilium is a central hypothesis concerning the onset of the disease. The primary cilium is a non-motile organelle found at the cell surface of all the human body cells, except for blood cells. The primary cilium plays an important mechano-sensor role throughout life, from embryonic development through its axoneme composed by tubulin that hosted post-translational modifications called “tubulin code”, and its ultra-specialized ciliary membrane. It is involved in many mechanisms including bone formation and homeostasis and has already been implicated in bone diseases. Indeed, the defective primary cilium is responsible for human ciliopathy syndromes that are associated with scoliosis. The main hypothesis of this thesis is that rare variants in ciliary genes, especially the POC5 gene and the TTLL11 gene, participate on cellular mechanisms responsible for the onset of AIS supporting the idea that scoliosis is a form of ciliopathy. The specific objective of this thesis was to document the involvement and pathogenicity of the POC5 and TTLL11 genes in AIS. We first determined the prevalence of POC5 gene variants in a cohort of French-Canadian and British AIS patients (Manuscript 1). Then, we created three knock-in mouse models carrying the equivalent of the human POC5 gene variants to analyze the pathogenicity and the possible phenotype of ciliopathy (Manuscript 2). Finally, the pathogenicity of the mutated TTLL11 gene was analyzed in cells extracted from AIS patients and in an animal model, the zebrafish (Manuscript 3). The work presented in this thesis showed that the two ciliary genes POC5 and TTLL11 are candidate genes probably involved in the fundamental cellular mechanisms inducing the onset of AIS and allowed us to identify the primary cilium polyglutamylation, as a mechanism being related to AIS.

La polykystose rénale autosomique dominante (ADPKD) est la maladie monogéniquehumaine la plus fréquente (prévalence 1/800). Les gènes responsables de cette maladie sont PKD1(codant pour PC1) ou PKD2 (codant pour PC2). La maladie évolue vers l’insuffisance rénale terminale.Aujourd’hui, seul un traitement symptomatique est proposé aux malades. Les mécanismes à l’originede l’ADPKD sont mal connus. Les modèles animaux permettent de mieux comprendre laphysiopathologie d’une maladie. Il n’existe pas de bon modèle de polykystose (même causemoléculaire, même mode de transmission, même signes cliniques). En utilisant la transgénose degrands fragments, nous avons créé un modèle de surexpression de PKD2 humain. Le transgène estsous le contrôle de son promoteur naturel humain. Cette souris exprime deux fois plus de PC2 queles sauvages. Elle ne présente que quelques microkystes mais une tubulopathie associant défaut deconcentration des urines et protéinurie tubulaire. La surexpression de PC2 inhibe l’expression degènes codant pour des protéines de la matrice extracellulaire. Le phénotype cellulaire de cesanimaux est remarquable : un tiers des cellules présentent un nombre élevé de centrosomes. Cephénotype cellulaire a été retrouvé chez des souris sous exprimant Pkd2 et chez des souris sousexprimant Pkd1. Ce caractère multicentrosomique est corrigé en incubant les cellules avec uninhibiteur de CaMKII ou en croisant nos souris transgéniques avec une souris KO de Camk2. Nousavons réussi à lier CaMKII, la duplication des centrosomes et les polycystines, in vitro et in vivo. Ceciamène un éclairage nouveau sur la duplication du centrosome et la physiopathologie de l’ADPKD. / Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease (ADPKD) is the most common monogenic human disease (prevalence 1/800). Genes responsible for this disease are PKD1 (encoding PC1) or PKD2 (encoding PC2). The disease progresses to end stage renal disease. Today, only symptomatic treatment is offered to patients. The mechanisms underlying the ADPKD are unknown. Animals models allow better understand the disease’s pathophysiology. There is no good model of ADPKD (same molecular cause, same clinical signs). We created a mice model of human PKD2 overexpression. The transgène is under the control of its human natural promoter. This mouse expresses PC2 twice as much as the wild. It shows only few microcysts but tubulopathy involving lack of urine concentration and tubular proteinuria. PC2 overexpression inhibits the expression of genes encoding proteins of the extracellular matrix. The cellular phenotype of these animals is special : one third of the cells have a high number of centrosomes. This cellular phenotype was found in Pkd2 Knockout mice and in Pkd1 knockout mice. This multicentrosomic character is corrected by incubating the cells with a CaMKII inhibitor or by crossing our transgenic mice with Camk2 knockout mice. We propose a link between CaMKII, Centrosome duplication and polycystin in vitro and in vivo. This brings a new light on centrosome duplication and pathophysiology of ADPKD.

La glycogénose de type Ia (GSDIa) est une maladie métabolique rare causée par une déficience en glucose-6-phosphatase (G6Pase), due à des mutations de la sous-unité catalytique (G6PC). Cette enzyme confère au foie, aux reins et à l’intestin la capacité de produire du glucose. Les patients atteints de GSDIa sont donc incapables de produire du glucose et souffrent d’hypoglycémies sévères lors de jeûnes courts. De plus, la déficience en G6Pase provoque une accumulation de glucose-6 phosphate dans le foie et les reins, conduisant à l’accumulation de glycogène et de lipides. A long terme, la plupart des patients souffre d’une maladie chronique rénale (MCR), qui peut évoluer en insuffisance rénale, nécessitant une mise sous dialyse ou une transplantation rénale. Cette MCR se caractérise par une fibrose, ainsi que par le développement de kystes dans les stades tardifs. Au niveau du foie, les patients développent une hépatomégalie et une stéatose hépatique qui peut évoluer vers le développement d’adénomes ou carcinomes hépatocellulaires. Le but de mes travaux de thèse a été d’identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans l’établissement de la pathologie rénale et la formation des kystes, à l’aide de modèles murins invalidés pour le gène G6pc spécifiquement dans les reins (souris K.G6pc-/-). Alors que la GSDIa est une maladie caractérisée par l’accumulation hépatique et rénale de glycogène, nous avons d’abord montré que le développement de la fibrose, à l’origine de la perte de la fonction rénale, était induit par l’accumulation de lipides, indépendamment du contenu en glycogène. De plus, l’utilisation d’un agoniste de PPARα, le fénofibrate, en diminuant le contenu lipidique rénal, a ralenti l’installation de la fibrose et l’évolution de la MCR. Le mécanisme moléculaire impliqué est l’activation du système rénine angiotensine par les dérivés lipidiques, qui induit l’expression du facteur profibrotique TGFβ1. De même, le fénofibrate en limitant l’accumulation de lipides hépatiques a prévenu le développement d’atteintes hépatiques caractéristiques de la GSDI. Ainsi, l’activation du catabolisme des lipides par des agonistes de PPARα semble une stratégie thérapeutique intéressante pour réduire la progression des maladies rénales et hépatique de la GSDI. La deuxième partie de mes résultats suggèrent que le développement de kystes rénaux chez les patients atteints de la GSDI pourrait être causé par une altération du cil primaire, organelle jouant un rôle clé dans le maintien d’une structure et fonction normale des reins. En effet, une augmentation de la longueur du cil primaire a pu être observée dans les reins des souris K.G6pc-/- associée à une dérégulation de différentes protéines impliquées dans sa structure et sa fonction, par rapport aux souris contrôles. Nous avons également mis en évidence une reprogrammation métabolique de type Warburg, caractérisée par une activation accrue de la glycolyse aérobie, une inhibition de l’oxydation mitochondriale du pyruvate et une production de lipides. Ainsi, l’ensemble de ces perturbations va favoriser la prolifération cellulaire et le développement de kystes, et pourrait mener au développement de tumeur rénale comme observée chez une souris K.G6pc-/-. En conclusion nous avons démontré que, dans le cadre de la GSDI, l’accumulation de lipides dans les reins et le foie, secondaire à la déficience en G6Pase, joue un rôle clé dans le développement des complications hépatiques et rénales à long terme. Également, la reprogrammation métabolique rénale de type Warburg, prenant place dans le cadre de la GSDI, associée à un défaut du cil primaire pourrait être à l’origine de la formation des kystes et de tumeurs rénales. Ces études, en permettant une meilleure compréhension de la physiopathologie des complications à long terme de la GSDIa, offrent de nouvelles perspectives concernant les stratégies thérapeutiques à développer pour une meilleure prise en charge des patients atteints de GSDIa / Glycogen storage disease type Ia (GSDIa) is a rare metabolic disease caused by glucose-6-phosphatase (G6Pase) deficiency, due to mutations on the gene encoding G6Pase catalytic subunit (G6PC). This enzyme confers to the liver, kidneys and intestine the ability to produce glucose. Thus, patients with GSDIa are unable to ensure endogenous glucose production and suffer from severe hypoglycemia during fasting in the absence of nutritional control. In addition, G6Pase deficiency causes intracellular accumulation of glucose-6 phosphate in the liver and kidneys, leading to metabolic defects and the accumulation of glycogen and lipids. Over time, most adult patients suffer from chronic kidney disease (CKD), which can progress to kidney failure, requiring dialysis or kidney transplantation. This nephropathy is characterized in particular by tubulo-interstitial fibrosis and glomerulosclerosis, as well as by the development of cysts in the late stages. Moreover, patients develop hepatomegaly and hepatic steatosis that may progress to the development of hepatocellular adenomas or carcinomas. The aim of my thesis was to identify the molecular mechanisms involved in the establishment of renal pathology and cyst formation in GSDIa, by using mouse models where G6pc gene is specifically deleted in the kidneys (K.G6pc-/- mice). While GSDIa is a disease characterized by glycogen accumulation in the liver and kidneys, we first showed that the development of fibrosis, which causes progressive loss of kidney function, was induced by intracellular accumulation of lipids, regardless of glycogen content. The molecular mechanism probably involved is the activation of the renin angiotensin system by lipid derivatives such as diacylglycerol, which induced the expression of the profibrotic factor TGFβ1 and an epithelial-mesenchymal transition. In addition, the use of a PPARα agonist, i.e. fenofibrate, by decreasing renal lipid content, reduced the development of fibrosis and CKD evolution. Similarly, fenofibrate treatment prevented the accumulation of lipids in the liver and the development of liver damages that cause tumor development. Thus, the activation of lipid catabolism by PPARα agonists such as fenofibrate seems to be an interesting therapeutic strategy to reduce the progression of renal and hepatic diseases of GSDIa. The second part of my results suggest that the development of renal cysts in GSDI patients may be caused by an alteration of the primary cilia, a non-motile organelle that plays a key role in maintaining normal kidney structure and function. Indeed, defects in the primary cilia are involved in many polycystic kidney diseases. In summary, an increase in the length of the primary cilia was observed in the kidneys of K.G6pc-/- mice, which could be explained by a deregulation of the expression of different proteins involved in cilia structure and function, compared to control mice. We also demonstrated a metabolic reprogramming leading to a Warburg metabolism, characterized by the increased activation of aerobic glycolysis and the inhibition of mitochondrial pyruvate oxidation and lipid production in K.G6pc-/- mice. Thus, all these disorders would promote cell proliferation and cyst development, and could lead to the development of renal tumor, as recently observed in one K.G6pc-/- mouse (out of 36 studied mice). In conclusion, we have shown that, in GSDI, the accumulation of lipids in the kidneys and liver that occurs secondary to G6Pase deficiency plays a key role in the development of hepatic and renal long-term complications. In addition, the Warburg like metabolic reprogramming taking place in the GSDIa kidneys, associated with a defect in the primary cilia, could be at the origin of cysts formation and renal tumors. These new studies, by providing a better understanding of the pathophysiology of long-term complications of GSDIa, offer new perspectives on therapeutic strategies to be developed for better management of patients