Résumé confidentiel / Confidential abstract

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Le cil primaire est une antenne sensorielle présente à la surface de la plupart des cellules qui contrôle des voies de signalisation clés au cours du développement et de l’homéostasie tissulaire. Des défauts de formation ou de fonctionnement des cils sont responsables de maladies génétiques complexes appelées ciliopathies. La néphronophtise (NPH) est une ciliopathie caractérisée par une néphropathie tubulo-interstitielle chronique évoluant généralement vers l’insuffisance rénale terminale (IRT) avant l’âge adulte. La NPH peut être isolée ou associée à des signes extra-rénaux tels que la rétinite pigmentaire et des défauts du squelette permettant de définir des syndromes comme celui de Saldino-Mainzer (MZSDS). La NPH est une maladie à transmission autosomique récessive très hétérogène sur le plan génétique et les protéines codées par les gènes identifiés ont quasiment toutes été impliquées dans des fonctions ciliaires. Le séquençage d’exome de patients, ciblant plus de 1300 gènes ciliaires (ciliome), a permis de mettre en évidence des mutations dans deux nouveaux gènes candidats pour la NPH : CEP83 et TEKT1. Mon travail de thèse a consisté à caractériser l’effet des mutations et à valider leur implication dans les phénotypes des patients. CEP83 a été retrouvé muté chez plusieurs patients non-apparentés présentant une NPH avec IRT précoce (< 5 ans). CEP83 est un composant des appendices distaux du centriole père qui joue un rôle clé dans les étapes précoces de la formation du cil. J’ai montré que les mutations identifiées entraînaient une désorganisation des appendices distaux qui pourrait expliquer les défauts de ciliogénèse observés dans les fibroblastes et les biopsies rénales de patients. Ces résultats ont permis de démontrer l’implication d’une nouvelle protéine centriolaire dans la physiopathologie des formes sévères de NPH. TEKT1 présente des mutations hétérozygotes composites chez un patient ayant un tableau clinique complexe associant un MZSDS et une dyskinésie ciliaire primitive (PCD) due à des défauts de cils motiles. Une analyse génétique détaillée a mis en évidence des mutations sévères dans un second gène, WDR19, déjà caractérisé dans les formes de NPH associées à des défauts osseux. TEKT1 code la protéine Tektine-1, un membre encore non caractérisé de la famille des tektines impliquées dans les cils motiles. L’analyse de cellules nasales multiciliées a montré que Tektine-1 était localisée le long de l’axoneme des cils motiles contrôles et absent des cils des cellules du patient qui présentaient aussi des anomalies sévères de battement. En parallèle, des défauts de ciliogénèse, typiques de mutations de WDR19, ont été observés dans les fibroblastes du patient. Ces résultats suggèrent que ce phénotype complexe est dû aux effets complémentaires des mutations des deux gènes TEKT1 et WDR19, responsables des défauts dans les cils motiles et primaires, respectivement. / The primary cilium is a sensory antenna present on the surface of most of the cells. It controls key signaling pathways during development and tissue homeostasis. Defects in cilia growth or activity are responsible for complex genetic diseases called ciliopathies. Nephronophthisis (NPH) is a ciliopathy characterized by chronic tubulointerstitial nephritis which usually progresses to end-stage renal disease (ESRD) before adulthood. NPH may be isolated or associated with extra-renal defects such as retinitis pigmentosa and skeleton involvement. The combination of these symptoms defines syndromes such as Saldino-Mainzer (MZSDS). NPH is an autosomal recessive disorder highly genetically heterogeneous and almost all of proteins encoded by the identified genes have been involved in ciliary function. The exome sequencing in patients, targeting up to 1300 ciliary genes (ciliome), highlighted new mutations in 2 NPH candidate genes: CEP83 and TEKT1. My work was to characterize the effects of the mutations and validate their involvement in patient phenotypes. CEP83 was found mutated in several unrelated patients with early-onset of NPH (IRT<5 years). CEP83 is a component of distal appendages on the mother centriole which play a crucial role in the early steps of cilia formation. I have shown that the identified mutations perturbed the distal appendages formation which might explain the defects in ciliogenesis observed in fibroblasts and kidney biopsies from patients. These results have demonstrated the involvement of a new centriolar protein in the pathophysiology of NPH severe forms. TEKT1 presents compound heterozygous mutations in a patient with a complex phenotype combining a MZSDS and primary ciliary dyskinesia (PCD) due to defects in motile cilia. The genetic analysis showed mutations in a second gene, WDR19, already characterized in NPH associated with bone defects. TEKT1 encodes the Tektin-1 protein, an uncharacterized member of the tektin family involved in motile cilia. The nasal multiciliated cells analysis showed that Tektin-1 was localized along the axoneme of control motile cilia and absent from the cilia in patient cells, which also had severe beating impairment. In parallel, defects in ciliogenesis, typical of WDR19 mutations, were observed in the fibroblasts from the patient. These results suggest that this dual ciliary phenotype is rather due to the additional effect of mutations in both TEKT1 and WDR19, responsible for the defects in motile and primary cilia, respectively.

La glycylation, une modification post-traductionnelle des microtubules, est cruciale dans le maintien des cils primaires. Notre groupe a précédemment identifié un rôle inattendu de la tubuline glycylase TTLL3 dans la régulation de l'homéostasie du colon et de la tumorigénèse. Plus précisément, une diminution du nombre de cils primaires a été observée chez les souris déficientes pour la glycylase TTLL3, qui est la seule glycylase exprimée dans le côlon. Les souris TTLL3 - / - ne présentent pas d'anomalie évidente à l'état stationnaire. Cependant, lorsqu'elles sont exposées à une carcinogenèse du côlon chimiquement induite, les souris TTLL3 - / - sont plus sensibles à la formation de tumeurs. Il est important de noter que les niveaux d'expression de TTLL3 sont significativement réduits dans les carcinomes primaires et métastases colorectales chez l'homme comparativement au tissu de côlon sain, ce qui suggère un lien entre la régulation des cils primaires par TTLL3 et le développement du cancer colorectal.L'objectif de mon projet de thèse était d'explorer l’effet de la modulation des cils primaires sur la carcinogenèse du côlon. J’ai ainsi démontré que le nombre de cils primaires diminue lors de la carcinogenèse du côlon chimiquement induite chez la souris. Notamment, j'ai découvert que les cils primaires du côlon sont principalement exprimés par les cellules mésenchymateuses. Pour mieux caractériser le rôle des cils primaires dans le côlon murin, j'ai étudié les conséquences de leur perte dans les cellules mésenchymateuses intestinaux. Pour cela, j'ai utilisé deux modèles de souris KO conditionnelles, pour la kinesin-3A (Kif3A) et le transport intra-flagellaire 88 (Ift88), deux molécules essentielles pour la formation des cils. Leur délétion spécifique dans les cellules mésenchymateuses intestinaux est obtenue par croisement des souches de souris Kif3Afl/fl et Ift88fl/fl des souris transgéniques collagène VI-cre. Bien que le promoteur colllagène VI ne soit actif que dans un sous-ensemble de cellules mésenchymateuses coliques, j'ai constaté que la diminution du nombre de cils primaires dans ces derniers favorise la colite chimiquement induite et la carcinogenèse. L'analyse par séquençage ARN des cellules mésenchymateuses coliques isolés de souris mutantes suggère un déclenchement de la signalisation Wnt et Notch chez les souris ColVIcre-Kif3Afl/fl. Nous confirmons actuellement ces résultats par qPCR et immunohistochimie. / Glycylation, a posttranslational modification of microtubules, is crucial in the maintenance of PC. Our group previously identified an unexpected role of the tubulin glycylase TTLL3 in the regulation of colon homeostasis and tumorigenesis. Specifically, a decreased number of primary cilia (PC) was observed in mice deficient for the glycylase TTLL3, which is the only glycyclase expressed in the colon. TTLL3-/- mice display no obvious abnormalities in the steady state. However, when exposed to chemically induced colon carcinogenesis, TTLL3-/- mice are more susceptible to tumor formation. Importantly, TTLL3 expression levels were significantly downregulated in human primary colorectal carcinomas and metastases as compared to healthy colon tissue, suggesting a link between TTLL3 regulation of PC and colorectal cancer development.The aim of my thesis project was to explore the relation of PC and colon carcinogenesis. In fact, I could demonstrate that the number of PC decreases during chemically induced colon carcinogenesis in mice. Notably, I discovered that PC in the colon are mostly expressed by fibroblasts. To better characterize the role of PC in murine colon, I studied the consequences of a loss of PC in intestinal fibroblasts. For this, I used two independent ciliary conditional knockout mice, kinesin-3A (Kif3A) and intraflagellar transport 88 (Ift88), both essential for cilia formation. Specific deletion in intestinal fibroblasts is obtained by crossing with colVI-cre transgenic mice. Though the colVI promoter is only active in a subset of colonic mesenchymal cells I found that the decreased number of PC in colonic mesenchymal cells promotes chemically induced colitis and carcinogenesis. RNAseq on isolated colonic mesenchymal cells of mutant mice suggests a triggering of Wnt and Notch signaling in ColVIcre-Kif3aflx/flx mice. We are presently validating these findings by qPCR and immunohistochemistryTaken together, I discovered that PC are expressed by at least a subset of colonic mesenchymal cells, which has not been described before. Decreased numbers of those PC renders mice more susceptible to colitis and colitis associated carcinogenesis.