L’hypothyroïdie congénitale est un des troubles endocriniens les plus fréquents chez l’enfant, touchant un nouveau-né sur 2500.[1] Toutefois, même si quatre facteurs de transcription principaux, NKX2.1, PAX8, FOXE1 et HHEX, sont connus pour être impliqués et nécessaires au développement de la glande thyroïde, seuls 2% des patients atteints de dysgénésies thyroïdiennes sont reliés à une mutation au niveau d’un de ces quatre facteurs de transcription. Ceci suggère que d’autres facteurs, encore inconnus, pourraient jouer un rôle important durant l’organogenèse de la glande thyroïde.[1]Les mécanismes moléculaires contrôlant les différentes étapes du développement thyroïdien étant encore très peu connus, l’objectif de ce projet vise à décrypter le réseau génique contrôlant le développement thyroïdien. Pour se faire, la mise au point d’un protocole d’invalidation de gènes candidats impliqués dans le développement thyroïdien au sein de cellules souches embryonnaires murines à l’aide de la technologie des Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs) a été mis au point. Ce nouveau protocole d’édition ciblée du génome de cellules souches embryonnaires permet la modélisation des différentes mutations identifiées au sein de patients atteints d’hypothyroïdisme congénital mais aussi la compréhension des différents mécanismes impliqués dans le développement de la glande thyroïde lorsque ce protocole est couplé avec notre modèle in vitro de différenciation de cellules souches embryonnaires murines en cellules folliculaires thyroïdiennes. Grâce à l’utilisation combinée de ces deux protocoles, nous avons pu mettre en évidence la nécessité du gène Foxe1 pour la différenciation in vitro correcte des progéniteurs NKX2.1+ en cellules folliculaires thyroïdiennes. Toutefois, il a été démontré qu’une faible proportion de cellules sont toujours capables de générer des follicules thyroïdiens en l’absence du gène Foxe1. Enfin, la génération inattendue de structures pulmonaires tridimensionnelles parmi les cellules Foxe1 KO différenciées avec du 8-br-cAMP a été observée. Cette génération de structures pulmonaires ne semble pas être une conséquence directe de la diminution d’expression du gène Pax8 observée au sein de ces lignées Foxe1 KO mais pourrait refléter un potentiel rôle épigénétique du gène Foxe1 permettant ou non le recrutement de certaines protéines au sein de la chromatine. Le gène Foxe1 semble à la fois jouer un rôle de facteur « pioneer » et de « Gatekeeper » en orientant le destin cellulaire des progéniteurs NKX2.1+ vers une différenciation thyroïdienne à défaut d’une différenciation pulmonaire. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les cellules souches assurent le développement des tissus, leur renouvellement ainsique leur réparation suite à des blessures. L’une des questions clés du domaine de labiologie des cellules souches est l’identification des différents types cellulaires qu’unecellule souche peut donner. Les cellules souches peuvent être multipotentes, c’est-à-direcapables de donner naissance à plusieurs types cellulaires différents, ou unipotentes,c’est-à-dire qu’elles ne peuvent alors se différencier qu’en un seul type cellulaire. Lesexpériences de traçage cellulaire sont réalisées quotidiennement en biologie dudéveloppement et en biologie des cellules souches afin d’évaluer le devenir des cellulessouches in vivo. Cependant, il n’existe à ce jour aucune méthode rigoureuse permettantd’interpréter les résultats d’expériences de traçage cellulaire de manière non ambigüe etde déterminer la multipotence ou l’unipotence des cellules souches avec grande précisionet de manière statistiquement fiable. Nous avons développé de nouvelles méthodes afind’évaluer avec une très grande précision le caractère unipotent ou multipotent descellules souches du sein et de la prostate. Ces nouvelles découvertes démontrent demanière non ambigüe que la prostate provient de cellules souches multipotentes, alorsque seules des cellules souches unipotentes contribuent au développement et auremodelage de la glande mammaire au stade adulte. D’autre part, nous montrons que cesont des cellules souches multipotentes qui sont responsables des phases précoces dudéveloppement embryonnaire de la glande mammaire, et que ces cellules deviennentunipotentes peu avant la naissance. Nous avons étudié les mécanismes régulant le passagede l’état multipotent à l’état unipotent et démontrons que le facteur de transcription p63joue un rôle crucial dans la restriction du potentiel de différenciation des cellules souchesmammaires embryonnaires. Enfin, nous montrons que les cellules souches mammairesadultes, normalement unipotentes, peuvent redevenir multipotentes en conditionsphysiopathologiques telles que l’ablation spécifique d’une lignée cellulaire mammaire ouau cours de l’initiation tumorale. Nous essayons donc de comprendre de manière généraleles mécanismes impliqués dans le passage de l’état unipotent à l’état multipotent descellules souches mammaires adultes, et d’élucider les similarités existant entre lesdifférentes conditions dans lesquelles des cellules souches mammaires multipotentessont observées. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The epidermis is the first barrier of protection of living organisms against external attacks. It is constantly renewed throughout life, through a process called "homeostasis", which ensures that every cell lost on its surface is replaced by new ones. Recent studies have shown that this balance is ensured by a hierarchy of stem cells (SC) and progenitors that perform 3 types of cell divisions, each having a fixed probability. Although the epidermis has been extensively studied during homeostasis, little is known about the cellular dynamics taking place when the epidermis must expand its surface. Are these probabilities of division immutable or can they change? In this project, we focused on two conditions of epidermal expansion: postnatal growth and wound healing. Using the mouse tail epidermis as a model, we show that the re-epithelialization after a wound is achieved via the formation of two transient compartments that are spatially and molecularly distinct :a leading edge and a proliferative hub. We show that the leading edge cells have a specific transcriptional signature that is independent of their quiescent state and we propose new markers not previously described. Using the technique of "lineage tracing", coupled with clonal analysis and mathematical modeling, we highlight the proliferation dynamics of SCs and progenitors during healing. We show that different populations of cells residing in different compartments, the hair follicle infundibulum and the interfollicular epidermis, acquire a similar dynamics and re-activate their SC while the progenitors increase their rate of proliferation without changing their division probabilities. This similar proliferation dynamics in two compartments of the epidermis suggests that division probabilities are not dictated by the cell of origin. Interestingly, cell dynamics is different during postnatal growth. Using lineage tracing, clonal analysis and single-cell transcriptional analysis, we demonstrate that the post-natal epidermis is composed of a homogeneous population of equipotent progenitors which ensure a harmonious tissue growth through a constant imbalance towards self-renewing divisions and an ever decreasing proliferation rate. On the other hand, we show that basal cells in the adult epidermis display a greater molecular heterogeneity and that this heterogeneity is acquired progressively at the end of growth. Finally, by coupling in vivo measurements and in vitro micro-patterning experiments, we show that the orientation of cell division of equipotent progenitors is locally influenced by the alignment of the collagen fibers of the underlying dermis. These data suggest that SC specification occurs late in postnatal development and that proliferation dynamics are not immutable and could therefore be influenced by extrinsic factors. / L’épiderme est la première barrière de protection des organismes vivants contre des attaques extérieures. Il est constamment renouvelé au cours de la vie, via un processus appelé « homeostasie », qui assure que chaque cellule perdue à sa surface soit remplacée par de nouvelles. Des études récentes ont montré que cet équilibre était assuré par une hiérarchie de cellules souches (CS) et de progéniteurs qui réalisent 3 types de divisions cellulaires, chaque type de division ayant une probabilité fixe. Bien que l’épiderme ait été intensivement étudié durant l’homeostasie, peu de choses sont connues concernant la dynamique cellulaire prenant place lors de phénomènes où l’épiderme doit grandir. Ces probabilités de division sont-elles immuables ou peuvent-elles au contraire changer ?Dans ce projet, nous nous sommes intéressés à deux conditions d’expansion de l’épiderme :la croissance post-natale et la cicatrisation des plaies. En utilisant l’épiderme de la queue de souris comme modèle, nous montrons que la ré-épithélialisation d’une plaie est réalisée via la formation de deux compartiments cellulaires transitoires distincts spatialement et du point de vue moléculaire :un front de migration et un centre prolifératif. Nous montrons que les cellules du front de migration ont une signature transcriptionnelle spécifique qui est indépendante de leur état de quiescence et proposons de nouveaux marqueurs non décrits auparavant. En utilisant la technique du « lineage tracing », couplée à une analyse clonale et à de la modélisation mathématique, nous mettons en évidence la dynamique de prolifération des CS et des progéniteurs lors de la cicatrisation. Nous montrons que différentes populations de cellules résidant dans des compartiments différents, l’infundibulum du follicule pileux et l’épiderme interfolliculaire, acquièrent une dynamique similaire et ré-activent leur CS tandis que les progéniteurs augmentent leur taux de prolifération sans changer leur probabilité de division. Cette dynamique de prolifération similaire dans deux compartiments de l’épiderme suggère que les probabilités de divisions ne sont pas dictées par la cellule d’origine. De façon intéressante, la dynamique cellulaire est par contre différente durant la croissance post-natale. En utilisant le lineage tracing, l’analyse clonale et des analyses transcriptionnelles sur cellule unique, nous démontrons que l’épiderme post-natal est composé d’une population homogène de progéniteurs équipotents qui présentent un constant déséquilibre envers des divisions d’auto-renouvèlement et un taux de prolifération décroissant, assurant une croissance harmonieuse de l’épiderme. En revanche, les cellules basales de l’épiderme adulte montrent une plus grande hétérogénéité moléculaire et cet hétérogénéité est acquise progressivement à la fin de la croissance. Enfin, en couplant des mesures in vivo et des expériences de micro-patterning in vitro, nous montrons que l’orientation de la division cellulaire des progéniteurs équipotents est localement influencée par l’alignement des fibres de collagène du derme sous-jacent. Ces données suggèrent que la spécification des CS survient tardivement au cours du développement post-natal et que la dynamique de prolifération n’est pas immuable et pourraient donc être influencée par des facteurs extrinsèques. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

INTRODUCTION. Congenital diaphragmatic hernia (CDH) combines a congenital malformation of the diaphragm with lung hypoplasia, leading to severe respiratory distress and intractable pulmonary hypertension of the newborn. Despite advances in prenatal diagnosis and neonatal intensive care, CDH is associated with high mortality and devastating morbidities. In the absence of curative treatment, numerous prenatal therapies have been used experimentally with varying success. So far, only fetal tracheal occlusion has been tested in clinical trials, but the consequences for the human lung are poorly known. AIMS. To further characterize the rabbit model of CDH, which was subsequently used to assess the effects of prenatal therapies on airway and pulmonary vascular development, including tracheal occlusion, and two novel approaches, perfluorooctylbromide and an activator of soluble guanylate cyclase (BAY 41–2272), which were given through tracheal instillation.METHODS. After a diaphragmatic incision during the pseudoglandular stage, fetal rabbits were randomized against placebo/sham operation during the saccular stage for tracheal occlusion, perfluorocarbon or BAY 41–2272. At term operated fetuses and controls were subject to evaluation of lung mechanics and/or hemodynamics as well as postmortem lung analyses. Human fetal and neonatal lung tissue, including controls and CDH with tracheal occlusion or expectant management, was analyzed histologically and biochemically.RESULTS. The rabbit model of CDH was characterized by reduced lung volumes and impaired compliance, disorders of elastin deposition within alveolar walls, and downregulation of elastogenesis-related genes. Moreover, this model reproduced features of pulmonary hypertension, including high right ventricular pressure and level of N-terminal-pro-B type natriuretic peptide, remodeling of pulmonary arterioles, decreased alveolar capillary density, and downregulation of vasodilation-related genes. In the rabbit model, lung distension caused by tracheal occlusion improved alveolar formation and elastogenesis, yet without correction of lung mechanical parameters. Tracheal occlusion increased also the expression of other extracellular matrix components, which reflected myofibroblast activity, and reduced the transcription of surfactant-associated proteins. Human neonatal lungs exposed to fetal tracheal occlusion displayed alveolar deposits of collagen and myofibroblasts. In human CDH as well as in the rabbit model of CDH, tracheal occlusion enhanced the pulmonary expression of transforming growth factor-β (TGFβ) and Rho kinase−associated proteins to the detriment of activation of SMAD2/3, which is normally detected in human lungs with advancing gestation. As an alternative to tracheal occlusion, pulmonary distension by perfluorocarbon in the fetal rabbit model of CDH improved lung mechanics and alveolar elastogenesis without transcriptional changes in extracellular matrix, surfactant protein genes or TGFβ. Finally, intratracheal instillation of BAY 41–2272 in the rabbit fetuses with CDH improved hemodynamics, reduced medial hypertrophy of pulmonary arterioles, and increased capillary bed formation by stimulating endothelial cell proliferation.CONCLUSIONS. In the fetal rabbit model of CDH, poor lung function after tracheal occlusion is compatible with activation of TGFβ and imbalance in extracellular matrix and epithelial homeostasis. In human CDH newborns treated by fetal tracheal occlusion, changes in the pulmonary interstitium and impaired TGFβ signaling raise the question of disturbances of postnatal lung development induced by tracheal occlusion. As potential alternatives to tracheal occlusion, prenatal perfluorocarbon improves lung hypoplasia, whereas prenatal BAY 41–2272 attenuates pulmonary hypertension. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The accurate maintenance of genomic integrity in stem cells (SCs) is essential for tissue homeostasis and its deregulation leads to developmental defects, cancer and ageing. We have shown that Brca1, key homologous recombination (HR) gene and critical regulator of the choice of the DNA double strand break (DSB) repair pathway, is specifically required for hair follicle formation and the establishment and maintenance of adult hair follicle SC pool in a conditional knock-out (CKO) mouse model. Brca1 loss leads to DNA damage-induced cell death in the hair follicle (HF), particularly in the matrix transient amplifying progenitors and moderately so in prospective quiescent adult HF SCs. This cell loss causes compensatory hyper-proliferation of the prospective HF SCs and their subsequent depletion. In striking contrast, the interfollicular epidermis (IFE) and its resident SCs remain unaffected by Brca1 deletion. I uncovered two mechanisms underlying the ability of the SCs and progenitors of the IFE to survive the deletion of Brca1. Collectively, this data reveals how distinct SCs and progenitors respond differently to Brca1 loss. Furthermore we show how the IFE can survive Brca1 loss through the use of two particular mechanisms as to sustain tissue homeostasis. The mechanisms uncovered here are likely to be relevant in other tissue-specific SCs and will have important implications in understanding cancer initiation and ageing. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished