Producing competent and fertilizable oocytes from in vitro grown primordial follicles could revolutionize female infertility treatment, particularly using fertility preservation approaches that use cryopreserved ovarian tissue. However, the protracted length of folliculogenesis in humans makes follicular culture complex, and the mechanisms controlling the tightly-regulated activation of primordial follicles remain largely unknown. The delicate balance between follicular recruitment and quiescence might be affected by preservation procedures, such as ovarian fragmentation or in vitro culture, that disrupt crucial pathways, such as the Hippo and PI3K/Akt/mTOR signaling pathways, that are involved in this process. When activated, these pathways induce massive recruitment of primordial follicles and accelerate follicular growth in vitro, with potential negative consequences on future oocyte developmental competence. Therefore, we hypothesized that the inhibition of the PI3K/Akt/mTOR pathway might improve follicular growth by slowing down the activation process.In the first part of this thesis, we explored the potential benefit of inhibiting PI3K/Akt/mTOR signaling on the regulation of in vitro follicular activation and growth, as well as its impact on the Hippo pathway. The effect of everolimus (EVE), a specific mTORC1 inhibitor, was compared to the PI3K/Akt activators recently used to reinitiate the growth of residual follicles in the ovarian tissue of patients with premature ovarian insufficiency. We showed that short-term incubation of ovarian cortex with EVE partially delayed follicular recruitment while supporting follicle survival and steroidogenesis. However, morphological abnormalities were observed in all conditions, suggesting that EVE failed to protect follicles from accelerated in vitro growth-related defects.Our findings also provided evidence that ovarian fragmentation, which disrupts the Hippo pathway, contributes to the triggering of primordial follicle recruitment and early development of quiescent human follicles. Moreover, our data suggested that both PI3K/Akt and Hippo signaling could act synergistically to promote follicular activation and growth.In the second part of the project, we further investigated the integrity of EVE-treated follicles based on their ultrastructural and functional status. Our observations indicate that the integrity of oocyte and granulosa cells, as well as their physical contacts, were preserved in EVE and control conditions, although some in vitro grown follicles sustained cryopreservation- and culture- induced damage. We also found that short exposure to EVE allowed the maintenance of intra-follicular communication while preserving follicular developmental potential. Importantly, results obtained suggested that, at a similar developmental stage, cell coupling and oocyte growth may be improved in EVE-treated follicles.Altogether, these data provide better insight into the regulation of the follicular activation process and emphasize the importance of getting closer to physiological conditions to preserve follicle integrity. They also provide proof-of-concept evidence that reducing the initiation of growth is feasible, and suggest that mTORC1 inhibitors are a potentially useful pharmacological tool to regulate in vitro follicular growth. / La production d'ovocytes compétents et fécondables à partir de follicules primordiaux développés in vitro pourrait révolutionner les traitements liés à l'infertilité féminine, en particulier les approches de préservation de la fertilité à partir du tissu ovarien cryopréservé. Cependant, la longue durée de la folliculogenèse chez l'Homme rend la culture folliculaire complexe, et les mécanismes contrôlant l'activation des follicules primordiaux restent largement inconnus. L’équilibre fragile entre quiescence folliculaire et entrée en croissance pourrait être affecté par la fragmentation ovarienne ou la culture in vitro elle-même, qui perturbent deux voies de signalisation cruciales: les voies Hippo et PI3K/Akt/mTOR, respectivement. Lorsqu'elles sont activées, elles induisent un recrutement massif de follicules primordiaux et accélèrent la croissance folliculaire in vitro, avec des conséquences potentiellement néfastes sur la capacité future des ovocytes à devenir compétents. Par conséquent, nous avons émis l’hypothèse que l’inhibition de la voie PI3K/Akt/mTOR pourrait améliorer la croissance folliculaire via un ralentissement du processus d’activation.Dans la première partie de cette thèse, nous avons exploré le potentiel bénéfice d’une inhibition de la voie PI3K/Akt/mTOR sur la régulation de l'activation et de la croissance folliculaire in vitro, ainsi que son impact sur la voie Hippo. L’effet de l’évérolimus (EVE), un inhibiteur spécifique de mTORC1, a été comparé à ceux d’activateurs de PI3K/Akt, récemment utilisés afin d’initier la croissance des follicules résiduels au sein de tissus ovarien de patientes en insuffisance ovarienne précoce. Nous avons montré que l'exposition à court terme de cortex ovarien à l'EVE retardait partiellement le recrutement folliculaire tout en préservant la survie et la stéroidogenèse des follicules. Toutefois, des anomalies morphologiques ont été observées dans toutes les conditions, ce qui suggère que l’EVE ne préserve pas les follicules de défauts liés à une croissance accélérée.Nos résultats ont également prouvé que la fragmentation ovarienne, en perturbant la voie Hippo, contribue au recrutement et au développement précoce des follicules primordiaux. De plus, les données obtenues suggèrent que les voies PI3K/Akt/mTOR et Hippo pourraient agir de manière synergique pour promouvoir l'activation et la croissance folliculaire.Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié la qualité des follicules traités avec de l’EVE en se basant sur des critères ultrastructural et fonctionnel. Nos observations ont indiqué que l'intégrité des ovocytes et des cellules de la granulosa ainsi que leurs contacts physiques était préservée dans les conditions EVE et contrôle, bien que certains follicules en croissance présentent des signes de dommages induits par la cryopréservation et la culture. Nous avons également constaté qu'une courte exposition à l’EVE permettait de maintenir les communications intra-folliculaires tout en préservant le potentiel de développement des follicules. De façon importante, les résultats obtenus suggèrent qu’à un stade de développement similaire, le couplage cellulaire et la croissance des ovocytes pourraient être améliorés dans les follicules traités à l’EVE.En conclusion, ces données contribuent à une meilleure compréhension de la régulation de l'activation folliculaire in vitro, et soulignent l'importance de mimer les conditions physiologiques pour préserver l'intégrité des follicules. Elles apportent également la preuve qu’un ralentissement de l’initiation de la croissance est réalisable, et suggèrent que l’utilisation d’inhibiteurs de mTORC1 pourrait représenter un outil pharmacologique efficace pour réguler la croissance folliculaire in vitro. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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

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

Movement is a prerequisite for normal fetal development and growth. Intrauterine movement restrictions cause a broad spectrum of disorders in which the unifying feature is a reduction or lack of fetal movement, giving rise to the term fetal akinesia deformations sequence (FADS [OMIM 208150]). FADS corresponds to a clinically and genetically heterogeneous constellation of properties and is characterized by multiple joint contractures, facial abnormalities, and lung hypoplasia as a result of the decreased in utero movement of the fetuses. Affected babies are often prematurely and stillborn, and those born alive typically die within minutes or hours after birth. The genetic causes for this fatal disorder are ill-defined as a genetic diagnosis is rarely executed, but mutations in three genes, namely RAPSN, DOK7, and MUSK, as well as in the subunits of the muscular nicotinic acetylcholine receptor (AChR) have been described. These mutations are thought to affect neuromuscular junctions, although this has not been proven experimentally.The nucleoporin NUP88 is a constituent of the nuclear pore complex (NPC), the gate for all trafficking between the nucleus and the cytoplasm. NUP88 resides on both the cytoplasmic and the nuclear side of NPCs, and it is found in two distinct subcomplexes. It associates with NUP214 and NUP62 on the cytoplasmic face, while on the nuclear side NUP88 binds NUP98 and the intermediate filament protein lamin A. The NUP88-NUP214-NUP62 complex plays an essential role in the nuclear export of a subset of proteins and pre-ribosomes, which is mediated by the nuclear export receptor CRM1. NUP88 in particular somewhat participates in the nuclear export of NF-κB proteins in a CRM1-dependent manner. Moreover, NUP88 is frequently overexpressed in a variety of human cancers, and its role in cancer appears linked to the deregulation of the anaphase-promoting complex. Here, we report the first Mendelian disorders caused by mutations in NUP88 and with that the first lethal developmental human disease due to mutations in a nuclear pore component. We demonstrate that biallelic mutations in NUP88 are likely to cause fetal akinesia of the Pena-Shokeir subtype. We confirm in zebrafish that loss of NUP88 impairs movement and the mutations identified in the affected individuals resemble a loss-of-function phenotype. We show that loss of NUP88 affects expression and localization of rapsyn, the protein encoded by RAPSN, in human and mouse cell lines, and patient samples. Consistent with altered rapsyn, AChR clustering and neuromuscular junction formation in zebrafish are abnormal. We therefore propose that defective NUP88 function cause FADS by affecting neuromuscular junction formation.Keywords: Nuclear pore complex, NUP88, Fetal Akinesia Deformation Sequence, rapsyn, acetylcholine receptor clustering, synaptic transmission, fetal development, inherited developmental disorder. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished