Le cil primaire est un organite présent à la surface de la plupart des cellules de Vertébrés. Il participe à l’organogénèse en régulant l’activité de voies de signalisation comme la voie Hedgehog. Une dysfonction du cil primaire mène à des maladies rares, sévères et pléiotropiques, les ciliopathies, qui peuvent inclure des défauts cardiaques. Cependant, le rôle que le cil primaire joue dans la morphogénèse cardiaque est encore mal compris. Le projet principal de la thèse porte sur l’étude du rôle du cil primaire des cellules cardiaques dans le développement du cœur. Dans ce but, nous avons utilisé un modèle murin de délétion conditionnelle de Ift20, un gène essentiel pour la ciliogénèse. La délétion est contrôlée par l’allèle Mesp1Cre exprimé dans la plupart des précurseurs précoces cardiaques. A la naissance, les mutants conditionnels présentent des défauts importants de septation des voies efférentes et des chambres cardiaques, les oreillettes et les ventricules. Ces défauts sont similaires à ceux caractérisés dans les mutants de la voie Hedgehog. Nous avons également identifié de nouveaux phénotypes associés à la suppression du cil. Les mutants présentent une augmentation significative de la taille du ventricule droit et des malformations du réseau de vascularisation coronaire. Pour mieux comprendre la cause des défauts de croissance observés à la naissance, nous avons analysé les comportements cellulaires sous-jacents. Aucune différence significative des taux de prolifération, de la taille et de la proportion des types cellulaires n’a été détectée au stade prénatal, suggérant que ces défauts ont une origine développementale plus précoce. Des expériences sont en cours pour déterminer les mécanismes moléculaires des défauts observés. Dans le cadre d’une collaboration avec le laboratoire de Julien Vermot, à Strasbourg, nous avons étudié le rôle du cil primaire dans le développement du proépicarde, un organe précurseur de l’épicarde du cœur mature. Nous avons montré que les embryons mutants Ift20 constitutifs présentent une augmentation significative du volume du proépicarde. Des analyses sont en cours pour identifier les voies de signalisation impliquées dans ce phénotype. Les travaux effectués durant ce projet de thèse ont permis de caractériser de nouveaux rôles du cil primaire dans le développement cardiaque. Nos résultats participent à une meilleure compréhension des ciliopathies et des défauts cardiaques qui leur sont associés. / The primary cilium is an organelle present at the surface of most of Vertebrate cells. It is involved in organogenesis by regulating signalling pathways such as Hedgehog signalling. Primary cilium dysfunction leads to severe, rare and pleiotropic diseases, ciliopathies, which can include cardiac defects. Howevr, the role that the primary cilia plays in cardiac morphogenesis is still poorly understood. The main project of the PhD focuses on the study of the role of primary cilia in cardiac cells during heart development. We have used a mouse mode of conditional deletion of Ift20, a gene essential for ciliogenesis. The deletion is controlled by the Mesp1Cre allele, expressed in the majority of cardiac precursors. At birth, conditional mutants display severe defects in septation of the outflow tract, the atria and the ventricles. These defects are similar to the ones characterized in Hedgehog signalling mutants. We also have identified novel phenotypes linked to cilium suppression. The mutants display a significant increase in the size of the right ventricle and defective coronary vasculature development. To better understand the growh defects observed at birth, we analysed the underlying cell behaviour. No significant differences in the proliferation rates, nor in the size and proportions of different cell types were detected at prenatal stages, suggesting that these defects have an earlier developmental origin. Experiments are underway to determine the molecular mechanisms of the observed defects. In collaboration with the laboratory of Julien Vermot, in Strasbourg, we studied the role of the primary cilium in the development of the proepicardium, a precursor organ of the mature epicardium. We have shown that Ift20 constitutive mutants show a significant increase in proepicardial volume. Analyses are ongoing to identify the signalling pathways involved in this phenotype. The works performed during this PhD project allowed the characterization of new roles for the primary cilium in cardiac development. Our results participate in a better understanding of ciliopathies and their associated cardiac defects.

L'ingénierie tissulaire intervient pour restaurer le tissu osseux. Parmi les traitements possibles, l'utilisation d'un bioréacteur à perfusion permet l'amplification in vitro de cellules souches ou osseuses prélevées chez le patient avant réimplantation. La contrainte de cisaillement générée par l'écoulement stimule mécaniquement les cellules et amplifie la production tissulaire. Cette technique souffre cependant de sa conception empirique et doit à présent être optimisée. L'objectif de cette thèse est l'étude et la modélisation de la croissance tissulaire et de la prolifération cellulaire à l'échelle du bioréacteur. En particulier, il s'agit de comprendre l'impact de l'écoulement sur la formation du tissu. Pour cela, une double approche de modélisation et d'expérimentation a été adoptée. Des expériences de culture cellulaire ont permis de mettre au jour la prolifération préférentielle des cellules près des parois du bioréacteur comme conséquence de l'hétérogénéité du support, et l'évolution de la morphologie du tissu. Un modèle prédisant le devenir des cellules ainsi que la croissance tissulaire à l'échelle du bioréacteur est proposé. L'aspect multi-échelles du problème est pris en considération et les procédures d'homogénéisation sont menées à bien grâce à la méthode de prise de moyenne volumique. / Bone tissue engineering aims at restoring bone tissues. Among the possible treatments, the use of a perfusion bioreactor allows the amplification in vitro of the patient bone or stem cells prior to implantation. The advantage of using such bioreactors is two-fold: in addition to greatly improving species transport, tissue production is enhanced. Although promising, this technique suffers from its empirical conception and now needs to be optimized. The purpose of this thesis is to study and model tissue growth and cell proliferation under a fluid flow of culture medium at the scale of the bioreactor. In particular, we wish to understand the impact of fluid flow on tissue formation. To this end, a double approach of experimentation and modeling has been adopted. Cell culture experiments in a perfusion bioreactor highlighted the preferential cell proliferation in the parietal region as a consequence of the heterogeneity of the scaffold, and the evolution of the tissue morphology. A model for predicting the cell's fate along with tissue growth at the scale of the bioreactor is proposed. The hierarchy of the system is considered and the upscaling procedures are carried out with the Volume Averaging Method.

En Nouvelle-Calédonie il y a une forte volonté politique pour diversifier l'aquaculture qui repose encore aujourd'hui sur la crevetticulture. Dans ce contexte le crabe de palétuvier est considéré comme une espèce à fort potentiel. Un des principaux verrous au développement de la carcinoculture en Nouvelle-Calédonie est la disponibilité d'un aliment granulé commercial. Ainsi le principal objectif de cette thèse est d'améliorer notre connaissance des besoins nutritionnels du crabe de palétuvier afin d'être en mesure de formuler un aliment équilibré pour son élevage. Cependant avant d'aborder les études nutritionnelles nous avons vérifié le nombre d'espèces de crabes de palétuvier présentes en Nouvelle-Calédonie.Nos résultats d'études morphologiques et génétiques de 63 individus provenant de 9 sites des côtes Ouest et Nord-Est de la Nouvelle-Calédonie ont confirmé l'existence d'une unique espèce commercialisée: Scylla serrata. C'est donc sur cette espèce que nous avons travaillé en nutrition avec deux séries expérimentales ayant pour objectifs: i) d'évaluer le concentré protéique de soja (CPS) en comparaison avec la farine de poisson comme principale source en protéines et ii) de déterminer le taux optimum d'incorporation du CPS pour la mue et la croissance tissulaire des animaux. Nous avons ainsi observé deux phases de croissance tissulaire au cours d'un cycle de mue (CM): une phase rapide (CTR) qui démarre après la mue et dure jusqu'au début de l'intermue (elle représente 30% du CM) suivi d'une phase de croissance lente (CTL) sur toute la durée de l'intermue et jusqu'à la mue suivante (elle représente 70% du CM). L'accumulation des protéines et des lipides au cours du CM a suivi le même profil de croissance tissulaire contrairement aux cendres qui ont augmenté de façon rapide durant 5 jours suivant l'ecdysis pour atteindre un plateau jusqu'à la prochaine mue. Les deux phases de croissance étaient corrélées avec une prise de l'aliment par les animaux maximale pendant les deux premières semaines suivant la mue. Elle a diminué de moitié sur les 5 semaines suivantes et s'est maintenue ensuite à un niveau de base jusqu'à la prochaine mue. L'énergie ingérée était allouée principalement à la croissance et à l'entretient respectivement durant les périodes CTR et CTL. Durant la phase de croissance lente, 28% de l'énergie ingérée étaient mise en réserve en prévision de la prochaine mue. Le remplacement de la farine de poisson par la CPS n'a pas modifié la croissance tissulaire,l'efficience de l'aliment et le bilan énergétique des animaux quelque soit la phase de croissance considérée. Le taux d'incorporation dans l'aliment de 42% de CPS a permis la meilleure croissance (fréquence de mue et croissance tissulaire, efficience de l'aliment et la rétention de l'énergie des protéines et des lipides. L'hypothèse d'une toxicité de l'ammonium issu de la dégradation des protéines en excès ou des facteurs antinutritionnels du soja est avancée pour expliquer les effets négatifs observés avec les aliments renfermant des taux d'incorporation élevés en CPS. En conclusion, nos travaux apportent des informations originales sur la croissance tissulaire et les dépenses énergétiques durant un cycle de mue et la capacité du crabe juvénile d'utiliser le CPS comme principale source de protéines. Sur ces bases nous somme en mesure de préconiser des contraintes nutritionnelles permettant de formuler un aliment équilibré sans farine de poissons pour l'élevage du crabe de palétuvier S.serrata. / In New Caledonia, there is the strong political will to diversify aquaculture which is mainly based on shrimp farming. In this context, mud crabs have been considered as a potential species for aquaculture development. One of the main constraints to develop crab farming is the availability of formulated feed. Thus, the main purpose of this thesis is to get information on the crab nutritional requirements in order to formulate a balanced diet. However, we had to clarify first how many species of mud crab were present in New-Caledonia. The result of our morphological and genetic investigations carried out on 63 specimens from 9 areas of the west and northeast coast of New-Caledonia confirmed that only one species, Scylla serrata, is commercialized in this country. Consequently, S. serrata was used in our nutritional study based on two experiments to: i) evaluate the soy protein concentrate (SPC) compared with the fishmeal as the main protein source and ii) determine the optimum level of SPC in the diet for molting and tissue growth. We observed two tissue growth phases within one molt cycle (MC): a fast tissue growth (FTG) occurred after ecdysis until early intermolt stage (30% of MC) which is followed by a slow tissue growth (STG) period from intermolt to ecdysis (70% of MC). Protein and lipid deposition followed the same trend than tissue growth while ash level increased quickly during five days after molt and then remained stable until the next molt. The two growth phases were correlated with the voluntary feed intakes (VFI) which was maximum during 2 weeks after ecdysis and then decreased by 50% over the five following weeks to reach a baseline until the next molt. Intake energy was allocated mainly for growth during FTG period and for maintenance during STG period. During STG, 28% of the ingested energy was accumulated for the next ecdysis. Replacement of fishmeal by SPC as main protein source did not affect tissue growth, efficiency of feed utilization and energy budget of crabs whatever the tissue growth period considered. The dietary SPC inclusion of 42% in the diet promoted growth (molt frequency and tissue growth), feed efficiency and retention of energy, protein and lipid. Hypothesis related to ammonia toxicity from catabolism of proteins in excess or anti-nutritional factors from soybean could explain the negative effects of higher inclusion of SPC in the diet for juvenile crabs. In conclusion, our work brings novel information on tissue growth, energy budget during a molt cycle and the ability of juvenile crab to use SPC as a main source of protein. On this basis we suggest to formulate nutritionally balanced diet without fishmeal to farm juvenile mud crabs S. serrata.

Une partie du cœur est formée à partir des cellules progénitrices du second champ cardiaque, qui permettent une élongation rapide du tube cardiaque. Des défauts dans le développement de ces cellules entrainent des malformations cardiaques congénitales. Ces cellules sont localisées dans le péricarde dorsal au sein du mésoderme pharyngé. Mon travail de thèse a permis de démontrer pour la première fois que ces cellules sont épithéliales et polarisées, et qu’elles forment des filopodes dynamiques du côté basal. La délétion du facteur de transcription Tbx1 perturbe la polarité des cellules et la formation des filopodes, et augmente le niveau de la protéine apicale aPKCζ. Le traitement avec un activateur de aPKCζ montre le lien entre l’intégrité épithéliale, la polarité et la formation des filopodes, et l’état progéniteur des cellules. J’ai également analysé la polarité planaire dans l’épithélium, et montrais que les cellules sont anisotropiques, étirées et allongées en direction du pole artériel. Cet étirement crée une tension orientée, révélée par une accumulation polarisée d’actomyosine, jouant le rôle de rétrocontrôle négatif. En absence d‘élongation du tube cardiaque cette tension orientée est absente. Nous avons identifié une région postérieure de l’épithélium où se trouvent une tension et une prolifération élevées, ainsi qu’une forte activité YAP/TAZ qui jouerait le rôle de relai entre tension et prolifération. La tension orientée oriente les divisions cellulaires et oriente ainsi la croissance du tissu, promouvant l’addition des cellules au pole artériel. La biomécanique des cellules du second champ cardiaque semble ainsi un moteur important pour l’élongation du cœur. / A major part of the heart is formed by progenitor cells called the second heart field, that contribute to rapid elongation of the heart tube. Defects in second heart field development leads to congenital heart malformations. Second heart field cells are localised in pharyngeal mesoderm in the dorsal pericardial wall. This study focuses on the epithelial properties of second heart field cells and first shows that these progenitors in the dorsal pericardial wall are epithelial and polarised, and form dynamic basal filopodia. Deletion of the transcription factor Tbx1 perturbs epithelial polarity and filopodia formation and upregulates the apical determinant aPKCζ. Treatment with an activator of aPKCζ reveals that epithelial integrity, polarity and basal filopodia are coupled to the progenitor status of second heart field cells. Next we evaluated planar polarity of second heart field cells in the dorsal pericardial wall. Cells are anisotropic, being stretched and elongated on an axis directed towards the arterial pole. This stretch results in oriented epithelial tension revealed by polarised actomyosin accumulation through a negative feedback loop. In the absence of cell addition to the cardiac poles oriented tension is absent. We identified a posterior region in the epithelium with high tension, elevated proliferation and a high level of active YAP/TAZ that may act as relay between tension and proliferation. Oriented tension orients the axis of cell division and the growth of the tissue on an axis toward the arterial pole, further promoting addition of the tissue to the pole. Biomechanical feedback may thus be an important driver of heart tube elongation.