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Les faibles capacités régénératives intrinsèques du système nerveux central, après la survenue de lésions traumatiques ou l'apparition de maladies neuro-dégénératives, ont orienté les recherches vers des thérapies basées sur l'utilisation de cellules souches dans le but de régénérer le tissu cérébral. Cependant, des limitations éthiques et techniques associées aux cellules souches embryonnaires, fœtales ou neurales chez l'adulte restreignent leur utilisation en clinique humaine. À la recherche d'une source alternative, nous nous sommes intéressés à des cellules souches adultes peu connues, provenant du chorion d'un tissu nerveux périphérique en perpétuel renouvellement : les cellules souches de la lamina propria olfactive, localisée dans la cavité nasale. Ces cellules multipotentes ont été décrites comme un sous-type de cellules souches mésenchymateuses, présentant de fortes capacités prolifératives et neurogéniques. En utilisant un premier modèle murin d'amnésie induit par lésion excito-toxique des hippocampes, nous avons montré que des cellules souches olfactives humaines, greffées dans les zones lésées ou dans le liquide céphalo-rachidien, i) s'installent et adoptent un phénotype neuronal, ii) rétablissent la circulation d'informations au sein des réseaux neuronaux défectueux et iii) permettent une récupération des capacités d'apprentissage et de mémorisation. Suite à ces résultats très encourageants, le premier objectif de cette thèse a été de mieux faire connaître ces cellules souches adultes auprès de la communauté scientifique. / The brain displaying poor regenerative capacities, exogenous stem cell-based therapy has been proposed as an attractive strategy to regenerate cerebral tissue after acute injuries or neurodegenerative disorders. However, ethical and technical issues, associated with embryonic, fetal or adult neural stem cells, limit their use in human medicine. In search of alternative candidates, we focused our attention on adult stem cells, located in a peripheral nervous tissue: the nasal stem cells sited in the olfactory lamina propria. These multipotent stem cells have been characterized as a member of the mesenchymal stem cell superfamily, displaying strong proliferative and neurogenic properties. Recently, using a mouse model of amnesia induced by excito-toxic lesions of hippocampal neurons, we demonstrated that olfactory stem cells, grafted in lesioned areas or into the cerebrospinal fluid, i) migrate and differentiate into neuron-like cells, ii) contribute to the restoration of local neuronal networks and iii) promote recovery of learning and memory abilities. In line with these promising results, the first aim of the current thesis was to promote the use of these adult stem cells by the scientific community. For this purpose, we published an article and a book chapter in which we demonstrated that they are suitable for autologous cell therapy in humans. Using an audiovisual document, we showed that these cells i) can be safely obtained in humans, under local anesthesia, without any loss of smell and ii) are easily and quickly amplifiable in vitro.

Au cours de l’ovogenèse chez la mouche du vinaigre: Drosophila melanogaster, un groupe de cellules folliculaires appelées cellules de bord, migrent à travers les cellules nourricières pour atteindre l’ovocyte. Cet événement, nécessitant la transition épithélio- mésenchymateuse (TEM), la réorientation, puis l’arrêt, ressemble à la formation de métastases. L’endocytose est un régulateur clé de plusieurs événements polarisés, y compris la migration cellulaire. En effet, différentes protéines impliquées dans la migration, comme les intégrines et les E-cadhérines (cadhérines épithéliales), sont régulées par transport à travers les endosomes. De même, l’endocytose restreint au front de migration l’activité des récepteurs tyrosine kinases (RTKs) qui guident les cellules de bord dans leur mouvement. Cependant les mécanismes moléculaires de cette restriction spatiale de l’activité des RTKs demeurent largement inconnus. Nous avons testé l’implication du trafic vésiculaire à travers la machinerie d’endocytose, dans la migration dirigée des cellules de bord, car ce système est facilement accessible pour l’expression de protéines et l’analyse de mutants. Nous avons commencé par confirmer une observation précédente du rôle de l’endosome précoce dans la migration des cellules de bord. Ensuite, nous avons identifié l’endosome de recyclage (ER) comme un régulateur clé de cette migration. En effet, nous avons démontré que l’expression dans les cellules de bord d’une forme dominante négative de Rab11, la petite GTPase régulant le transport vésiculaire à travers l’ER, bloque la migration ou entraîne de sévères défauts de migration dans environ 80% des chambres d’œufs examinées. De plus, nous observons par immunofluorescence une relocalisation de l’activité des RTKs alors que d’autres protéines de migration ne sont pas affectées par Rab11 dominant négatif. Ce résultat a été par la suite confirmé par une interaction génétique entre Rab11 et les RTKs. D’autre part, nous avons montré que le complexe exocyste, un effecteur de Rab11, est impliqué dans la migration des cellules de bord. Nous avons trouvé par microscopie confocale en tissu fixé et par microscopie en temps réel que Sec15, un composant de ce complexe, est polarisé, de façon Rab11- dépendante, dans des vésicules qui s’accumulent au front de migration tout au long du mouvement des cellules de bord. De plus, la perte de l’activité de Sec15 perturbe à son tour la migration. Ainsi, toutes ces données démontrent le rôle fondamental d’un cycle d’endo- exocytose dans le maintien des RTKs actifs au niveau du front de migration des cellules de bord le long de leur mouvement. / During Drosophila melanogaster’s oogenesis, a cluster of folllicle cells, called border cells, perform an invasive migration through the surrounding nurse cells to reach the oocyte. This event resembles metastasis formation since it requires epithelial- mesenchymal transition, reorientation and arrest. Endocytosis plays a fundamental role in many polarized processes, including cell migration, since different migration proteins, like integrins and E-cadherins traffic through the endocytic pathway. Furthermore, receptor tyrosine kinases (RTKs) that guide border cells during their migration are regulated by endocytosis, although the mechanisms involved are largely unknown. We tested the implication of vesicular trafficking through the endocytic machinery, in border cells’ directed migration, because this system is easily accessible for protein expression and mutant analysis. We first confirmed previous observation that trafficking through the early endosome is necessary for border cells migration, and then we identified the recycling endosome as a key compartment for this migration. Indeed, we showed that overexpression in border cells of a dominant negative form of Rab11, the small GTPase regulating vesicular trafficking through the recycling endosome, blocks migration or leads to severe migration defects in about 80% of examined egg chambers. Furthermore, using immunofluorescence, we observed a relocalization of RTKs activity, whereas other migration proteins were not redistributed upon dominant negative Rab11 expression. This result was further confirmed by a genetic interaction between Rab11 and RTKs. Moreover, we showed that the exocyst complex, an effector of Rab11, is also involved in border cells migration. We found by using confocal microscopy of fixed tissues and time-lapse microscopy of living egg chambers, that Sec15, a member of this complex, is distributed in vesicles which are polarized, in a Rab11- dependent manner, throughout border cells migration. In addition, loss of Sec15 also impairs migration. Together these data demonstrate a fundamental role for an endo- exocytic cycle in the maintenance of active RTKs at the leading edge of border cells during their migration.

Au cours de l’ovogenèse chez la mouche du vinaigre: Drosophila melanogaster, un groupe de cellules folliculaires appelées cellules de bord, migrent à travers les cellules nourricières pour atteindre l’ovocyte. Cet événement, nécessitant la transition épithélio- mésenchymateuse (TEM), la réorientation, puis l’arrêt, ressemble à la formation de métastases. L’endocytose est un régulateur clé de plusieurs événements polarisés, y compris la migration cellulaire. En effet, différentes protéines impliquées dans la migration, comme les intégrines et les E-cadhérines (cadhérines épithéliales), sont régulées par transport à travers les endosomes. De même, l’endocytose restreint au front de migration l’activité des récepteurs tyrosine kinases (RTKs) qui guident les cellules de bord dans leur mouvement. Cependant les mécanismes moléculaires de cette restriction spatiale de l’activité des RTKs demeurent largement inconnus. Nous avons testé l’implication du trafic vésiculaire à travers la machinerie d’endocytose, dans la migration dirigée des cellules de bord, car ce système est facilement accessible pour l’expression de protéines et l’analyse de mutants. Nous avons commencé par confirmer une observation précédente du rôle de l’endosome précoce dans la migration des cellules de bord. Ensuite, nous avons identifié l’endosome de recyclage (ER) comme un régulateur clé de cette migration. En effet, nous avons démontré que l’expression dans les cellules de bord d’une forme dominante négative de Rab11, la petite GTPase régulant le transport vésiculaire à travers l’ER, bloque la migration ou entraîne de sévères défauts de migration dans environ 80% des chambres d’œufs examinées. De plus, nous observons par immunofluorescence une relocalisation de l’activité des RTKs alors que d’autres protéines de migration ne sont pas affectées par Rab11 dominant négatif. Ce résultat a été par la suite confirmé par une interaction génétique entre Rab11 et les RTKs. D’autre part, nous avons montré que le complexe exocyste, un effecteur de Rab11, est impliqué dans la migration des cellules de bord. Nous avons trouvé par microscopie confocale en tissu fixé et par microscopie en temps réel que Sec15, un composant de ce complexe, est polarisé, de façon Rab11- dépendante, dans des vésicules qui s’accumulent au front de migration tout au long du mouvement des cellules de bord. De plus, la perte de l’activité de Sec15 perturbe à son tour la migration. Ainsi, toutes ces données démontrent le rôle fondamental d’un cycle d’endo- exocytose dans le maintien des RTKs actifs au niveau du front de migration des cellules de bord le long de leur mouvement. / During Drosophila melanogaster’s oogenesis, a cluster of folllicle cells, called border cells, perform an invasive migration through the surrounding nurse cells to reach the oocyte. This event resembles metastasis formation since it requires epithelial- mesenchymal transition, reorientation and arrest. Endocytosis plays a fundamental role in many polarized processes, including cell migration, since different migration proteins, like integrins and E-cadherins traffic through the endocytic pathway. Furthermore, receptor tyrosine kinases (RTKs) that guide border cells during their migration are regulated by endocytosis, although the mechanisms involved are largely unknown. We tested the implication of vesicular trafficking through the endocytic machinery, in border cells’ directed migration, because this system is easily accessible for protein expression and mutant analysis. We first confirmed previous observation that trafficking through the early endosome is necessary for border cells migration, and then we identified the recycling endosome as a key compartment for this migration. Indeed, we showed that overexpression in border cells of a dominant negative form of Rab11, the small GTPase regulating vesicular trafficking through the recycling endosome, blocks migration or leads to severe migration defects in about 80% of examined egg chambers. Furthermore, using immunofluorescence, we observed a relocalization of RTKs activity, whereas other migration proteins were not redistributed upon dominant negative Rab11 expression. This result was further confirmed by a genetic interaction between Rab11 and RTKs. Moreover, we showed that the exocyst complex, an effector of Rab11, is also involved in border cells migration. We found by using confocal microscopy of fixed tissues and time-lapse microscopy of living egg chambers, that Sec15, a member of this complex, is distributed in vesicles which are polarized, in a Rab11- dependent manner, throughout border cells migration. In addition, loss of Sec15 also impairs migration. Together these data demonstrate a fundamental role for an endo- exocytic cycle in the maintenance of active RTKs at the leading edge of border cells during their migration.