La cryptogéine est un éliciteur protéique des réactions de défense chez le tabac sécrété par l’oomycète Phytophthora cryptogea. Son interaction avec un récepteur encore non identifié de la membrane plasmique déclenche une cascade d’événements de signalisation qui conduisent à une reprogrammation génique, à la diffusion d’un signal conférant une résistance systémique et, ultimement, à la mort des cellules directement exposées à cet éliciteur. Notre équipe avait précédemment mis en évidence une stimulation de la formation de vésicules d’endocytose quelques minutes après l’élicitation. Des études de microscopie électronique et d’inhibition pharmacologique avaient permis d’émettre l’hypothèse que cette endocytose était dépendante de la clathrine (CME). Ce processus essentiel des cellules eucaryotes concoure au maintien de l’homéostasie du plasmalemme. L’endocytose joue également deux rôles aux effets antagonistes lorsqu’elle est induite par un stimulus de l’environnement. Elle permet d’une part la production d’endosomes de signalisation qui vont délivrer le stimulus au cœur de la cellule, et assure d’autre part la désensibilisation de la membrane afin de préparer la cellule à percevoir d’autres stimuli.Mon travail de thèse avait pour objectif de confirmer que l’endocytose induite après traitement de cellules de tabac par la cryptogéine est bien dépendante de la clathrine et d’essayer de déterminer si elle est impliquée, directement ou indirectement, dans la transduction du signal d’élicitation et dans le développement des réactions de défense. Afin de visualiser in vivo la dynamique endocytaire, j’ai établi une suspension cellulaire de tabac exprimant une chaine légère de clathrine fusionnée à la GFP. La caractérisation de cette suspension par des approches biochimiques et par microscopie a confirmé l’induction d’une endocytose dépendante de la clathrine suite à l’élicitation par la cryptogéine. J’ai également développé une stratégie d’inhibition de la CME faisant appel à l’expression d’une version tronquée de la CHC, appelée hub, dont la propriété est d’empêcher la formation du manteau de clathrine à la membrane plasmique. La caractérisation d’une lignée cellulaire co-exprimant le marqueur d’endocytose GFP-CLC et le hub a montré qu’il était possible d’empêcher l’endocytose à clathrine induite par la cryptogéine sans altérer de façon significative l’endocytose constitutive. L’utilisation de cette stratégie d’inhibition sélective a ainsi démontré que des événements précoces induits à la membrane plasmique par la cryptogéine, telles l’alcalinisation du milieu extracellulaire et la production de formes actives de l’oxygène, ne sont pas dépendants de la CME. L’impact de l’invalidation de l’endocytose induite sur le déclenchement des réponses tardives a été étudié sur des cellules en suspension et sur des plants de tabac. Mes travaux ont révélé que l’endocytose contribuait de façon réduite à la reprogrammation du transcriptome et au déclenchement de la mort cellulaire programmée. Des travaux préliminaires effectués sur des plantes exposées à divers pathogènes du tabac ont montré que l’expression du hub affecte la sensibilité des plantes à certains de ces pathogènes. L’ensemble de ces travaux ouvrent la voie à une étude plus intégrative du rôle de l’endocytose dans l’interaction tabac-cryptogéine / Cryptogein, a protein secreted by the oomycete Phytophthora cryptogea, is an elicitor of defense reaction in tobacco. Cryptogein binding to an unidentified receptor of the plasma membrane triggers a signaling cascade that leads to changes in gene expression, production of a systemic acquired resistance signal, and cell death. Our lab previously reported a stimulation of endocytosis a few minutes after elicitation. Electron microscopy and pharmacological studies evidenced that this endocytosis is clathrin-mediated. Clathrin-mediated endocytosis (CME) is a fundamental eukaryotic cell process that ensures plasma membrane homeostasis. It also plays two antagonistic roles in extracellular signal transduction either by producing endosomes that convey the signal into the heart of the cell, or by downregulating plasma membrane receptors to attenuate cellular responsiveness and prepare the cell for subsequent signals.The aim of my thesis was to confirm clathrin dependence of cryptogein-induced endocytosis and to find out whether endocytosis is involved in cryptogein signaling and defense reactions. I established a tobacco cell suspension expressing clathrin light chain fused to GFP to follow CME in living cells. Biochemical and microscopic characterization of the cell suspension confirmed that cryptogein-induced endocytosis is clathrin-mediated. I also developed a dominant-negative strategy to inhibit CME by expressing a truncated form of clathrin heavy chain, the hub domain, which prevents clathrin-coated pit formation at the plasma membrane. Characterization of a cell line co-expressing GFP-CLC and the hub domain showed that it is possible to hinder cryptogein-induced CME without significantly altering constitutive endocytosis. This selective inhibition strategy revealed that cryptogein-induced early signaling events such as alkalinisation of the extracellular medium and reactive oxygen species production are CME-independent.Consequences of induced-CME inhibition on later responses to cryptogein were studied in cell suspension and in tobacco plants. My results showed that endocytosis contributes in a minor way to transcriptome reprogramming and cell death induction. Moreover, preliminary results suggested that hub expression increases the plant’s sensitivity to several pathogens. Altogether these results open up the prospect of addressing the role of CME during tobacco-cryptogein interaction in a more integrative view

La protéine Bcl xL, membre de la famille de Bcl 2, est essentiellement décrite pour son rôle dans l'inhibition de la mort des cellules. Récemment, un nouveau rôle lui a été attribué dans la régulation de la macro-autophagie, processus principalement décrit pour promouvoir la survie des cellules. Bcl xL exerce donc ses fonctions de survie à travers la régulation d'au moins deux processus différents.Si les fonctions anti-apoptotiques de Bcl xL ne sont plus à démontrer, ses fonctions dans la régulation de l'autophagie sont davantage débattues. Ainsi, nous avons centré ce travail sur la caractérisation des fonctions pro-autophagiques de Bcl xL afin de mieux comprendre ses fonctions de survie. Nos résultats suggèrent que Bcl xL subit in vivo et dans des cellules en culture une modification de type déamidation. Nous montrons que cette modification renforce les fonctions pro-autophagiques de Bcl xL sans affecter ses fonctions anti-apoptotiques. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés à l'interaction entre Bcl xL et la petite GTPase Rab7, une protéine essentielle au processus autophagique et endocytique. Nous avons généré, et analysé d'un point de vue fonctionnel, des mutants de Bcl xL de type perte ou gain d'interaction avec Rab7. Notre principale conclusion est que Bcl xL stimule le trafic des vésicules médié par Rab7, et nous proposons que les fonctions pro-autophagiques de Bcl xL sont majoritairement dépendantes de son interaction avec Rab7. Cette étude contribue ainsi à mieux définir les fonctions pro-autophagiques de Bcl xL ainsi que les processus qui les régulent. Par ailleurs, elle approfondit nos connaissances des fonctions oncogéniques de Bcl xL en intégrant la composante supplémentaire de ses fonctions pro-autophagiques, et ouvre ainsi des perspectives pour l'élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques anti-cancéreuses notamment. / Bcl xL, a member of the Bcl-2 family, is mainly described for its role in the inhibition of cell death. Recently, Bcl xL was attributed a new role in the regulation of macro-autophagy, a process described mainly for its contribution to cell survival. Hence, Bcl xL wields its survival functions through the regulation of at least two different processes. If the anti-apoptotic functions of Bcl xL are now well established, its role in the regulation of autophagy is more debated. Therefore we focused this work on the characterization of Bcl xL pro-autophagic functions in order to get a better understanding of its survival functions. Our results suggest that Bcl xL undergoes in vivo and in cultured cells a modification called deamidation. We show that this modification enhances its pro-autophagic functions without affecting its anti-apoptotic functions. In addition, we characterized an interaction between Bcl xL and the small GTPase Rab7 which is essential for autophagy and endocytosis. We generated mutants of Bcl xL either gaining or loosing interaction with Rab7. The functional analysis of these mutants suggested that Bcl xL stimulates the vesicle trafficking mediated by Rab7, and prompts us to hypothesize that Bcl xL pro-autophagic functions are mainly dependent on its interaction with Rab7. This study helps to better define the pro-autophagic functions of Bcl xL and the processes regulating them. It provides further insights in the oncogenic functions of Bcl xL by implementing additional component of its pro-autophagic functions, and opens perspectives for the development of new therapeutic strategies against cancer progression.

L'encodage du signal acoustique en impulsions nerveuses se réalise au niveau des synapses à ruban des cellules ciliées internes (CCI) de la cochlée. Une dépolarisation déclenche l'exocytose des vésicules synaptiques suite à l'activation des canaux calciques CaV1.3 et à l'action d'un senseur calcique particulier, l'otoferline, une grande protéine se composant d'un domaine transmembranaire en C-terminal et de six domaines C2 (A-F) pouvant lier le Ca2+ et les phospholipides. Afin de caractériser le rôle de ces différents domaines C2, nous avons utilisé des vecteurs viraux (AAV) permettant l'expression de formes raccourcies de l'otoferline (mini-Otof) in vivo dans les CCI de souris dépourvues d'otoferline (Otof -/-). Nous montrons que les mini-Otof contenant les domaines C2-EF, C2-DEF ou C2-ACEF sont suffisantes pour restaurer l'exocytose rapide des CCI Otof -/-, sans toutefois restaurer l'audition car le recrutement des vésicules synaptiques reste altéré. Nous révélons pour la première fois la présence d'une endocytose ultra-rapide (t < 20 ms) dynamine- et otoferline-dépendante, une fonction certainement essentielle à l'homéostasie membranaire des CCI. L'expression des mini-Otof C2-EF et C2-DEF a également permis de restaurer partiellement la composante rapide de l'inactivation du courant calcique des CCI, celle-ci étant absente chez les souris Otof -/-. Cette inactivation rapide est réalisée par les isoformes courtes Cav1.3S qui ont leur partie C-terminale régulatrice tronquée, contrairement aux isoformes longues Cav1.3L dépourvues d'inactivation. Afin de différencier les rôles spécifiques de ces isoformes dans le cycle des vésicules synaptiques, nous avons utilisé la technologie CRISPR-Cas9, nous permettant d'éditer spécifiquement la partie C-terminale régulatrice des canaux Cav1.3L. Nos résultats montrent que les souris CRISPR-Cav1.3L présentent une surdité sévère expliquée au niveau des CCI par un défaut de recrutement vésiculaire aux zones actives, alors que les Cav1.3S inaltérés contrôlent la fusion rapide des vésicules synaptiques. / The precise encoding of acoustic signals into nerve impulses is achieved at the ribbon synapses of inner hair cells (IHC) of the cochlea. Exocytosis of synaptic vesicles by IHC is triggered by voltage-activation of Cav1.3 calcium channels and the action of a specific calcium sensor, otoferlin, a large protein with a single C-terminal transmembrane domain and six C2 (A-F) domains which binds Ca2+ and interacts with phospholipids. In order to characterize the function of the various otoferlin C2 domains, we used viral vectors (AAV) allowing the expression of shortened forms of otoferlin (mini-Otof), in vivo, in IHC from mice lacking otoferlin (Otof -/-). We show that mini-Otof containing C2-EF, C2-DEF or C2-ACEF domains are sufficient to restore fast synaptic vesicle exocytosis in Otof -/- IHC, but without restoring hearing because vesicular replenishment remains impaired. For the first time, we also uncover an ultra-fast endocytosis (t < 20 ms) dynamin- and otoferlin-dependant, a function that is certainly essential for a fast regulation of IHC membrane homeostasis. Furthermore, the expression of the mini-Otof C2-EF and C2-DEF also partially restored the fast component of the Ca2+ current inactivation in Otof -/- IHC. This rapid inactivation is carried out by Cav1.3S short isoforms which have a truncated C-terminal regulatory domain, unlike Cav1.3L long isoforms which display no inactivation. To characterize the specific role of these Cav1.3 isoforms, we used CRISPR-Cas9 technology, allowing a specific removal of the C-terminal regulatory part of the Cav1.3L channels in IHC. Our results show that CRSIPR- Cav1.3L mice display severe deafness explained at the IHC level by a defect in vesicular replenishment of the active zones, while Cav1.3S are sufficient to ensure fast and transient exocytosis of docked synaptic vesicles.

Le NGF est reconnu, et le signal qu’il véhicule est donc médié, par deux récepteurs membranaires : p75NTR et TrkA. Il a été démontré qu’au niveau de la membrane, p75NTR et TrkA sont localisées dans les radeaux membranaires, des microdomaines caractérisés par la présence de protéines cavéolines (Cav-1 et/ou Cav-2). Dans le présent travail, nous avons constaté que la surexpression de Cav-1 dans les neurones des ganglions de la racine dorsale diminue l’extension des neurites. De la même manière, la surexpression de Cav-1 dans les cellules PC12 inhibe les réponses cellulaires déclenchées par l’exposition au NGF. L’activation des effecteurs situés en aval de TrkA n’est pas inhibée. L’expression de Cav-1 provoque une inhibition de la sortie du récepteur des radeaux accompagné par la rétention au niveau de la surface cellulaire, des effecteurs situés en aval incluant Rsk2 phosphorylé. Dans le même temps, la présence de formes phosphorylées de CREB n’est plus détectable. En revanche, la surexpression de Cav-2 potentialise la différenciation des cellules induite par le NGF, ce qui est associé à une activation prolongée des effecteurs situés en aval et à une internalisation des récepteurs. Ces différents effets pourraient être dû à la localisation des cavéolines, qui résulte en une perturbation du microenvironnement des cellules et donc de la signalisation du NGF. En outre, l’expression d’une Cav-1 mutée sur la sérine 80 (S80V) dans des cellules PC12, ne gêne ni le trafic ni la signalisation de TrkA. Au contraire elles se comportent de façon semblable à des cellules Cav-2. Ces études soulignent également le rôle potentiel de Cav-1 et ses mutations dans des cancers NGF-dépendantes. / At the plasma membrane, both NGF receptors have been shown to localized to lipid rafts, specific subdomains that are enriched in cholesterol, sphingolipids and the presence of caveolin proteins (Cav1 and/or Cav2). The focus of this work is on this membrane microenvironment mediated modulation of NGF signaling which via two receptors: p75NTR and TrkA. In the present work we found that overexpression of Cav-1 in mouse dorsal root ganglia neurons significantly impacted neurite extension. Similarly, overexpression of Cav-1 in PC12 cells strongly inhibits their ability to grow neurites in response to NGF. It inhibits NGF signaling without, impairing transient MAPK pathway activation. Rather, it does so by sequestering NGF receptors in lipid rafts, which correlates with the cell surface localization of downstream effectors, and phosphorylated-Rsk2, resulting in the prevention of the phosphorylation of CREB. By contrast, overexpression of Cav-2 potentiates NGF induced differentiation, which is accompanied by sustained activation of downstream effectors, and standard internalization of the receptors. This differential effect could be due to the different localization of Caveolins, that modifies the microenvironment, thereby affecting NGF signaling. Furthermore, PC12 cells expressing the non-phosphorylatable Cav-1 mutant (S80V), neither TrkA trafficking or CREB phosphorylation are inhibited and the response resembles that observed in Cav-2 expressing PC12 cells. These studies underline the interplay between caveolins and NGF signalling, offering insight into the potential impact of Caveolin-1 and mutations thereof in certain cancers where NGF signaling is involved.

L’endocytose est le processus qui permet l’entrée spécifique et active dans la cellule du milieu extracellulaire et des substances qu’il contient. Ces dernières années, plusieurs mécanismes d’endocytose ont été identifiés, mais seule la voie impliquant la clathrine a été bien caractérisée. Il a été montré que certains récepteurs de cytokines comme celui de l’interleukine-2 (IL-2) empruntent une voie d’endocytose indépendante de la clathrine. Précédemment, mon laboratoire a identifié huit facteurs impliqués dans cette voie d’entrée dont l’actine et la dynamine. Nous savons notamment que l’activation de la RhoGTPase Rac1 permet l’induction des kinases Pak1 et Pak2 régulant ainsi la cortactine, le recrutement de N-WASP et la polymérisation d’actine nécessaire à l’internalisation de l’IL-2R. Cependant, les facteurs en amont de cette cascade Rac-Pak étaient inconnus et le rôle du cytosquelette d’actine restait mal défini. Les travaux que j’ai effectué durant mon doctorat ont mis en évidence que la PI3K en interagissant avec l’IL-2R, permettait la production locale de PI(3,4,5)P3 qui induisait le recrutement de Vav2; un facteur conduisant à l’activation de Rac1. De plus, j’ai montré que Rac1 activé était ensuite recruté par la PI3K, permettant ainsi l’activation locale de la cascade Rac/Pak lors de l’entrée de l’IL-2R. Ces données, qui ont fait l’objet d’une publication, ont montré que la PI3K n’était pas seulement impliquée dans la signalisation de l’IL-2, mais également dans son endocytose. Par la suite, la réalisation d’un crible par ARNi portant sur l’étude du rôle de 324 protéines humaines lors de l’entrée de l’IL-2R, a permis l’identification de 65 nouveaux facteurs impliqués dans ce mécanisme. Parmi ces protéines, j’ai étudié plus particulièrement le rôle du complexe WAVE connu pour être induit à la membrane plasmique par Rac1 et la PI3K. J’ai confirmé l’implication de ce complexe lors de l’entrée de l’IL-2R et mis en évidence qu’il interagissait avec le récepteur. De plus, cette étude a montré que le complexe WAVE était impliqué précocement dans ce mécanisme, probablement en permettant le recrutement du récepteur aux pieds de protrusions membranaires que le complexe pourrait induire. Cette localisation spécifique du récepteur suggère ainsi un nouveau mécanisme de formation des vésicules d’endocytose dont le puits s’initierait à partir des invaginations existantes à la base des protrusions membranaires. / Endocytosis is a basic and essential process used by eukaryotic cells to internalize, actively and specifically, a wide range of molecules. To date, several endocytic routes have been characterized, but the only well studied pathway is clathrin-dependent. This study focuses on a poorly characterized mechanism, the clathrin-independent endocytosis, used by several cytokine receptors such as the interleukin 2 receptors (IL-2R). Previously, my lab identified 8 factors in this process, most of them are related to actin polymerization and dynamin. We now know that the activation of the RhoGTPase Rac1 is required to induce Paks that regulate cortactin, N-WASP recruitment and actin polymerization essential for IL-2R uptake. However, upstream factors involved in the Rac-Pak cascade were unknown and the actin cytoskeleton function poorly characterised. During my PhD, I showed that IL-2R and the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) interact, leading to the local production of phosphatidylinositol (3,4,5)-triphosphate (PIP3) and the recruitment by this lipid of the RacGEF Vav2, an activator of Rac1. In addition, I showed that activated Rac1 was able to interact with PI3K allowing the local activation of the Rac-Pak cascade during IL-2R entry. These published data highlight the dual role of PI3K as a regulator of both IL-2R endocytosis and IL-2 signaling. In an attempt to identify new actors involved in the endocytosis of IL-2R, I then performed a small interfering RNA (siRNA) screening, targeting 324 proteins involved mainly in membrane deformation. From this screening we identified 65 proteins and among them we found the WAVE complex as a new factor implicated in IL-2R uptake. Interestingly, to be recruited and activated at the plasma membrane, the WAVE complex required Rac1 and PI3K, two proteins essentials during IL-2R entry. First, I confirmed the results obtained from the screening and found that IL-2R can interact with the WAVE complex. In addition, I observed an early involvement of this complex during IL-2R uptake, which could be needed for the localization of the receptor at the basis of plasma membrane protrusions. These results reveal a new model for the formation of endocytic vesicles: IL-2R is recruited at the basis of WAVE-induced membrane protrusions initiating the pit and vesicle.

Le système immunitaire inné repose sur la détection de motifs microbiens et l'activation de réponses adaptées, parmi lesquelles les voies de signalisation dépendantes des facteurs NF-κB jouent un rôle primordial. Ces voies sont finement régulées afin d'éviter une réponse immunitaire excessive et soutenue dans le temps qui peut causer de nombreuses pathologies, comme les maladies auto-immunes et pro-inflammatoires. Au cours de ma thèse, j'ai élucidé certains mécanismes de régulation des voies de signalisation NF-κB, Toll et IMD, chez la drosophile, qui reposent sur l'ubiquitination de protéines et leur dégradation par la voie endocytaire ou le protéasome. L'ubiquitination réversible des protéines est une modification post-traductionnelle qui permet de réguler leur activité, leur stabilité et leur localisation subcellulaire. En particulier, l'ubiquitination des récepteurs membranaires peut servir de signal d'endocytose et de dégradation lysosomale. Chez la drosophile, le récepteur PGRP-LC reconnaît spécifiquement le peptidoglycane (PGN) bactérien de type acide diaminopimélique et induit la voie de signalisation IMD. J'ai montré que PGRP-LC est ubiquitiné, internalisé et dégradé par la voie endocytaire. Dans ce processus, j'ai identifié le rôle majeur de la déubiquitinase USP8 qui contrôle la dégradation de PGRP-LC ubiquitiné. J'ai aussi mis en évidence que la stimulation de la voie IMD par les PGN augmente l'internalisation et la dégradation de PGRP-LC, assurant l'élimination des récepteurs après que la voie IMD ait été activée. En outre, j'ai participé à des études visant à comprendre le rôle des déubiquitinases USP2, USP34 et USP36, préalablement sélectionnées par l'équipe comme des régulateurs négatifs des voies IMD et/ou Toll. Mes résultats ont notamment contribué à montrer que USP2 agit principalement au niveau de la protéine adaptatrice Imd, en permettant l'hydrolyse de ses chaînes d'ubiquitine K48 et sa dégradation par le protéasome. Finalement, j'ai observé que USP2 interagit également avec PGRP-LC et favorise l'hydrolyse des chaînes K48 associées à ce récepteur, bien que dans ce cas, la dégradation des formes poly-ubiquitinées K48 de PGRP-LC ne dépende pas du protéasome, mais des protéines de la voie endocytaire Hrs, Rab5 et de la déubiquitinase USP8. / The innate immune system relies on the recognition of “non-self” and on the activation of adapted responses, among which NF-κB signaling pathways play a crucial role. These pathways are tightly regulated, in order to prevent an excessive and sustained immune response, responsible for several pathologies, such as autoimmune and pro-inflammatory diseases. During my PhD thesis, I elucidated some Drosophila regulatory mechanisms of NF-κB pathways, Toll and IMD, which rely on protein ubiquitination and their subsequent degradation by the endocytic pathway or proteasome. Reversible ubiquitination of proteins is a post-translational modification, regulating their activity, their stability and the subcellular localization. In particular, ubiquitination of membrane receptors could trigger their internalization and their subsequent lysosomal degradation. In Drosophila, the PGRP-LC receptor specifically recognizes diaminopimelic acid containing peptidoglycan (PGN) and induces the IMD signaling pathway. I proved that PGRP-LC receptor is ubiquitinated, internalized and degraded by the endocytic pathway. In this process, I identified the major role of the USP8 deubiquitinating enzyme, which controls the degradation of ubiquitinated PGRP-LC. Besides, I showed that the IMD stimulation by PGN enhances the PGRP-LC internalization and its degradation, ensuring receptors elimination once the IMD pathway has been activated. Moreover, I took part to studies, aiming to understand the role of USP2, USP34 and USP36, previously selected by the team as negative regulators of the IMD and/or Toll pathways. In particular, my results showed that USP2 principally acts at the Imd level, allowing for the hydrolysis of its K48 poly-ubiquitin chains and its proteasomal degradation. Finally, I observed that USP2 also interacts with PGRP-LC and favors the hydrolysis of PGRP-LC associated K48 chains, whereas the degradation of K48 poly-ubiquitinated PGRP-LC is independent from the proteasome, but rather depends on the Hrs and Rab5 endocytic proteins and on the USP8 deubiquitinating enzyme.

L’édition du génome utilisant CRISPR/Cas9 est récemment apparue comme une stratégie thérapeutique potentielle des maladies génétiques. Pour les mutations dominantes de type gain de fonction, la correction allèle-spécifique pourrait être l'approche la plus appropriée. Ici, nous avons testé l'inactivation ou la correction d'une mutation hétérozygote du gène de la dynamine 2 (DNM2) causant la forme autosomique dominante de la myopathie centronucléaire (CNM). Des ARN-guides tronqués ciblant spécifiquement l'allèle muté ont été testés sur des cellules de patients et des myoblastes d'un modèle murin. L'allèle muté a été ciblé avec succès et des clones ont été obtenus avec inactivation ou correction précise du génome. Les myoblastes Dnm2R465W/+ ont montré une altération de l'endocytose et de l'autophagie. L'inactivation ou la correction allèle-spécifique a normalisé ces phénotypes. L'allèle muté a également été ciblé avec succès dans les muscles de la souris Dnm2R465W/+. Ces résultats illustrent le potentiel de CRISPR/Cas9 à cibler et corriger de manière allèle-spécifique les mutations ponctuelles hétérozygotes de type de gain de fonction. / Genome editing with the CRISPR/Cas9 technology has emerged recently as a potential strategy for therapy in genetic diseases. For dominant mutations linked to gain-of-function effects, allele-specific correction may be the most suitable approach. Here we tested allele-specific inactivation or correction of a heterozygous mutation in the Dynamin 2 (DNM2) gene causing the autosomal dominant form of centronuclear myopathies (CNM). Truncated single guide RNAs targeting specifically the mutated allele were tested on cells derived from a mouse model and patients. The mutated allele was successfully targeted in patient fibroblasts and Dnm2R465W/+ mouse myoblasts, and clones were obtained with both precise genome correction or inactivation. Dnm2R465W/+ myoblasts showed an alteration in transferrin uptake and autophagy. Specific inactivation or correction of the mutated allele rescued these phenotypes. The mutated allele was also successfully targeted in Dnm2R465W/+ mouse muscles. These findings illustrate the potential of CRISPR/Cas9 to target and correct heterozygous point mutations leading to a gain-of-function effect in an allele-specific manner.

Ce travail de thèse porte sur l'utilisation des NanoDiamants Photoluminescents (NDPs) pour des applications en bio-imagerie. Les nanodiamants (NDs) sont photoluminescents grâce à la présence de centres colorés azote-lacune (NV) dans leur maille cristalline. Le manuscrit est divisé en deux parties. La première concerne l'étude des propriétés optiques des centres colorés NV dans des NDs. Après l'optimisation de la concentration des centres NV, nous comparons la photoluminescence des NDPs à celle des nanoparticules semi-conductrices commerciales; nous concluons qu'elle peut être équivalente, même supérieure dans le cas des NDPs. Pour augmenter le contraste d'imagerie intracellulaire des NDPs, nous avons étudié l'excitation à 2-photons des centres NV. Lors de cette étude avec un laser impulsionnel, nous avons découvert que le signal de photoluminescence des NDPs excité à un photon chute très fortement lorsque l'impulsion infrarouge est simultanée de l'excitation visible. Nous avons étudié la façon d'utiliser cet effet pour l'imagerie de super-resolution. La deuxième partie porte sur l'étude des applications des NDPs comme sondes pour la bio-imagerie. Dans le but d'utiliser des NDPs comme véhicules de biomolécules, nous avons étudié leurs mécanismes d'internalisation et avons élucidé leur localisation intracellulaire, en inhibant des voies différentes d'internalisation et par des expériences d'immunofluorescence. De plus, nous avons montré que les NDPs ne sont pas toxiques pour des cellules en culture. Un premier essai de vectorisation a été mené avec de NDPs couverts d'ADN plasmidique.

La mise en évidence de cellules initiatrices de cancer dans les glioblastomes et l'existence de cellules souches cancéreuses (CSCs) étayent la présomption que l'échec des stratégies anti-tumorales classiques puisse être attribué à un problème de cible cellulaire. Dans le contexte des thérapies ciblées, l'émergence des nanomédecines offre des perspectives pour la délivrance de principes actifs vers les CSCs ou leur microenvironnement (ou niche) en vue d'une meilleure efficacité, spécificité et sécurité biologique. Douées d'autorenouvellement et capables de générer des clones néoplasiques radio et chimiorésistants, les CSCs n'ont toutefois pas de marqueur exclusifs connus sinon des marqueurs associés permettant d'enrichir ces populations et de potentiellement établir un ciblage notamment locorégional au sein de ces tumeurs. En nous focalisant sur l'épitope AC133, marqueur de CSCs associé à des glycosylations de la protéine CD133 ou prominine-1, l'objectif de cette thèse a été: i) de comprendre la situation biologique traduite par l'expression d'AC133 (témoin d'initiation de tumeurs, d'agressivité tumorale ou d'hypoxie) ii) de développer une nanomédecine reconnaissant l'épitope AC133, iii) de déterminer, au regard de sa distribution au niveau de protrusions membranaires, le rôle fonctionnel de CD133/AC133. A partir de modèles in vitro et in vivo de glioblatomes humains implantés dans le cerveau de souris immunodéprimées (SCID), nos résultats établissent qu'AC133 est un témoin de non exposition chronique à une pression partielle élevée en oxygène (21% O2 versus 3% O2). Dans ce contexte la stratégie shRNA knockdown démontre que HIF-1α est un des régulateurs de l'expression d'AC133. L'absence d'AC133 à 21% O2 au sein de populations non triées de cellules de glioblastomes n'est pas reliée à l'initiation de tumeur mais en revanche associée à une perte d'agressivité tumorale. La cible AC133 a donc été choisie pour développer des nanocapsules lipidiques (NCLs) capables de reconnaitre des CSCs. A l'aide d'un polymère bifonctionnel, le DSPE-PEG2000-maleimide et de l'anticorps monoclonal AC133, une lipo-immunoglobuline (DSPE-PEG2000-maleimide- AC133), a été synthétisée puis post-insérée dans des NCLs permettant l'obtention d'immuno-NCLs. Ces nano-objets ont démontré leur fonctionnalité par leur spécificité de liaison à des cellules Caco-2 exprimant constitutivement AC133. Enfin, dans une dernière étude focalisée sur le rôle de AC133/CD133 dans l'endocytose, nous démontrons par siRNA knockdown sur des cellules Caco-2 que AC133/CD133 inhibe l'internalisation cellulaire de transferrine et de NCLs. De manière intéressante, l'augmentation de la concentration extracellulaire en fer, connue pour diminuer l'expression du récepteur de la transferrine, régule également négativement celle d'AC133, indiquant un rôle d'AC133/CD133 dans l'endocytose et dans le métaboslime du fer. L'ensemble de ce travail de thèse a donc permis de développer de nouveaux nano-outils et de mieux appréhender leur utilité pour l'application de nanomédicines visant à éliminer et/ou modifier leur comportement de CSCs AC133 positives.

En se focalisant sur l'administration de médicaments dans et vers le système nerveux central et notamment pour le traitement du glioblastome, ce travail de thèse a eu pour but la mise en place d'outils expérimentaux et l'évaluation du comportement de nanovecteurs au cours du franchissement de barrières biologiques. Trois types de nanovecteurs de taille variant entre 20 et 100nm ont été appréhendés : des nanoparticules de polysaccharide, de PLGA et des nanocapsules lipidiques (LNC). Le comportement de ces objets vis-à-vis des éléments du sang a permis de définir que le revêtement par la transferrine de nanoparticules de PLGA et l'insertion de phospholipides ou de BSA dans des nanoparticules polysaccharidiques diminuait leur reconnaissance par le système réticulo-endothélial et améliorait leur temps de résidence plasmatique. Ces modifications de surface sont également associées à une possibilité d'internalisation dans les cellules cibles F98 de gliomes influencée essentiellement par la nature lipidique ou polymérique du vecteur. L'évaluation précise du comportement cellulaire et subcellulaire des LNC dans les cellules F98 a permis de démontrer que si la nature du vecteur est impliquée notamment en ce qui concerne le recrutement de voies d'endocytoses cholestéroldépendantes, la taille, corrélée au taux de surfactant véhiculé, est également impliquée. Les LNC de 20nm sont ainsi les plus aptes à permettre l'échappement lysosomal des principes actifs véhiculés et démontrent des activités pharmacologiques renforcées notamment pour ce qui concerne la mort cellulaire induite par le paclitaxel. Ces résultats établissent donc un lien original entre le comportement subcellulaire des vecteurs et la biodisponibilité des agents anticancéreux. De nouvelles potentialités de franchissement de barrières ligand- ou taille-dépendants ont été soulignées. Ces observations renforcent donc l'intérêt d'études comparatives permettant de rationaliser l'utilisation d'un vecteur donné pour un médicament et une cible donnés. Elles démontrent également tout l'intérêt d'établir des justifications entre le comportement biologique et la pertinence thérapeutique des nanovecteurs.