Dans le cadre de situations pathologiques, le rein peut être soumis à de multiples agressions toxiques, ischémiques et immunologiques pouvant favoriser la survenue d’une maladie rénale chronique et le développement d’une insuffisance rénale. En réponse à ces stress, les cellules du parenchyme rénal vont activer des processus biologiques adaptatifs permettant le maintien de la viabilité cellulaire et l’homéostasie de l’organe. Ces réponses adaptatives peuvent également activer l’immunité innée et induire le remodelage tissulaire (fibrogenèse et angiogenèse). Cependant, les mécanismes précis de cette régulation sont mal connus. L’objectif de ce travail a été de caractériser les mécanismes de régulation et les conséquences microenvironnementales (inflammation et angiogenèse) de l’activation de la réponse UPR (Unfolded Protein Response) et de l’autophagie, en réponse à des stress ischémiques et immunologiques. Dans un premier travail, nous avons montré que la réponse UPR est impliquée dans la génération d’une réponse inflammatoire induite par un stress métabolique dans des cellules tubulaires rénales. Le stress métabolique, caractérisé par une carence en glucose, induit un stress du RE et active la réponse UPR. Ce stress active le facteur NF-.B et favorise la transcription de cytokines et chimiokines pro-inflammatoires. La voie PERK/eIF2 : - n’est pas nécessaire à l’activation de l’inflammation mais amplifie l’expression des cytokines alors que la voie IRE1 - est impliquée dans la génération de cette réponse inflammatoire. De plus, l’ischémie aigue active le stress du RE et l’inflammation dans les reins de rat. Enfin, à partir de biopsies de déclampage de greffons rénaux, l’expression de GRP78, marqueur du stress du RE, et de NF-.B p65/RelA dans les tubules rénaux, est significativement plus élevée en comparaison avec des biopsies de greffons rénaux stables, à distance de la greffe. Dans un second travail, nous avons montré que la réponse UPR régule l’angiogenèse dans les cellules tubulaires rénales lors d’une carence en glucose. La voie PERK est un régulateur majeur de l’expression des facteurs angiogéniques (VEGFA, bFGF et angiogénine). De plus, l’expression de l’angiogénine est modulée par les voies PERK et IRE1.. Enfin, l’ischémie aigue induite chez le rat, active la réponse UPR parallèlement à l’augmentation de l’expression de VEGFA, bFGF et de l’angiogénine. Dans un troisième travail, nous avons mis en évidence un nouveau mécanisme par lequel l’interféron. (IFN.) active l’autophagie dans les cellules tubulaires rénales. Nous avons montré que l’IFN. entraine une déplétion en tryptophane, active la voie GCN2, une kinase eIF2., ce qui conduit à l’augmentation du flux autophagique. De plus, la supplémentation entryptophane et l’utilisation d’ARN interférence dirigés contre GCN2 inhibent l’autophagie induite par l’IFN. Enfin, l’autophagie intervient dans la régulation de la sécrétion de cytokines inflammatoires et de facteurs de croissance en réponse à l’IFN.. En conclusion, nous avons caractérisé dans ce travail des mécanismes originaux de régulation d’une réponse inflammatoire et angiogénique par la réponse UPR et l’autophagie en réponse à des stress ischémiques et immunologiques au sein de l’épithélium tubulaire rénal humain. / Under pathological conditions, kidney is subjected to multiple toxic, ischemic and immunological failures that promote the occurrence of chronic kidney disease and the development of acute kidney injury. In response to stress, renal parenchymal cells activate biological adaptive processes permitting the maintenance of cell viability and renal homeostasis. These adaptive responses can also activate innate immunity and induce tissue remodeling (fibrogenesis and angiogenesis). However, accurate mechanisms of this regulation are still unclear. The aim of this work was to characterize regulation mechanisms and micro environmental consequences(inflammation and angiogenesis) of the activation of the UPR (Unfolded Protein Response) and autophagy, in response to ischemic and immunological stress. In a first study, we demonstrated that the UPR is involved in the generation of inflammatory response induces by metabolic stress in tubular renal cells. Metabolic stress, characterized by glucose deprivation, induces an ER stress and activates the UPR. This stress activates NF-.B and promotes the transcription of pro inflammatory cytokines and chemokines. The PERK signaling is not required for the induction of inflammation but amplifies cytokine expression whereas IRE1 is involved in the generation of inflammatory response. Moreover, acute ischemia activates ER stress and inflammation in rat kidneys. Finally, from kidney transplant biopsies performed before implantation, the expression of GRP78, an ER stress marker, and NF-.B p65/RelA in renal tubules is significantly increased in comparison with stable human kidney transplant biopsies. In a second study, we showed that the UPR regulates angiogenesis in tubular renal cells during glucose deprivation. The PERK pathway is a major regulator of angiogenic factors expression (VEGFA, bFGF and angiogenin). Furthermore, angiogenin expression is modulated by PERK and IRE1. pathways. Finally, acute ischemia activates the UPR and, in parallel, increases VEGFA, bFGF and angiogenin expression in rat kidneys. In a third work, we identified a novel mechanism by which IFN. activates autophagy in human kidney epithelial cells. We showed that IFN. promotes tryptophan depletion, activates the eIF2. kinase GCN2, and leads to an increase of the autophagic flux. Moreover, tryptophan supplementation and RNA interference directed against GCN2 inhibit IFN.-induced autophagy. Finally,autophagy regulates the secretion of inflammatory cytokines and growth factors in response to IFN..In conclusion, we characterized in this work original mechanisms that regulate inflammatory and angiogenic responses by the UPR and autophagy in response to ischemic and immunological stress in tubular renal human epithelium.

Les dystrophies rétiniennes héréditaires (DRH) sont des maladies qui conduisent à une perte de la vision au cours de leur évolution. Les premiers essais cliniques utilisant la thérapie génique pour traiter ces maladies ont été réalisés et apportent des résultats encourageants. En amont de telles études, les essais précliniques s'effectuent le plus souvent sur modèle animal. Cependant, pour un certain nombre de DRH, il n'existe pas de modèle animal approprié ce qui compromet l'arrivée d'un traitement à un stade clinique. C'est le cas de la Choroïdérémie, qui représente 2% des DRH. La choroïdérémie est caractérisée par une perte de la vision nocturne dès la petite enfance et conduit à la cécité autour des 40-50 ans. Son diagnostic précoce et son évolution lente résultent en une grande fenêtre thérapeutique qui fait de la choroïdérémie une bonne candidate pour la thérapie génique. Sur le plan génétique, la maladie est causée par une mutation dans le gène CHM qui est localisé sur le chromosome X et code pour la Rab Escort Protein 1 (REP1). Cette protéine est impliquée dans le processus de prénylation de petites protéines GTPases, les protéines Rab. Afin de pallier au manque de modèle animal, nous avons généré au cours de ce travail de thèse, un modèle cellulaire humain de la choroïdérémie pour évaluer l'efficacité d'un protocole de thérapie génique sur le tissu réellement atteint in vivo. Pour cela, nous avons reprogrammé des fibroblastes de patient CHM-/y en cellules souches pluripotentes induites (iPS), que nous avons ensuite différenciées en Epithélium Pigmentaire Rétinien (EPR). Nous avons caractérisé cet EPR, montrant que c'est une couche monocellulaire polarisée possédant une morphologie et une expression de marqueurs caractéristiques. De plus, ce tissu est fonctionnel, sur le plan du transport de fluide et de la phagocytose, et possède le même phénotype biochimique que celui observé chez les patients. Dans un but de thérapie génique et afin d'évaluer le vecteur viral le plus efficace sur nos cellules, j'ai testé un panel de 5 sérotypes d'AAV et démontré que l'AAV2/5 est le plus efficient pour transduire un EPR dérivé de cellules iPS humaines. J'ai ensuite utilisé un AAV2/5-CAG-CHM afin d'évaluer l'efficacité fonctionnelle du vecteur et j'ai pu montrer qu'outre une expression correcte du transgène, le traitement de cellules de patients déficientes pour REP1 avec ce vecteur permet de restaurer une activité normale de prénylation. Nous avons donc démontré la supériorité d'efficacité de transduction de l'AAV2/5 dans des cellules d'EPR humain et soulignons le potentiel d'un modèle d'EPR pathologique dérivé de cellules iPS pour apporter une preuve de concept de thérapie génique en absence d'un modèle animal approprié. / Inherited retinal dystrophies (IRDs) lead to a progressive vision loss. The first clinical trials using gene transfer to treat such diseases have been performed with positive results. Prior to clinical trials, preclinical studies are usually performed on animal models. However, for many IRDs, appropriate animal models do not exist, which compromises their progress towards a clinical trial. An example of an IRD that lacks an appropriate model is choroideremia, which represents 2% of IRD patients. It is characterized by night blindness in childhood, followed by progressive loss of the visual field resulting in blindness by 40–50 years of age. Its early diagnosis and slow evolution result in a large therapeutic window making choroideremia a good candidate for gene therapy. Genetically, the disease is caused by a mutation in the CHM gene located on the X chromosome and encoding the Rab Escort Protein 1 (REP1). This protein is involved in the prenylation of small GTPases, the Rab proteins. To palliate the lack of an animal model, we generated a human cellular model of choroideremia in order to evaluate the efficacy of a gene therapy approach in the tissue that is affected in vivo.Towards this aim, we reprogrammed REP1-deficient fibroblasts from a CHM-/y patient into induced pluripotent stem cells (iPScs), which we differentiated into retinal pigment epithelium (RPE). We characterized the iPSc-derived RPE that is a polarized monolayer with a classic morphology, expresses characteristic markers, is functional for fluid transport and phagocytosis, and mimics the biochemical phenotype of patients. In terms of gene therapy and to evaluate the most efficient viral vector, I assayed a panel of 5 adeno-associated virus (AAV) vector serotypes and showed that AAV2/5 is the most efficient at transduce the iPSc-derived RPE. I then transduced the iPSc-derived RPE of a choroideremia patient with an AAV2/5-CAG-CHM and demonstrated that this vector is able to restore a normal prenylation function to the cells.To conclude, I demonstrated the superiority of the transduction efficiency of AAV2/5 in the iPSc-derived RPE and highlight the potential of a diseased RPE model derived from iPS cells to provide a proof of concept of gene therapy in the absence of a suitable animal model.

La résistance pléiotropique (MDR) est une propriété de certaines cellules relative à la capacité de rejeter ou d'évacuer une très large variété de substances potentiellement toxiques. Les pompes à l'origine de ce rejet sont des protéines membranaires appartenant à la superfamille ABC (ATP-Binding Cassette). Deux membres de cette famille ABC confèrent la propriété de résistance pléiotropique, P-gp (P-glycoprotein) et MRP1 (Multidrug Resistance-associated Protein). Nous avons mené une étude fonctionnelle sur l'activité de ces deux transporteurs dans la muqueuse olfactive à la fois chez le rat et la souris. Nous avons employé le test fluorométrique à la calcéine-AM sur des tranches coronales de la muqueuse olfactive incubées en présence d'inhibiteurs spécifiques des transporteurs de la résistance pléiotropique, vérapamil et cyclosporine A comme inhibiteurs de Pgp ainsi que probénécide et MK571 comme inhibiteurs de MRP1. Chacun de ces quatre inhibiteurs provoque une augmentation significative de l'intensité de la fluorescence.Afin de savoir si les transporteurs de la résistance pléiotropique peuvent être impliqués dans la réponse olfactive nous avons examiné les réponses évoquées par des odorants seuls ou mélangés à l'aide d'enregistrements d'électro-olfactogrammes (EOG). En présence des deux inhibiteurs de MRP1, l'amplitude maximale des EOG est significativement réduite pour chaque stimulus odorant testé, tandis que les inhibiteurs de Pgp n'ont qu'un effet modéré ou nul. L'expression des gènes codant pour Pgp et MRP1 dans l'épithélium olfactif ont ensuite été confirmées par RT-PCR. L'ensemble de ces résultats suggère que les transporteurs MRP1 et Pgp sont présents et fonctionnels dans l'épithélium olfactif principal des rongeurs et sont impliqués dans la réponse aux odorants. Leur fonction précise dans l'olfaction reste à élucider

L’augmentation de la prévalence mondiale des pathologies respiratoires et allergiques depuis la seconde moitié du 20ème siècle ainsi que l’émergence de symptômes spécifiques liés à des environnements clos dans les années soixante-dix, ont contribué à incriminer l’exposition à la pollution de l’air intérieur, en particulier aux composés organiques volatils (COV), comme facteur de risque dans l’apparition de ces pathologies. Les différentes approches épidémiologiques et expérimentales existantes ont permis de renseigner la composition, les sources, les déterminants et les effets de cette pollution en particulier sur l’appareil respiratoire humain, première voie d’exposition. A l’heure actuelle, les politiques expérimentales visent à substituer les expérimentations animales par le développement de méthodes alternatives, dont les méthodes in vitro, pour des raisons économiques et éthiques. Cependant, les modèles in vitro permettant l’étude des polluants environnementaux sur les cellules de l’arbre respiratoire sont encore peu développés. L’objectif de cette thèse est donc de proposer une approche expérimentale in vitro adaptée à l’étude d’impact des expositions de cellules épithéliales nasales humaines à des polluants environnementaux, en particulier les COV. La force de ce travail est d’avoir mis en place des méthodologies approchant les conditions réelles d’exposition, et de les avoir appliquées à des atmosphères d’environnement intérieur. Au terme de ces travaux, les acquis méthodologiques ont porté sur le modèle de cellules épithéliales nasales évoluant de la culture primaire à l’épithélium reconstitué, constitué de plusieurs types cellulaires, proche de l’épithélium respiratoire humain ; la génération d’atmosphère chargée en mono (formaldéhyde) ou multi-polluants (COV issus de peinture du commerce), et surtout son contrôle analytique, étape essentielle pour valider notre démarche expérimentale ; l’exposition répétée (jusqu’à 3 par semaine, de durée allant jusqu’à 2 heures, sur une période totale d’au moins un mois) en interface air-liquide, sans perte d’intégrité cellulaire, dynamique (sous flux d’air) pour les polluants gazeux, ou statique (sans flux) pour dépôt des particules ; l’étude morphologique et histologique de l’épithélium, développée comme marqueur d’effet complétant l’approche biologique centrée sur la réponse inflammatoire. L’exposition au formaldéhyde gazeux à une concentration proche des niveaux environnementaux intérieur, n’a pas eu d’effet sur les marqueurs de l’inflammation. Lors de l’exposition de l’épithélium reconstitué choisi (MucilAirTM, Société Epithelix) aux COV, une inhibition de la production spécifique d’IL-8 dépendant de la dose et du nombre d’exposition est observée, alors que l’intégrité tissulaire de l’épithélium n’est pas altérée. Le mécanisme de cette inhibition demande à être exploré plus avant. Pour autant, la réactivité du modèle, en matière de réaction inflammatoire et de changement de structure de l’épithélium a été validée lors d’expositions à un mélange environnemental complexe (particules de fumée de tabac). Notre approche in vitro innovante peut être élargie à l’étude d’autres atmosphères multi-polluants (chimiques, physiques et biologiques) afin d’être au plus proche des conditions réelles d’expositions, mais aussi à d’autres organes cibles. / Increase of respiratory diseases since the second half of the 20th century and emergence of specific symptoms related to closed environments contributed to suspect indoor air pollution, in particular volatile organic compounds (VOC), as a risk factor in the onset of these diseases. Epidemiological and experimental approaches are useful to determine its sources, determinants and effects on the human respiratory tract. Current experimental policies favor replacing animal experiments by alternative methods like in vitro methodologies, for economic and ethical reasons. Until now, in vitro models have been poorly developed to study environmental pollutants on respiratory cells. The objective of our work was to propose an experimental approach adapted to the study of the impact of environmental pollutants, particularly VOC, on human nasal epithelial cells. The strength of this work is to set up a methodology close to actual conditions of exposure, and apply them to indoor environment atmospheres. The methodology developed aimed to study reconstituted epithelium coming from primary culture of nasal cells, composed of several cell types, close to human respiratory epithelium; generate atmosphere charged with mono (formaldehyde) or multi-pollutant (VOC paint), and especially its analytical control (an essential step to validate our experimental approach); and repeated exposure (3 per week, until to two hours, over a total period of one month) at air-liquid interface without loss of cellular integrity, in dynamic conditions (under airflow) for gaseous pollutants, or static (without airflow) for particles. The setup of a morphological and histological approach allowed to complete biological effect (inflammatory response). Gaseous formaldehyde exposure at low concentration had no effect on inflammatory markers. VOC exposures on selected reconstituted epithelium (MucilAirTM, Epithelix Company) showed a decreased release of IL-8 depending on the dose and the number of exposure, without tissue damage. The mechanism of this effect needs to be further investigated. Responsiveness of the model, in terms of inflammation and structural changes of the epithelium was validated by assessing complex environmental mixture (tobacco smoke particles). Our innovative in vitro approach can be extended to the study of other multi-pollutant atmospheres (chemical, physical and biological) in order to get close to the actual conditions of exposure, but also by using other target organs.