Les lymphomes diffus à grandes cellules B (DLBCL) sont la forme de lymphomes non–Hodgkiniens agressifs la plus fréquente chez l’adulte, et sont très hétérogènes à la fois sur le plan biologique et clinique. Bien que plus de la moitié des patients peuvent être guéris avec le traitement standard R-CHOP (combinant la polychimiothérapie CHOP aux anti-CD20 comme le rituximab) 30 à 40 % des patients échappent ou sont réfractaires au traitement, déterminant des morbidités et mortalités importantes liées au nombre limité d’alternatives thérapeutiques. L’objectif des travaux de cette thèse était centré sur les mécanismes de résistance thérapeutique dans ces lymphomes, et plus particulièrement les résistances au rituximab. Dans une première partie de la thèse, nous avons étudié le rôle de facteurs endogènes neuropeptidiques, les neurotrophines (NTs), et l’implication de leur signalisation dans la survie des cellules tumorales et leur sensibilité à l’apoptose induite par le rituximab. Nous avons montré dans un premier temps que les cellules B tumorales des patients présentaient des taux parfois élevés de neurotrophines (NGF, BDNF) et de leurs récepteurs de haute (Trk) et de basse affinité p75NTR. Puis les résultats obtenus in vitro sur des lignées cellulaires humaines de DLBCL et in vivo (xénogreffes tumorales) ont mis en évidence l’existence d’un axe de survie BDNF/TrkB/p75NTR pouvant interférer avec l’efficacité de l’immunothérapie. Cet axe contribue à la survie des cellules tumorales et pourrait aussi participer à la résistance thérapeutique aux anti-CD20 en modulant l’expression du CD20 à la surface des exosomes. En effet ces microvésicules, sécrétées en grande quantité par les cellules B tumorales, expriment le CD20 à leur surface et seraient à ce titre impliquées dans l’échappement thérapeutique en réalisant des « récepteurs –leurres » vis-à-vis des anticorps thérapeutiques. Dans une 2e partie de cette thèse, nous avons évalué dans les DLBCL le rôle potentiel de nouvelles cibles émergentes en oncologie, les prohibitines (PHBs) et le facteur d’initiation de la traduction eIF4A. Pour cela, nous avons utilisé un ligand de ces acteurs cellulaires de la famille des flavaglines, le FL3. Nous avons montré que le FL3 présente un effet apoptotique très important in vitro sur les lignées cellulaires de DLBCL et in vivo sur les tumeurs induites chez la souris. Nos travaux ont permis d’en préciser les mécanismes moléculaires, mettant en évidence le rôle des PHBs en lien notamment avec l’activation d’Erk1/2, et la formation et l’activité du complexe eIF4F dans la survie des cellules de DLBCL. Les données préliminaires obtenues à partir des biopsies de patients montrent, de plus, que la forte expression de PHB1 pourrait avoir une valeur pronostique dans ces lymphomes. L’ensemble de nos travaux ont permis de mettre en évidence de nouvelles voies de survie et d’échappement thérapeutique dans les DLBCL, qui pourraient permettre d’identifier aussi de nouveaux marqueurs biologiques à valeur diagnostique et/ou pronostique pour le choix de thérapies ciblées. / Diffuse large B cell Lymphomas (DLBCL) are the most aggressive and heterogeneous biological and clinical form of non-Hodgkin lymphomas in adults. Although more than 50% of patients can be cured with standard therapy R-CHOP (combining the CHOP chemotherapy to the anti-CD20 as rituximab) 30 to 40% of patients exhibit primary refractory disease or relapse after initial response to therapy, determining morbidities and significant mortality related to the limited number of treatment options. The aim of this thesis was focussed on therapeutic resistances of these lymphomas, notably those of rituximab. In the first part of this thesis, we have evaluated the role of endogenous factor signaling, the neurotrophins (NTs), in DLBCL cell survival and sensitivity to the cytotoxicity of rituximab. We showed first that a high expression of neurotrophines (NGF, BDNF) and their high (Trk) and low (p75NTR) affinity receptors was often found in tumor B cells of DLBCL patients. Results obtained in vitro, on human cell lines of DLBCL, but also in vivo (xenografts) showed evidence of a survival BDNF/TrkB/p75NTR axis that can interfere with the efficacy of immunotherapy. This axis promotes survival of tumor cells and may also participate in rituximab resistance in regulating CD20 expression at the surface of exosomes. Indeed, these microvesicles, secreted in large amounts by the tumoral B cells, express the CD20 and would be involved in the therapeutic escape acting as decoy receptors upon rituximab exposure. In the second part of the thesis, we evaluated in DLBCL the potential role of new oncogenic targets, PHBs proteins and the initiation factor of translation eIF4A. To this end, we used one of their ligands, a synthetic flavagline named FL3. We showed that FL3 determines a strong apoptosis in vitro on DLBCL cell lines and in vivo on tumors induced in mice (xenografts). Our works have clarified the molecular mechanisms, demonstrating involvement of PHBs, in correlation with ERK1/2 activation, and eIF4F complex formation and activity. Preliminary data obtained in patient biopsies showed a high expression of PHB1 in tumor B cells that may be decisive for cell survival and patient outcome lymphomas.Overall, present results show evidence of new survival and rituximab escape mechanisms in DLBCL, that should allow to identify new diagnostic and prognostic biomarkers for alternative therapeutic options.

Les exosomes sont des vésicules d'origine endocytaire sécrétées par les cellules dans leur environnement après fusion des endosomes multivésiculés avec la membrane plasmique. Ils représentent un nouveau moyen de communication cellulaire par le transfert intercellulaire de protéines, de lipides et d'ARN. Dans le laboratoire, nous nous intéressons aux rôles que pourraient jouer les exosomes neuronaux dans le système nerveux central. Nous avons montré que les neurones matures sécrètent des exosomes. Nous avons mis en évidence que cette sécrétion est directement reliée à l'activité synaptique glutamatergique et à une entrée de Ca2+. Nous avons également découvert que la partie C-terminale de la chaîne lourde de la toxine du tétanos peut être sécrétée par voie exosomale. Nous avons observé que les exosomes la contenant sont repris par des neurones en culture. Un tel cargo semble d'ailleurs influencer le devenir des exosomes. De plus, pour étudier la recapture des exosomes, nous avons utilisé des exosomes de cellules N2a exprimant la tétraspanine CD63 fusionnée à la GFP. En incubant des neurones d'hippocampe avec des exosomes GFP-CD63, nous sommes parvenus à démontrer qu'ils étaient endocytés par les neurones receveurs. Cependant, bien que les exosomes semblent avoir été internalisés, nos résultats suggèrent que leur trafic serait indépendant de la voie endocytaire classique. Enfin, nous nous sommes intéressé au contenu en ARN des exosomes de N2a et de neurones. Nous avons démontré qu'ils contenaient majoritairement des ARN courts (≤ 200 nucléotides) parmi lesquels, les microARN 132 et 138. Les microARN sont de puissants régulateurs de l'expression génique. Leur transfert, via les exosomes, représenterait une nouvelle voie de régulation très fine et avec un impact conséquent sur le fonctionnement du système nerveux. Les exosomes neuronaux pourraient donc jouer un rôle dans la physiologie normale de la synapse, en permettant l'échange d'ARN et de récepteurs aux neurotransmetteurs entre neurones. Ils pourraient également être impliqués dans la propagation de protéines pathogènes comme la toxine du tétanos et la propagation de certaines maladies neurodégénératives comme Alzheimer et Creutzfeldt-Jacob. L'ensemble de nos résultats suggère que les exosomes joueraient un rôle-clé dans le système nerveux central, de par leur implication dans des processus physiologiques et pathologiques. / Exosomes are vesicles of endocytic origin released by cells into their environment on fusion of multivesicular endosomes with the plasma membrane. They represent a novel mechanism of cell communication by intercellular transfer of proteins, lipids and RNAs. In our laboratory, we are interested in the roles neuronal exosomes could play in the central nervous system. We first showed that mature neurons secrete exosomes and that this is regulated by synaptic glutamatergic activity and by Ca2+ influx. We next demonstrated that the C-terminal part of the tetanus toxin heavy chain can be released in association with neuronal exosomes which can then be taken up by other neurons. Moreover, such a cargo seems to influence the actual fate of the exosome. In order to further examine exosome reuptake, we used exosomes from N2a cells expressing the tetraspanin CD63 fused to the green fluorescent protein, GFP. By incubating cultured hippocampal neurons with GFP-CD63 exosomes, we succeeded in proving that they were found inside the recipient neurons. However, although exosomes are internalized, our results suggest that their traffic is independent of the classical endosomal pathway. We also studied the RNAs contained in the N2a and neuronal exosomes. These were mainly short RNAs (≤ 200 nucleotides) including microRNAs 132 and 138. MicroRNAs are key regulators of gene expression. Their transfer by exosomes could represent a new way for fine regulation with a potentially powerful impact on the nervous system. Neuronal exosomes could play a crucial role in the normal physiology of synapses, by allowing the exchange of RNAs and neurotransmitter receptors between neurons. They could also propagate pathogenic proteins such as tetanus toxin and be involved in neurodegenerative disorders such as Alzheimer's and Creutzfeldt-Jacob's diseases. Altogether, our results pave the way towards the demonstration that exosomes play an important part in the functioning of the central nervous system via their involvement in physiological and pathological processes.

L’arthrose et la polyarthrite rhumatoïde sont deux atteintes ostéo-articulaires qui affectent les tissus cartilagineux et osseux. Elles représentent un réel problème de santé publique de par leur prévalence et le manque de traitements curatifs. Des approches innovantes de thérapie cellulaire sont en cours d’évaluation dans ces maladies. Elles sont basées sur l’utilisation des cellules souches mésenchymateuses (CSM), qui possèdent des propriétés immunosuppressives et régénératrices, et pourraient apporter de nouveaux espoirs aux patients. Ces cellules sécrètent des vésicules extracellulaires, moyen de communication intercellulaire puissant, qui sont classées en 3 populations : exosomes, microparticules (MPs) et corps apoptotiques. Dans cette étude, nous proposons d’étudier et de comparer les effets in vitro et in vivo des exosomes et des MPs sécrétés par les CSMs. Nous montrons pour la première fois que les exosomes et les MPs de CSMs exercent in vitro des effets anti-inflammatoires, anti-apoptotiques et chondroprotecteurs similaires. In vivo, seuls les exosomes exercent un effet thérapeutique dans un modèle expérimental de polyarthrite rhumatoïde. En revanche dans un modèle expérimental d’arthrose, les exosomes et les MPs protègent le cartilage et l’os de la dégradation et ce, de manière équivalente. Cette étude est la première preuve de concept que des exosomes et/ou des MPs isolés de CSMs ont un effet thérapeutique dans des maladies rhumatismales. / Osteoarthritis and rheumatoid arthritis are osteoarticular diseases affecting primarily cartilage and bone. They are a high public health problem because of their prevalence and absence of curative treatment. Innovating cell therapy approaches are being evaluated in the clinic for treating these diseases. They rely on the use of mesenchymal stem cells (MSCs), which display immunosuppressive and regenerative functions and could provide new hope for patients. These cells release extracellular vesicles, which are very powerful tools for intercellular communication and are classified into 3 populations: exosomes, microparticles (MPs) and apoptotic bodies. In the present study, we characterize and compare the in vitro and in vivo effects of MSC-derived exosomes and MPs. We show for the first time that exosomes and MPs exert in vitro anti-inflammatory, anti-apoptotic and chondroprotective functions. In vivo, only exosomes exert a therapeutic effect in an experimental model of inflammatory arthritis. However in a model of osteoarthritis, both exosomes and MPs protect cartilage and bone from degradation, in a similar fashion. This study provides the proof-of-concept that MSC-derived exosomes and/or MPs exert a therapeutic effect in rheumatic diseases.

Les vésicules extracellulaires telles que les microvésicules et les exosomes sont libérées lors de l’apoptose ou de l’activation cellulaire. Ce sont des médiateurs importants dans la communication intercellulaire, suggérant que ces vésicules pourraient jouer un rôle physiopathologique, en particulier dans les maladies cardiovasculaires. L'athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique de la paroi artérielle qui résulte de l’interaction entre les lipoprotéines, les cellules inflammatoires, et les cellules vasculaires. L'infarctus du myocarde est une complication aiguë et grave de l'athérosclérose. La réaction inflammatoire post-infarctus joue un rôle central dans la formation de néovaisseaux sanguins et la cicatrisation. Cependant, les mécanismes de l’inflammation sont encore mal connus dans ces pathologies. Mon travail de thèse a porté sur les effets des vésicules extracellulaires isolées de tissus pathologiques sur les cellules inflammatoires. Nous avons montré dans un premier travail que les microvésicules s’accumulant dans les lésions d’athérosclérose humaines contribuent à la surcharge en cholestérol et en triglycérides des macrophages et facilitent la formation de cellules spumeuses. L’accumulation des lipides intracellulaires induite par ces microvésicules est contrebalancée par une augmentation de l’efflux du cholestérol associée à une activation d’ABCA1. Dans un deuxième travail, nous avons examiné les effets des vésicules produites dans le cœur post-infarctus sur la réponse inflammatoire. Nos résultats montrent : 1- une augmentation de la libération in situ des microvésicules majoritairement d’origine cardiomyocytaire et des exosomes 15 heures après infarctus ; 2- la stimulation de la production de VEGF monocytaire par les vésicules extracellulaires ; 3- l’incapacité en ce qui concerne les vésicules isolées de cœur diabétique infarci à reproduire cet effet sur les monocytes des souris contrôles. Afin de clarifier les déterminants de l’angiogenèse post-ischémique, nous avons également étudié les profils de miARNs des vésicules contrôles et diabétiques. Après infarctus du myocarde, l’expression de miR-126-3p et de miR-92a-3p est significativement diminuée dans les vésicules diabétiques en comparaison avec les vésicules contrôles. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de miR-126-3p et de miR-92a-3p respectivement dans les microvésicules et les exosomes chez les souris contrôles post-infarctus. En conclusion, ce travail apporte des éléments nouveaux sur les fonctions des vésicules extracellulaires générées localement dans les tissus inflammatoires, en particulier leur capacité à promouvoir la transformation des macrophages en cellules spumeuses dans la plaque. Par ailleurs, les vésicules isolées du cœur ischémique pourraient favoriser l’angiogenèse post-infarctus en stimulant la production de VEGF monocytaire. La disparition de cet effet bénéfique dans le diabète pourrait être associée à des modifications d’adressage des miARNs dans les vésicules extracellulaires au cours de cette pathologie. / Extracellular vesicles, such as microvesicles and exosomes, are released during cell apoptosis or activation. They are important mediators of intercellular communication, suggesting that these vesicles could play a pathophysiological role, especially in cardiovascular diseases. Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease of the arterial wall which results from the interaction between lipoproteins, inflammatory cells, and vascular cells. Myocardial infarction is an acute and severe complication of atherosclerosis. The postinfarction inflammatory response plays a central role in the formation of new blood vessels and scarring. However, the mechanisms of inflammation are still poorly known in these pathologies. My thesis concerned the effects of extracellular vesicles isolated from pathological tissues on inflammatory cells. We showed in the first work that microvesicles accumulating in human atherosclerotic lesions contribute to cholesterol and triglyceride overload in macrophages and facilitate foam cell formation. The accumulation of the intracellular lipids induced by those microvesicles is offset by an increase in cholesterol efflux associated with activation of ABCA1. In the second study, we examined the effect of vesicles produced in the infarcted heart on the inflammatory response. Our results showed : 1- an increased release in situ of microvesicles mostly of cardiomyocyte origin and exosomes 15 hours after infarction ; 2- the stimulation of monocyte VEGF production by extracellular vesicles ; 3- the incapacity of diabetic vesicles isolated from infarcted heart to reproduce that effect on control mice monocytes. In order to clarify the determinants of postischemic angiogenesis, we also studied miRNA profiles of control and diabetic vesicles. After myocardial infarction, the expression level of miR-126-3p and miR-92a-3p was significantly decreased in diabetic vesicles compared to control vesicles. Furthermore, we observed an increased expression of miR-126-3p and miR-92a-3p respectively in the microvesicles and the exosomes isolated from control mice heart after myocardial infarction. In conclusion, this work provides new information on the functions of extracellular vesicles locally generated in inflamed tissues, particularly in promoting macrophage transformation into foam cells in the atherosclerotic plaque. Furthermore, vesicles isolated from ischemic heart could enhance postinfarction angiogenesis by stimulating monocyte VEGF production. The loss of this beneficial effect in diabetes may be associated with changes of miRNA cargo in extracellular vesicles in this pathology.

Les vésicules extracellulaires telles que les microvésicules et les exosomes sont libérées lors de l’apoptose ou de l’activation cellulaire. Ce sont des médiateurs importants dans la communication intercellulaire, suggérant que ces vésicules pourraient jouer un rôle physiopathologique, en particulier dans les maladies cardiovasculaires. L'athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique de la paroi artérielle qui résulte de l’interaction entre les lipoprotéines, les cellules inflammatoires, et les cellules vasculaires. L'infarctus du myocarde est une complication aiguë et grave de l'athérosclérose. La réaction inflammatoire post-infarctus joue un rôle central dans la formation de néovaisseaux sanguins et la cicatrisation. Cependant, les mécanismes de l’inflammation sont encore mal connus dans ces pathologies. Mon travail de thèse a porté sur les effets des vésicules extracellulaires isolées de tissus pathologiques sur les cellules inflammatoires. Nous avons montré dans un premier travail que les microvésicules s’accumulant dans les lésions d’athérosclérose humaines contribuent à la surcharge en cholestérol et en triglycérides des macrophages et facilitent la formation de cellules spumeuses. L’accumulation des lipides intracellulaires induite par ces microvésicules est contrebalancée par une augmentation de l’efflux du cholestérol associée à une activation d’ABCA1. Dans un deuxième travail, nous avons examiné les effets des vésicules produites dans le cœur post-infarctus sur la réponse inflammatoire. Nos résultats montrent : 1- une augmentation de la libération in situ des microvésicules majoritairement d’origine cardiomyocytaire et des exosomes 15 heures après infarctus ; 2- la stimulation de la production de VEGF monocytaire par les vésicules extracellulaires ; 3- l’incapacité en ce qui concerne les vésicules isolées de cœur diabétique infarci à reproduire cet effet sur les monocytes des souris contrôles. Afin de clarifier les déterminants de l’angiogenèse post-ischémique, nous avons également étudié les profils de miARNs des vésicules contrôles et diabétiques. Après infarctus du myocarde, l’expression de miR-126-3p et de miR-92a-3p est significativement diminuée dans les vésicules diabétiques en comparaison avec les vésicules contrôles. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de miR-126-3p et de miR-92a-3p respectivement dans les microvésicules et les exosomes chez les souris contrôles post-infarctus. En conclusion, ce travail apporte des éléments nouveaux sur les fonctions des vésicules extracellulaires générées localement dans les tissus inflammatoires, en particulier leur capacité à promouvoir la transformation des macrophages en cellules spumeuses dans la plaque. Par ailleurs, les vésicules isolées du cœur ischémique pourraient favoriser l’angiogenèse post-infarctus en stimulant la production de VEGF monocytaire. La disparition de cet effet bénéfique dans le diabète pourrait être associée à des modifications d’adressage des miARNs dans les vésicules extracellulaires au cours de cette pathologie. / Extracellular vesicles, such as microvesicles and exosomes, are released during cell apoptosis or activation. They are important mediators of intercellular communication, suggesting that these vesicles could play a pathophysiological role, especially in cardiovascular diseases. Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease of the arterial wall which results from the interaction between lipoproteins, inflammatory cells, and vascular cells. Myocardial infarction is an acute and severe complication of atherosclerosis. The postinfarction inflammatory response plays a central role in the formation of new blood vessels and scarring. However, the mechanisms of inflammation are still poorly known in these pathologies. My thesis concerned the effects of extracellular vesicles isolated from pathological tissues on inflammatory cells. We showed in the first work that microvesicles accumulating in human atherosclerotic lesions contribute to cholesterol and triglyceride overload in macrophages and facilitate foam cell formation. The accumulation of the intracellular lipids induced by those microvesicles is offset by an increase in cholesterol efflux associated with activation of ABCA1. In the second study, we examined the effect of vesicles produced in the infarcted heart on the inflammatory response. Our results showed : 1- an increased release in situ of microvesicles mostly of cardiomyocyte origin and exosomes 15 hours after infarction ; 2- the stimulation of monocyte VEGF production by extracellular vesicles ; 3- the incapacity of diabetic vesicles isolated from infarcted heart to reproduce that effect on control mice monocytes. In order to clarify the determinants of postischemic angiogenesis, we also studied miRNA profiles of control and diabetic vesicles. After myocardial infarction, the expression level of miR-126-3p and miR-92a-3p was significantly decreased in diabetic vesicles compared to control vesicles. Furthermore, we observed an increased expression of miR-126-3p and miR-92a-3p respectively in the microvesicles and the exosomes isolated from control mice heart after myocardial infarction. In conclusion, this work provides new information on the functions of extracellular vesicles locally generated in inflamed tissues, particularly in promoting macrophage transformation into foam cells in the atherosclerotic plaque. Furthermore, vesicles isolated from ischemic heart could enhance postinfarction angiogenesis by stimulating monocyte VEGF production. The loss of this beneficial effect in diabetes may be associated with changes of miRNA cargo in extracellular vesicles in this pathology.

Les vésicules extracellulaires telles que les microvésicules et les exosomes sont libérées lors de l’apoptose ou de l’activation cellulaire. Ce sont des médiateurs importants dans la communication intercellulaire, suggérant que ces vésicules pourraient jouer un rôle physiopathologique, en particulier dans les maladies cardiovasculaires. L'athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique de la paroi artérielle qui résulte de l’interaction entre les lipoprotéines, les cellules inflammatoires, et les cellules vasculaires. L'infarctus du myocarde est une complication aiguë et grave de l'athérosclérose. La réaction inflammatoire post-infarctus joue un rôle central dans la formation de néovaisseaux sanguins et la cicatrisation. Cependant, les mécanismes de l’inflammation sont encore mal connus dans ces pathologies. Mon travail de thèse a porté sur les effets des vésicules extracellulaires isolées de tissus pathologiques sur les cellules inflammatoires. Nous avons montré dans un premier travail que les microvésicules s’accumulant dans les lésions d’athérosclérose humaines contribuent à la surcharge en cholestérol et en triglycérides des macrophages et facilitent la formation de cellules spumeuses. L’accumulation des lipides intracellulaires induite par ces microvésicules est contrebalancée par une augmentation de l’efflux du cholestérol associée à une activation d’ABCA1. Dans un deuxième travail, nous avons examiné les effets des vésicules produites dans le cœur post-infarctus sur la réponse inflammatoire. Nos résultats montrent : 1- une augmentation de la libération in situ des microvésicules majoritairement d’origine cardiomyocytaire et des exosomes 15 heures après infarctus ; 2- la stimulation de la production de VEGF monocytaire par les vésicules extracellulaires ; 3- l’incapacité en ce qui concerne les vésicules isolées de cœur diabétique infarci à reproduire cet effet sur les monocytes des souris contrôles. Afin de clarifier les déterminants de l’angiogenèse post-ischémique, nous avons également étudié les profils de miARNs des vésicules contrôles et diabétiques. Après infarctus du myocarde, l’expression de miR-126-3p et de miR-92a-3p est significativement diminuée dans les vésicules diabétiques en comparaison avec les vésicules contrôles. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de miR-126-3p et de miR-92a-3p respectivement dans les microvésicules et les exosomes chez les souris contrôles post-infarctus. En conclusion, ce travail apporte des éléments nouveaux sur les fonctions des vésicules extracellulaires générées localement dans les tissus inflammatoires, en particulier leur capacité à promouvoir la transformation des macrophages en cellules spumeuses dans la plaque. Par ailleurs, les vésicules isolées du cœur ischémique pourraient favoriser l’angiogenèse post-infarctus en stimulant la production de VEGF monocytaire. La disparition de cet effet bénéfique dans le diabète pourrait être associée à des modifications d’adressage des miARNs dans les vésicules extracellulaires au cours de cette pathologie. / Extracellular vesicles, such as microvesicles and exosomes, are released during cell apoptosis or activation. They are important mediators of intercellular communication, suggesting that these vesicles could play a pathophysiological role, especially in cardiovascular diseases. Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease of the arterial wall which results from the interaction between lipoproteins, inflammatory cells, and vascular cells. Myocardial infarction is an acute and severe complication of atherosclerosis. The postinfarction inflammatory response plays a central role in the formation of new blood vessels and scarring. However, the mechanisms of inflammation are still poorly known in these pathologies. My thesis concerned the effects of extracellular vesicles isolated from pathological tissues on inflammatory cells. We showed in the first work that microvesicles accumulating in human atherosclerotic lesions contribute to cholesterol and triglyceride overload in macrophages and facilitate foam cell formation. The accumulation of the intracellular lipids induced by those microvesicles is offset by an increase in cholesterol efflux associated with activation of ABCA1. In the second study, we examined the effect of vesicles produced in the infarcted heart on the inflammatory response. Our results showed : 1- an increased release in situ of microvesicles mostly of cardiomyocyte origin and exosomes 15 hours after infarction ; 2- the stimulation of monocyte VEGF production by extracellular vesicles ; 3- the incapacity of diabetic vesicles isolated from infarcted heart to reproduce that effect on control mice monocytes. In order to clarify the determinants of postischemic angiogenesis, we also studied miRNA profiles of control and diabetic vesicles. After myocardial infarction, the expression level of miR-126-3p and miR-92a-3p was significantly decreased in diabetic vesicles compared to control vesicles. Furthermore, we observed an increased expression of miR-126-3p and miR-92a-3p respectively in the microvesicles and the exosomes isolated from control mice heart after myocardial infarction. In conclusion, this work provides new information on the functions of extracellular vesicles locally generated in inflamed tissues, particularly in promoting macrophage transformation into foam cells in the atherosclerotic plaque. Furthermore, vesicles isolated from ischemic heart could enhance postinfarction angiogenesis by stimulating monocyte VEGF production. The loss of this beneficial effect in diabetes may be associated with changes of miRNA cargo in extracellular vesicles in this pathology.

Un biomarqueur est une molécule (ou un ensemble de molécules) présente dans l’organisme qui témoigne de l’apparition d’un processus pathologique. Il permet ainsi de dépister une maladie, d’en prédire sa gravité ou encore d’évaluer l’efficacité d’un traitement. Les liquides biologiques représentent des milieux de choix pour la recherche de biomarqueurs en pathologie humaine car leur collection est habituelle dans la prise en charge des patients et moins invasive comparée aux biopsies d’organes ou de tissus. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux exosomes présents dans ces liquides biologiques. Les exosomes sont des nanovésicules dont le diamètre est compris entre 30 et 100 nanomètres. Ils sont sécrétés par tous les types cellulaires et contiennent des protéines cytoplasmiques et membranaires spécifiques de leur cellule d’origine. L’intérêt majeur des exosomes isolés à partir des liquides biologiques, est qu’ils constituent une source de biomarqueurs. Ils peuvent donc être assimilés à une « biopsie liquide ». L’analyse des exosomes pourrait compléter utilement des examens classiques de dépistage, de diagnostic et de suivi d’une pathologie. Dans le cadre de projet de cette thèse, nous avons appliqué des techniques de protéomique à haut débit pour l’analyse des exosomes. Nous nous sommes tout d’abord intéressés à l’analyse du profil protéique des exosomes urinaires dans le contexte de deux pathologies du tractus urinaire : la cystinurie et le cancer du rein. La cystinurie est une néphropathie lithiasique d’origine génétique pour laquelle il y a peu de marqueurs biologiques pouvant prédire son évolution vers l’insuffisance rénale terminale. Nous avons développé une méthode de préparation des exosomes urinaire permettant d’analyser de façon reproductible leurs profils protéiques. Nous avons appliqué cette méthode à huit patients cystinuriques et comparé les résultats aux profils obtenus chez dix sujets sains. Un panel de 38 protéines différentiellement exprimé dans les exosomes des patients a été identifié et en partie validé par Western blot. Concernant le cancer du rein à cellules claires pour lequel le diagnostic nécessite des prélèvements invasifs par biopsie, nous avons analysé les exosomes urinaires de huit patients avant et après néphrectomie. Nous avons ainsi pu mettre en évidence un panel de 25 protéines surexprimées dans les exosomes des patients. Enfin, le dernier volet de cette thèse a été consacré à l’analyse des exosomes du lavage broncho-alvéolaire provenant de patients MV, maladie d’origine génétique qui atteint principalement les poumons. L’analyse des exosomes de lavage broncho-alvéolaire pourrait permettre de donner un éclairage nouveau sur la physiopathologie de la maladie. Nous avons réalisé la comparaison des profils protéiques des exosomes de quatre patients MV, et six patients asthmatiques. L’ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse montre que l’analyse protéomique des exosomes issus de fluides biologiques peut aider la recherche de biomarqueurs diagnostics ou pronostics de maladies. / A biomarker is a molecule (or a cluster of molecule) which will reflect the occurrence of a pathological state, giving us the ability to detect a disease, to predict its severity or to assess drug efficiency. Biological fluids are the golden standards for biomarker research in human as they are routinely collected for patients’ follow-up and are less invasive than biopsies. During my PhD, I focused on exosomes that can be found in these biological fluids. Exosomes are nanovesicles with a diameter ranging between 30 and 100 nanometers. Exosomes are secreted by all cell types and harbor cytoplasmic and membranous proteins specific of their cells of origins. One of the major interest of exosomes enriched from biological fluids is that they represent a valuable source of biomarkers. They can be considered as a « liquid biopsy ». Their analysis could complete classical diagnosis and follow-up tools. In this project, we applied high resolution, high throughput proteomic techniques for exosomes analysis. We firstly focused on protein profiles in urinary exosomes in the context of two urinary tract diseases: cystinuria and kidney cancer. Cystinuria is an inherited autosomal recessive disease that is characterized by the formation of cystine stones in the kidneys. To date, there are no markers to predict the evolution toward end stage renal disease. We developed a method to prepare exosomes in order to reproducibly analyze their protein profiles. We applied this method to eight cystinuria patients and compared their profiles to those of ten healthy subjects. A panel of 38 differentially expressed proteins in patients were found and validated by western blots. We also applied this method to patients with clear cell renal cell carcinoma, for which invasive biopsies are necessary for clear diagnosis. We analyzed urinary exosomes form eight patients before and after nephrectomy. We were able to highlight 25 overexpressed proteins in patients’ exosomes. Eventually, the last part of my thesis was dedicated to the analysis of exosomes enriched from bronchoalveolar lavage fluid collected in cystic fibrosis patients, a disease that affects mostly the lungs. Bronchoalveolar lavage fluid exosomes analysis could give a new insight on the mechanisms of this disease. We compared protein profiles in exosomes from four cystic fibrosis patients and six asthmatic patients. The whole point of this work is to show that proteomic analysis of exosomes isolated from biological fluids could become a golden standard for the discovery of diagnosis or prognosis biomarkers.

En pathologie tumorale, l’étude du micro-environnement tumoral doit prendre en compte différents modes de communication cellulaire : contacts directs entre membranes plasmiques, émission et réception de cytokines et enfin émission et internalisation d’objets biologiques plus complexes comme les microvésicules et les exosomes qui peuvent être assimilés à de véritables organites extra-cellulaires. Le virus d’Epstein-Barr (EBV) participe à l’oncogenèse de plusieurs affections malignes humaines d’origine épithéliale (carcinomes nasopharyngés ou NPC) ou lymphocytaire (lymphomes post-transplantation). Dans ces tumeurs, les cellules malignes qui sont infectées de façon latente par EBV libèrent des exosomes et des microvésicules qui contiennent des protéines et des acides nucléiques d’origine virale. L’étude de ces éléments doit permettre de mieux comprendre les interactions hôte-tumeur et de mettre en évidence de nouveaux biomarqueurs utiles pour le diagnostic précoce et la surveillance de la maladie sous traitement. Le premier objectif de ma thèse consistait à étudier la sécrétion par les cellules malignes d’une famille de microARN viraux appelés miR-BART et leur diffusion dans le sang périphérique chez les sujets porteurs de tumeurs associées à EBV. Pour la première fois j’ai mis en évidence une sécrétion d’exosomes porteurs de miR-BART par les cellules de NPC en culture in vitro. J’ai également montré que les miR-BART, particulièrement miR-BART7, sont détectables dans le plasma de sujets porteurs de NPC. Contrairement à ce qui se passe in vitro les miR-BART plasmatiques ne sont pas transportés par des exosomes. Des données obtenues chez la souris montrent qu’ils peuvent être transportés par des complexes extra-cellulaires que l’on peut précipiter au moyen d’anticorps anti-ago2. Nous cherchons à confirmer ces données sur des échantillons de plasma provenant de patients porteurs de NPC. Ces données pourront guider à l’avenir l’utilisation des miR-BART circulants comme source de biomarqueurs.Le deuxième volet de ma thèse avait pour but d’étudier les modifications du protéome des exosomes induites par une oncoprotéine du virus d’Epstein-Barr appelée LMP1 (latent membrane protein 1). J’ai montré que la LMP1, lorsqu’elle est exprimée dans les cellules lymphocytaires ou épithéliales, infectées ou non par EBV, induit la libération de la protéine PARP1 dans le milieu extra-cellulaire. Cette PARP1 extra-cellulaire n’est pas associée aux exosomes ni aux microvésicules mais à des nano-objets non-vésiculaires contenant notamment des histones et de l’ADN. Nous avons désignés ces objets sous le terme de complexes ADN-protéines extra-cellulaires. Nous ne savons presque rien de la biogenèse de ces complexes ; nous pensons qu’ils ne proviennent pas uniquement de cellules en apoptose. En revanche, des expériences préliminaires suggèrent que la présence de PARP1 dans ces complexes coïncide avec une activation permanente de la PARP1 induite dans les cellules productrices par l’expression de l’oncoprotéine LMP1. Cette hypothèse est en cours de vérification grâce à des expériences menées sur des lignées cellulaires exprimant différentes formes sauvages ou mutées de la LMP1. Ces données sur l’activation de la PARP1 et sur sa sécrétion induite par la LMP1 auront des retombées intéressantes pour notre compréhension des mécanismes d’oncogenèse et d’auto-immunité liés à l’infection par le virus d’Epstein-Barr. / The study of tumoral microenvironment should take into account different modes of intercellular communications: direct contacts between extracellular membranes, secretion and uptake of cytokines and finally emission and uptake of complex biological objects like exosomes and microvesicles.Epstein-Barr virus (EBV) is associated with several human malignancies of epithelial origin (Nasopharyngeal carcinoma or NPC) or of lymphoïd origin (post-transplant lymphoproliferative disorder or PTLD). In these tumors, malignant cells are latently infected by EBV and release exosomes and microvesicles containing viral nucleic acids and proteins. Studying them will enable a better understanding of tumor-host interactions and the discovery of new markers which could be useful for early diagnostic and the follow-up of the disease under treatment.The first aim of this thesis was to study the release by malignant cells of EBV microRNAs belonging to the BART family and their blood diffusion in patients bearing NPC tumors. For the first time, I’ve shown that exosomes released by NPC cells in vitro contain EBV miR-BART microRNAs. Moreover, ebv-miR-BART7 can be detected in the plasma of NPC patients. Unlike what is observed in vitro, circulating BART microRNAs are not carried by exosomes. Recent data from studies in xenografted mice show that they are carried by extra-cellular complexes which can be immunoprecipitated by anti-Ago2 antibodies. We are currently trying to confirm these data in plasma from NPC patients. This work will ease the use of miR-BARTs as potential biomarkers.The second aim was to study the proteome modifications induced by the EBV Latent Membrane Protein 1 protein (LMP1). I’ve shown that LMP1 expression in lymphoid or epithelial cells infected or not by EBV induces the release of PARP1 in the extra-cellular space. This extra-cellular PARP1 is not carried by exosomes or microvesicles but is embedded in non-vesicular nano-objects containing histones and DNA. We have called these objects “DNA-proteins complexes”. We don’t know how they are produced and released by cells. We think that they are not only secreted by apoptotic cells. Recent data show that this release of extra-cellular PARP1 is associated with PARP1 activation by LMP1 oncoprotein expression. We are trying to prove this hypothesis using cell lines expressing wild type or mutated LMP1. The release and the activation of PARP1 induced by LMP1 expression will help to understand the mechanisms of EBV-associated oncogenesis and auto-immunity.

La maladie de Crohn (MC) est une maladie inflammatoire chronique du tube digestif caractérisée par un état d’hyperactivation du système immunitaire intestinal. L’étiologie de cette maladie est encore mal connue mais les données cliniques et expérimentales montrent que l’étiologie de la MC fait intervenir des facteurs environnementaux, génétiques et infectieux entraînant une réponse immunitaire aberrante. A ce jour, aucun traitement spécifique n’est disponible et la MC représente un problème majeur de santé publique de par ses conséquences invalidantes, sa nature chronique et récidivante, et sa prévalence croissante. Plusieurs groupes dont le nôtre ont rapporté une colonisation anormale de la muqueuse intestinale des patients atteints de MC par des souches de E. coli adhérentes et invasives dénommées AIEC. La caractérisation des souches AIEC a montré qu’elles sont capables d’adhérer et d’envahir des cellules épithéliales intestinales, de survivre et se multiplier dans des macrophages et d’induire une forte réponse pro-inflammatoire. Des études récentes ont montré que l’autophagie est induite dans les cellules hôtes en réponse à l’infection par les AIEC afin de contrôler la réplication intracellulaire des AIEC.Les travaux menés au cours de cette thèse visent à étudier les mechanismes moleculaires impliqués dans l’interaction entre l’hôte et les AIEC avec 2 objectifs principaux : (i) étudier l’implication des exosomes dans les interactions hôte/AIEC, (ii) étudier l’implication de la voie de signalisation GCN2/eIF2α/ATF4 dans la réponse autophagique à l’infection par les AIEC. Concernant le premier axe de recherche, les résultats ont permis de mettre en lumière une fonction jusque-là inconnue des exosomes dans la communication cellule à cellule au cours des réponses de l’hôte à l’infection par les AIEC. Ainsi, nous avons mis en évidence que les exosomes sont impliqués à la fois dans la réplication intracellulaire des AIEC et dans les réponses immunitaires innées des cellules hôtes à l’infection. Les résultats du deuxième axe de recherche ont permis de révéler un rôle essentiel de la voie de signalisation GCN2/eIF2α/ATF4 dans la réponse autophagique de l’hôte à l’infection par les AIEC associés à la MC. Nous avons démontré que l’infection par les souches AIEC conduit à l’activation de cette voie de signalisation, entraînant la mise en place d’une machinerie autophagique efficace pour contrôler la réplication intracellulaire des AIEC et inhiber l’inflammation. / Crohn's disease (CD) is a chronic inflammatory disease of the digestive tract characterized by a state of hyperactivation of the intestinal immune system. The etiology of this disease is still poorly understood, but clinical and experimental data show that the etiology of CD involves environmental, genetic and infectious factors leading to an aberrant immune response. To date, no specific treatment is available and CD represents a major public health problem due to its disabling consequences, its chronic and recurrent nature, and its increasing prevalence. Several groups, including ours, have reported abnormal colonization of the intestinal mucosa of CD patients with adherent and invasive E. coli strains called AIEC. The characterization of AIEC strains has shown that they are able to adhere and invade intestinal epithelial cells, survive and multiply in macrophages and induce a strong pro-inflammatory response. Recent studies have shown that autophagy is induced in host cells in response to AIEC infection in order to control the intracellular replication of AIEC. The work conducted during this thesis aims to investigate the molecular mechanisms involved in interaction between host and AIEC with 2 main objectives: (i) to study the involvement of exosomes in host / AIEC interactions, (ii) to study the involvement of the GCN2 / eIF2α / ATF4 signaling pathway in the response autophagic to infection with AIEC. With regard to the first line of research, the results shed light on a hitherto unknown function of exosomes in cell-to-cell communication during host responses to AIEC infection. Thus, we have shown that exosomes are involved in both intracellular replication of AIECs and innate immune responses of host cells to infection. The results of the second line of research revealed a critical role for the GCN2 / eIF2α / ATF4 signaling pathway in the host autophagic response to AIEC infection associated with CD. We have shown that infection with AIEC strains leads to activation of this signaling pathway, leading to the establishment of autophagic machinery that is effective in controlling intracellular replication of AIEC and inhibiting inflammation.

Le syndrome métabolique (SM) est défini comme l'association de troubles favorisant les risques cardiovasculaires et le développement d'un diabète de type 2. Une personne atteinte de SM doit présenter au moins 3 critères sur les 5 suivants : une obésité abdominale; un taux élevé en triglycérides ; un faible taux en cholestérol HDL ; une hypertension et une hyperglycémie. Le SM est caractérisé par une dysfonction endothéliale, qui est définie par une diminution de la production de monoxyde d'azote (NO), et l'augmentation d’espèces réactives de l’oxygène, comme l'anion superoxyde (O2-), participant au stress oxydant. Dans notre étude, nous avons émis l’hypothèse que les exosomes pouvaient participer à la dysfonction endothéliale chez ces patients. Les exosomes sont des vésicules extracellulaires de petite taille (entre 30 à 100 nm), formées à partir du compartiment endo-lysosomal et libérées par la plupart des cellules. Suite à leur libération, elles peuvent interagir avec des cellules cibles et servir ainsi de vecteurs d'information biologique. Il a été montré que les exosomes pouvaient être impliqués dans de nombreuses pathologies. Ainsi, nous avons montré que les patients atteints de SM présentent un taux d’exosomes circulants augmenté, dont la taille est diminuée. De plus, les exosomes provenant de patients SM diminuent la production de NO dans les cellules endothéliale, qui s’accompagne d’une augmentation de l’O2-mitochondriale. Chez la souris, les exosomes de patients SM induisent une diminution du relâchement vasculaire. Les exosomes pourraient ainsi participer au développement de la dysfonction endothéliale chez les patients atteints de SM et pourraient être de biomarqueurs intéressants pour cette pathologie. / Metabolic syndrome (MetS) is defined as the combination of metabolic disorders leading to cardiovascular diseases and the development of type 2 diabetes. To be diagnosed with MetS, a person must present at least 3 of the following 5 metabolic risk factors: (i) abdominal obesity, (ii) high triglyceride levels,(iii) low HDL cholesterol levels, (iv) hypertension and (v) hyperglycaemia. MetS is characterized by endothelial dysfunction, which is defined by a decreased nitric oxide (NO) production, and an increased in reactive oxygen species such as superoxide (O2-), involved in oxidative stress. In our study, we hypothesized that exosomes could participate in the endothelial dysfunction observed in MetS patients. Exosomes are nanoscaled (30-100nm) extracellular vesicles produced from the endolysosomal compartment and released by most of the cells of the organism. Following their release, they can interact with their target cells and be considered as biological information carriers. Exosomes have been shown to be involved in many pathologies. Thus, we have shown that MetS patients displayed an increased circulating rate of exosomes whose sizes were decreased. In addition, we have observed that exosomes from MetS patients induced (i) a decrease of NO production in endothelial cells, and (ii) an increase in mitochondrial O2-. Furthermore, the exosomes originating from MetS patients induced a decrease invascular relaxation in mice. Thus, the exosomes could participate in the development of endothelial dysfunction in MetS patients and could be considered as biomarkers of interest for this pathology.