Aux Antilles, la faible fréquence des coronaropathies pourrait être liée à des facteurs génétiques, ethniques et/ou une distribution spécifique des facteurs de risque cardio-vasculaire (FDRCV). Les propriétés l'ANP (Atrial Natriuretic Peptide) et l'influence de certains polymorphismes de son gène, fréquents dans les populations d'ascendance Africaine pourraient également être en cause. L'analyse des dossiers de 638 patients coronariens consécutifs a mis en évidence une forte prévalence de l'hypertension artérielle et du diabète dans cette population et révélé des différences significatives dans la prévalence des FDRCV entre Afro-Caribéens (AC), Caucasiens et descendants de migrants Indiens. L'analyse angiographique de 420 patients AC a révélé que le diabète était le FDRCV le plus fortement lié à la sévérité des lésions coronaires alors l'obésité apparaissait comme un facteur protecteur. La transfection in vitro, de cellules musculaires lisses artérielles par une construction adénovirale porteuse du gène de l'ANP a entrainé une inhibition de la prolifération et de la migration cellulaire de 31 % et 25% respectivement. In vivo, cet effet s'est traduit par une réduction de 25% de la formation néotimale et de 28% du rapport intima/média dans un modèle d'hyperplasie de carotide de rat. Dans étude transversale incluant 210 sujets diabétiques AC nous avons mis en évidence une association entre le polymorphisme rs5065 (22381>C) du gène de l'ANP et l'existence d'une coronaropatbie. Dans cette étude, l'odds ratio de la présence d'une coronaropathie chez les porteurs de l'allèle mineur de cette mutation (TC/CC) était de 0,50 (0,26- 0,96; P = 0,038). / In Guadeloupe and Martinique, the low frequency ofcoronary artery disease (CAD) could be related to genetic or ethniefactors and/or specifie distribution ofcardiovascular risk factors (CRFs). Atrial Natriuretic Peptide (ANP) properties and influence of sorne of ANP gene polymorphism that are frequent in populations of African descent could also be involved in CAD occurrence. We retrospectively studied 638 consecutive patients with documented CAO and found a high prevalence of hypertension and diabetes in this population. This study also demonstrated significant differences in the prevalence of CRFs between Afro-Caribbean (AC), Caucasians and Indians migrants. The angiographie analysis of420 patients revealed that in AC, diabetes emerged as the strongest CFR related to the severity ofcoronary lesions while obesity appeared as a protective factor. After transfection by an adenoviral construct carrying the ANP gene, vascular smooth muscle cell proliferation stimulated by 10% fetal calf serum was reduced by 31% and migration by 25%. In vivo, in rat carotid artery model ofvascular injury, neointima formation and intima/media ratio was reduced by 25% and 28% respectively. In a cross-sectional study inc1uding 210 AC diabetics we found an association between rs5065 (22381> C) polymorpbism and the presence of coronary artery disease suggesting that the minor allele could have a protective effect against CAD. The odds ratio for the presence ofCAD in carriers ofthe minor allele ofthis mutation (TC / CC) was 0.50 (0.26-0.96, P = 0.038).

L'évolution des organismes, des génomes et des gènes n'est pas strictement arborescente; les symbioses, les transferts horizontaux de gènes ou encore la fusion de gènes créent des objets composites formés de parties dont les histoires évolutives sont différentes. Ces processus non arborescents sont appelés introgressifs et ont un impact non négligeable en évolution. Ils sont à l'origine de transitions évolutives majeures comme l'émergence des eucaryotes, des eucaryotes photosynthétiques ou encore de nombreux groupes d'Archaea. Dans le cas des eucaryotes, l'association et la stabilisation d'une Archaea et d'une alpha-protéobactérie a permis l'émergence d'un nouveau groupe d'organismes composites aux propriétés émergentes. L'acquisition de la photosynthèse chez les eucaryotes s'est faite via l'endosymbiose d'une cyanobactérie et, bien que débattue, l'apparition des grands groupes d'Archaea semble être concomitante avec l'acquisition de nombreux gènes d'origine bactérienne. Ces superorganismes ont la particularité d'avoir des génomes composés de gènes de différents partenaires symbiotiques. L'objectif de mon travail de thèse a constitué à étudier l'aspect introgressif de l'évolution par des méthodes de réseaux de similarité de séquence et des méthodes phylogénétiques. Je me suis particulièrement focalisé sur la détection de nouveaux gènes chimériques nommés gènes symbiogénétiques (S-gènes) car composés de parties originaires des différents partenaires symbiotiques. De tels gènes existent dans les génomes et plusieurs règles d'association ont pu être mises en évidence. Plus généralement, la présence de S-gènes étend la notion de mosaïcisme génomique au niveau infra-génique. / Evolution of organisms, genomes and genes does not strictly follow a tree-like process; symbiosis, horizontal gene transfers and gene fusions build high level composite objects with components of phylogenetically distinct origins. Such processes have been called introgressive events and are significant in evolution. They are involved in some major evolutionary transitions such as eukaryogenesis, photosynthesis acquisition in eukaryotes and the origins of major archaeal clades. Eukaryogenesis would have involved (at least) two kinds of partners: an archaeon and an alpha-proteobacterium. Photosynthetic eukaryotes arose from the integration of a cyanobacterium into a eukaryotic cell and recent findings suggested that most archaeal lineages emerged after massive acquisitions of bacterial genes. These composite lineages carry highly chimeric genomes where genes from symbiotic partners co-localize into the same genome. During my PhD thesis, I used sequence similarity networks and phylogenetic methods in order to study reticulate evolution. My research specifically focused on a previously hidden component of composite genomes: symbiogenetic genes (S genes). These chimeric genes are found in genetic mergers, and originate from the association of genes of symbiotic partners. Some association rules have been discovered. In a broad perspective, the discovery of S-genes extends the concept of genome chimerism to the within-gene level.

The Mdm2 and Mdm4 oncoproteins are key negative regulators of the p53 tumor suppressor. However, their physiological contributions to the regulation of p53 stability and activity remain highly controversial. Here, we combined a p53 knock-in allele, in which p53 is silenced by a transcriptional stop element flanked by loxP sites, with the Mdm2- and Mdm4-null alleles. This approach allows Cre-mediated conditional p53 expression in tissues in vivo and cells in vitro lacking Mdm2, Mdm4, or both. Using this strategy, we show that Mdm2 and Mdm4 are essential in a nonredundant manner for preventing p53 activity in the same cell type (Mouse Embryonic Fibroblasts (MEFs), neuronal progenitor cells and postmitotic neurons) and irrespective of the proliferation/differentiation status of the cells. Although Mdm2 prevents accumulation of the p53 protein, Mdm4 contributes to the overall inhibition of p53 activity independent of Mdm2. We propose a model in which Mdm2 is critical for the regulation of p53 levels and Mdm4 is critical for the fine-tuning of p53 transcriptional activity, both proteins acting synergistically to keep p53 in check. Finally, we show that neither Mdm2 nor Mdm4 regulate cell cycle progression independently of its ability to modulate p53 function. / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les voies de signalisation Wnt jouent un rôle important dans divers processus de l’embryogenèse des métazoaires. Par exemple, les signaux WNT sont requis pour l’établissement de la polarité cellulaire, les mouvements de tissus ou la mise en place de la polarité antéropostérieure. La signalisation Wnt tire son nom des protéines WNTs qui sont des protéines secrétées capables de signaler via leurs récepteurs membranaires FRIZZLED (FZD). Une interaction WNT-FZD peut déclencher au moins trois cascades de signalisation distinctes, selon le contexte cellulaire et les couples WNT-FZD impliqués. Chez l'homme, la dérégulation des voies de signalisation Wnt conduit, au cours du développement, à des maladies congénitales, ou chez l'adulte, à des cancers. La compréhension de la diversité numéraire des wnt et des fonctions biologiques qu’ils exercent représente donc un challenge contemporain qu’il est nécessaire de relever, non seulement au titre de l’acquisition de nouvelles connaissances, mais aussi en vue du développement de nouvelles approches à but de diagnostic ou de thérapie. Lors de ma thèse, je me suis dans un premier temps attaché à décrire les patrons d’expression temporels et spatiaux de l’ensemble des gènes wnt et fzd présents chez l’oursin Paracentrotus lividus. L’oursin, comme l’homme, appartient au phylum des deutérostomiens. De plus, son développement est simple et ses embryons se prêtent à l’expérimentation, du fait de multiples approches disponibles pour ce modèle. Par ailleurs, contrairement au lignage des vertébrés, celui de l’oursin n’a pas subi de duplications complète de génome, exhibant ainsi la même diversité de familles de gènes, mais avec moins de redondance au sein de ces dernières, ce qui facilite leur analyse. Etudier les mécanismes qui régissent l'embryogénèse de l’oursin permet donc d’apporter des informations quant aux mécanismes régissant celle des deuterostomes. Mes résultats mettent en évidence que les ligands wnt et les récepteurs fzd sont exprimés de façon dynamique au cours de l’embryogenèse de P. lividus. Fait intéressant, jusqu’à la gastrulation, les gènes codant les récepteurs FZD, présentent des patrons d’expressions distincts, leur somme couvrant néanmoins la très vaste majorité des territoires embryonnaires. Ainsi, cette étude a permis d’établir un catalogue des compatibilités spatio-temporelles potentielles entre les protéines WNT et FZD durant l’embryogenèse d’un deutérostomien, ainsi que des hypothèses quant aux rôles possibles jouées par ces protéines durant ce processus. Dans un second temps, je me suis intéressé à retracer l’évolution des protéines WNT, et à déterminer s’il existait une fonction intrinsèque ancestrale des WNT qui soit conservée, parmi les métazoaires. Pour cela, j’ai d’une part analysé la composition des répertoires wnt de dix-sept espèces de métazoaires, la séquence primaire des protéines qu’ils encodent, la position relative des wnt au sein de leurs génomes respectifs et, pour certaines espèces, l’environnement génomique des wnt. D’autre part, j’ai contribué à vérifier si trois ligands WNT d’éponge et une séquence ancestrale, calculée à partir d’un échantillon de séquences de métazoaires, étaient capable d’activer les voies de signalisation Wnt lorsqu’exprimées chez trois animaux planulozoaires (cnidaires et bilatériens). Les données obtenues au cours de cette étude ont permis d’établir un modèle de diversification de la famille de gènes wnt chez les métazoaires et ont révélé l’existence de fonctions intrinsèques conservées parmi les ligands WNT. / The Wnt signaling pathways play crucial roles during several processes of metazoan embryogenesis. For instance Wnt signaling is involved in morphogenetic movements as well as cell polarity and anteroposterior polarity establishment. Wnt signaling takes its name from the WNT proteins, which are secreted molecules that signal through their cognate receptors, the FRIZZLED (FZD) proteins. A WNT-FZD interaction may trigger several distinct intracellular signaling cascades, depending on the cellular context and the WNT-FZD couples involved. In humans, a deregulation of WNT signaling during embryonic development or adult life leads to congenital diseases and cancers, respectively. Understanding the great diversity of wnt genes and their biological functions is thus a modern-day challenge, which needs to be addressed, not only to foster general knowledge, but also to allow the identification of novel therapeutic targets and approaches towards future new medical applications.In the course of my Ph.D., I first aimed at describing the spatial and temporal expression patterns of all wnt and fzd genes present in the sea urchin, Paracentrotus lividus. Like humans, sea urchins belong to the deuterostome phyla. In addition, the early development of the sea urchin is relatively simple and is easy to interfere with, thanks to the experimental approaches available for this model. Moreover, the sea urchin lineage did not undergo whole genome duplications, unlike humans, exhibiting the same diversity of gene families, but with less redundancy within the subfamilies, thereby facilitating functional analyses. Thus, studying the mechanisms that drive sea urchin embryogenesis represent a valuable asset to provide insights into the conserved mechanisms controlling the development of deuterostomes. My results show that wnt and fzd genes are expressed in a dynamic fashion throughout P. lividus embryogenesis. Interestingly, until the gastrulation, the genes encoding FZD receptors are expressed in distinct territories that, taken together, cover almost the entire embryo. Accordingly, this work allowed me to establish a catalog of possible WNT-FZD couples likely to form during the embryogenesis of a deuterostome animal, based on the compatibility of their respective spatiotemporal distribution, and to further provide insights into the potential biological functions of these WNT and FZD proteins during this process. The second goal of my Ph.D. was to reconstruct the evolution of the WNT proteins and to determine whether an ancestral intrinsic function of WNTs is conserved within metazoans. To this end, I analyzed the composition of the wnt repertoires of seventeen metazoan species, the primary sequences of the WNT proteins they encode, the relative positions of the wnts within their respective genomes, and, for selected species, the genomic environment of their wnts. In addition, I investigated whether three sponge WNT ligands and an ancestral WNT sequence, which was calculated from a sample of metazoan WNT sequences, are able to trigger Wnt signaling pathways, when expressed in three planulozoan (cnidarian and bilaterian) species. The data obtained during this study allows me to propose a model for the diversification of wnt genes in metazoans and revealed conserved intrinsic functional capabilities for the WNT ligands.

La sélection génomique, qui a révolutionné la sélection génétique des bovins laitiers notamment, est désormais envisagée dans d’autres espèces comme l’espèce caprine. La clé du succès de la sélection génomique réside dans la précision des évaluations génomiques. Chez les caprins laitiers français, le gain de précision attendu avec la sélection génomique était un des questionnements de la filière en raison de la petite taille de la population de référence disponible (825 mâles et 1945 femelles génotypés sur une puce SNP 50K). Le but de cette étude est d’évaluer comment augmenter la précision des évaluations génomiques dans l’espèce caprine. Une étude de la structure génétique de la population de référence caprine constituée d’animaux de races Saanen et Alpine, a permis de montrer que la population de référence choisie est représentative de la population élevée sur le territoire français. En revanche, les faibles niveaux de déséquilibre de liaison (0,17 entre deux SNP consécutifs) de consanguinité et de parenté au sein de la population, similaires à ceux trouvés en ovins Lacaune, ne sont pas idéaux pour obtenir une bonne précision des évaluations génomiques. De plus, malgré l’origine commune des races Alpine et Saanen, leurs structures génétiques suggèrent qu’elles se distinguent clairement d’un point de vue génétique. Les méthodes génomiques (GBLUP ou Bayésiennes) « two-step », basées sur des performances pré-corrigées (DYD, EBV dérégressées) n’ont pas permis une amélioration significative des précisions des évaluations génomiques pour les caractères évalués en routine (caractères de production, de morphologie et de comptages de cellules somatiques) chez les caprins laitiers. La prise en compte des phénotypes des mâles non génotypés permet d’augmenter les précisions des évaluations de 3 à 47% selon le caractère. L’ajout des génotypes de femelles issues d’un dispositif de détection de QTL améliore également les précisions (de 2 à 14%) que ce soit pour les évaluations two steps ou les évaluations basées sur les performances propres des femelles (single step). Les précisions sont augmentées de 10 à 74% avec les évaluations single step comparées aux évaluations two steps, ce qui permet d’atteindre des précisions supérieures à celles obtenues sur ascendance. Les précisions obtenues avec les évaluations génomiques multiraciales, bicaractères et uniraciales sont similaires même si la précision des valeurs génomiques estimées des candidats à la sélection est plus élevée avec les évaluations multiraciales. La sélection génomique est donc envisageable chez les caprins laitiers français à l’aide d’un modèle génomique multiracial single step. Les précisions peuvent être légèrement augmentées par l’inclusion de gènes majeurs tels que celui de la caséine αs1 notamment à l’aide d’un modèle « gene content » pour prédire le génotype des animaux non génotypés. / Genomic selection which is revolutionizing genetic selection in dairy cattle has been tested in several species like dairy goat. Key point in genomic selection is accuracy of genomic evaluation. In French dairy goats, gain in accuracy using genomic selection was questioning due to the small size of the reference population (825 males and 1 945 females genotyped). The aim of this study was to investigate how to reach adequate genomic evaluation accuracy in French dairy goat population. The study of reference population structure (Alpine and Saanen breeds) showed that reference population is similar to the whole population of French dairy goats. But the weak level of linkage disequilibrium (0.17 between two consecutive SNP), inbreeding and relationship between reference and candidate population were not ideal to maximize genomic evaluation accuracy. Despite their common origin, genetic structure of Alpine and Saanen breeds suggested that they were genetically distant. Two steps genomic evaluation (GBLUP, Bayesian) based on performances corrected for fixed effect (DYD, deregressed EBV) did not improve genetic evaluation accuracy compared to classical evaluations for milk production traits, udder type traits and somatic cells score classically selected in French dairy goat. Taking into account phenotypes of ungenotyped sires increased genomic evaluation from 3 to 47% depending on the trait considered. Adding female genotypes also improved genomic evaluation accuracies from 2 to 4% depending on the method (two steps or single step) and on the trait. When using gemomic evaluation directly based on female performances (single step), accuracy of genomic evaluation reach the level obtained from ascendance in classic evaluation which was not the case using two steps evaluations. Genomic evaluation accuracies were similar when using multiple-trait model, multi-breed or single breed evaluation. But accuracies derived from prediction error variances were better when using multi-breed genomic evaluations. Genomic selection is feasible in French dairy goats using single step multi-breed genomic evaluations. Accuracies could be slightly improved integrating major gene as αs1 casein especially when using « gene content » approach to predict genotypes of ungenotyped animals.

Le tendon est un organe impliqué dans de nombreux troubles musculo squelettiques. Les connaissances des différentes molécules impliquées dans la biologie des tendons permettent d’envisager des traitements par thérapie génique. L'objectif de cette thèse a été d'évaluer la faisabilité de transférer des gènes dans les tendons par deux méthodes non virales : une méthode chimique utilisant des nanoparticules de silice mésoporeuses et une méthode physique reposant sur l’utilisation des ultrasons et des microbulles de gaz (sonoporation). Dans une première étude, nous avons montré que des nanoparticules de silice mésoporeuses sont capables de transférer efficacement des gènes dans le tendon d’Achille de rat. Celles-ci ont été utilisées pour transférer le gène du facteur de croissance PDGF dans des tendons lésés. Nos résultats indiquent une accélération de la réparation du tendon lésé. Dans une deuxième étude, nous avons utilisé la sonoporation, technique jamais appliquée aux tendons. Nous avons déterminé les paramètres acoustiques permettant un transfert de gènes efficace dans le tendon d'Achille de souris. Une expression stable d’un transgène a été maintenue pendant 100 jours suite à une injection locale d’ADN en présence de microbulles de gaz. Nous avons ensuite utilisé cette méthode dans un modèle de souris transgénique invalidée pour le gène de la fibromoduline possédant des fibres de collagène anormales. Une restauration remarquable du phénotype de ces souris a été observée suite au transfert du gène de la fibromoduline. Nous avons ensuite étudié les interactions entre les microbulles, la membrane plasmique et le transfert de gènes dans les cellules sous ultrasons. Ces études ont permis d’identifier pour la première fois, une pénétration des microbulles de gaz dans la cellule et un trafic intracellulaire de l’ADN impliquant la voie d’endocytose clathrine dépendante. En conclusion, les deux méthodes de transfert de gènes non virales ont permis de transfecter des gènes efficacement dans les tendons. Ces résultats prometteurs permettent d’envisager leur exploitation pour des applications thérapeutiques dans les pathologies tendineuses. / Tendons are often involved in many musculoskeletal disorders. Knowledge of the different molecules involved in tendons biology allows to consider treatments based on gene therapy. The goal of my work was to evaluate the feasibility of gene transfer in tendons by using two non-viral methods: mesoporous silica nanoparticles and a physical method based on ultrasound-assisted gas microbubbles (sonoporation). In the first study, we showed that mesoporous silica nanoparticles could efficiently transfer genes in rat Achilles tendon. They were used to transfer plasmid DNA encoding PDGF growth factor gene in injured tendons. Data demonstrated that DNA/MSN complexes have improved the healing of injured tendons. In the second study, we used the sonoporation method which has never been applied to the tendons. First, we determined the acoustic parameters for gene transfer in mice Achilles tendon. A stable expression of the transgene was maintained up to 100 days following one local injection of DNA in the presence of gas microbubbles. We then used this method to restore the fibromodulin knocked out gene in a transgenic mouse model having disorganized collagen fibers in tendons. Following the transfer of fibromodulin gene, a remarkable restoration of collagen fibers in these mice was observed. In the last part, we studied the interactions of microbubbles with the plasma membrane and the plasmid DNA internalization into the cells by sonoporation. These studies have identified for the first time a rapid penetration of gas microbubbles inside the cell and an intracellular routing of DNA involving the clathrinmediated endocytosis pathway. In conclusion, both methods of non viral gene transfer led to an efficient gene transfer in tendons. These promising results obtained during this project allow considering their use for therapeutic applications in tendon diseases.

Les années 2000 sont marquées par l’émergence et la diffusion de souches résistantes aux antibiotiques en particulier chez les entérobactéries. Un des principaux mécanismes de résistance concerne les bêta-lactamines, ce sont les bêta-lactamases. Certains mécanismes de résistances ont connus ou connaissent actuellement un certain succès comme les bêta-lactamase à spectre étendu (BLSE) de type CTX-M puis récemment les carbapénèmases. La transmission de plasmides porteurs de ces enzymes joue un rôle prépondérant ainsi que certaines espèces comme Klebsiella pneumoniae et Escherichia coli qui est l’entérobactérie prépondérante dans le tube digestif de l’homme et des animaux et également la principale cause d’infection. Dans ce travail, nous avons étudié le transfert par transposition qui est le mécanisme clé de cette diffusion via différents plasmides parmi les plus prépondérants chez les entérobactéries dont essentiellement E. coli et K. pneumoniae. Nous avons également recherché une éventuelle relation avec le groupe phylogénétique, les gènes de résistance, type de plasmides et systèmes d’addiction plasmidique. Ce travail montre que les plasmides IncF ayant acquis TEM-1 ont de multiples systèmes d’addiction avec une fréquence plus élevée que les souches sensibles. Ce qui contribuerait à leur maintenance dans l’hôte. Les plasmides à large spectre d’hôte sont très rares chez ces souches de manière générale. Il ne semble pas y avoir de relation entre le groupe phylogénétique et les gènes de résistances dans cette étude. Quant au phénomène de transposition, il suscite la mise au point de conditions opératoires qui le régisse. Une détermination des conditions de stress a été réalisée et il reste à tracer le phénomène à proprement dit. / The last years are characterized by the spread of antibiotics resistant strains particularly in Enterobacteriacae. Various mechanisms of resistances were acquired and transmitted by species like K. pneumoniae. Bacterial plasmids play an important role in the horizontal transfer of antimicrobial drug resistance genes like: CTX-M enzymes witch become the most prevalent family of ESBLs and recently carbapenemases. In this work, we studied the transfer by transposition, the key mechanism of resistance genes diffusion, between different plasmids. We also sought a possible relation between the genetic background and the frequency of transposition, by testing various types of plasmids among the most prevalent E. coli and K. pneumoniae. This work shows that IncF plasmids having acquired TEM-1 have multiple addiction systems with a frequency higher than the sensitive strains. It would contribute to their maintenance in the host. By the way, broad range plasmids are very rare at these strains. In addition, it does not seem to be a relation between the phylo-group and the genes of resistances in this study. For the transposition event, we start to settle the operating conditions which govern this phenomenon. A determination of the stress conditions was established and it remains to be completed.

Les virus adéno-associés (AAVs) font partie des vecteurs les plus efficaces pour le transfert de gène, en particulier dans la rétine. Ils sont utilisés aussi bien pour des études biologiques que pour la thérapie génique. Malgré cela, il reste encore des barrières qui limitent leur utilisation. Nous proposons ici d’utiliser une technique d’évolution dirigée pour surmonter ces barrières et améliorer l’efficacité des AAVs en tant que vecteurs de gènes. Dans un premier temps, nous avons créé trois librairies virales hautement diversifiées basées sur l’AAV2. Ces librairies étaient constituées de capsides modifiées aléatoirement pour leur donner de nouvelles propriétés. Nous avons ensuite réalisé deux types de sélections. D’une part, nous avons sélectionné nos librairies virales dans le système visuel de la souris pour obtenir une capside capable de transport axonal antérograde trans-synaptique afin de pouvoir étudier simultanément l’activité et la connectivité de réseaux neuronaux. Cette sélection a fortement convergée vers une capside nommée AAV2-7mD, dont la capacité de transport axonal antérograde trans-synaptique est plus efficace que les AAVs 1 et 2. D’autre part, nous avons sélectionné nos librairies virales directement sur des explants de maculas de rétine humaine afin découvrir une capside capable de traverser la membrane limitante interne de la macula humaine. Ceci a pour but d’avoir un vecteur efficace pour des traitements de thérapie génique par voie intra-vitréenne. Cette librairie a commencé à converger mais nous sommes toujours en attente du dernier cycle de sélection. Nous traitons donc dans cette thèse des résultats de deux évolutions dirigées sur l’AAV2 afin de créer des vecteurs de gènes plus performants dans le système visuel. / Adeno-associated viruses (AAVs) are among the most efficient vectors for gene transfer, particularly in the retina. They are used for asking biological questions as well as for gene therapy. Nonetheless, some barriers are still restraining their use. Here, we used a directed evolution method to overcome those barriers and improve the efficiency of AAVs for gene transfer. First, we created three highly diversified viral libraries based on AAV2. Those libraries were based on randomly modified capsids displaying new properties. Then, we did two types of selections. On one hand, we selected our libraries in the retinofugal pathway in order to obtain a capsid with enhanced axonal anterograde trans-synaptic transport capacities, so we could study simultaneously the activity and the connectivity of neuronal networks between the retina and the brain. This selection converged strongly toward a new capsid, named AAV2-7mD, with enhanced axonal anterograde trans-synaptic transport capacities compared to AAV1 and AAV2. On the other hand, we directly selected our viral libraries on human macular explants, to select capsids capable of crossing the human macular inner limiting membrane. Such a capsid would be very useful for retinal gene therapy via intravitreal injections. This library started to converge but we are still waiting to complete the last cycle of selection. In this thesis we discuss the results of these two directed evolution studies on AAV2 to create enhanced gene delivery vectors in the visual system.

Le gène NOD2, impliqué dans les réponses immunitaires innées contre le peptidoglycane bactérien, est étroitement associé à la maladie de Crohn (MC) avec des Odd Ratio(OR) allant de 3 à 36 selon le génotype et a été initialement identifié par des analyses de liaisons génétiques. Les données des familles multiplexes (familles définies par la présence de trois ou plus de trois apparentés au premier degré atteints de MC) issues du registre EPIMAD ont été analysées. Il a été précédemment rapporté que dans les 22 familles multiplexes EPIMAD génotypées pour les 3 mutations majeures du gène NOD2une fréquence élevée de ces mutations du gène NOD2 : R702W, G908R et L1007fs, pouvait expliquer la fréquence élevée de MC dans ces familles. Cependant, quelques familles multiplexes EPIMAD ne présentaient aucune de ces mutations R702W, G908R et L1007fs.Afin d’identifier de nouvelles variations génétiques ayant un effet majeur dans la MC, un protocole de Whole Exome Séquencing (WES) a été effectué sur l’une de ces familles multiplexes EPIMAD (F49M) présentant quatre sujets atteints de MC sur deux générations.Une variation rare du gène NOD2, N1010K, s’est avérée présente chez tous les patients atteints et absente chez tous les sujets contrôles intrafamiliaux . L’évaluation in silico et la modélisation 3D ont mis en évidence un effet délétère hautement probable de la mutation de N1010K suggérant donc fortement qu’elle pourrait être un nouveau facteur de risque majeur impliqué dans la susceptibilité génétique à la maladie de Crohn. Elle pourrait expliquer l’agrégation familiale de la MC dans la famille analysée. La présence d’une maladie plus sévère chez les patients hétérozygotes composites N1010K/L1007fs plaide en faveur de l’effet délétère de la mutation N1010K.En plus de la caractérisation d’une nouvelle mutation rare du gène NOD2, 2 autres variants potentiels ont été identifiés : les mutations D359H et G33V respectivement des gènes BPIFB2 et DEFB132. Les protéines codées par ces gènes sont impliquées dans les mêmes voies de signalisation : la voie de signalisation des défensines ainsi que dans celle du système immunitaire inné. L’évaluation in silico des effet de ces mutations a mis en évidence un effet délétère hautement probable pour D359H et G33V des gènes BPIFB2et DEFB132. Ainsi, on peut supposer que bien que les deux mutations D359H du gèneBPIFB2 et G33V du gène DEFB132, soient localisés sur deux gènes différents impliquées dans les mêmes voies de signalisation, elles pourraient agir ensemble et conduire à un effet dysfonctionnel cumulatif impliqué également dans l’agrégation familiale de la MC dans la famille F49M.Ainsi, Pour la famille F49M, l’agrégation familiale pourrait reposer sur l’accumulation de plusieurs mutations à effet délétère (N1010K, D359H et G33V). / The NOD2 gene, involved in innate immune responses, has been found to be highlyassociated with Crohn’s Disease (CD). EPIMAD multiplex families with three or more CDaffectedmembers were previously reported to be related to a high frequency of NOD2gene mutations : R702W, G908R, and L1007fs. However, some rare EPIMAD CD multiplexfamilies were described without any of the common NOD2 linked-to-disease mutations.In order to identify new genetic variation(s) with amajor effect in CD, whole exomesequencing was performed on available subjects in a multiplex family (F49M), withoutknown common NOD2 mutations and comprising four patients affected with Crohn’s diseaseand three unaffected related subjects on two generations . A rare and, not yet, reportedmissense mutation of the NOD2 gene, N1010K, was detected and co-segregated acrossaffected patients (present in allmembers affectedwith CD and absent in all unaffected familialcontrol subjects). In silico evaluation of the deleterious effect of the mutation and3D modelling highlighted evidences for an adverse effect of the N1010K mutation withregard to the function of the NOD2 protein and the genetic risk of CD.Moreover, N1010Kand L1007fs as a compound heterozygous state in two, more severe CD family membersstrongly suggests that N1010K could be a new risk factor involved in Crohn’s disease geneticsusceptibility.In addition to the characterization of a new rare mutation of the NOD2 gene, 2 otherpotential variants have been identified : the D359H and G33V mutations, respectively, inthe BPIFB2 and DEFB132 genes. The proteins encoded by these genes are involved in thesame pathways : the pathway of defensins and the pathway of the innate immune system.In silico evaluation of the deleterious effect of mutations revealed a potential deleteriouseffect of D359H and G33V mutations. Thus, we could hypothesize that although the two mutations D359H and G33V are located on two different genes but involved in the same signaling pathways, they could act together and determine a cumulative dysfunctional effect also involved as determinants of the familial aggregation of Crohn’s disease in family F49M.Thus, for the F49M family, familial aggregation could be based on the accumulation of several deleterious mutations (N1010K, D359H and G33V).

La neurofibromatose type1 (maladie de Von-Rechlinghausen) est une affection autosomique dominante, causée par des mutations polymorphes du gène NF1, dont la protéine, la Neurofibromine, agit comme un suppresseur de tumeur en opérant une contrôle négatif des protéines de RAS. D’un point de vue embryologique, cette maladie affecte les dérivés de la crête neurale (CN), une structure embryonnaire pluripotente, capable de générer des dérivés variés tels que des neurones, des cellules gliales, périvascullaires, squelettiques et pigmentaires. Les cellules de la CN subsistent aussi chez l’adulte, à l’état de cellule souches, pouvant être impliqués dans des processus régénératifs. Toutefois, lorsque leur programme morphogénétique est altéré, elles peuvent générer des processus tumoraux, à l’origine de tumeurs multiples dans la peau, les nerfs (tumeurs bénignes et malignes des gaines nerveuses, neurofibromes,) et le cerveau (50% des cas de tumeurs cérébrales avec un tiers de gliomes des voies optique sont cancéreuses). La compréhension des mécanismes de cette maladie est limitée par la faible corrélation qui existe entre génotypes et phénotypes, à savoir l’adéquation entre la nature hautement polymorphe des anomalies génétiques et la diversité des manifestations cliniques. L’objectif de l’étude est d’analyser les conséquences de l’invalidation du gène NF1 sur le comportement des cellules de la CN (CCN), leur prolifération, leur capacité de migration et leur potentiel de différenciation, chez un modèle expérimental. De plus, nous tentons d’élucider l’impact des modulations épigénétiques de l‘activité du NF1.Nous avons développé un système qui permet l’inactivation totale du gène NF1 dans les cellules de la CN spécifiquement en utilisant des molécules d’ARN interférent (silencing) transfectées par éléctroporation bilatérale dans les CCN, au stade précoce de la neurulation, en utilisant l’embryon de poulet comme modèle expérimental. Suite à l’invalidation du gène NF1, nous avons obtenus des déficits multi-systémiques qui consistent principalement en des altérations de la gangliogénèse céphalique, avec des phénotypes gliomateux, mais aussi des défauts périvasculaires qui affectent tant les parois adventitielles des artères branchiales, que les péricytes des capillaire faciaux et cérébraux, associés des asymétries faciales et des formations néoplasiques intra-cérébrales. Précocement, nous montrons que ces déficits peuvent être corrélés aux altérations du comportement migratoire, prolifératif et apoptotiques des cellules de la CN.Parallèlement, nous avons cherché à déterminer l’implication des régulations épigénétiques sur l’activité de NF1. Nous nous sommes focalisé sur l’activité des Histones Désacétylases (HDAC), qui contrôlent la configuration chromatinienne. Il s’avère que les transcrits de la classe I de famille des HDACs, les HDAC1, 2 et 8, normalement accumulés dans les CCN au cours de leur migration et selon un patron d’expression spatial et temporal similaire à celui de NF1, présentent des variations significatives suite au silencing de NF1. Nous avons testé l’inactivation sélective de ces gènes; Ainsi, nous montrons que l’invalidation de HDAC8 seule, permet de reproduire les altérations des phénotypes vasculaires observés chez les embryons hypomorphes pour NF1. Qui suggère un rôle prépondérant de HDAC8 dans la régulation de la vasculogenèse et de la différentiation des CCN en péricytes. Qui pourrait être par l’activation ectopique des gènes Sox9 soutenant la transdifférenciaton pathologique des péricytes en processus gliomateux ou en calcifications intracérébrales. / The neurofibromatosis-type 1 (NF1) (Von Recklinghausen disease) is an autosomal disorder, which stems from misrgulation of Neurofibromin (NF1), a gene encoding a tumour-suppressor protein which acts as a negative regulator of RAS proteins. Mutations of NF1 are causally linked to many types of tumours located in skin, nerves, but also in the brain (intra- cerebral tumours and gliomas). NF1 patients have a high risk of developing both benign and malignant tumours. The diversity of deficits and the nature of cellular lineages attribute all these tumoral manifestations to deregulation of neural crest cell (NC) derivatives. The NC is a multipotent stem cell population that contributes to a variety of cell types in vertebrate embryo, which include skeletogenic, glial, pigment cells as well as pericytes. In order to understand the pathologic process of this disease, it is essential to analyze the molecular mechanisms involved in the survival, proliferation and differentiation of NC.Our objectives are therefore to gain insights into the molecular cascade responsible for the diversity of NC derivatives at cephalic level. We opt for a drastic approach consisting in eradicating NF1 activity from NC at the beginning of their migration. In our experimental model, we can analyze developmental interactions of NC and the epigenetic regulation of the NF1 gene, at their level. Espically class1 Histone deacetylases (HDAC) family of molecules. So we have developed a system which allows complete inactivation of the NF1 gene in NC specifically using interfering RNA molecules (silencing) transfected by electroporation in the bilateral NC, during the early stage of neurulation, using the chick embryo as an experimental model.We show that HDAC8 inactivation can reproduce the alterations of vascular phenotypes observed in NF1 hypomorphic embryos. Suggesting an important role of HDAC8 in regulating vasculogenesis and differentiation of pericytes NC. That could be by ectopic activation of Sox9 gene supporting the pathological transdifférenciaton pericytes in gliomateux process or intracerebral calcifications.