La thérapie cellulaire est basée sur l'administration de cellules immunocompétentes dans le but d'induire une réponse thérapeutique. Le transfert de gène est un moyen d'optimiser et de sécuriser la thérapie cellulaire. Récemment, plusieurs essais cliniques d'immunothérapie ont montré l'efficacité de lymphocytes T reprogrammés pour le traitement des cancers. De plus, le transfert de gène « suicide » permet de sécuriser les effecteurs immunitaires utilisés en thérapie cellulaire. Cependant, les capacités des cellules pourraient encore être améliorées par l'expression de cytokines et de récepteurs aux chémiokines. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet de thèse était le développement et la caractérisation d'outil innovants de thérapie génique. Ce travail a demandé le développement de vecteurs sécurisés pour 1 reprogrammation des lymphocytes T avec un CAR et leur persistance in vivo. Ces outils pourront par la suite être mis à la disposition de la recherche clinique afin de promouvoir de nouvelles stratégies de thérapi cellulaire anti-tumorale. / Cell therapy is based on administration of immunocompetent cells in order to induce a therapeutic response. Gene transfer can optimize and secure the cell therapy. Recently, several clinical trials of immunotherapy have shown the efficacy of reprogrammed T cells for the treatment of cancers. Moreover, the transfer of suicide gene enables th use of secure immune effectors in cell therapy. However, capacities of cells could be further improved by the expression of cytokines and receptors chemiokines. ln this context, the aim of this thesis project was the development and the characterization of innovative tools for gene therapy. This work required the development of safe retroviral vectors for reprogramming T cells with Chi me rie Antigen Receptor (CAR). These tools will be made available for clinical research in order to promote new anti-tumor cell therapy strategies.

Les thérapies géniques et cellulaires ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement de pathologies très diverses. Cependant, l’adressage à un organe cible, le contrôle non invasif de l’expression d’un transgène et le suivi par imagerie constituent encore des défis majeurs pour le développement de ces approches thérapeutiques. L’utilisation d’un vecteur cellulaire modifié génétiquement pour exprimer un transgène spécifique semble une solution prometteuse mais il convient aussi de restreindre l’expression du transgène à la région cible et de contrôler l’expression génique dans le temps. Pour le contrôle spatio temporel de l’expression, nous proposons une approche in vivo originale qui consiste à placer le gène thérapeutique sous le contrôle d’un promoteur thermo-inductible et à contrôler l’expression par une hyperthermie localisée induite à l’aide d’Ultrasons Focalisés guidés par Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) de température (MRgHIFU).La stratégie expérimentale consiste à générer une souris chimère par greffe de moelle osseuse. La souris donneuse est une souris transgénique qui exprime le gène rapporteur bioluminescent de la luciférase Firefly (lucF) et le gène rapporteur fluorescent de la protéine mPlum sous le contrôle du promoteur thermosensible Hsp70a1b. La souris receveuse est une souris congénique prétraitée au Busilvex® pour créer une aplasie médullaire. Deux mois après, le pourcentage de greffe est déterminé par cytométrie de flux puis une tumeur sous-cutanée est induite sur la patte arrière gauche des souris par injection sous-cutanée de cellules tumorales (Carcinoma Mouse Tumor: CMT-93). Pendant la période de croissance tumorale (1 mois) les processus physiologiques conduisent au recrutement des cellules sanguines circulantes dans la zone péri-tumorale sans expression des transgènes. L’activation du promoteur Hsp70 est alors réalisée en créant une hyperthermie locale par MRgHIFU. L’IRM permet d’obtenir des cartes thermiques utilisées pour asservir un générateur d’ultrasons et pour contrôler le chauffage (45°C, 8 min, +/- 1°C). L’expression de la lucF est détectée in vivo 6 H après chauffage par imagerie de bioluminescence (BLI) alors que l’expression de la protéine mPlum est révélée 30 H après chauffage par imagerie de fluorescence par réflectance (FRI). A la suite de l’imagerie, les souris sont sacrifiées et une analyse histologique de la tumeur et des tissus périphériques est réalisée grâce à l’expression de la protéine mPlum. Les gènes rapporteurs lucF et mPlum sont exprimés après thermo-induction principalement par les macrophages de la souris chimère et l’expression intervient, comme attendu, dans les zones péri-tumorales chauffées. Parfois, l’expression des gènes rapporteurs est détectée dans des zones non ciblées et résulte de l’expression par les progéniteurs myéloïdes situés au niveau de la moelle osseuse en réponse à l’échauffement des os par les ultrasons.Nous avons ainsi pu démontrer in vivo la faisabilité de l’approche thérapeutique proposée et mis en évidence certaines limites de la procédure expérimentale essentiellement inhérentes à la taille du modèle animal et aux méthodes physiques utilisées pour l’activation in vivo du transgène.Nous proposons également une stratégie in vivo afin d’évaluer les performances de la tomographie moléculaire de fluorescence 3D pour suivre in vivo, le devenir d’une nano-émulsions fluorescentes (LNP) chez des souris porteuses de tumeurs intracrâniennes. / Gene and cell therapies offer new perspectives for the treatment of various pathologies. However, the efficiency of the delivery method to targeted organs, the control of gene expression and imaging gene expression remain major challenges for the development of these therapeutic approaches. The combination of a cell vector and a gene modification of this vector to express a specific transgene seems a promising strategy. But even addressed, it remains very difficult to restrict and control gene expression to the target region in time and space. That is why we investigate an in vivo strategy to deliver transgenes under the transcriptional control of a thermosensitive promoter and induce “on demand” expression by local hyperthermia using Magnetic Resonance guided High-Intensity Focused Ultrasound (MRgHIFU).This strategy consisted of engraftment of transgenic bone marrow cells (BMC) to create a chimera. The donor mouse was a transgenic mouse expressing the firefly luciferase (lucF) and the fluorescent reporter of the mPlum protein under the transcriptional control of the thermosensitve promoter Hsp70a1b. The mouse receiver was a congenic mouse pre-treated with Busilvex® to induce medular aplasia. Engraftment efficiency was measured 2 months later by flux cytometry, after which a tumor was implanted on the left leg of mice by subcutaneous injection carcinoma mouse tumor-93 cells. During tumor growth (1 month) circulating blood cells accumulated in and around the tumor as part of an inflammatory process without transgene expression. Local activation of the thermosensitive promoter Hsp70 was induced by hyperthermia using MRgHIFU. MRI temperature maps were used to provide feedback to an ultrasound generator and to control heating (45°C, 8 min, +/-1°C). The expression of lucF was detected by in vivo imaging of bioluminescence (BLI) 6 H after heating while mPlum expression was revealed by fluorescence that appeared 30 H post heating. After imaging, mice were sacrified and immunohistochemical analysis on tumors and tissues performed to identify mPlum expressing cells. Local heating of tumors induced expression of transgenes placed under control of the Hspa1b promoter in bone marrow-derived cells. Most of these cells remained in the vicinity of or within the tumor as both luciferase activity 6 H and mPlum fluorescence 30 H post-heating were concentrated at the tumor site. LucF and mPlum expression were caracterized in vivo and in vitro. In some cases, unexpected signal appear in non-heated specific areas corresponding to bone. Histology revealed the presence of mPlum in tumor macrophages and bone marrow myeloid progenitors. Having demonstrated the feasibility of this approach, our results also reveal some limits of these approaches that are inherent to the size of the animal model and the physical methods for in vivo activation of the transgene. We now propose an in vivo strategy to evaluate the performances of 3D fluorescent molecular tomography to follow in vivo the presence of intracerebral tumors in nude mice by using a fluorescent nano-emulsion (LNP).

L'épithélium pigmentaire rétinien (EPR) est une monocouche de cellules épithéliales pigmentées situés entre la rétine neurale et la membrane de Bruch et joue un rôle important dans le maintien et la survie des photorécepteurs. Des malformations, le dysfonctionnement ou bien la mort de l'EPR provoque la mort des photorécepteurs. Orthodenticle homéoboîte 2 (Otx2) est un facteur de transcription exprimé par l’EPR chez l’animal adulte joue un rôle important dans l’EPR puisque son inactivation chez les souris [CreERT2 : Otx2flox] provoque la dégénérescence des photorécepteurs. En outre, les patients présentant des mutations dans le gène OTX2 souffrent de microphtalmie ou d'anophtalmie et développent généralement des maladies oculaires comme la rétinopathie pigmentaire (RP) ou l’amaurose congénitale de Leber. La délivrance par un vecteur AAV d’OTX2 dans des cellules primaires de l’EPR de porc mais aussi de cellules pluripotentes humaines différenciés en EPR nous a permis d’identifier de nouveaux gènes régulés par OTX2 et un variant d’épissage connu OTX2L. Nous avons par ailleurs identifié un nouveau variant d’épissage OTX2S par analyse bioinformatique de banques d'ADNc normalisées de RPE de rat. OTX2S présente une délétion d’une partie de l’homéodomaine. Nous avons étudié l'expression de ce variant dans la rétine et étudié ses propriétés transcriptionnelles en utilisant le promoteur du gène de la tyrosinase couplé à un gène rapporteur dans les cellules HEK293 et les cellules de l’EPR primaires de porcs. OTX2S exerce un effet transdominant négatif uniquement dans les cellules de l’EPR. Son rôle physiologique doit encore être précisé car il semble participer à la transition épithélio-mésenchymateuses qui survient après décollement de la rétine, une pathologie rétinienne fréquente. L’analyse par immunoprécipitation de la chromatine sur des cellules de l'EPR de porc montre que la plupart de ces gènes sont des cibles directes d’OTX2.Notre laboratoire a identifié un facteur neuroprotecteur sécrétée par photorécepteurs à bâtonnets, Rod-derived Cone Viability Factor (RdCVF) qui est une stratégie prometteuse pour le traitement de RP lorsque les patients portent des mutations dans les gènes exprimés sélectivement photorécepteurs à bâtonnets, ce qui est le plus fréquemment rencontré. Cette stratégie thérapeutique ne s’appliquera pas aux RP causés par les mutations de gènes spécifiquement exprimés par l’EPR, comme le gène MERTK. Afin d'étudier le bénéfice potentiel du gène Otx2, nous avons utilisé un rongeur modèle de RP avec une mutation dans le gène Mertk, les rats RCS. Nous montrons que la transplantation d'EPR génétiquement modifié pour sur-exprimer Otx2, améliore la protection des photorécepteurs et la vision de l’animal. Une augmentation de la réponse électrophysiologique (ERG) des photorécepteurs (ERG) et la protection de la couche nucléaire externe représentant les photorécepteurs a pu être mise en évidence, cette dernière par tomographie par cohérence optique (OCT). Nos résultats indiquent que cette approche pourrait être applicable pour le traitement des maladies de la rétine avec le dysfonctionnement de l'EPR comme la RP ou la dégénérescence maculaire liée à l'âge. / Retinal pigment epithelium (RPE) is a monolayer of pigmented epithelial cells located between the neural retina and Bruch’s membrane and has an important function in the maintenance and survival of photoreceptor cells. Abnormalities, dysfunction and/or death of the RPE ultimately lead to death of retinal photoreceptors. Orthodenticle homeobox 2 (Otx2) is expressed in adult RPE and known to have an important role in RPE function since loss of function in Otx2flox/CreERT2 mice, leads to rapid photoreceptor degeneration. Furthermore, patients having mutations in this gene suffer from microphthalmia or anophthalmia and usually develop eye diseases as retinitis pigmentosa (RP) and Leber congenital amaurosis.Using ectopic expression involving AAV-mediated gene transfer in primary pig RPE cells and human induced pluripotent RPE derived cells, we have identified novel gene targets of Otx2 and Otx2L. The physiological role of Otx2S still needs to be addressed since it potentially participates in the epithelial to mesenchymal transition that occurs after retinal detachment, a frequent retinal pathology. Chromatin immunoprecipitation analysis using pig RPE cells shows that most of these genes are direct targets of OTX2.Our lab has previously identified a neuroprotective factor secreted by rod photoreceptors, Rod-derived Cone Viability Factor (RdCVF) which is a promising strategy for treatment of RP for patients with mutations in photoreceptor cells. This therapeutic strategy will not cover RP caused in genes specifically expressed by RPE, as for example MERTK gene.In order to study the potential benefit of Otx2 for gene-cell therapy, we used an animal model of RP with a mutation in the rdy (Mertk) gene, the RCS rats. Transplantation of genetically engineered RPE cells expressing Otx2, enhances the protection of photoreceptors and vision in this model. We demonstrate an improvement in electroretinograph (ERG) recordings and thickness of outer nuclear layer as measured in optical coherence tomography (OCT). Our findings indicate that this approach might be applicable treatment for retinal diseases with RPE dysfunction like RP and/or age related macular degeneration. Furthermore, using bioinformatic tools and gene screening of normalized cDNA libraries from rat RPE we identified Otx2S, a novel-splicing variant of Otx2 that lacks a part of a homeodomain. Otx2L, another splice variant of Otx2 with an insertion was also studied. We have shown the expression of this variant in NR and RPE and studied its transcriptional properties using gene reporter assay in HEK293 cells and pig primary RPE cells. In addition, we have found that Otx2S exerts a transdominant negative effect on tyrosinase promoter only in primary RPE cells.

Les jasmonates et l'éthylène sont d'importants signaux de régulation du développement des plantes et de réponse aux stress biotiques et abiotiques. La production de jasmonates est induite à la suite d'une blessure mécanique ou des agents pathogènes. L'acide jasmonique et l'éthylène agissent en synergie sur l'activation de l'expression des gènes de défense tels que PDF1.2. Le Facteur de Réponse à l'Ethylène 1 (ERF1) est un intégrateur clé de ces signaux hormonaux chez Arabidopsis. ERF1 appartient à la superfamille des facteurs de transcription AP2/ERF, lesquels jouent un rôle crucial dans le développement et la réponse aux stress. Hevea brasiliensis est la seule source commerciale de caoutchouc naturel, lequel est synthétisé dans les cellules laticifères. Le latex s'écoule du tronc des hévéas après la saignée. L'éthéphon, un générateur d'éthylène, est un stimulant exogène adopté largement dans les plantations d'hévéa pour améliorer la production de latex en prolongeant l'écoulement de latex et en stimulant le métabolisme des cellules requis pour la régénération du latex. Les jasmonates sont aussi impliqués dans la formation des laticifères. Etant donné l'implication de l'éthylène et de l'acide jasmonique dans la réponse coordonnée à la saignée et à la stimulation par l'éthéphon chez Hevea brasiliensis, leur interaction est supposée jouer un rôle important dans la production de latex.L'objectif de cette thèse est de découvrir les régulateurs clés de l'interaction entre la blessure, le jasmonate et l'éthylène chez Hevea brasiliensis. A travers l'analyse de l'expression de 25 gènes impliqués dans les voies de transduction du jasmonate, de l'éthylène et dans le métabolisme cellulaire, nous avons montré que des voies de réponse dépendantes et indépendantes à l'éthylène et au jasmonate coexistent chez Hevea brasiliensis. La régulation temporelle influence aussi l'expression des gènes. L'étude s'est alors focalisée sur les facteurs de transcription de la superfamille des AP2/ERF. A partir de bases de données de séquences transcriptomiques de différents tissus obtenu par pyroséquençage, 173 membres AP2/ERF ont été identifiés chez Hevea brasiliensis. Cette superfamille est divisée en 3 familles majeures : AP2, ERF et RAV. Soixante six membres sont exprimés dans le latex ce qui suggère qu'ils ont une fonction importante dans le métabolisme des laticifères. En plus du microARN 172 connu pour cibler les transcrits AP2/ERF, six autres microARNs ont été prédits pour inhiber les transcrits de cette superfamille. L'identification de l'orthologue à AtERF1 a été aussi menée chez Hevea brasiliensis. L'expression de 14 gènes HbERF du groupe IX a été étudiée en réponse à la blessure, au méthyl jasmonate et à l'éthylène. L'accumulation relative des transcrits est remarquable pour trois gènes : HbERF-IXc4, HbERF-IXc5 et HbERF-IXc6. Ces gènes candidats ont été caractérisés pour la localisation subcellulaire et la trans-activation du promoteur du gène PDF1.2. La fusion traductionnelle HbERF-IXc4::GFP a révélé que HbERF-IXc4 code pour une protéine nucléaire comme les facteurs de transcription. Le HbERF-IXc5 induit la plus forte activation du promoteur du gene PDF1.2 qui est un gène de défense induit fortement par AtERF1 et ORA59. Ces résultats suggèrent que HbERF-IXc5 est l'orthologue à AtERF1 chez Hevea brasiliensis, lequel est impliqué dans la communication des voies de signalisation de l'éthylène et du jasmonate. L'identification des transcrits AP2/ERF chez Hevea brasiliensis, et la caractérisation des ERFs du groupe IX apportent les bases générales pour étudier la régulation moléculaire de la production de latex en réponse aux stress et de la différentiation des cellules laticifères. Nos résultats suggèrent que HbERF-IXc5 est un intégrateur essentiel des voies de signalisation éthylène et jasmonate chez Hevea brasiliensis. / Jasmonates and ethylene are important signals in regulating the plant development and metabolism, and in response to biotic and abiotic stresses. Production of jasmonates is induced by mechanical wounding and pathogens. Jasmonic acid and ethylene are synergistically required to activate the expression of some defence related genes such as PDF1.2. Ethylene Response Factor 1 (ERF1) was demonstrated as a key integrator in the signal interaction in Arabidopsis. ERF1 belongs to AP2/ERF transcription factors superfamily, which plays a crucial role in plant development and response to biotic and abiotic stresses. Hevea brasiliensis is the sole source of natural rubber, which is synthesized in latex cells. Latex is expelled out after tapping the soft bark. Ethephon, an ethylene releaser, is an exogenous stimulant adopted widely in the rubber plantation for improving latex yield by prolonging latex flow and by stimulating the metabolism required for the latex regeneration. Jasmonates are also involved in the laticifer formation. Given the involvement of ethylene and jasmonic acid in the coordinated response to tapping and ethephon stimulation in Hevea brasiliensis, their interaction is considered to play an important role in latex production. The objective of this thesis is aiming to discover the key regulators in the interaction of wounding, jasmonate and ethylene in Hevea brasiliensis. Through the expression analysis on one group of 25 genes involved in the jasmonate and ethylene and cellular metabolism, we discovered that jasmonate and ethylene dependent and independent response coexist in Hevea brasiliensis. Temporal regulation can also have an influence on the gene expression. We then focused the study on the AP2/ERF transcription factor superfamily. Based on new generation of sequencing data, we identified 173 AP2/ERF members from several Hevea brasiliensis transcripts libraries. This superfamily is divided into 3 major families: AP2, ERF and RAV. Sixty six members are expressed in latex which may indicate that they have an important function in the latex metabolism. In addition to the microRNA 172, which is known to target AP2/ERF transcripts, six other microRNAs were predicted to inhibit transcripts of this superfamily. The identification of the AtERF1 orthologous gene was further conducted in Hevea brasiliensis. Expression analysis of 14 HbERF genes from the group IX was studied in response to wounding, methyl jasmonate and ethylene. A remarkable relative transcript accumulation was observed for genes HbERF-IXc4, HbERF-IXc5 and HbERF-IXc6. These candidate genes were further analysed for subcellular localization and trans-activation of the promoter of the PDF1.2 gene. The translational fusion HbERF-IXc4::GFP revealed that HbERF-IXc4 encoded a nuclear targeted protein like transcription factor. The HbERF-IXc5 was shown to mediate the activation of the PDF1.2 promoter, which is a defence gene dramatically induced by AtERF1 and ORA59. For that reason, HbERF-IXc5 is suggested to be AtERF1 ortholog gene in Hevea brasiliensis, which is at the crosstalk of jasmonic acid and ethylene signalling pathways. This identification of the Hevea brasiliensis AP2/ERF transcripts and the characterization of the ERF group IX provide general basis for studying the molecular regulation of both latex production in response to abiotic stresses and differentiation of latex cells. Our results suggested that the HbERF-IXc5 is an essential integrator of the jasmonic acid and ethylene signalling pathways in Hevea.

Les éléments transposables (ETs) sont des séquences d'ADN mobiles retrouvées dans les génomes de toutes les espèces où ils ont été recherchés. Moteurs de l'évolution, ces éléments mobiles, présents en de nombreuses copies dans les génomes, ont joué un rôle majeur dans la dynamique des génomes en engendrant des mutations et des réarrangements chromosomiques.Néanmoins, étant des constituants majeurs des génomes, ils doivent être finement régulés dans le but de préserver l'intégrité génomique, et ainsi de conserver l'équilibre entre variabilité et stabilité des génomes. Afin de protéger l'information génétique de l'hôte transmise à la descendance, la régulation des ETs au niveau des gonades est effectuée par la voie des piRNAs, voie d'ARN interférent conservée chez les animaux. Bien qu'elle soit relativement bien décrite chez la drosophile et la souris, certaines étapes de cette voie restent encore incomprises. Durant ma thèse, j’ai exploré différents aspects de la biologie des clusters de piRNAs, en prenant comme modèle d’étude le locus flamenco. Le cluster de piRNAs flamenco est le producteur majeur de piRNAs dans les cellules folliculaires des ovaires de Drosophila melanogaster. Tout d'abord, j'ai analysé les fenêtres spatio-temporelles de l’expression du cluster de piRNAs flamenco tout au long du développement de la drosophile,de l'embryon à l'âge adulte. Ensuite, j'ai recherché, in vivo, la séquence des transcrits de flamenco qui serait suffisante pour induire l'adressage d'un transcrit chimérique à la voie de maturation des piRNAs. J'ai également exploré l'impact de certains facteurs sur la prise en charge de transcrits artificiels par la voie des piRNAs. Enfin, je me suis intéressée à la régulation génique que pourraient effectuer les piRNAs provenant de flamenco dans les ovaires de drosophile en recherchant, par des approches bioinformatiques et de biologie moléculaire, les gènes potentiellement reconnus, et par conséquent, régulés par les piRNAs de flamenco. L'ensemble de ces axes de recherche in vivo permettront d'avancer dans la compréhension de la biologie des clusters de piRNAs ainsi que sur les mécanismes moléculaires mis en jeu lors de la biogenèse des piRNAs chez la drosophile. / Transposable elements (TEs) are defined such as mobile DNA sequences found in genomes ofall species where they were searched. As evolutionary drivers, these mobile elements, presentin many copies in genomes, have played a major role in the genome dynamics by generatingmutations and chromosomal rearrangements. Nevertheless, being major genome constituents,they must be finely regulated in order to preserve the genomic integrity, and thus, to maintainthe balance between variability and stability of genomes. In order to protect the geneticinformation of the host transmitted to the offspring, the gonadal TE regulation is carried outby the piRNAs pathway, an interfering RNA pathway conserved in animals. Although this isrelatively well described in Drosophila and in mouse, some steps of piRNA pathway are stillmisunderstood. During my thesis, I explored various aspects of piRNA cluster biology, usingthe flamenco locus as a model. This piRNA cluster is the main piRNA producer in thefollicular cells of Drosophila melanogaster ovaries. First, I analyzed the spatio-temporalwindows of flamenco piRNA cluster expression throughout the Drosophila development,from embryo to adulthood. Then, I searched, in vivo, the flamenco transcript sequence thatwould be sufficient to induce the addressing of a chimeric transcript to the piRNA processingpathway. I also explored the impact of some factors on the management of artificialtranscripts by piRNAs. Finally, I was interested in the gene regulation that flamenco-derivedpiRNAs could make in Drosophila ovaries by searching, through bioinformatics andmolecular biology approaches, the potentially recognized genes, and therefore, regulated byflamenco piRNAs. All of these in vivo research axes will advance in the understanding of thebiology of piRNA clusters as well as the molecular mechanisms involved in the piRNAbiogenesis in Drosophila.

Les processus de bioturbation constituent un exemple classique d’ingénierie de l’écosystème. Ils sont le fait d’espèces bioturbatrices qui contribuent à la structuration physique et biogéochimique des environnements sédimentaires. Dans les environnements marins meubles, les thalassinidés comptent parmi les bioturbateurs les plus influents. Ainsi, la crevette de vase Upogebia cf. pusilla est à l’origine d’un important remaniement sédimentaire et d’une large bioirrigation des sédiments dans le bassin d’Arcachon. Ces activités de bioturbation modulent les processus de minéralisation de la matière organique et les flux biogéochimiques à l’interface eau-sédiment. L’intensité de la bioturbation de U. cf. pusilla dépend de son état physiologique, celui-ci pouvant être altéré par divers facteurs de stress. Une approche couplant études de terrain et expérimentations en laboratoire a permis d’évaluer l’influence du parasitisme et de la contamination métallique sur les activités de U. cf. pusilla. Ce travail avait pour objectifs de (1) caractériser la pression parasitaire chez U. cf. pusilla à l’échelle locale, (2) déterminer les niveaux de base des éléments métalliques chez cet organisme dans le bassin d’Arcachon et d’évaluer le potentiel rôle des parasites dans les processus d’accumulation des métaux et (3) estimer l’impact du parasitisme et de la contamination métallique, seuls et en interaction, sur U. cf. pusilla et ce à deux échelles d’organisation, moléculaire et comportementale. In situ, un suivi spatial et un suivi temporel ont permis de caractériser la dynamique spatio-temporelle de deux parasites chez U. cf. pusilla¸ un bopyre infestant la cavité branchiale (Gyge branchialis), et un trématode (Maritrema sp.), infectant l’ensemble des organes de l’animal. Au sein de leur hôte, ces deux parasites sont négativement associés, le bopyre limitant probablement les processus d’infection par le trématode. Par ailleurs, un suivi saisonnier d’un an a permis de noter de faibles concentrations en métaux chez U. cf. pusilla, dans le bassin d’Arcachon. Ces concentrations ont été mises en parallèle avec le statut parasitaire des spécimens échantillonnés. Aucune corrélation n’a été notée entre la présence des trématodes et les quantités de métaux accumulées. A l’inverse, les observations de terrain ont permis d’envisager que le parasite bopyre puisse interférer avec les processus d’accumulation des métaux chez cet organisme. Cette dernière hypothèse a été testée en laboratoire au cours d’expérimentations visant à évaluer l’influence d’une contamination métallique (en utilisant le cadmium comme contaminant modèle) et du parasite bopyre, seuls et en interaction, sur U. cf. pusilla. A l’échelle moléculaire, le bopyre n’a été associé à aucune modification de l’expression d’une dizaine de gènes cibles. Par ailleurs, à l’échelle comportementale, ce parasite réduit peu le remaniement sédimentaire de son hôte, à l’inverse de ce qui avait été montré au cours d’une étude antérieure. En ce qui concerne l’influence du cadmium, ce métal module amplement l’expression de gènes codant notamment des protéines impliquées dans la réponse au stress oxydant et dans les mécanismes de détoxication. Ces observations suggèrent que U. cf. pusilla est capable de mettre en place des mécanismes de lutte contre le stress métallique. Au niveau comportemental, le cadmium semble stimuler le remaniement sédimentaire des organismes. Finalement, les expériences « doubles stress » ont montré un effet antagoniste du bopyre et du cadmium à la fois à l’échelle génique et à l’échelle comportementale. Ainsi, cette étude souligne la complexité des interactions entre facteurs de stress multiples et la nécessité d’effectuer de telles expérimentations. [...] / Bioturbation is a typical example of ecosystem engineering. Bioturbating species are mainly epi- or endobenthic organisms, which profoundly affect the physical structure and biogeochemical properties of sediments. In marine soft-bottom environments, thalassinidean mud shrimp are considered as one of the most prominent bioturbating organisms. Among these species is the mud shrimp Upogebia cf. pusilla, which is recognized as an important sediment reworker, also significantly contributing to the bioirrigation of sediments. In fine, this species greatly modulates organic matter mineralization and biogeochemical fluxes at the sediment-water interface. The influence of U. cf. pusilla in ecosystem functioning depends on the intensity of its bioturbation and thus on its fitness. Several factors can affect the physiological status of organisms, potentially resulting in behavioural changes and causing modifications of their activities. Amongst potential stressors, we evaluated the influence of parasitism and trace metal contamination on the mud shrimp U. cf. pusilla in Arcachon Bay, France. Field surveys and laboratory experiments were undertaken in order to evaluate (1) the parasite infestation levels in the mud shrimp at the local scale, (2) the metal contamination background and potential relationship between the metal accumulation and the parasitic status of organisms in the field and (3) estimate the distinct and interactive impacts of parasitism and metal contamination on two scales of organisation, by targeting a molecular (gene expression) and a behavioural (sediment reworking) endpoint.A large spatial and temporal survey conducted in Arcachon Bay showed that at least two parasites species occur in mud shrimp: a bopyrid isopod (Gyge branchialis), living in one of the gill chambers of its host, and a trematode parasite (Maritrema sp.), infecting the whole body of mud shrimp. These two parasite species are negatively associated within their host, in which the bopyrid likely interferes with trematodes establishment. Additionally, a one year seasonal sampling demonstrated that mud shrimp displayed very low levels of metals in Arcachon Bay. The bopyrid parasite could interfere with the process of metal accumulation in mud shrimp, while such correlation was not found for the trematode parasite. Finally, complementary laboratory experiments highlighted that, at the molecular level, the bopyrid parasite did not affect the expression of the genes targeted in this study in mud shrimp. Similarly, at the behavioural level, and conversely to a previous study, the effects of the bopyrid parasite were minor, i.e. only associated to small modifications of the bioturbation activity of its host. Indeed, the intensity of the sediment reworking of mud shrimp was slightly reduced when organisms were infested with this parasite. Regarding trace metal contamination, we noticed that mud shrimp largely accumulated cadmium. This accumulation was associated to an important modulation of gene expression, especially of genes encoding proteins involved in detoxification processes, highlighting, at this organisation level, the capability of mud shrimp to deal with the deleterious effect of cadmium. At the behavioural scale, cadmium contamination positively affected the sediment reworking activity of mud shrimp. Finally, double-stress experiments evidenced an antagonistic effect of both stressors on the two targeted endpoints. This study highlights the complexity of the interactions between multiple stressors and that the response of organisms cannot be predicted from “single-stress” experiments. [...]

Une caractéristique majeure de l’infection par Toxoplasma gondii est le contrôle rapide de la population parasitaire par une réponse immunitaire engageant des cellules résidentes et recrutées ainsi que des cytokines pro- et anti-inflammatoire. Dans ce contexte, l’IFNγ active une multitude d’activité anti- T. gondii des cellules immunes et non-immunes, mais peut aussi contribuer à l’immunopathologie. T. gondii a élaboré des mécanismes pour contrer les défenses de l’hôte en interférant avec la transcription des gènes stimulés par l’IFNγ. Nous avons identifié TgIST (T. gondii inhibitor of STAT1 transcriptional activity) comme un interrupteur moléculaire exporté par les parasites intracellulaires et qui est localisé dans le noyau des cellules hôtes, où il inhibe l’expression des gènes pro-inflammatoires dépendants de STAT1. Nous avons montré que TgIST séquestre STAT1 à des sites spécifiques, et promeut la formation de chromatine non permissive grâce à sa capacité à recruter le remodeleur chromatinien NuRD. Nous avons montré que durant l’infection aiguë en souris, les parasites déficients pour TgIST sont rapidement éliminés par les monocytes pro-inflammatoires GR1+, ce qui montre le rôle protecteur de TgIST contre les défenses médiées par l’IFNγ. En révélant les fonctions de TgIST, cette étude montre de nouvelles évidences sur la façon dont T.gondii a élaboré une arme moléculaire de choix pour prendre le contrôle sur la réponse immune, de façon à promouvoir le parasitisme à long terme / An early hallmark of Toxoplasma gondii infection is the rapid control of the parasite population by a potent multifaceted innate immune response that engages resident and homing immune cells along with pro- and counter-inflammatory cytokines. In this context, IFN-γ activates a variety of T. gondii–targeting activities in immune and nonimmune cells but can also con- tribute to host immune pathology. T. gondii has evolved mechanisms to timely counteract the host IFN-γ defenses by interfering with the transcription of IFN-γ–stimulated genes. We now have identified TgIST (T. gondii inhibitor of STAT1 transcriptional activity) as a critical molecular switch that is secreted by intracellular parasites and traffics to the host cell nucleus where it inhibits STAT1-dependent proinflammatory gene expression. We show that TgIST not only sequesters STAT1 on dedicated loci but also promotes shaping of a nonpermissive chromatin through its capacity to recruit the nucleosome remodeling deacetylase (NuRD) transcriptional repressor. We found that during mice acute infection, TgIST-deficient parasites are rapidly eliminated by the homing Gr1+ inflammatory monocytes, thus highlighting the protective role of TgIST against IFN-γ–mediated killing. By uncovering TgIST functions, this study brings novel evidence on how T. gondii has devised a molecular weapon of choice to take control over a ubiquitous immune gene expression mechanism in metazoans, as a way to promote long-term parasitism.

La régulation de la transcription est l‟un des processus cellulaires des plus fondamentaux et constitue la première étape menant à l‟expression protéique. Son altération a des effets sur l‟homéostasie cellulaire et est associée au développement de maladies telles que le cancer. Il est donc crucial de comprendre les règles fondamentales de la fonction cellulaire afin de mieux cibler les traitements pour les maladies. La transcription d‟un gène peut se produire selon l‟un des deux modes fondamentaux de transcription : en continu ou en burst. Le premier est décrit comme un processus aléatoire et stochastique qui suit une distribution de Poisson. À chaque initiation de la transcription, indépendante de la précédente, un seul transcrit est produit. L‟expression en burst se produit lorsque le promoteur est activé pour une courte période de temps pendant laquelle plusieurs transcrits naissants sont produits. Apportant la plus grande variabilité au sein d‟une population isogénique, il est représenté par une distribution bimodale, où une sous-population n‟exprime pas le gène en question, alors que le reste de la population l‟exprime fortement. Les gènes des eucaryotes inférieurs sont pour la plupart exprimés de manière continuelle, alors que les gènes des eucaryotes supérieurs le sont plutôt en burst. Le but de ce projet est d‟étudier comment l‟expression des gènes a évolué et si la transcription aléatoire, ou de Poisson, est une propriété des eucaryotes inférieurs et si ces patrons ont changé avec la complexité des organismes et des génomes. Par la technique de smFISH, nous avons étudié de manière systématique quatre gènes évolutivement conservés (mdn1+, PRP8/spp42+, pol1+ et cdc13+) qui sont continuellement transcrits dans la levure S. cerevisiae. Nous avons observé que le mode d‟expression est gène-et-organisme spécifique puisque prp8 est exprimé de manière continuelle dans la levure S. pombe, alors que les autres gènes seraient plutôt exprimés en légers burst. / Regulating transcription is one of the most fundamental cellular processes and the first step of a long cascade of processes leading to protein expression. Altering transcriptional output often has major effects on cellular homeostasis and is associated with many disease phenotypes, such as cancer. Understanding the fundamental rules governing transcription regulation is therefore instrumental in understanding cellular function as well as in finding disease treatments. Transcription of a gene can occur through two fundamental different modes: “continuous” or “bursting”. Continuous transcription is defined as stochastic process where a promoter is always in its “on” state and each initiation event is independent of the previous. Bursting transcription occurs when a promoter is activated for a short time and multiple mRNAs are produced during the “on” state, followed by long periods of transcription inactivity. It leads to greater variability in an isogenic population, as expression is often bimodal as a sub-population does not express a given gene. Bursting expression is frequently observed in higher eukaryotes, while a continuous pattern seems to be common in lower eukaryotes. The goal of this project is to study how gene expression patterns evolved. We investigate whether Poisson-like transcription is a property of lower eukaryotes and whether transcription patterns have changed when organisms and genomes evolved into more complex systems. Using smFISH, we have systematically determined expression patterns of four evolutionarily conserved genes; mdn1+, PRP8/spp42+, pol1+ and cdc13+, previously shown to be continuously expressed in the yeast S. cerevisiae. Expression was studied in the yeast S. pombe, as an example for another lower eukaryote as well as in human cell-lines. We observe that expression patterns are organism-and-gene specific suggesting that expression patterns have evolved to fulfill gene specific functions.

Le développement folliculaire est un processus finement régulé au cours duquel d'innombrables interactions se produisent. Cette régulation fine permet la production d'un ovocyte de qualité, précurseur d'un embryon apte à poursuivre les différentes étapes du développement embryonnaire. La production de cet ovocyte est dépendante des interactions avec son environnement, avec les cellules du cumulus, les cellules de la granulosa et de la thèque qui constituent le follicule ovarien. Ces cellules somatiques agissent comme régulateurs du développement ovocytaire et comme médiateurs de l'environnement maternel. Parmi les facteurs qui influencent la folliculogenèse, l'hormone folliculo-stimulante (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH), deux principales hormones clés agissent de manière synergique et complémentaire pour assurer la croissance et l'ovulation. En plus de ces signaux hormonaux, le follicule est également sensible au métabolisme maternel qui, via différents métabolites et leurs précurseurs, influence le développement folliculaire. Dans un premier temps cette thèse s'intéresse à la caractérisation des principaux réseaux de signalisation qui sont impliqués dans la stimulation des cellules de la granulosa humaine en culture par les deux principales hormones ; la FSH et la LH. L'objectif étant d'utiliser des outils de génomique tels le séquençage à haut débit pour produire une image globale des différentes voies géniques qui répondent à l'activation des réseaux de signalisation de la protéine kinase A, de la protéine kinase C et de la protéine kinase B, trois voies de signalisation importantes dans la médiation des effets de la FSH et de la LH dans la granulosa. Dans un deuxième temps, cette thèse s'intéresse également à un autre aspect de l'environnement maternel qui, tout comme les signaux hormonaux, influence le développement folliculaire ; le métabolisme. Le deuxième volet de la thèse a donc comme objectif de décrire à l'aide des mêmes outils de génomique, l'impact des acides gras libres et de l'insuline sur les réseaux de signalisation des cellules de la granulosa humaine. L'utilisation d'un modèle cellulaire in vitro unique nous permettant l'étude des réseaux de signalisation dans un système stable et à un stade folliculaire autrement inaccessible chez la femme, a permis de mettre en évidence un rôle clair de la protéine kinase C dans la médiation des effets de la LH sur les cellules de la granulosa lors de la différenciation et maturation finale du follicule. L'étude plus en profondeur de ces réseaux de signalisation, incluant celui de la protéine kinase B au troisième chapitre, suggère que la protéine kinase A dirigerait majoritairement la différenciation folliculaire précoce alors que la protéine kinase C entrainerait une différenciation terminale impliquant des changements reliés aux processus inflammatoires et à l'ovulation. La protéine kinase B serait quant à elle une voie à caractère permissif agissant sur la survie cellulaire et qui supporterait les deux premières dans leurs actions. La thèse révèle également une certaine sensibilité des cellules de la granulosa au métabolisme maternel. Ainsi dans un contexte de maladie métabolique maternelle et d'exposition à de plus grandes quantités d'acides gras libres et d'insuline, plusieurs voies géniques reliées entre autres à la stéroïdogenèse, au métabolisme, à l'inflammation et au stress seraient perturbées dans la granulosa affectant ainsi le cours du développement folliculaire. En somme, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent un aperçu global de l'action de certains des principaux réseaux signalétiques en action au cours de la folliculogenèse au niveau de la granulosa. Les données présentées dans cette thèse révèlent également un premier aperçu de la réponse génomique de ce tissu à certains défis métaboliques dont la prévalence est en augmentation dans la population. En plus de suggérer de nouveaux marqueurs potentiels et de générer de nouvelles hypothèses, les différentes études présentées dans cette thèse permettent l'amélioration de notre connaissance de la signature transcriptomique des cellules de la granulosa humaine en réponse aux gonadotrophines et à l'environnement métabolique maternel contribuant ainsi indirectement à l'amélioration des techniques de procréation assistée. / Folliculogenesis is a finely coordinated process that involves countless interactions which will influence the oocyte's quality and its ability to produce an embryo that will be capable of resuming the different steps of further embryonic development. Production of a good quality oocyte depends intrinsically on the interactions between the different cell types of the follicle and the exchanges with its direct environment. Granulosa cells act as the main coordinator for the follicular development and act as one of the principal mediators between the maternal environment and the oocyte. Among the many factors and hormones that influence folliculogenesis processes, the follicle-stimulating hormone (FSH) and the luteinizing hormone (LH) are both key hormones that regulate growth and ovulation in a complementary fashion. Besides these two hormones, the follicle is also sensitive to several components of the maternal metabolism such as hormones and metabolites that impact follicular development. First, the objective of this thesis was to characterize important signaling pathways involved in human granulosa cells stimulation by both FSH and LH. Using genomic technologies such as high-throughput sequencing, we were able to provide a global picture and a first insight of the three main signaling pathways activated in response to both hormones, namely the protein kinase A, the protein kinase B and the protein kinase C signaling pathways. Then, the thesis work also aims to describe, using the same technologies and the same in vitro model, the impact of maternal metabolism, more precisely of fatty acids and insulin on genomic answer in human granulosa cells. Using an in vitro cellular model allowing the study of the different signaling pathways in a very stable context and the study of a follicular stage otherwise not accessible in women, the work completed in this thesis allowed us to highlight and to specify the role of the protein kinase C as a major mediator of the LH signaling action on granulosa cells differentiation and final follicular maturation. In depth study of the main signaling pathways involved in FSH and LH signaling, including the protein kinase B, suggested that PKA signaling may drive the early differentiation of granulosa cells while PKC is thought to potentially control the "advanced" granulosa cell differentiation, mediating pathways related to inflammation and ovulatory processes. The PKB pathway should be looked at as a permissive signaling pathway that supports cell survival as well as PKA and PKC signaling but that is certainly of no less importance. The results of chapter 4 also revealed the direct sensitivity of granulosa cells to the metabolic context of the female during late folliculogenesis. Globally, when exposed to metabolic challenges such as high concentrations of fat and insulin, human granulosa cells seemed to respond through the modulation of numerous genes and pathways related to mitochondrial biofunctions, energy metabolism, and steroidogenesis and to activate as well a gene expression program linked to the immune response and to inflammatory processes. Ultimately, this thesis presents a first insight of the action of the main kinases involved in the response to gonadotrophin stimulation in human granulosa cells and an overview of the genomic reorganization in these cells triggered by metabolic challenges that are increasing in prevalence in the current population. Providing a great amount of data to potentially target new developmental or quality makers, this work also generates lots of new hypotheses on mechanisms involved in human folliculogenesis contributing to the improvement of our knowledge of human granulosa cells transcriptomic signatures and indirectly to the improvement of medically assisted reproduction techniques.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.