Nous avons étudié les mécanismes adaptatifs induits par une surnutrition hyperlipidique (+757 kcal/j) de 56 jours sur le métabolisme énergétique et le muscle squelettique chez des sujets sains. En parallèle, nous avons étudié les mécanismes adaptatifs induits par une surnutrition en fructose de 7 jours sur le métabolisme énergétique et le muscle squelettique chez des sujets apparentés diabétiques de type 2 et nous avons réalisé des études in vitro sur myotubes humains afin d'identifier le médiateur contribuant aux effets du fructose. Ces deux surnutritions contribuent à augmenter le poids corporel. Ces modifications sont accompagnées par l'oxydation préférentielle des glucides au détriment des lipides. La surnutrition hyperlipidique induit, au niveau musculaire, une diminution de l'expression de PDK4 qui pourrait être la conséquence de la diminution de la concentration en NAD+ associée à la baisse de l'activité de SIRT1 comme supportée par l'hyperacétylation de PGC1alpha. Bien que l'activation de la voie SIRT1/PGC1alpha semble réduite, la surnutrition hyperlipidique est associée à une augmentation de l'expression des gènes liés à la mitochondrie. La surnutrition riche en fructose induit quant à elle, au niveau musculaire, une baisse de l'expression de nombreux gènes liés à l'oxydation des lipides et à la mitochondrie comme CPT1 et MLYCD. Les études in vitro suggèrent que le fructose agit de manière indirecte sur le muscle squelettique. Ce travail de thèse met en lumière les conséquences d'une balance énergétique positive induite par la surconsommation de lipides ou de fructose sur le métabolisme énergétique et l'expression génique du muscle squelettique / We studied the effects of a high-fat overfeeding (+757 kcal/d) during 56 days on energy metabolism and skeletal muscle of healthy subjects. ln parallel, we studied the effects of high fructose overfeeding during 7 days on energy metabolism and skeletal muscle of first-degree relatives of type 2 diabetic patients and we performed in vitro studies with human myotubes to identify the mediator contributing to the fructose effects. High-fat and high-fructose overfeeding both contribute to increase body. These changes are associated with a preferential oxidation of carbohydrates instead of lipid. High-fat overfeeding induces in skeletal muscle, a decrease in PDK4 expression that could be the consequences of decreased NAD+ concentration associated with a decreased SlRT1 activity as supported by the hyperacetylation of PGC1alpha. Although this reduction of the SlRT1/PGC-1alpha pathway appears, the high-fat overfeeding is associated with increased mitochondrial gene expression. The high-fructose overfeeding induces in skeletal muscle a decrease in many genes expression related to lipid oxidation and mitochondria as CPT1 and MLYCD. ln vitro experiments suggest an indirect action of fructose in skeletal muscle. This thesis highlights the consequences of a positive energy balance induced by over- consumption of lipid or fructose, which we can find in the general population, on energy metabolism and skeletal muscle gene expression

La croissance fœtale et postnatale est un processus finement régulé par des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux complexes. Le système des IGFs (insulin-like growth factors) est l’un des acteurs principaux jouant un rôle crucial dans le développement fœtal et postnatal. Chez l’humain, plusieurs mutations des gènes IGF1 et IGF-1R ainsi qu’une mutation d’origine paternelle d’IGF2 ont été rapportées chez des patients ayant un retard de croissance intra-utérin (RCIU) qui peut persister et/ou s’aggraver en postnatal. Par ailleurs, les phénomènes épigénétiques comme la méthylation de l’ADN et le code histone jouent également un rôle prépondérant dans le développement fœtal et postnatal. L’empreinte parentale, mise en place grâce à des marques épigénétiques, est un des mécanismes important pour le développement fœtal. Chez l’humain, une anomalie de régulation de gènes soumis à empreinte parentale est associée à plusieurs syndromes de retard de croissance intra-utérin et postnatal ou à l’inverse de croissance excessive. Ce travail comporte deux parties: nous nous sommes dans un premier temps particulièrement intéressés à l’étude génétique et épigénétique de la région 11p15.5 et de son centre d’empreinte régulant le domaine IGF2/H19 dans une population de patients ayant une croissance excessive ou bien un RCIU (syndromes de Beckwith-Wiedemann et Silver-Russell respectivement), afin de mieux comprendre la régulation de ce domaine. Puis, la deuxième partie de notre étude a porté sur l’identification de nouvelles causes génétiques et épigénétiques de syndrome de Silver-Russell, altérant l’expression d’IGF2 mais n’étant pas directement secondaires à un défaut moléculaire de la région 11p15.5. / Fetal and postnatal growth is a process finely regulated by genetic, epigenetic and environmental complex. The IGFs system (insulin-like growth factors) is one of the main actors playing a crucial role in fetal and postnatal development. In humans, several mutations of IGF1 and IGF-1R genes and a paternal IGF2 mutation have been reported in patients with intrauterine growth restriction (IUGR), which can persist and/or worsen in postnatal life. Moreover, epigenetic phenomena such as DNA methylation and histone code also play a major role in fetal and postnatal development. Genomic imprinting, established due to epigenetic marks, is one of the major mechanisms for fetal development. In humans, abnormal regulation of genes subject to imprinting is associated with several syndromes of intrauterine and postnatal growth restriction or conversely excessive growth. This work has two parts: we initially particularly interested in the genetic and epigenetic study of the 11p15.5 region and its imprinting control region regulating the IGF2/H19 domain in a population of patients with overgrowth or IUGR (Beckwith-Wiedemann syndrome and Russell-Silver respectively), to better understand the regulation of this area. Then, the second part of our study focused on the identification of new genetic and epigenetic causes of Silver-Russell syndrome, altering the expression of IGF2, without being directly caused by a molecular defect of 11p15.5 region.

Le facteur bactérien Rho est une ARN hélicase toroïdale utilisant l’énergie issue de l’hydrolyse d’ATP pour transloquer le long de brins ARN et dissocier les obstacles moléculaires se trouvant sur son chemin. La fonction majeure de Rho est de provoquer la terminaison de la transcription. Les nombreuses études du facteur Rho d’E. coli (EcRho) ont montré que l’enzyme se fixe aux régions nues des transcrits naissants au niveau de sites Rut (Rho utilization) et utilise son activité de translocase ATPase-dépendante pour rattraper l’ARN polymérase et provoquer la dissociation du complexe d’élongation de la transcription. EcRho est impliquée dans 20 à 50 % des évènements de terminaison de la transcription chez E. coli et contribue à la régulation globale ainsi qu’à la protection du génome bactérien via divers mécanismes complexes. Le spectre d’activité restreint de la Bicyclomycine (BCM) – un antibiotique inhibant la fonction ATPase de Rho – suggère que Rho, bien qu’essentielle chez la plupart des espèces Gram- comme E. coli, est superflue chez la plupart des espèces Gram+. Pour vérifier cette hypothèse et mieux comprendre l’importance de Rho au sein de la diversité bactérienne, nous avons évalué la distribution et la conservation phylogénétique de Rho en utilisant les banques publiques de données génomiques et protéomiques. Nous avons observé que ~92% des espèces analysées (représentant la plupart des phyla bactérien) possèdent Rho (ou un gène rho) et que la présence de ce dernier semble être corrélée avec la complexité du génome, du programme de régulation et de l’écosystème de la bactérie. Cette complexité est illustrée par notre découverte que la protéine régulatrice CsrA contrôle la terminaison Rho-dépendante dans la partie 5’ UTR de l’opéron pgaABCD dont l’expression est critique pour la formation de biofilms par E. coli. En parallèle de ce travail, nous avons testé la proposition récente que le facteur Rho de Mycobacterium tuberculosis (MtbRho) opère par un mécanisme atypique indépendant de son activité ATPase, ce qui le rendrait insensible à la BCM. Nos résultats réfutent cette hypothèse et démontrent sans équivoque que MtbRho utilise un mécanisme similaire à celui de EcRho, pouvant être inhibé par la BCM (mais nécessitant des doses particulièrement élevées). L’ensemble de ces travaux apporte de nouvelles informations illuminant le rôle, le mécanisme et l’importance de Rho au sein de la biodiversité et conforte Rho comme cible prometteuse pour le développement de nouveaux antibiotiques. / The bacterial Rho factor is a ring-shaped, hexameric RNA helicase which uses the energy derived from ATP hydrolysis to translocate along RNA strands, disrupting molecular roadblocks in its way. A major function of Rho is to induce termination of transcription. Extensive studies of the prototypical Rho factor from E. coli (EcRho) indicate that the enzyme binds naked regions of nascent RNA transcripts at the level of Rut (Rho utilization) sites and, then, uses its ATPase-dependent translocase activity to catch up with RNA polymerase and to trigger dissociation of the transcription elongation complex. EcRho is implicated in 20 to 50 % of all transcription termination events in E. coli and contributes to the global regulation and protection of the bacterial genome through various sophisticated mechanisms. The limited spectrum of activity of the antibiotic Bicyclomycin (BCM) – an inhibitor of Rho’s ATPase – suggests that Rho, while critical in many Gram- species such as E. coli, is dispensable in most Gram+ species. To verify this assumption and better understand the importance of Rho across the biodiversity, we assessed the phylogenetic distribution and conservation of Rho using public ‘omics’ databases. We found Rho (or a rho ORF) in ~92% of analyzed species (representing most bacterial phyla), its presence seemingly related to the complexity of the bacterial genome, regulatory program, and ecosystem. An illustration of this complexity is our discovery that regulatory protein CsrA mediates Rho-dependent termination in the 5’UTR of the pgaABCD operon whose expression is critical for biofilm formation by E. coli. In parallel, we tested the recent proposal that the Rho factor of Mycobacterium tuberculosis (MtbRho) operates by an atypical, ATPase-independent mechanism that would make it immune to BCM. Our results rule out this possibility and unambiguously show that MtbRho uses a mechanism similar to that of EcRho, one that can be inhibited by BCM (albeit at unusually high concentrations). Overall, this work provides key, new information to better understand the role, mechanism, and importance of Rho across the bacterial diversity and endorses Rho as a promising target for the development of new antibiotics.

Dans les cellules eucaryotes, l'expression des gènes est régulée à de multiples étapes. Les régulations post-transcriptionnelles regroupent l'ensemble des contrôles qui s'exercent sur un ARN, en particulier sa maturation nucléaire, sa stabilité et son contrôle traductionnel. Les protéines de liaison aux ARN sont des acteurs majeurs de ces régulations post-transcriptionnelles. Les protéines CELF1 et ELAVL1, abondantes et quasiment ubiquitaires, participent à ces différents niveaux de régulation et sont susceptibles de modifier le devenir des transcrits. Au cours de ces travaux, nous avons étudié l'impact de CELF1 sur l'abondance et la maturation des ARN par des approches transcriptomiques. Nous avons classé les transcrits en fonction de leurs réponses aux différentes inactivations. L'ensemble de ces données montre que i) CELF1 et ELAVL1 ont des rôles bivalents, leur déplétion étant associée à une répression ou une activation de certains gènes ; ii) dans des cellules HeLa, les effets des différentes déplétions sont majoritairement des effets indirects ; iii) CELF1 et ELAVL1 ont très majoritairement le même effet sur l'abondance des ARNm qu'elles contrôlent directement ; iv) CELF1 et ELAVL1 ont le plus souvent des effets coopératifs ou redondants sur l'abondance des transcrits liés. L'effet combinatoire de CELF1 et ELAVL1 dépend de l'ARNm considéré, révélant une complexité des régulations post-transcriptionnelles critiques pour le devenir d'une cellule. / In eukaryotic cells, after transcription gene expression is controlled at multiple steps. These qualitative and quantitative post-transcriptional regulations are specified by RNA binding proteins (RBP). By combining transcriptomic analysis and binding site information for CELF1, we showed that CELF1 regulates both nuclear and cytoplasmic steps of gene expression. CELF1 directly controls the stability of cyclin D1 mRNA and the splicing of several RNA including KLC1 (light chain kinesin 1). Because mRNAs are in complexes consisting of multiple RBP we studied whether CELF1 and ELAVL1 would interact and control the abundance of their bound mRNAs. This analysis unravel a surprising redundancy or cooperativity of CELF1 and ELAVL1. The combinatorial effects of CELF1 and ELAVL1 were highly dependent on the considered RNA. Interestingly, we showed that both proteins cooperate and interact physically.

L’objectif repose sur l’élaboration de vecteurs d’ADN fonctionnalisés par des séquences peptidiques, DLC8-AS, ciblant les chaînes légères LC8 de la dynéine cytoplasmique, pour obtenir un transport actif jusqu’au noyau le long des microtubules (MTs). Des travaux précédents, menés sur des fluosphères fonctionnalisées par des DLC8-AS, ont montré une efficacité remarquable à condition de travailler avec de hauts taux de ligands. De tels niveaux de ligands ne sont pas transposables à des nanoparticules (NPs) d’ADN car ils affectent grandement leur stabilité colloïdale. Pour compenser cela, nous avons développé dans cette thèse, des NPs d’ADN faiblement fonctionnalisées (2-10 mol %) portant des dimères de DLC8-AS afin de bénéficier d'un effet dimérique vis-à-vis de la dynéine qui augmente l'affinité. Parmi les systèmes testés, 2 ont montré un gain lié à l’effet dimérique des DLC8-AS. Le 1er est basé sur un amphiphile cationique dimérisable de la cystéine, utilisé avec son homologue pegylé portant un motif DLC8-AS, pour produire, via l’oligomérisation des thiols, une population monodisperse de petites NPs d’ADN décorées (~60 nm). Les expériences menées sur cellules HeLa ont montré que les NPs décorées par les dimères de DLC8-AS avaient des efficacités de transfection améliorées (~250 fois) grâce à un mécanisme dépendant du système dynéine/MTs. Dans l’autre système, la surface de polyplexes de PEI a été décorée avec des amphiphiles octaarginine mono- ou bis-DLC8-AS. De façon remarquable, l’efficacité de transfection des polyplexes portant les ligands dimériques a été améliorée d’un facteur 50 par rapport au JetPEI standard. Ici encore, le mécanisme dépend des MTs. / The aim consists in engineering DNA carriers functionalized by peptide sequences, DLC8-AS, targeting the LC8 light chains of cytoplasmic dynein, to promote active transport towards the nucleus along the microtubules (MTs).Dépôt de thèseDonnées complémentairesPrevious works based on polystyrene fluospheres functionalized with DLC8-AS, showed a noteworthy transfection enhancement but as a cost of high levels of ligands. Such levels of functionalization are unsuitable for maintaining sufficient colloidal stability of DNA nanoparticles (NPs). In order to compensate for this, we developed in this thesis weakly functionalized DNA NPs (2-10 mol %) bearing dimers of DLC8-AS to benefit from a dimeric effect toward the dynein which increase the affinity. Among our designed systems, two revealed the benefit from taking advantage from the dimeric effect of DLC8-AS. The 1st one relies on a cationic and dimerizable cysteine based amphiphile, which was used with its dimerizable pegylated homologue containing DLC8-AS, to produce, through a thiol-disulfide oligomerisation process, a monodisperse population of small sized functionalized DNA NPs (~60 nm). Experiments carried out onto HeLa cells, showed that DNA NPs functionalized with DLC8-AS dimers exhibited enhanced transfection properties (~250 times) through a dynein/MTs dependant mechanism. The second consists in functionalizing the surface of PEI polyplexes with octaarginine amphiphiles carrying a mono- or bis-DLC8-AS. Remarkably, the transfection efficiency of polyplexes bearing the dimeric ligands was increased by a 50 times factor compared to the JetPEI golden standard. Here too, the mechanism strongly depends on MTs.

La dyskinésie ciliaire primitive (DCP) est une maladie génétique rare, autosomique récessive, résultant d'un dysfonctionnement des cils de l'épithélium respiratoire. Les patients atteints souffrent d'infections respiratoires chroniques accompagnées de complications évoluant vers l'insuffisance respiratoire, en dépit de traitements antibiotiques et de kinésithérapique à vie. Ils peuvent aussi présenter une hétérotaxie.La première partie de ma thèse a consisté à rechercher des gènes impliqués dans l'hétérotaxie et la DCP. Grâce au séquençage haut-débit, nous avons pu identifier deux nouveaux gènes - MMP21 et RSPH1 - responsables respectivement d'hétérotaxie et de DCP. L'identification de tous les gènes responsables est un préalable indispensable à toute thérapie génique. Dans la deuxième partie, nous avons cherché à développer une thérapie génique in vivo dans le but de restaurer un battement ciliaire normal et ainsi de stopper l'évolution de la maladie. Préalablement, notre laboratoire avait apporté la preuve du concept dans un essai de thérapie génique in vitro impliquant le gène DNAI1. Pour la démonstration in vivo, la lignée Dnahc11iv de souris ayant une mutation du gène Dnahc11 et ayant des cils déficients a été choisie. L'ADNc de DNAH11 (14 kb) a été cloné sous contrôle d'une partie de la séquence du promoteur FOXJ1, suffisante pour limiter l'expression du transgène aux cellules ciliées. Une autre construction a permis de produire des vecteurs dérivés du baculovirus. Un essai de délivrance par voies nasale et trachéale a été réalisé avec succès d'une part avec les vecteurs dérivés du baculovirus et d'autre part avec l'ADNc complexé à des nanoparticules / Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a rare autosomal recessive genetic disorder, caused by airway epithelial cilia dysfunction. Patients suffer from chronic respiratory infections along with various organ defects evolving toward respiratory insufficiency, in spite of antibiotic treatment and lifelong physiotherapy. They can also have heterotaxy syndrome. The first part of this work aimed to identify mutations in genes implicated in heterotaxy and PCD. Thanks to next-generation sequencing method, two new genes were identified MMP21 and RSPH1 causing heterotaxy and PCD respectively. The discovery of all causal genes is the base of the development of a PCD therapy system. The second part describes the development and the characterization of tools needed to establish an in vivo gene therapy. The purpose is to restore a normal cilia beating to limit or even stop the disease. First, our laboratory demonstrated the proof-of-concept in an in vitro gene therapy assay for DNAI1. To do so, Dnahc11 deficient mouse model with immotile cilia and PCD symptoms was chosen. Then, to achieve the project, DNAH11 cDNA (14 kb) has been cloned under control of a part of the sequence of the specific promoter (FOXJ1), previously demonstrated as sufficient to limit transgene expression to ciliated cells. Another construction was made to produce baculovirus derived vectors. A cDNA delivery attempt through nasal and tracheal way was done with baculovirus derived vector or DNAH11 cDNA complexed with nanoparticles

Le développement des nanotechnologies dans le domaine médical a suscité un engouement considérable ces dernières années, notamment l’utilisation de nanoparticules pour la vectorisation de principes actifs. Les nanoparticules offrent des perspectives uniques pour la vectorisation et la délivrance de principes actifs qu’ils soient des gènes (thérapie génique),des anti-cancéreux (chimiothérapie) ou encore des agents photosensibilisateurs (photothérapie dynamique, TPD). Le défi majeur reste cependant l’acheminement des molécules thérapeutiques jusqu’à leur site d’action, tout en gardant leur intégrité ainsi que leur effet thérapeutique.L’axe de recherche de cette thèse est l’utilisation des nanocapsules lipidiques comme plateforme multifonctionnelle pour la délivrance de principes actifs. Un des objectifs étant le développement de nanocapsules lipidiques, stables de point de vue physico-chimique, et fonctionnalisées avec du polyéthylèneimine capables de délivrer efficacement un plasmide ADN et un anti-cancéreux (paclitaxel) dans le cadre d’une thérapie combinée. Les applications de ces nanovecteurs pour la transfectionde gènes et la vectorisation de chimiothérapeutique in vitro ont été réalisées.Par ailleurs, l’aptitude de nanocapsules lipidiques à vectoriser des agents photosensibilisants pour la thérapie photodynamique a été aussi étudiée in vitro, et les résultats ont montré que l’encapsulation de deux molécules de PS dans les nanocapsules permet une synergie de l’effet photodynamique tout en gardant les propriétés physico-chimiques de chaque PS. Enfin, l’encapsulation d’un agoniste au canal ionique TRPM8, le menthol, fait l’objet du dernier chapitre. L’étude par imagerie calcique du relargage de cette molécule lipophile in vitro a permis de confirmer le potentiel des NCL comme nanovecteurs de principes actifs. / The development of nanotechnology in the medical field has attracted considerable interest in recent years, including the use of nanoparticles for drug delivery. Nanoparticles offer unique opportunities for delivery of active drugs such as genes (gene therapy), anti-cancer (chemotherapy) or photosensitizers (photodynamic therapy, PDT). The major challenge, however, remains the delivery of therapeutic molecules to their site of action while keeping their integrity and their therapeutic effect.The research focus of this thesis is the use of lipid nanocapsules as a multifunctional platform for the delivery of drugs. One goal is the development of stable lipid nanocapsules, functionalized with polyethyleneimine and capable of effectively delivering a plasmid DNA and an anti-cancer (paclitaxel) as part of a combination therapy. The applications of these nanocarriers for transfection and delivery of chemotherapeutic were performed in vitro.Moreover, the ability of lipid nanocapsules to encapsulate photosensitizers for photodynamic therapy has been studied in vitro, and the results showed that the encapsulation of two molecules of PS in the nanocapsules allows a synergy photodynamic effect while protecting the PS from photo degradation.Finally, encapsulating an ion channel TRPM8 agonist (menthol) is the subject of the last chapter. The study by calcium imaging of the release of this lipophilic molecule in vitro confirmed the potential of lipid nanocapsules as nanocarriers of drugs.

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

Troisième dystrophie musculaire en terme d’incidence, la dystrophie facio-scapulo-humérale est une maladie qui reste encore énigmatique. Bien qu’elle a été montrée comme associée à la contraction d’un macrosatellite, D4Z4, au niveau du subtélomère 4q35 au début des années 1990, l’origine des modifications observées chez les patients est encore mal connue. C’est pourquoi nous nous sommes intéressés à différents aspects de la pathologie. Tout d’abord, nous avons étudié l’expression des gènes de la région 4q35 ainsi que de gènes impliqués dans la physiologie musculaire chez des fœtus et des adultes porteurs ou non d’une contraction du nombre de D4Z4 et avons ainsi pu mettre en évidence que les dérégulations géniques étaient déjà observable chez les fœtus, faisant de ceux-ci un modèle relevant d’étude de la pathogénèse précoce de la FSHD. Nous nous sommes ensuite intéressés à la régulation épigénétique de deux gènes situés au niveau du locus 4q35 et avons pu observer que des modifications épigénétiques globales pouvaient, ou non, moduler l’expression de ces gènes et ce dépendamment du nombre de répétitions du macrosatellite. Enfin, nous avons analysé la régulation de la région par l’effet de position télomérique et avons remarqué que seuls certains gènes de la région, distants, étaient régulés par ce mécanisme épigénétique. Ces résultats nous ont permis d’avancer un peu plus dans la connaissance de la dystrophie facio-scapulo-humérale et de valider un nouveau modèle d’étude de la pathologie. / Hird more frequently myopathy, the facioscapulohumeral dystrophy is an enigmatic disease. It is associated with the macrosatellite D4Z4 contraction since 90’s but the origin of the modifications observable in patients remains unclear. That’s why, we have focused our work in different aspects of this disease. First of all, we have studied expression of 4q35 and muscular genes in fetuses and adults carrying a contraction of the D4Z4 macrosatellite and shown that the molecular deregulations can be observed since the fetal stage. So, we have validated this model as an interesting model to study the early FSHD pathogenesis. Secondly, we have been interested in epigenetic regulation of two genes located in the 4q35 region and have observed a modulation of their expression in a global epigenetic modulation contest. Those deregulations depend on the number of D4Z4 repeats. Finally, we have analyzed the region regulation by telomere position effect and have noted only some genes are deregulated by this epigenetic mechanism. With those results, we have progressed in the FSHD pathogenesis knowledge and we have validated a new model to study this pathology.

Les sédiments agissent comme de véritable puits pour certains polluants organiques persistants et métaux représentant ainsi une source de contamination secondaire pour les milieux aquatiques. Dans ce contexte, un test embryo-larvaire utilisant le Medaka japonais (Oryzias latipes) a été développé afin d’évaluer la toxicité des polluants fixés aux particules sédimentaires. Le bioessai consiste à maintenir les embryons de Medaka en contact direct avec le sédiment durant tout leur développement embryonnaire puis à évaluer les effets létaux et sublétaux induits au niveau phénotypique et moléculaire chez les embryons et larves exposés. Tout d’abord, le bioessai a été appliqué à la caractérisation de la toxicité et des modes d’action de substances organiques et métalliques pures. Le pyrène et son dérivé, le méthylpyrène, se sont avérés fortement tératogènes avec un spectre de malformations rappelant le syndrome de la maladie du sac bleu. L’étude du profil d’expression génique a révélé la perturbation de certains processus cellulaires notamment la voie AhR, le métabolisme mitochondrial et la voie de signalétique et de métabolisation des rétinoïdes. Le cuivre et le cadmium ont induit de nombreuses malformations squelettiques et cardio-vasculaires, des dommages à l’ADN ainsi que l’altération de l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme mitochondrial, la régulation du cycle cellulaire et la réparation de l’ADN. Enfin, le bioessai a été appliqué à l’évaluation du potentiel toxique de sédiments naturels du système Lot-Garonne et du Bassin d’Arcachon. L’ensemble des sédiments testés a montré un large spectre d’effets tératogènes et seuls quelques-uns ont conduit à des effets létaux. Par ailleurs, l’expression plusieurs gènes impliqués dans le métabolisme mitochondrial, la voie AhR, le contrôle du cycle cellulaire, la réparation de l’ADN et la détoxication des métaux a été modifiée lors de l’exposition à certains sédiments contaminés de la zone d’étude. / Aquatic sediments act as real sink for numerous anthropogenic chemicals such as persistent organic pollutants and heavy metals as well as a secondary contamination source. In this context, a fish embryo-larval assay was developed using the Japanese Medaka (Oryzias latipes) as a test organism to evaluate de toxicity of particle-bound contaminants. In this aim, fish embryos are kept in direct contact to sediment during their whole embryonic development and induced lethal and sub-lethal effects are measured at the phenotypical and molecular levels. This test was first applied to the toxicity evaluation and modes of action characterization of organic and metallic single compounds. Pyrene and its alkylated derivative, methylpyrene, revealed a high teratogenic potency inducing developmental deformities similar to the blue sac disease syndrome. Gene expressions response pattern using RT-PCR method highlighted the alteration of several cellular process including AhR pathway, mitochondrial metabolism and retinoids signaling and metabolism pathways. Copper and cadmium mainly induced numerous skeletal and cardiovascular injuries, DNA damage as well as modifications of gene expression involved in mitochondrial metabolism, DNA damage repair and cell cycle regulation. Finally, the Medaka embryo-larval assay was applied to analyze the toxic potential of natural sediments form the Lot-Garonne system and the Arcachon bay. All tested sediments showed a wide range of teratogenic effects but only few of them revealed to be acutely toxic. Moreover, the expression of several genes involved in mitochondrial metabolism, AhR pathway, cell cycle arrest, DNA repair and heavy metals detoxication proved to be modified in the presence of some contaminated sediments from the studied area.