Les alphavirus arthritogènes de la rivière Ross (RRV) et du chikungunya (CHIKV) sont des arbovirus à l’origine de maladies inflammatoires musculosquelettiques chez l'homme. Ils sont largement distribués dans le monde et provoquent périodiquement des épidémies explosives. Les principaux signes cliniques lors d’une infection par un alphavirus arthritogène sont les myalgies, polyarthrites et arthralgies intenses pouvant persister plusieurs mois après l'infection. Les mécanismes de développement de l’infection et des manifestations persistantes sont peu connus. Pour étudier la pathogenèse de l'infection par RRV, nous avons généré un virus recombinant exprimant une nouvelle luciférase brillante et brillante. Nous avons montré que les monocytes humains, malgré une faible susceptibilité à l'infection in vitro par RRV, étaient capables de maintenir une réplication virale jusqu'à 45 jours post infection indiquant leur rôle potentiel dans les formes chroniques. Grâce un modèle expérimental de l’infection par RRV, nous avons suivi les phases aiguë et chronique de la maladie in vivo. Nous avons montré que les cinétiques de réplication du virus recombinant étaient proches de celles du virus parental. Nous avons également observé un tropisme musculaire et articulaire et une corrélation entre le signal bioluminescent et la charge virale confirmant ainsi la relevance de ce modèle. En étudiant la dissémination virale, nous avons montré que le Bindarit, une molécule anti-inflammatoire diminuant le développement de la maladie dans le modèle murin, induit une plus grande réplication dans le tissu cardiaque. Enfin, nous avons pu observer une réplication virale dans les tissus musculaires durant la phase chronique de la maladie et avons montré le rôle de la dose inoculée dans le développement de la persistance virale. Suite à un traitement immunosuppresseur, nous avons observé une légère augmentation du signal bioluminescent indiquant un contrôle de la réplication virale persistante par la réponse immunitaire adaptative. Ce nouveau modèle d’imagerie in vivo permet un suivi en temps réel de la dissémination virale permettant des études de pathogenèse et l'évaluation de stratégies thérapeutiques. / Ross River virus (RRV) and chikungunya virus (CHIKV) are mosquito-transmitted viruses that cause musculoskeletal inflammatory diseases in humans. They are widely distributed and periodically cause explosive epidemics. After infection with RRV, patients experience fever, maculopapular rash, myalgia and intense pain in the peripheral joints. Approximately 30% of patients develop a chronic form of the disease with myalgia and poly-arthralgia persisting for months to years after infection. The mechanisms underlying these persistent symptoms remain unclear. To study the dynamics and pathogenesis of RRV infection in vitro and in living animals, we generated a recombinant virus expressing a novel small and bright luciferase. First we showed that human monocytes, despite a low susceptibility to RRV infection, were able to maintain viral replication in vitro up to 45 days post infection. Then, using a murine model of RRV infection, we monitored the acute and chronic phases of the disease. We observed near native replication kinetics and a muscular/articular tropism after infection with our recombinant virus. Moreover, the bioluminescent signal correlated with the viral load further confirming the relevance of this new imaging model. After monitoring of the viral dissemination in live mice, we showed that Bindarit, an anti-inflammatory molecule known to prevent the development of the alphaviral disease in a mouse model, induces a higher replication in the cardiac tissue; thereby indicating that caution must be used before treatment of patients. We were also able to observe viral replication in the muscles during the chronic stage of the disease when using a low inoculation dose. Finally, following an immunosuppressive treatment, we observed a slight increase in the bioluminescent signal indicating a control of remnant viral replication by the adaptive immune response. This new model provides a non-invasive real-time assessment of viral replication and dissemination allowing pathogenesis studies and therapeutic strategies evaluation.

L’imagerie optique est actuellement en train de révolutionner le diagnostic pré-clinique et le développement des médicaments. Dans ce contexte, la société QUIDD développe des sondes intelligentes capables de mettre en évidence des processus biologiques impliqués dans les maladies. Ainsi, cette thèse a pour objectif le développement d’une méthode générale pour la synthèse de sondes luminescentes visant la détection de peptidases. Pour cela, des sondes composées d’un substrat peptidique et d’une espèce luminescente phénolique reliés entre eux par un bras réactif auto-immolables ont été développées. Deux approches ont été envisagées : une stratégie utilisant des pro-fluorophores à phénol dont l’émission de fluorescence est éteinte lorsque leur fonction phénol est substituée. Une autre stratégie a consisté en l’utilisation de 1,2-dioxétanes dont la libération dans le milieu engendre une émission spontanée de lumière. Cette thèse présente tout d’abord la validation de cette stratégie, notamment pour la détection de la caspase-3, une enzyme fortement impliquée dans le processus apoptotique. La deuxième partie de ce travail relate les efforts effectués afin de permettre l’utilisation de ces sondes en imagerie in vivo. / Optical imaging is currently revolutionizing pre-clinic diagnosis and drug development. In that context, QUIDD develops smart probes able to follow biological events involved in biological disorders. The aim of this PhD work was to provide a general method for the synthesis of luminescent probes able to detect proteases. For that purpose, probes composed of a peptide substrate and a phenolic luminescent moiety connected by a self-immolative linker were developed. Two strategies were investigated: a first strategy involved phenolic pro-fluorophores, whose fluorescence is quenched when their phenol functionality is substituted. A second strategy took advantage of 1,2-dioxetanes whose liberation in the medium results in a spontaneous light emission. The first objective of this work was to provide a proof of concept of these strategies, especially for the detection of caspase-3, a key enzyme involved in the apoptotic process. The second part of this work was devoted to the extension of the strategy to in vivo imaging.

Ce travail de recherche vise à mettre au point la première gamme de sondes magnétogéniques à base de Fer(II) répondant à un analyte biochimique. L’objectif est de créer les premières sondes résolument silencieuses en IRM qui ne génèrent un signal qu’après leur rencontre avec l’analyte, une caractéristique hautement désirable dans le domaine de l’IRM moléculaire. Au cours d’un travail doctoral précédent, une paire de complexes ferreux modèles, hydrosolubles et chargés positivement, a été identifiée et a permis de valider l’idée de ce concept OFF-ON in vitro. Dans un premier temps nous avons démontré qu’un tel concept pouvait être également validé in vivo chez la souris. Ceci a nécessité le développement de stratégies de synthèse organique inédites et notamment la mise au point de synthons tétrazolyleméthyle protégés. Une telle méthodologie a notamment démontré son efficacité dans la synthèse du premier analogue totalement azoté de l’EDTA. Par la suite nous avons démontré qu’il était possible sous certaines conditions, non physiologiques, de réaliser les exigences du concept de magnétogénèse. En particulier nous avons démontré que des unités amidines peuvent être modifiées, en ayant recours à des concepts de type prodrogue, et utilisées pour éteindre et allumer le spin électronique du Fer(II) après rencontre avec l’analyte. Enfin nous avons également démontré au cours de ce travail, avec une seconde stratégie, que le concept de magnétogénèse était possible dans des conditions physiologiques et constantes et avons construit un modèle biologique afin d’évaluer une molécule candidate prometteuse in cellulo. / This PhD project aims to develop the first line of Iron(II) based magnetogenic probes that respond to bio-chemical analytes. It sets out to address one of the main limitations of responsive probes by rendering the initial probe completely MRI silent. During the previous investigations of the Bio-organic chemistry group, a duo of Iron(II) low spin-high spin parent complexes has been identified as the basis for a magnetogenic design. In the current work we have validated this OFF-ON approach, in vivo, by ensuring the electroneutrality of the final contrast agent. Such a feature required the development of protected synthons for the convergent introduction of tetrazolylmethyl chelating motifs. And such a synthetic methodology was also applied for the synthesis of the first full nitrogen analog of EDTA. In a second part of this work, a first magnetogenic concept was explored exploiting amidine moieties to silence or awaken the electronic spin of ferrous complexes. We demonstrated that this magnetogenic concept was valid, after a short chemical stimulation, though at the expense of harsh acidic conditions to trigger the paramagnetism of the final complex. Finally we successfully explored a second magnetogenic concept operating in physiological conditions and responding to bio-chemical stimulations.We then evaluated the most promising candidate in cellulo by developing a biological model expressing the nitroreductase enzyme.

Le pronostic de certains cancers s'est considérablement amélioré avec l'arrivée sur le marché des anticorps thérapeutiques. Devant l'essor de ces nouveaux médicaments associé à l'identification de nouveaux biomarqueurs, de nouvelles perspectives émergent pour l'imagerie moléculaire in vivo. En effet, disposer de nouveaux traceurs moléculaires spécifiques de ces biomarqueurs permettra de caractériser l'hétérogénéité des cellules cancéreuses, de suivre l'expression de ces marqueurs au cours de l'évolution de la tumeur, mais également de suivre l'efficacité d'un traitement sur la régression tumorale du patient. Pour répondre à cette évolution de diagnostic moléculaire in vivo, il convient de développer de nouvelles sondes moléculaires. L'objectif de ma thèse répond à ce nouveau besoin avec l'ingénierie et le marquage d'un format d'anticorps recombinant adapté à l'imagerie in vivo : le diabody 12G4 dirigé contre le récepteur de l'hormone antimüllérienne (AMH), marqueur de certains cancers de la sphère génitale.

Cette thèse concerne le développement de nanocristaux (NCs) cœur/coquille d'InP/ZnS émettant dans le proche infrarouge pour l'imagerie biologique. Dans la synthèse chimique des NCs cœur d'InP, nous avons utilisé la phosphine générée in situ comme précurseur de phosphore en combinaison avec le myristate d'indium comme précuseur d'indium et l'1-octadécène comme solvant. Les NCs obtenus sont hautement cristallins et présentent une fluorescence dans la gamme 720-750 nm, selon leur taille. La croissance d'une ou deux monocouches (coquille) de ZnS sur la surface des NCs d'InP a considérablement amélioré leur rendement quantique de fluorescence. Nous avons de plus étudié le transfert de phase de ces NCs InP/ZnS du milieu organique au milieu aqueux en utilisant diverses molécules hydrophiles contenant un groupe thiol. En particulier, nous nous sommes intéressés au transfert de phase avec des molécules zwitterioniques tels que la penicillamine et la cystéine afin d'obtenir une taille hydrodynamique compacte, et de réduire les interactions non-spécifiques en milieu biologique. Dans l'étude du transfert de phase, l'accent a été mis sur la stabilité colloïdale des NCs et sur la préservation de leur efficacité de fluorescence en milieu aqueux. La cytotoxicité des NCs InP/ZnS fonctionnalisés avec la pencillamine a été évaluée en culture cellulaire. Puis la bio-distribution de ces NCs a été étudiée dans des souris vivantes par imagerie de fluorescence grâce à leur émission dans le proche infrarouge. Pour finir, les fonctionnalisations de NCs InP/ZnS d'une part avec un peptide de pénétration cellulaire, d'autre part avec des agents de contraste IRM (complexes de gadolinium) et enfin avec un nombre contrôlé de molécules streptavidine ont été explorées, démontrant le grand intérêt de ces NCs pour l'imagerie biologique. Mots clés: phosphure d'indium, boîtes quantiques, nanocristaux, imagerie biologique de fluorescence, infrarouge, transfert de phase, fonctionnalisation de surface

L'hippocampe, structure cérébrale située dans le lobe temporal, est au coeur de la gestion de nombreuses fonctions cognitives comme l'encodage des informations spatiotemporelles ou encore la mémoire épisodique. A l'heure actuelle, l'hippocampe est étudié via de nombreuses méthodes notamment l'imagerie de fluorescence qui, utilisée sur des animaux éveillés, permet d'accéder au fonctionnement du réseau neuronal. Malgré cela, une sous-région : le gyrus denté a encore un rôle mal élucidé car profondément enfoui dans le cerveau. Son étude permettrait d'apporter de nouveaux éléments sur le fonctionnement de l'hippocampe. De part sa profondeur d’environs 1 mm, son imagerie demeure très difficile. En effet, la diffusion ainsi que les aberrations optiques introduites par les couches successives de matière dégradent fortement la qualité d'imagerie. Pourtant l'optique adaptative, une technique héritée de l'astronomie, pourrait changer cela. En l'intégrant à un microscope bi-photon, il serait possible de compenser les aberrations optiques introduites par le cerveau et ainsi d'arriver à effectuer l'imagerie in vivo du gyrus denté. Durant ma thèse, j'ai donc travaillé à la conception complète tant du point de vue matériel que logiciel d'un microscope bi-photon adapté à l'imagerie in vivo et équipé d'un dispositif de correction de front d'onde. J'ai également développé une méthode d'optimisation prometteuse basée sur l'approche modale de la correction des aberrations optiques couplée à l'utilisation d'une métrique adaptée à l'imagerie non-linéaire en profondeur. Enfin, j'ai pu appliquer cette méthode dans des conditions in vitro et in vivo permettant de montrer son efficacité. / The hippocampus, a cortical structure located in the temporal lobe, is at the heart of the management of many cognitive functions such as spatiotemporal information encoding or episodic memory. At present, the hippocampus is studied through many methods including fluorescence imaging, and used on awake animals, allows access for the study of the neural network function. Despite this, a sub-region: the dentate gyrus has still a poorly elucidated role because it is deeply buried in the brain. His study would bring new elements on the hippocampus functioning. Due to its depth of about 1 mm, its imagery remains very difficult. Indeed, scattering as well as optical aberrations introduced by the successive layers of matter strongly degrade the imaging quality. Yet adaptive optics, a technique inherited from astronomy, could change that. By integrating it into a bi-photon microscope, it would be possible to compensate optical aberrations introduced by the brain and thus to achieve the in vivo imaging of the dentate gyrus. During my PhD, I worked on the complete design both in hardware and software of a bi-photon microscope suitable for in vivo imaging and equipped with a wavefront correction device. I also developed a promising optimization method based on the modal approach of optical aberration correction coupled with the use of a metric adapted to nonlinear depth imaging. Finally, I was able to apply this method in in vitro and in vivo conditions to show its effectiveness.

Les comportements olfactifs nécessitent de reconnaitre les odeurs sur une large gamme de concentration tout en restant sensible aux changements de concentration. Pour accomplir cette tâche paradoxale, le système olfactif doit façonner des représentations des odeurs qui soient à la fois dépendantes et indépendantes de leurs concentrations.Nous avons combiné des techniques de génétique murine, microscopie biphotonique, et enregistrements neurophysiologiques extracellulaires pour caractériser l’activité neuronale en réponse aux odeurs dans le bulbe olfactif et le cortex olfactif (piriforme) de la souris. En utilisant une souris au « nez monoclonal », nous montrons que les circuits du bulbe olfactif sont capables d’amplifier les entrées sensorielles très faibles, et d’atténuer les entrées envahissantes. En revanche, nous observons que le niveau d’activité neuronale induite par les odeurs dans le cortex piriforme est globalement indépendant de leurs concentrations. En outre, nous avons identifié une sous-population de neurones du cortex piriforme encodant l’identité d’une odeur indépendamment de sa concentration. Nos résultats d’imagerie calcique in vivo et d’enregistrement neurophysiologiques suggèrent que cette invariance à la concentration dans le cortex piriforme est assurée par les interneurones positifs à la paravalbumine, une sous-population de neurones inhibiteurs.Ces résultats mettent en évidence deux étapes différenciées du traitement de l’information dans les voies neurales de l’olfaction : tandis que le bulbe olfactif normalise les entrées sensorielles, les microcircuits du cortex piriforme intègrent cette information en composantes sensorielles distinctes. / Olfactory behaviors require the identification of odors across a large range of different concentrations, yet are exquisitely sensitive to changes in odor concentrations. To accomplish this seemingly paradoxical task the olfactory system must generate odor representations that are, at once, both concentration-dependent and concentration-invariant.We have used a combination of mouse genetics, in vivo two-photon microscopy, and extracellular multielectrode recording techniques to characterize odor-evoked activity in the olfactory bulb and olfactory (piriform) cortex of mice. Taking advantage of a mouse with a “monoclonal nose” in which the sensory input map is strongly perturbed, we show that olfactory bulb circuits are able to amplify very weak sensory inputs, and to suppress pervasive input.In contrast, we found that the overall level of odor-evoked neural activity in the piriform cortex is largely concentration-invariant. Moreover, we identified a small subpopulation of odor-responsive piriform neurons, which encodes odor identity independent of concentration. In vivo calcium imaging and extracellular multielectrode recordings suggest that parvalbumin-expressing interneurons, a subpopulation of inhibitory neurons, mediate concentration invariance in the piriform cortex.These results highlight contrasting processing mechanisms of sensory information along the olfactory pathway: while the olfactory bulb normalizes sensory inputs, microcircuits of the piriform cortex integrate this information into distinct sensory features. This process may allow for the simultaneous representation of identity and intensity in the olfactory system.

La vaccination est considérée comme l’un des plus grandes découvertes de l’histoire des maladies infectieuses, ayant permis le déclin et l’éradication de plusieurs pathogènes. Cependant, nous ignorons encore tous les mécanismes impliqués dans la protection contre les pathogènes. Cette méconnaissance est la cause de notre incapacité à formuler des nouveaux vaccins contre le VIH, la tuberculose, le paludisme et les pathogènes émergents. Récemment, on note des efforts pour induire une réponse cellulaire efficace après une vaccination, qui joue un rôle crucial dans la clairance des pathogènes.Cette thèse s’appuie sur un modèle de vaccin vivant atténue issu du virus de la vaccine : le MVA (Modified Vaccinia Ankara) et sur le modèle de primate non-humain. Nous avons caractérisé la réponse cellulaire après une immunisation intradermique suivant un schéma en prime-boost homologue, avec un boost à 2, suivi d’un boost à 9 mois. Le MVA a induit une infiltration massive de Lymphocytes T CD8 au niveau du site d’injection, 7 jours après l’immunisation. La réponse cellulaire systémique était modérée et ne reflétait pas l’amplitude de la réponse locale. Les injections du prime et du boost ont orienté la réponse cellulaire de façon différente, ce qui a mené à une importante induction de cellules T CD4 et CD8, persistantes, spécifiques de l’antigène et polyfonctionnelles après l’injection du boost à 9 mois.Cette étude souligne la différence entre les réponses systémiques et locales, démontrant l’importance de se focaliser sur la réponse tissulaire. Elle a également mis en lumière l’impact du schéma d’immunisation sur la qualité de la réponse cellulaire. / Vaccination has been considered as one of the greatest discoveries in the history of infectious diseases by allowing pathogens decline or eradication. However, we still ignore all the mechanism that lead to protection and therefore, fail to elaborate new vaccines against HIV, tuberculosis, malaria and emergent pathogens. Recently, efforts have been made to elicit effective cellular response after vaccination, which is crucial for pathogen clearance.This thesis relied on live-attenuated vaccine model derived from the vaccinia virus: the MVA (Modified Vaccinia Ankara) and a non-human primate model. We characterized the cellular immune response triggered by a homologous prime-boost intradermal injection of MVA, with a 2 months and 9 months boost. The MVA induced a massive infiltration of CD8 T cells at the injection site 7 days post immunization. In comparison, the systemic cellular response was mild and did not reflect the magnitude of the local response. The prime and boost injections elicited distinct orientation of the systemic and local T cells, which led to an important induction of a persistent, antigen-specific and polyfunctional CD8 and CD4 T cell responses after the 9 months boost.This work emphasizes the difference between local and systemic response, demonstrating the importance of the focus on tissue immunity. It also highlights the impact of the immunization schedule on the quality of the cellular response.

Le pronostic de certains cancers s’est considérablement amélioré avec l’arrivée sur le marché des anticorps thérapeutiques. Devant l’essor de ces nouveaux médicaments associé à l’identification de nouveaux biomarqueurs, de nouvelles perspectives émergent pour l’imagerie moléculaire in vivo. En effet, disposer de nouveaux traceurs moléculaires spécifiques de ces biomarqueurs permettra de caractériser l’hétérogénéité des cellules cancéreuses, de suivre l’expression de ces marqueurs au cours de l’évolution de la tumeur, mais également de suivre l’efficacité d’un traitement sur la régression tumorale du patient. Pour répondre à cette évolution de diagnostic moléculaire in vivo, il convient de développer de nouvelles sondes moléculaires. L'objectif de ma thèse répond à ce nouveau besoin avec l'ingénierie et le marquage d'un format d'anticorps recombinant adapté à l'imagerie in vivo : le diabody 12G4 dirigé contre le récepteur de l’hormone antimüllérienne (AMH), marqueur de certains cancers de la sphère génitale. / Prognosis of cancers dramatically improved with the development on the market of therapeutic antibodies. With the increase of these new biodrugs, associated with the identification of new biomarkers, new opportunities emerge for the in vivo molecular imaging.. Indeed, to use new molecular tracers specific of tumoral biomarkers will allow to study and characterize the cancer heterogeneity, to monitor the expression of these markers during the tumor evolution, but also to check the treatment effectiveness on patients’ tumoral regression. To answer this evolution of in vivo molecular diagnosis, it is favorable to develop new molecular probes. The aim of this thesis answers this new need with the engineering and labeling of a new recombinant antibody format suitable to in vivo imaging : the 12G4 diabody directed against the type II human receptor for the anti-Müllerian hormone, a biomarker of some cancers of the genital area.

Le poisson Astyanax mexicanus présente, au sein de la même espèce, plusieurs populations de poissons de rivières (SF) et de poissons de grottes aveugles (CF). Chez les poisons cavernicoles aveugles, les yeux se développent presque normalement pendant l’embryogenèse. Mais 24 heures après la fécondation (hpf), quand l’embryon éclot, le cristallin entre en apoptose, ce qui déclenche la dégénérescence progressive de l’œil entier. Mon projet de thèse visait à comprendre le mécanisme conduisant à l’apoptose du cristallin, jusqu’alors totalement incompris, en partant du postulat selon lequel le défaut devait avoir lieu pendant les stades précoces du développement du cristallin. Le cristallin se développe à partir d’une placode, un épaississement de l’ectoderme au stade neurula. Toutes les placodes, qui donnent naissance à des organes des sens de la tête, sont issues du champ panplacodal, situé à la bordure de la plaque neurale antérieure à 10 hpf. Nous avons comparé la régionalisation de ce champ chez les deux morphes, par hybridations in situ de gènes marqueurs des différentes placodes. Chez le CF, le territoire présomptif du cristallin est réduit à 10 hpf, et le cristallin est plus petit à tous les stades étudiés. D’autre part, la placode olfactive est étendue, et donne naissance à un épithélium olfactif plus large chez le CF. Les modifications de taille de ces deux placodes pourraient être le résultat évolutif d’un « trade-off » entre ces deux composantes sensorielles. La régionalisation modifiée du champ panplacodal chez le CF est due au moins partiellement à des différences spatiales et temporelles d’expression des molécules de signalisation Shh, Fgf, et peut-être Bmp4.Nous avons pensé que la petite taille du cristallin pouvait être la cause directe de son entrée en apoptose, par un défaut d’effet de communauté. Nous avons réalisé une ablation laser partielle des cellules précurseurs du cristallin à 12-14 hpf chez l’embryon SF, mimant ainsi la taille du cristallin CF. L’apoptose dans le petit cristallin des larves SF à 60 hpf n’a pas été augmentée, ce qui montre que la petite taille n’est pas suffisante pour induire l’apoptose.L’apoptose du cristallin pourrait aussi provenir de défauts de morphogenèse ou d’un problème de lignage cellulaire. Nous utilisons donc l’imagerie biphoton in vivo sur des embryons SF et CF, de 10 à 24 hpf, préalablement injectés au stade une cellule avec des ARNm de H2B-mCherry et Ras-GFP pour marquer les noyaux et les membranes. Les premiers résultats sur les poissons de surface montrent que nous pouvons suivre à rebours les cellules du cristallin de la fin du film jusqu’au champ panplacodal, et étudier la morphogenèse et les divisions.La différenciation du cristallin est également affectée chez le CF : au moins 5 cristallines, qui sont des protéines structurales du cristallin, ne sont pas exprimées correctement chez le CF, d’après des hybridations in situ et des qPCR. Cependant, le rôle fonctionnel de deux de ces modifications d’expression a été testé, et individuellement, elles n’expliquent pas le phénotype apoptotique. Nous émettons l’hypothèse qu’une combinaison de défauts d’expression de plusieurs cristallines serait à l’origine de l’apoptose du cristallin CF. Enfin, et plus largement, les forces évolutives qui ont conduit à la perte de l’œil chez Astyanax mexicanus ne sont pas encore comprises. Par une étude d’évolution moléculaire à l’échelle du transcriptome nous avons identifié des mutations fixées entre SF et CF, et avons pu mettre en évidence une accumulation de mutations dans des « gènes d’yeux » chez les CF. Cela suggère un relâchement de la pression de sélection sur ces gènes, peut-être devenus inutiles dans l’obscurité. De même, les séquences des cristallines de CF paraissent accumuler des mutations fixées à un taux élevé vu leur bas niveau de polymorphisme. / The fish Astyanax mexicanus presents, within the same species, several populations of river-dwelling surface fish (SF) and blind cave-living fish (CF). In blind cavefish, the eyes first develop almost normally during embryogenesis. But 24 hours after fertilization (hpf), when the embryo hatches, the lens enters apoptosis, which triggers the progressive degeneration of the entire eye. My thesis project aimed at understanding the mechanism leading to lens apoptosis, which was so far unknown. We reasoned that the defect(s) should take place during the early stages of lens development. The lens develops from a placode, a thickening of the ectoderm at the neurula stage. All placodes, giving rise to sense organs of the head, originate from the “panplacodal” field, located at the border of the anterior neural plate at 10 hpf. We compared the patterning of the panplacodal field in the 2 morphs, using in situ hybridizations for placodal marker genes. In CF, the lens placode territory is reduced at 10 hpf, and the lens is smaller at all stages examined. Conversely, the olfactory placode is enlarged, and gives rise to a bigger olfactory epithelium in CF. The modifications in size of these two placodes could result evolutionarily from a trade-off between these two sensory components. Developmentally, the modified patterning of the panplacodal field in CF is at least partly due to the spatial and temporal differences in the expression of Shh and Fgf (and perhaps Bmp4) signaling molecules.We hypothesized that the small size of the lens could be the direct cause of its apoptosis, through a lack of community effect. We performed partial laser ablation of lens precursor cells at 12-14hpf in surface fish (thereby mimicking the CF lens size). Apoptosis in the resulting small lens of SF larvae at 60hpf was not enhanced, showing that small size is not sufficient to induce apoptosis. Lens apoptosis could also result from morphogenesis defects or from a problem in cell lineage. We are performing two-photon live imaging, from 10 to 24 hpf, of SF and CF embryos previously injected at the one cell stage with H2B-mCherry and Ras-GFP mRNAs to label nuclei and membranes. First results on surface fish show that we can back-track lens cells to the panplacodal field, and follow morphogenesis and divisions. Lens differentiation is also affected in cavefish: at least 5 crystallins, which are lens structural components, are not expressed correctly in CF, based on in situ hybridization and qPCR data. However the functional role of two of these expression modifications / losses was tested and, individually, they don’t seem to explain the apoptosis phenotype. We propose that a combination of several crystallins expression defects would explain CF lens apoptosis.Finally, and more globally, evolutionary forces that led to eye loss in Astyanax mexicanus are not yet understood. Through a transcriptome-wide molecular evolution approach, we identified fixed mutations in transcripts between SF and CF, and we could show an accumulation of mutations in “eye genes” in CF. This suggests that the selection is relaxed on these genes, that have maybe become useless in the dark. Similarly, CF crystallin sequences seem to accumulate fixed mutations at a high rate, considering their low polymorphism level.