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

L'utilisation des antirétroviraux (ART) a permis une augmentation de la durée des patients infectés par le VIH. Par ailleurs, les comorbidités, retrouvées au cours du vieillissement physiologique, semblent être plus fréquentes et d'apparition plus précoce ce qui pourrait suggérer une modification du programme de vieillissement chez ces patients. L'étude ANRS EP45 « Aging » (clinicalTrials.gov, NCT01038999) a pour objectif d'analyser chez des patients infectés par le VIH traités ou non les mécanismes cellulaires connus pour être impliqués dans le vieillissement. Les PBMC d'une cohorte de 130 patients infectés par le VIH 1 appariés en âge et en sexe avec 49 sujets séronégatifs ont été analysés. Trois centres spécialisés (Marseille, Montpellier, Nice) ont recruté des patients infectés naïfs ou sous première ligne de traitement. Les résultats présentés dans ce manuscrit rapportent l'analyse des mitochondries et des lamines nucléaires. La maturation de la lamine A ne semble pas modifiée dans les PBMC de patients sous traitement contenant un inhibiteur de protéase. Cependant, ces cellules pourraient ne pas être le modèle le plus adapté pour explorer ce volet. D'autre part, l'infection est responsable d'anomalies mitochondriales dans les lymphocytes, partiellement corrigées par les traitements antirétroviraux qui modifient les mitochondries des monocytes moins sensibles à l'infection. Bien que les secondes générations de ART soient moins toxiques que les premières, leurs effets secondaires pourraient néanmoins, sur « le long terme » et/ou généralisés à l'ensemble de l'organisme, être l'un des facteurs modifiant le programme de vieillissement de ces patients. / Antiretroviral therapy (ART) has increased life expectancy in HIV-infected patients. Moreover, some age-related disorders were found to be more frequent in HIV infected and treated patients than in an age-matched general population, suggesting a modified time course of aging in HIV infected patients. The ANRS EP45 « Aging » study (clinicalTrials.gov, NCT01038999) investigated in PBMC from HIV-1 infected patients under treatment or not the cellular mechanisms known to be involved in aging. The study was performed on a cohort of 130 patients HIV-1 infected age- and sex-matched with 49 seronegative control subjects. Patients never treated with ART (naïve) or under first line were recruited by 3 AIDS centres (Marseille, Montpellier, Nice). Results presented here describe explorations of mitochondria and nuclear lamin. No alteration of lamin A maturation was detected in PBMC from HIV-1 infected patients under treatment with protease inhibitor. However, these cells could not be the most appropriate models to investigate lamin A-related aging pathway. On another hand, mitochondrial modifications were observed in lymphocytes from HIV infected naive patients. These alterations were only partly rescued by ART whereas its induced slight changes in monocytes that appeared to be less sensitive to infection. While second generation of ART are less toxic than the first one, their secondary effects, due to long term exposure and/or generalised to different tissues, could lead to a modified time course of aging in HIV infected patients.

Les lamines A et C sont deux composants majeurs de la lamina nucléaire, réseau de filaments intermédiaires situé sous la membrane nucléaire interne. Les mutations du gène LMNA, codant les lamines A/C, ont été associées à de nombreuses pathologies humaines, appelées laminopathies, et affectant un ou plusieurs tissus dont le muscle. Les mécanismes physiopathologiques sous-jacents ne sont encore que partiellement élucidés. Les lamines A/C jouant un rôle crucial dans l’architecture nucléaire et l’organisation de la chromatine, l’hypothèse d’une altération de l’expression de facteurs de transcription ou de gènes tissus-spécifiques a été formulée. De plus, au niveau musculaire, il a été décrit que les lamines A/C jouent un rôle majeur dans la mise en place d’une différenciation musculaire efficace.Afin d’identifier des altérations potentielles au sein des voies de signalisation régulant la différenciation musculaire, nous avons utilisés un modèle de myoblastes murins conditionnellement immortalisés et comparés le profil d’expression entre les myoblastes sauvages et inactivés pour le gène Lmna (Lmna-/-). Nous avons donc identifiés deux altérations majeures de la voie BMP (Bone Morphogenetic Pathway) : la diminution de l’expression du ligand Bmp4 et l’augmentation de celle de Smad6, un inhibiteur intracellulaire de la voie. Cette surexpression de Smad6 est responsable d’une séquestration cytoplasmique des Smads 1, 5 et 8 phosphorylées et d’une diminution de l’expression des gènes cibles, Id1 et Id2. Les myoblastes Lmna-/- montrent une différenciation myogénique prématurée, phénotype réversible par des expériences d’ARN interférent ciblant Smad6. Enfin, nous avons montré que ces défauts sont retrouvés dans des myoblastes humains porteurs hétérozygotes de la mutation LMNA R310X.Ces résultats apportent un nouveau mécanisme physiopathologique des laminopathies musculaires et identifient une nouvelle cible thérapeutique potentielle / LMNA gene encodes lamins A and C, two major components of the nuclear lamina, a network of intermediate filaments underlying the inner nuclear membrane. LMNA mutations have been associated with a wide spectrum of human diseases collectively called “laminopathies” affecting one or several tissues, such as muscles. The physiopathological mechanisms underlying laminopathies remain unclear. Given the crucial role of lamins A/C in nuclear architecture and chromatin organization, the “gene regulation” hypothesis have been proposed. It suggests that LMNA mutations could alter in a tissue-specific manner transcription factors and/or genes expression. Moreover, lamins A/C have been described as important regulators in muscle differentiation regulation.To identify potential alterations in signaling pathways regulating muscle differentiation in LMNA-mutated myoblasts, we used a previously described model of conditionally immortalized murine myoblasts and compared gene expression profiles in wild-type and Lmna-/- H-2K myoblasts. We identified two major alterations of the Bone Morphogenetic Protein (BMP) pathway in Lmna-/- myoblasts: Bmp4 downregulation and Smad6 overexpression. We demonstrated that Smad6 overexpression lead to Smad1/5/8 sequestration in the cytoplasm and to the downregulation of their target genes, Id1 and Id2. As a consequence, Lmna-null myoblasts displayed a premature differentiation which could be rescued by downregulating Smad6 expression. Finally, we showed that these defects are relevant for human laminopathies as they are also present in myoblasts from a human patient carrying a LMNA+/Q310X mutation.Taken together, these results provide a potential mechanism for the muscle stem cell exhaustion and muscle atrophy observed in muscle laminopathies and identify a new therapeutical target likely to reverse pathological phenotypes

Les mutations du gène LMNA, codant les lamines A/C, des protéines ubiquitaires de l'enveloppe nucléaire, sont responsables de formes autosomiques de dystrophie musculaire d'Emery-Dreifuss (EDMD), pathologie associant une atteinte des muscles squelettiques et une cardiomyopathie dilatée (DCM) avec troubles rythmiques et/ou conductifs. Lors de ma thèse j'ai analysé le phénotype musculaire et cardiaque de souris LmnaΔK32/+ (Het), mutation identifiée chez des patients présentant une EDMD sévère. Les souris Het n'ont pas d'atteinte musculaire mais développent une DCM conduisant au décès entre l'âge de 35 et 7O semaines. Le niveau de lamines A/C est diminué de 50% dans le cœur des souris Het avant et au début de la DCM mais similaire aux Wt chez les souris Het souffrant de DCM. La diminution de la quantité de lamines A/C est liée à leur dégradation par le système ubiquitine-protéasome (UPS) dont la fonction est altérée dans le cœur des souris Het, conduisant à l'augmentation de la quantité de lamines K32 avec l'âge. In vitro, l'accumulation des lamines A/C K32 conduit à leur agrégation nucléaire, suggérant un effet dominant négatif de ces protéines mutées. Pour conclure, la souris LmnaΔK32/+ est le premier modèle murin porteur d'une mutation du gène Lmna qui développe une cardiomyopathie isolée à l'état hétérozygote. L'UPS joue un rôle important dans la dégradation des lamines A/C mutées, limitant leur effet délétère. Les mécanismes physiopathologiques à l'origine de la DCM chez les souris Het sont donc doubles : à l'haploinsuffisance des lamines A/C, connue comme préjudiciable pour le cœur, s'ajoute un effet poison des lamines mutées augmentant avec la dysfonction de l'UPS

La mutation LMNA H222P est responsable de dystrophie musculaire d’Emery Dreifuss autosomale dominante (DMED-AD). Les patients atteints de DMED-AD souffrent d’une dystrophie musculaire et de cardiomyopathie dilatée. Les mécanismes moléculaires impliqués dans cette pathologie sont encore peu connus. Dans mes travaux de thèse, je me suis servie de cellules souches pluripotentes murines ainsi que de souris portant la mutation LMNA H222P afin d’étudier une approche thérapeutique potentielle. L'échocardiographie des souris LMNA H222P in utero révèle une dilatation des cœurs embryonnaires dès E13.5, ce qui indique une origine développementale de la maladie. La différenciation cardiaque des cellules souches pluripotentes murines est altérée dès le stade mésoderme. Aussi, les niveaux d’expression de Mesp1, snail1 et twist, gènes impliqués dans la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) sont diminués dans les cellules mutées en comparaison avec les cellules sauvages en cours de différenciation. L'immunoprécipitation de la chromatine dans les cellules différenciées révèle une diminution spécifique de la marque d'histone H3K4me1 sur des régions régulatrices de Mesp1 et Twist. L'inhibition de LSD1, une déméthylase spécifique de H3K4me1 rétablit le taux de la marque H3K4me1 sur les régions génomiques étudiées dans les cellules mutées. De plus, la baisse de LSD1 améliore la contraction des cardiomyocytes différenciés obtenus à partir des cellules souches embryonnaires portant la mutation LMNA H222P. L'inhibiteur de LSD1, utilisé dans les essais cliniques en cancérologie, pourrait être une molécule thérapeutique potentielle pour le traitement des laminopathies à phénotype cardiaque. / The LMNA H222P missense mutation in autosomal dominant Emery-Dreifuss muscular dystrophy patients is responsible for a muscular dystrophy and dilated cardiomyopathy. The molecular mechanisms underlying the origin and development of the pathology are still unknown. Herein, we used mouse pluripotent stem cells as well as a mutant mouse, all harboring the LMNA H222P mutation, to investigate potential therapeutic approaches. Echocardiography of LMNA H222P mice in utero revealed dilatation of heart as early as E13.5, pointing to a developmental origin of the disease. Cardiac differentiation of mouse pluripotent stem cells was impaired as early as the mesodermal stage. Expression of Mesp1, a mesodermal cardiogenic gene as well as snail1 and twist, involved in epithelial-mesenchymal transition (EMT) of epiblast cells, was decreased in mutated cells when compared to wild type in the course of differentiation. In turn, cardiomyocyte differentiation was impaired. Chromatin immunoprecipitation assays of the H3K4me1 epigenetic mark in differentiating cells revealed a specific decrease of this histone mark on regulatory regions of MesP1 and Twist. Downregulation or inhibition of LSD1, that specifically demethylates H3K4me1, rescued the epigenetic landscape in mutated cells. In turn downregulation of LSD1 rescued contraction in cardiomyocytes differentiated from LMNA H222P pluripotent stem cells. Our data point to LSD1 inhibitor, used in clinical trials in cancerology, as potential therapeutic molecule for laminopathies with a cardiac phenotype.

La progéria ou HGPS (Hutchinson-Gilford progeria syndrome) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré et accéléré extrêmement rare. Son incidence est estimée à environ 1 cas pour 4 à 8 millions de naissances selon les études. Les signes cliniques qui la caractérisent incluent notamment un retard de croissance majeur, une lipodystrophie, des ostéolyses distales et une atteinte cardiovasculaire qui est la cause du décès à l'âge moyen de 13 ans. La progéria est causée de façon prédominante par une mutation de novo dans le gène LMNA codant les lamines A et C, découverte par notre équipe en 2003. Cette mutation récurrente, prédite pour être silencieuse (c.1824C>T; p.Gly608Gly), active un site d'épissage cryptique qui génère une forme tronquée, anormalement prénylée et toxique de la lamine A, appelée la progérine. Ce travail de thèse a eu pour objectifs : 1) la caractérisation de différents marqueurs moléculaires et phénotypiques des lignées de patients atteints d'HGPS ou de syndromes apparentés ainsi que dans le modèle murin de progéria LmnaG609G/G609G, 2) la caractérisation des aspects cognitifs de ce modèle murin ainsi qu'une étude élargie de l'expression des lamines dans le cerveau, 3) le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans le cadre de la progéria, in vitro et in vivo, incluant notamment l'exploration des effets d'une molécule antioxydante, le resvératrol, ainsi que l'adaptation de l'approche thérapeutique par oligonucléotides antisens (AON) (Osorio et al. 2011) visant à son administration par voie orale. / Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is an extremely rare genetic disease characterized by premature, accelerated and segmental aging with an estimated incidence of 1 in 4 to 8 million of births. Children with HGPS present with major growth retardation, lipodystrophy, distal osteolysis and cardiovascular defects that cause their death at the mean age of 13 years. In 2003, our team discovered the causative mutation of HGPS in the LMNA gene. Despite being predicted as silent (c.1824 C>T; p.Gly608Gly), this de novo mutation activates a cryptic splicing site leading to the production of a truncated, aberrantly prenylated and toxic form of lamin A, called progerin. The main objectives of this thesis have been: 1) characterizing molecular and cellular biomarkers in HGPS or related syndromes patients' cell lines, together with the progeria mouse model LmnaG609G/G609G, 2) characterizing cognitive aspects as well as lamins' and progerin expression in the central nervous system in the same in vivo model and 3) the developement, in vitro and in vivo, of novel therapeutic approaches for progeria using either resveratrol, an antioxidant molecule, or micelle-coated antisense oligonucleotides with the intent of adapting an oral treatement for progeria children.

Lobjectif de cette thèse est la reconstitution des changements climatiques quaternaires à partir de critères sédimentologiques en milieu lacustre. Il sagit entre autre dutiliser les sédiments saisonniers comme un outil de datation précis pour calibrer les reconstitutions paléoclimatiques. Cette démarche permet de mieux comprendre lorigine et/ou la propagation dévénements chauds ou froids générés soit dans lhémisphère Nord, soit dans lhémisphère Sud. Le Lac Baïkal (Sibérie) et le Lac Puyehue (Sud du Chili) contribuent à établir des nouvelles connexions climatiques. Un volet important de la thèse concerne le développement dune méthode nouvelle pour détecter les sédiments laminés saisonniers dans les carottages. La méthode consiste à imprégner les sédiments argileux avec des polymères après avoir préalablement lyophilisé le matériel. Ce travail permet de montrer : (i) que la résolution des reconstitutions paléoclimatiques réalisées à partir des sédiments du Lac Baïkal peut être augmentée, à condition de calibrer le signal sédimentaire ainsi que la chronologie du 14C ; (ii) quil est possible de reconstituer lévolution des précipitations et des réponses de type El Niño à partir des sédiments lacustres du Sud du Chili ; (iii) que la chronologie des événements climatiques de la transition Pléistocène/Holocène est plus complexe, et les épisodes chauds/froids plus nombreux que précédemment décrits ; (iv) que les archives lacustres permettent de compléter les connexions climatiques entre les deux hémisphères.