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A ce jour, un certain nombre d'adénomes hypophysaires somatotropes échappent encore au contrôle de la maladie. Il reste nécessaire d'étudier plus finement les différentes voies de contrôle de la sécrétion hormonale et de la prolifération tumorale afin d'identifier des traitements alternatifs susceptibles de contrôler ces symptômes tumoraux. De même, un certain nombre de patients porteurs de prolactinomes (environ 10%), à l'origine de dysfonctionnement gonadique et sexuels, échappent au contrôle de l'hypersécrétion de prolactine par les traitements actuels. Pour ces deux types de tumeurs, s'ajoutent des complications neurologiques consécutives à l'accroissement des volumes tumoraux. Dans une perspective de contrôle de l'hypersécrétion tumorale nous nous sommes intéressés à deux stratégies faisant intervenir un transfert de gènes dans les cellules. POU1F1 est un facteur de transcription crucial pour le développement et le maintien des lignages somatotrope, lactotrope et thyréotrope et son expression est retrouvée dans les adénomes hypophysaires. De plus, des mutations de ce gène, notamment le mutant dominant négatif R271W, ont été identifiés chez des patients présentant des déficits hypophysaires combinés en GH, en PRL et en TSH. Une première partie de ma thèse a donc porté sur l'étude du transfert du mutant dominant négatif de POU1F1 par un vecteur lentiviral dans les tumeurs hypophysaires somatotropes et lactotropes afin d'évaluer son impact sur la sécrétion hormonale et sur la viabilité cellulaire. Nous avons montré que l'inactivation de ce facteur de transcription entrainait une diminution de la viabilité cellulaire et de la sécrétion de toutes les tumeurs testées. / To this date, some somatotroph adenomas do not respond to the current treatment of pituitary tumors. It still necessary to study the different ways to control the hormonal secretion and the tumor progression to identify alternate therapy capable to manage these symptoms. Likewise, some patient with prolactinomas (about 10%) responsible of gonad and sexual dysfunction do not respond to the control of prolactin hypersecretion. In addition, some neurological complications are finding due to the neighboring structures compression for both of these tumors. To better control the hormonal secretion we investigate two different strategies involving a gene transfer in the cells. POU1F1 is a major transcription factor involved in the pituitary development and the management of somatotroph, thyreotroph and lactotroph cell lines. Its expression is found in pituitary adenomas belonging of these 3 cell lines. Moreover some mutations like the R271W mutant are identified in patients with combined pituitary hormonal deficiency (CPHD). In the first part of my thesis we transfer this dominant negative mutant via a lentiviral transfer in the somatotroph and lactotroph adenomas to evaluate its impact on hormonal secretion and cell viability. We show an inhibitory effect of the POU1F1 inactivation on the secretion and the cell viability of all our tumors. Somatostatin analogs are the major medical therapy for somatotroph adenomas and control GH secretion in 60% of these patients. Octreotide resistance is highly correlated to a low expression of the sst2 receptor.

L’hyperoxalurie primitive de type 1 (ou HP1) est une maladie héréditaire du métabolisme liée à un déficit en enzyme hépatocytaire AGT (alanine:glyoxylate aminotransférase), codée par le gène AGXT. Ce déficit entraîne, chez les patients atteints d’HP1, une excrétion hépatique accrue d’oxalate ; celui-ci est ensuite éliminé dans les urines où il se complexe avec le calcium pour former des néphrolithiases oxalo-calciques massives, pouvant conduire à une insuffisance rénale chronique. Le seul traitement curatif disponible pour cette pathologie est la greffe allogénique combinée hépatorénale, actuellement limitée par la disponibilité des donneurs de greffons, une morbi-mortalité significative et la nécessité d’un traitement immunosuppresseur au long cours. L’objectif du projet de recherche est de développer une thérapie génique de l’HP1 par greffe de cellules hépatiques autologues génétiquement corrigées. La faible disponibilité et la difficulté d’amplification in vitro des hépatocytes adultes nous a conduit à explorer la piste des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) pour produire des cellules hépatiques humaines utilisables en médecine régénérative. Nous avons dérivé et caractérisé des lignées de cellules iPSCs à partir de fibroblastes de patients atteints d’HP1, après expression transitoire des facteurs de reprogrammation par des vecteurs Sendai. Nous avons développé deux stratégies de thérapie génique additive par insertion d’un minigène codant une séquence optimisée de l’ADNc AGXT au moyen (1) d’un vecteur lentiviral à expression hépato-spécifique et (2) d’un processus de recombinaison homologue au locus AAVS1 facilité par le système de clivage ciblé de l’ADN « CRISPR/Cas9 ». Enfin, nous avons mis en évidence l’expression de la cassette thérapeutique après différenciation hépatocytaire des iPSCs génétiquement corrigées. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives de médecine régénérative pour l’HP1 par transplantation de cellules hépatocytaires autologues génétiquement corrigées dérivées d’iPSCs de patients. / Primary hyperoxaluria type 1 (or PH1) is an inherited metabolic disorder related to the deficiency of the hepatic AGT enzyme (alanine:glyoxylate aminotransferase), which is encoded by the AGXT gene. In PH1 patients, this deficiency leads to oxalate overexcretion by liver, followed by urine filtration and complexation with calcium to form massive calcium-oxalate nephrolithiasis potentially leading to chronic renal failure. The only available curative treatment is combined hepatorenal allogeneic engraftment, which is currently limited by the availability of transplant donors, significant morbidity and mortality, and the need for long-term immunosuppressive treatment. The aim of our research project is to develop gene therapy for PH1, consisting in engraftment of genetically corrected autologous liver cells. Considering that adult hepatocytes are hardly available and expandable in vitro, we chose to explore the use of induced pluripotent stem cells (iPSCs) to produce human liver cells for application in regenerative medicine. We derived and characterized iPSC lines from PH1 patient fibroblasts after transient expression of reprogramming factors delivered by Sendai virus vectors. We developed two additive gene therapy strategies by inserting a minigene encoding an optimized AGXT cDNA sequence using (1) a lentiviral vector designed for liver-specific expression and (2) homologous recombination process at the AAVS1 locus favoured by the targeted DNA cutting system “CRISPR/Cas9”. Finally, we highlighted therapeutic cassette expression after hepatic differentiation of genetically corrected iPSCs. These results pave the way for regenerative medicine for PH1 by transplantation of genetically modified autologous hepatocyte-like cells derived from patient-specific iPSCs.

Le transfert de gènes dans les cellules souches hématopoïétiques par des vecteurs lentiviraux s’inscrit dans les protocoles actuels de traitement par thérapie génique de plusieurs maladies monogéniques (B-thalassémie, Adrénoleucodystrophie, SCID…). De même, le transfert de gènes dans les lymphocytes T et B ouvre des perspectives tant au niveau de la thérapie génique que pour l’immunothérapie. Nous avons mis au point des vecteurs lentiviraux pseudotypés par des glycoprotéines chimérique (BaEV/TR) et mutante (BaEVRLess) du rétrovirus endogène de babouin. Nous avons montré que ces nouveaux vecteurs peuvent transduire de manière plus efficace les cellules souches hématopoïétiques stimulées et quiescentes que les vecteurs pseudotypés par la glycoprotéine du virus de la stomatite vésiculaire (VSV-G). Il en est de même pour les vecteurs développés récemment et pseudotypés par les Glycoprotéines H et F du virus de la rougeole. Nous avons aussi comparé la capacité de ces derniers vecteurs à ceux pseudotypés par les glycoprotéines BaEV/TR et BaEVRLess dans le transfert de gènes dans les lymphocytes B et T ainsi que dans l’ensemble des cellules de la lignée T. Nous sommes désormais en mesure de proposer des vecteurs adaptés au transfert de gènes à chaque étape de la différenciation des cellules CD34+ en thymocytes ainsi qu’en lymphocytes T matures. Ceci pourrait permettre de proposer de nouveaux protocoles cliniques en thérapie génique avec une co-transplantation de cellules souches génétiquement modifiées et de cellules T différenciées à partir de ces cellules. Ceci permettrait notamment de réduire les phases d’aplasie actuellement nécessaires pour la greffe de cellules souches. / Lentiviral vectors and their ability to transfer gene into hematopoietic stem cells are currently evaluated for the cure of several single-gene diseases (eg : B-thalassemia, Adrenoleucodystrophy, SCID). Likewise, gene transfer into B and T lymphocytes is of major interest in gene therapy and immunotherapy. We engineered new lentiviral vectors pseudotyped by some chimeric (BaEV/TR) and mutant (BaEVRLess) glycoproteins from the baboon endogenous retrovirus. We demonstrated that these new vectors can transduce more efficiently resting and mild stimulated hematopoietic stem cells than obtained with lentivectors pseudotyped by the glycoprotein G from the vesicular stomatitis virus (VSV-G). It is the same with the recently developed lentiviral vectors pseudotyped by the H and F glycoprotein from measles virus (H/F-LVs). We also compared the ability of the H/F-LVs with the BaEV/TR and BaEVRLess lentiviral vector pseudotype to transfer genes into B and T lymphocytes and into the whole T lineage. From now on, we are able to propose adapted vectors for gene transfer at each stage of differentiation from CD34+ cells to thymocytes and mature T cells. This could allow us to propose some new clinical protocols in gene therapy with a co-transplantation of genetically modified stem cells and their differentiated T progenitors in order to reduce the aplasia stage induced by current transplantation protocols.

Mucopolysaccharidosis type III (Sanfilippo) is comprised of four phenotypically similar lysosomal storage disorders (MPS IIIA-D) caused by the deficiency of enzymes that catabolise heparan sulphate (HS). Progressive accumulation of HS results in abnormal behaviour, progressive cognitive and motor impairment and death in mid-teens. There are currently no treatments for MPS III. To assess the effect of novel therapeutics in the mouse models of MPS III it is necessary to examine the effect on primary storage of HS, secondary storage and behaviour. The reported behaviour of MPS IIIA and B mice is conflicting therefore we developed a one-hour open field test, performed at the same time of day during a period of hyperactivity observed in a previous circadian rhythm study of MPS IIIB mice. At 8 months of age MPS IIIB mice were hyperactive, with increased rapid exploratory behaviour and a reduction in immobility time. The MPS IIIA mice presented with the same behavioural phenotype as the MPS IIIB mice and were significantly hyperactive at 4 and 6 months of age and also displayed a reduced sense of danger. The hyperactivity and reduced sense of danger observed in the mice is consistent with the patient phenotype. Whilst haematopoietic stem cell transplant (HSCT) is the standard therapy used to treat the similar HS storage disorder MPS I Hurler, it is ineffectual in MPS IIIA. We hypothesise that HSCT failure in MPS IIIA is due to insufficient enzyme production in the brain by donor-derived microglial cells. By increasing expression of N-sulphoglucosamine sulphohydrolase (SGSH) we may be able to treat MPS IIIA. Therefore we compared the effect of HSCT using normal haematopoietic stem cells (WT-HSCT) to lentiviral overexpression of SGSH in normal cells (LV-WT-HSCT) or MPS IIIA cells (LV-IIIA-HSCT) in MPS IIIA mice, using the behavioural tests developed.SGSH activity in the brain of MPS IIIA recipients was not significantly increased by WT-HSCT, but was significantly increased by LV-IIIA-HSCT and LV-WT-HSCT. HS was significantly reduced by all transplants but the best treatment was LV-WT-HSCT. Neuroinflammation, indicated by the number of microglia in the brain, was significantly reduced by all treatments but remains significantly elevated. GM2 gangliosides were significantly reduced by WT-HSCT and LV-WT-HSCT and were no longer significantly elevated, but LV-IIIA-HSCT had no significant effect. Critically LV-WT-HSCT corrected the behaviour at 4 and 6 months of age whilst the other treatments had no significant effect. LV-WT-HSCT and WT-HSCT reduced GM2 gangliosides and neuroinflammation equally but only LV-WT-HSCT corrected behaviour and primary HS storage, suggesting they are the important factors in MPS IIIA pathology. LV-WT-HSCT corrects the neurological phenotype in MPS IIIA mice and is a clinically viable approach to treat MPS IIIA and other neuropathic lysosomal storage disorders.