Connaître en temps réel la réponse et le comportement des cellules et organismes modèles suite à des changements de leur environnement, ou à des modulations de leurs fonctions biologiques est devenu essentiel dans les sciences du vivant. Ces réponses nous permettent ensuite de comprendre les mécanismes qui régissent le fonctionnement des cellules vivantes, avec des implications en recherche fondamentale, appliquée et biomédicale. Un des plus gros défis technologiques reste le contrôle des paramètres environnementaux en microscopie haute résolution. De nos jours, aucun système ne permet de réguler un ensemble complexe de paramètres de manière précise, dynamique et simultanée tout en observant les cellules dans leur environnement. L’objectif de ma thèse est de mettre au point un tel dispositif permettant a minima une régulation fine de la température, de la composition du milieu, et notamment de la concentration de divers drogues. Ce système doit être compatible avec les applications les plus poussées en microscopie photonique. Mon approche au cours de ma thèse pour élaborer un tel système est l’utilisation de la microfluidique. En effet, c’est la seule technologie qui puisse de réaliser un tel multiplexage. Elle permet de manipuler des petites quantités de fluide à travers un système contenant des canaux de dimensions allant du micromètre au centimètre. Cet ordre de grandeur des canaux constitue un atout majeur (réduction de la consommation des réactifs, réduction des couts, cinétiques des réactions chimiques et biologiques élevées, temps de diffusion court, etc.) et permet d’allier les expériences biologiques à la microscopie. Mon objectif est de concevoir une puce microfluidique qui représentera un pas technologique majeur et ouvrira de nouvelles possibilités de recherche. / Monitoring in real-time the response of cells and model organisms to the changes in their environment or to modulations of their biological functions has become essential in life sciences. One of the main technical challenges for biologists is the precise and dynamic control of various environmental parameters while doing high-resolution microscopy. My thesis consists of building a robust and versatile system, dedicated to live-cell imaging that will be compatible with adherent and non adherent models, that could provide a precise and simultaneous control of 1) the temperature, 2) the media exchanges and 3) the drug concentration while doing photonic microscopy. My approach is to use microfluidics, which is the best candidate in order to achieve this system and provides all the necessary controls of micro-scaled volumes for culturing, maintaining or analyzing cells. It produces miniaturized systems used as tools for biological experiments, in which channels of a micro-scaled dimension are used for the fluid circulation. The laminar flow in these chips allows fast molecule diffusion as well as fast temperature diffusion. Because of the high surface to volume ratio, the consumption of reagents is reduced, and media switches can be fast. This system will represent a major technical and beneficial step and will open new possibilities of research in biology.

Le cortex cérébral primate a subi des modifications majeures pendant l'évolution qui ont permis le développement de fonctions cognitives supérieures. Un accroissement massif a eu lieu avec l'extension spécifique des couches supragranulaires et une forte expansion tangentielle. Le cortex primate ne possède pas uniquement davantage de neurones, comparé au rongeur, mais aussi des différences qualitatives. Ceci suggère des différences qualitatives pendant le développement du cortex.Une zone proliférative corticale supplémentaire a été identifiée chez le singe macaque: la zone subventriculaire externe (OSVZ) supposée être impliquée dans l'expansion du cortex primate. Mais les propriétés des précurseurs de l'OSVZ restent mal connues. Des techniques de microscopie en temps réel et d'immunofluorescence ont permis de réaliser une description exhaustive des précurseurs de l'OSVZ et de leurs propriétés chez le singe macaque.Nos résultats mettent en évidence des différences primates/rongeurs majeures. Les observations en temps réel révèlent des capacités prolifératives bien plus importantes des précurseurs. Les précurseurs primates de l'OSVZ présentent des taux de prolifération variables pendant la corticogenèse liés à la cinétique du cycle cellulaire. Nos enregistrements ont permis la génération d'une grande base de données de propriétés et lignages de précurseurs et la mise en évidence d’une diversité morphologique inattendue. 5 types ont été identifiés. Impliqués dans des lignages complexes, chaque type a la capacité de s'auto-renouveler et de générer directement des neurones. Parallèlement, nous avons développé une méthode de classification non supervisée des précurseurs corticaux. Cette technique a identifié les mêmes 5 types de précurseurs.Les résultats de cette thèse apportent de nouveaux éléments dans la compréhension des spécificités de la corticogenèse primate qui contribuent à l'expansion corticale et au développement de capacités cognitives supérieures. / The primate cerebral cortex underwent major modifications during evolution that enabled the development of high cognitive functions. A massive enlargement occurred with the specific expansion of the supra granular layers and the apparition of new frontal areas. Not only quantitative differences are found compared to the rodent but also qualitative differences. This points to potential qualitative differences in primate cortical development. An extra proliferating zone had already been identified during macaque corticogenesis: the outer subventricular zone (OSVZ). This zone is assumed to play a key role in the expansion of the primate cortex but the cellular and functional properties of OSVZ precursors remain elusive. We used quantitative long-term time-lapse video-microscopy (TLV) and immunofluorescence in and ex vivo to perform a detailed and exhaustive description of OSVZ precursor types and proliferative abilities at different stages of macaque cortical development. Our results highlight major rodent/primate differences. TLV observations revealed a much higher proliferative potential of OSVZ compared to the rodent SVZ. We report variable rates of proliferation linked to cell-cycle duration in a stage-specific manner. TLV recordings allowed the formation of a large database of primate precursor properties and lineages. This dataset unravelled an unexpectedly high diversity of OSVZ precursor morphologies. Five precursor types were identified. Involved in complex lineages, each precursor type can self-renew and directly generate neurons. In a parallel approach, we developed an unbiased clustering tool to automatically classify cortical precursors. This technique returned the same five precursor types as the morphological categorization. The results of this PhD thesis provide new insights into primate specificities during corticogenesis that contribute to cortical expansion and to the development of higher cognitive abilities.

Telomeres are nucleoprotein structures that cap the physical ends of eukaryotic chromosomes. They consist of repetitive DNA sequences 5’-TTAGGG-3’ assembled with proteins which form the shelterin complex. This complex protects the ends of chromosomes by inhibiting DNA repair pathways at telomeres and avoid their recognition as double-strand breaks. Telomeres have been identified as a transcriptionally silent zone until 2007 when a noncoding RNA called TERRA (TElomeric Repeat containing RNA) transcribed from telomeres was discovered. This RNA gave rise to many questions: How is TERRA regulated? How is TERRA expressed? Does TERRA interact with proteins, DNA or RNA? After several studies, we know that TERRA is frequently expressed in cancer cells and it interacts with a large proteome. Nevertheless, its specific function remains unknown. In this thesis, we studied this RNA in human cancer cells using live-cell microscopy which allowed us to get information on TERRA’s dynamics, localization and its interactome. Moreover, we used single-molecule imaging on TERRA 15q labeled by the MS2-GFP system, which allowed the visualization of TERRA transcripts. This study resulted in the discovery of two types of TERRA population from telomere 15q: one of the population is characterized by the formation of clusters and a second population is constituted of unique molecules more dynamic in the nucleus. Finally, in order to better understand TERRA’s functions, we developed a new approach which consists on immunoprecipitating TERRA using the MS2 stem-loops as a tag to identify TERRA-interacting proteins such as the telomeric factor TRF2 or RNA-binding proteins like hnRNP -A1 or FUS. / Les télomères forment les extrémités des chromosomes chez les eucaryotes. Ces séquences répétées en tandem 5’-TTAGGG-3’ font partie d’un complexe nucléoprotéique appelé shelterin. En effet, cet assemblage de protéines télomériques permet la protection des extrémités des chromosomes, permettant à celles-ci de ne pas être reconnues comme des cassures dans l’ADN et d’activer les voies de réparation de l’ADN. Les télomères ont longtemps été reconnus comme étant des zones de transcription inactives, ce jusqu’en 2007 lorsqu’une équipe de recherche découvrit un ARN non codant appelé TERRA (Telomeric Repeat containing RNA). Ce dernier a suscité de nombreuses questions : quel est le rôle de cet ARN? Comment est-il exprimé et régulé? Interagit-il avec d’autres facteurs cellulaires? Les différentes recherches menées sur cet ARN ont permis de conclure que celui-ci était fréquemment induit dans les cellules de cancer, que ses partenaires d’interactions sont nombreux, mais que ses fonctions restent encore mal définies. Par ailleurs, ces différentes études ont toujours été ou presque réalisées sur des cellules fixées, sur une population totale d’ARN télomérique TERRA. Afin d’apporter de nouvelles réponses et de mieux caractériser cet ARN, nous avons étudié ce transcrit dans des cellules de cancer humain en utilisant la technique de microscopie en temps réel, qui permet de récolter des données sur la dynamique, la localisation de cet ARN et ses éventuels partenaires. De plus, nous nous sommes intéressés à des molécules uniques de TERRA issues du télomère 15q en exploitant la technique de marquage avec des tiges-boucles MS2 (MS2-GFP). Cette étude de microscopie a permis de découvrir deux types de population de l’ARN TERRA 15q : une population caractérisée par des assemblages d’ARN dit clusters (agrégats d’ARN) et une population plus singulière qui semble avoir une diffusion plus importante dans le noyau de la cellule. Par ailleurs, l’expression de l’ARN TERRA semble être différente d’un type cellulaire à un autre et nous avons donc cherché à connaître le niveau d’expression de cet ARN au sein de la lignée étudiée au cours de ce projet de recherche. Enfin, afin de découvrir de nouveaux rôles pour cet ARN, nous avons développé une approche de co-immunoprécipitation de l’ARN TERRA pour identifier des interactions avec des protéines du complexe shelterin comme TRF2, ou des protéines liant l’ARN comme hnRNP-A1 ou encore FUS.