La cécité ou la très grande malvoyance peut résulter de différentes pathologies comme les dystrophies rétiniennes héréditaires (DRH) caractérisées par la perte des photorécepteurs. Une des approches pour traiter les DRH est la thérapie génique spécifique, c’est à dire le remplacement du gène défectueux par un gène sain. Des études chez des modèles animaux de DRH ont démontré l’efficacité de la thérapie géniques spécifique, et conduit au lancement d’essais cliniques.Malgré des résultats encourageants, la thérapie génique spécifique n’est pas toujours applicable, en particulier quand la dégénérescence est trop avancée ou si le gène muté est inconnu. Pour traiter tous les cas de DRH, un nouvel axe de thérapie génique est envisagé : le transfert d’optogène.Cette stratégie consiste à réactiver la rétine devenue aveugle par l’expression de protéines photosensibles dans la rétine. Notre objectif est d'évaluer l'efficacité du transfert d'optogène chez un modèle canin naturellement déficient pour le gène Rpe65, provoquant une forme sévère de DRH proche de celles retrouvées chez l’homme. La stratégie thérapeutique retenue est : L'injection intravitréenne, après vitrectomie, d'un vecteur recombinant dérivé du virus adéno-associé de sérotype2 (rAAV2/2), portant le transgène optogénétique sous contrôle d'un promoteur fort et spécifique des tissus neuronaux : hSyn. Le but de ce projet est de transduire efficacement les cellules ganglionnaires rétiniennes d'un modèle canin déficient pour le gène Rpe65 et d'évaluer la photosensibilité des cellules transduites. / Inherited retinal diseases (IRD) affect about 2 million people worldwide, leading to severe visual impairment.Specific gene addition therapy is one of the most promising strategies to treat these patients. Howevermany of them are not eligible for specific gene therapy,such as.1) Patients with unknown deficient genes.2) Patients beyond the therapeutic window.3) Patients whose the deficient gene is too large forAAV encapsidation.4) Patients undergoing a dominant form of IRD.Therefore, the aim of this project is to develop analternative strategy, independent of the mutation and the retinal degeneration kinetic: the optogene transfer. In context of IRD, it will consist to convert survivingretinal ganglion cells into sensitive light cells followingthe transfer of ChR2 or Opn4 optogene. Several rodentmodels of IRD have been successfully treated usingthese optogenes. Nevertheless, this approach hasnever been evaluated in large animal models. The objective of our study will be to define the feasibility ofoptogene transfer to restore vision in blind patients by evaluating the safety and the efficacy of AAV-mediated gene transfer of ChR2, eNpHR or Opn4, after vitrectomy, in ganglion cells of a canine model of IRD, the Rpe65-deficient dog.

Entre 15 et 30% de la population souffrent de troubles du sommeil, ce qui représente un enjeu majeur de santé publique et souligne la nécessité de mieux comprendre les mécanismes de régulation du sommeil. La régulation du sommeil est décrite comme un modèle à 2-processus comprenant un mécanisme circadien et homéostatique. La lumière exerce un effet sur le sommeil de deux manières distinctes: indirectement en resynchronisant l'horloge, et directement par des mécanismes qui restent mal compris. Cet effet direct est médié par des cellules spécialisées de la rétine intrinsèquement photosensibles et contenant un photopigment la mélanopsine (Opn4) mais aussi par les cônes et bâtonnets qui transfèrent l'information à ces cellules. Pour comprendre la façon dont ces effets directs influencent le sommeil et la veille, nous avons caractérisé des souris Opn4-/- et des souris sans horloge fonctionnelle (Syn10cre/creBmal1fl/-), ainsi qu’un rongeur diurne, Arvicanthis ansorgei. Les objectifs de cette étude étaient les suivants: (1) identifier les voies neuronales sous-tendant les effets directs de la lumière médiés par la mélanopsine ; (2) valider ces effets chez un rongeur diurne; (3) établir une relation entre lumière, Opn4 et homéostasie du sommeil. Ce travail a permis (1) de mettre en évidence que les effets directs de la lumière représente un troisième mécanisme majeur de régulation du sommeil permettant même de maintenir un rythme veille sommeil en l’absence d’horloge centrale (2) de démontrer que ces effets sont inversés entre espèces diurnes et nocturnes; (3) de démontrer que la mélanopsine et la lumière sont fortement liées à la modulation de l’homéostasie du sommeil. / Between 15-30% of the general population is affected by sleep disorders, representing a major public health challenge, and as such a need to better understand the regulatory mechanisms of sleep and waking. This has been previously described as a 2-process model; both a circadian and homeostatic process. Light exerts an effect on sleep and wake in two distinct ways: indirectly, through the resynchronization of the clock, and directly via mechanisms that remain poorly understood. This direct effect is primarily a result of interaction with specialized cells in the retina which are intrinsically photosensitive containing the photopigment melanopsin (Opn4) in addition to rods and cones, which to a lesser extent pass information through these cells. To understand the way in which these direct effects influence sleep and waking we characterized mice lacking Opn4, and a second group possessing a functionally disabled clock (Syn10cre/creBmal1fl/-), as well as a diurnal rodent, arvicanthis ansorgei. The aims of this study were to: (1) identify the possible neural pathways to the hypothalamus transmitting the Opn4-mediated direct effects of light; (2) validate these effects in a diurnal rodent; (3) demonstrate a biological link between light, Opn4, and sleep homeostasis. This work has provided (1) strong evidence for a third regulatory mechanism of sleep and waking (direct effects of light) that is able to maintain a sleep wake rhythm in the absence of central clock (2) an inversion of this mechanism between nocturnal and diurnal species; (3) demonstration that Opn4 and light are strongly related to the modulation of homeostatic sleep process.

Melanopsin (Opn4) is the opsin photopigment of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs). It has a conserved opsin structure and activation mechanism, yet demonstrates unusual functional properties that suggest it will possess unique structure-function relationships. The aim of this thesis was to characterise key OPN4 residues by examining the impact of non-synonymous mutations on melanopsin function. A genotype-driven screen of a chemically-mutagenized mouse archive led to the identification of a novel Opn4 mutant, S310A, located at a known opsin spectral tuning site. Action spectra from ipRGC and pupil light responses (PLR) of Opn4^S310A mice revealed no change in wavelength of peak sensitivity. However, Opn4^S310A PLR was significantly less sensitive at longer wavelengths, consistent with a short-wavelength shift in spectral sensitivity. This suggests S310A acts as a spectral tuning site in melanopsin. Next, the impact of naturally-occurring missense variants in human melanopsin (hOPN4) was examined in vitro. Fluorescent calcium imaging of 16 hOPN4 variants expressed in HEK293 cells revealed four hOPN4 variants abolished or attenuated responses to light (Y146C, R168C, G208S and S308F). These variants were located in conserved opsin motifs for chromophore binding or hydrogen-bond networks, functional roles apparently shared by melanopsin. Finally, two hOPN4 single nucleotide polymorphisms (SNPs) P10L and T394I, associated with abnormal non-image forming behaviour in humans, were explored in vivo. Using targeted viral-delivery of hOPN4 SNPs to mouse ipRGCs, a range of OPN4-driven behaviours, such as circadian photoentrainment and pupil light responses, were found to be comparable with hOPN4 WT control. Multi-electrode array recordings of ipRGCs transduced with hOPN4 T394I virus had significantly attenuated sensitivity and faster response offset, indicating this site may be functionally important for melanopsin activity but compensatory rod and cone input limits changes to non-image forming behaviour.