Usant de certaines conditions, la croissance épitaxiale de GaN sur un large panel de substrats donne lieu à une assemblée de nanofils. Cette géométrie filaire peut permettre la croissance d'hétérostructures libres de tous défauts cristallins étendus, ce qui les rendent attractives pour créer des dispositifs de hautes performances. En premier lieu, mon travail de thèse a visé à clarifier le mécanisme de nucléation auto-organisé des nanofils de GaN sur substrat de silicium. Dans ce but, une étude approfondie de la couche tampon d'AlN, déposée préalablement à la nucléation des nanofils, a été réalisée, mettant en évidence une inattendue forte réactivité de l'Al avec le substrat. La nécessité de la polarité azote pour la croissance des nanofils de GaN a été mise en lumière, bien que des nanofils contenant dans leur cœur un domaine de polarité Ga ont également été observés. Dans ces nanofils, une paroi d'inversion de domaine est présente et a été démontrée être optiquement active, exhibant une photoluminescence à 3.45 eV. Ensuite des hétérostuctures filaires GaN/AlN ont été synthétisée pour des caractérisations structurales et optiques. Il a été montré que le mode de croissance de l'hétérostructure peut être changé en fonction du diamètre du nanofil. En dernier lieu, en prenant avantage de la géométrie cylindrique des nanofils, des mesures de diffusion de porteurs de charge ont été réalisées dans des nanofils de GaN et d'AlN. / Using specific conditions, GaN can be epitaxially grown on a large variety of substrates as a nanowire (NW) array. This geometry allows the subsequent growth of wire-like heterostructures likely free of extended defects, which makes them promising for increasing device controllability and performance. First, my PhD work has been devoted to the understanding of self-organized nucleation of GaN NWs on silicon substrates. For this purpose, a deep characterization of the growth mechanism of the AlN buffer deposited prior to NW nucleation has been done, emphasizing an unexpected large reactivity of Al with the substrate. The requirement of the N polarity to nucleate GaN NWs has been evidenced, although the possible existence of NWs hosting a Ga polar core has been observed as well. In these NWs, an inversion domain boundary is present and has been demonstrated to be optically active, having a photoluminescence signature at 3.45 eV. Next, GaN/AlN wire heterostructures have been grown for structural and optical characterization. It has been shown that by changing the wire diameter, different growth mode for the heterostructure could be reached.At last, thanks to the cylindrical geometry of NWs, the measurement of diffusion length for charge carriers in GaN and AlN NWs have been performed.

Au cours de son développement depuis la cellule unique jusqu’à la forme adulte, l’embryon passe par de nombreuses étapes de morphogenèse. L'harmonie entre les cellules au cours de ces processus est assurée par l’intégration spatiale des signaux externes qui assurent la cohérence des polarités internes et externes des cellules. Ce travail de thèse se concentre sur la façon dont les cellules intègrent les informations spatiales dans la définition de leur polarité au cours de grandes transformations morphologiques comme la transition épithélium-mésenchyme et la dissémination des cellules tumorales. Nous avons utilisé la position du centrosome comme un indicateur de la polarité cellulaire interne en raison de son rôle actif dans l'organisation des microtubules et donc dans l'orientation du transport intra-cellulaire. La polarité corticale a été inférée à partir de la répartition spatiale des adhérences cellule-cellule (ACC) et cellule-matrice (ACM).Dans la première partie, nous avons étudié l'effet de l'amplification du nombre de centrosomes, une caractéristique fréquente dans les cellules tumorales, sur l’adhérence inter-cellulaire. L'amplification des centrosomes dans les cellules de la glande mammaire a conduit à la rupture des adhérences inter-cellulaires ainsi qu’à la genèse de protubérances cellulaire invasive. Cependant le matériel centrosomal étant plus développé, de nombreux microtubules supplémentaires émanait de ces clusters de centrosomes surnuméraires. L'utilisation de modèles cellulaires in vitro et de conditions de culture contrôlées ont révélées que la simple amplification des centrosomes est suffisante pour moduler le destin de cellules transformées et les rendre invasives. Cette étude a révélé que les mécanismes régissant l’orientation la polarité interne des cellules sont liés à l’arrangement spatial de la polarité corticale et que la diaphonie entre les deux perturbe la physiologie du tissu au point d’induire la formation de métastases tumorales.La deuxième partie de l'étude a porté sur l'exploration de la transition épithélium-mésenchyme (EMT). Nous avons étudié le rôle potentiel des mécanismes de régulation de la polarité pour diriger la précision des mouvements cellulaire au cours de l’EMT. Le remodelage des adhérences inter-cellulaires jouant un rôle central au cours de l’EMT, nous avons supposé qu'il était couplé à des changements de polarité interne. Nous avons suivi le positionnement du centrosome dans les cellules épithéliales et dans les cellules dans lesquelles l’EMT était induite par stimulation au TGFb. La libération des cellules mésenchymateuses de leur confinement nous a montré que la séparation des cellules après l’EMT était dépendante de l’inversion de polarité interne dans ces cellules. Ces résultats suggèrent que la dispersion des cellules observée pendant la formation du mésoderme au cours de la gastrulation impliquent un renversement actif et finement contrôlée du couplage entre l’axe de polarité interne et l’asymétrie des deux types d’adhérences cellulaires.Suite à l’étude de ces deux projets impliquant des dispersions cellulaires, nous avons développé un dispositif pour permettre le criblage de médicaments contre les dérèglements cellulaires impliqués dans la formation des métastases. Nous avons à nouveau utilisé un modèle simplifié de paires de cellules sur des micropattern pour détecter la capacité de dispersion des cellules suite à des stimulations externes comme celle induisant l’EMT. Le test, qui permet de mesurer le degré de séparation des cellules à l’aide d’une seule image, a été validé sur quatre lignées de cellules épithéliales différentes. Le dispositif final a été adapté à un format de plaque 96 puits en collaboration avec l’entreprise Cytoo afin de permettre des criblages à haut contenu. Ce kit a ensuite été validé en testant des médicaments connus contre l’EMT. / Development from single cell embryo to multicellular adult form of organism involves tremendous morphogenesis. The well defined and highly controlled morphonogenetic processes are crucial at every stage of development including gastrulation, organogensis, wound healing and tissue maintenance. The necessary harmony between cells for these processes is achieved by integration of internal and external polarity cues. This thesis work is focused on understanding how cells integrate polarity cues to drive morphogenetic event such as of Epithelial to mesenchymal transition (EMT) and cancer metastasis. We used centrosome position as an indicator of internal cell polarity due to its active role in organization of microtubules and orientation of internal traffic of endocytosed and secreted proteins; while cortical polarity was inferred by polarized distribution of cell-cell adhesions (CCA) and cell-matrix adhesions (CMA). In the first part, we studied effect of centrosome amplification, which is very common in human cancer; on CCA. Inducible centrosome amplification in mammary gland cells led to destabilization of CCA alongwith generation of invasive cell protrusions. Using a minimal model of tissue; confined on micropatterns, we demonstrated that cells with amplified centrosome correctly oriented their internal polarity axis like normal cells although increased centrosomal protein and peri-centriolar material emanated higher centrosomal microtubules. Use of in vitro models of cell lines and controlled culture conditions revealed that mere amplification of centrosome was sufficient to drive cell fate for cancer-like events in the absence of any additional external growth signals capable of affecting cortical polarity. This study revealed that internal polarity cues interact with cortical polarity signals and the crosstalk between the two governs the physiological state of the cell during transformation events like cancer metastasis. The second part of the study focused on exploring how internal polarity during EMT is modulated to drive precise spatial movements during development. Cell adhesion remodelling being central to EMT, we hypothesized that it was coupled to internal polarity changes. We monitored centrosome position in epithelial and in cells induced for EMT by TGFb and found that nucleus-centrosome axis was reversed. This phenomenon of polarity reversal strongly suggested that internal polarity cues and positioning of organelles is coupled to signals that polarize CCA and CMA distribution. A shift in the force balance between CCA and CMA was observed upon EMT and suggested that CMA forces dominated in mesenchymal cells and release of cells from confinement clearly revealed that ability of cell separation was dependent upon their internal polarity. These results demonstrated that scattering events observed during mesoderm formation during gastrulation or metastasis events in cancer involve active and tightly controlled reversal of internal polarity axis coupled to cortical polarity of cells. From the understanding of above two projects involving cancer-like scattering phenomenon, we developed a product to allow robust drug screening against cancer drugs. We once again used simplified two-cell model on micropattern geometries to develop an assay to detect scattering ability of cells after events like EMT. The assay was validated by EMT transformation of 4 different epithelial cells lines and detection of their scattering ability by single time point picture assay. We used internuclear distance between the cell-pair as the main parameter for scoring the scattering index of cells with possibility of automated image processing. The final product was manufactured in 96-well plate format by industrial collaborator Cytoo for high content screening. Preliminary validation using drugs against EMT constituted proof of principle for the product.

Le contrôle de l'organisation spatiotemporelle des biomolécules à l'intérieur des cellules vivantes est fondamental pour déchiffrer les mécanismes qui règlent les voies de signalisation cellulaire et leur régulation. Dans ce projet de thèse nous présentons une nouvelle méthode pour induire une perturbation très spécifique et locale des voies de signalisation à l'intérieur des cellules vivantes: la magnétogénétique. Elle est basée sur l'utilisation de nanoparticules magnétiques biofonctionnalisée, pour induire et maintenir des gradients de protéines à l'intérieur des cellules vivantes.Nous avons modifié la taille et la surface de deux différentes types de particules, les nanoparticules superparamagnétiques synthétiques avec couche de silice et les nanoparticules basées sur la protéine GFP-ferritine, afin d'assurer une mobilité libre dans le cytosol. Ces nanoparticules peuvent être localisées rapidement dans les cellules vivantes grâce à leur diffusion biaisée par des forces magnétiques faibles, dans l'ordre du fN. En combinaison avec une fonctionnalisation de surface spécifique pour la capture des protéines d'intérêt ainsi que un chargement efficace des nanoparticules dans le cytoplasme, nous présentons une technologie capable de contrôler des gradients de protéines intracellulaires avec une résolution spatiale du micromètre et une résolution temporelle de quelques dizaines de secondes.Dans ce travail nous avons montré la possibilité de contrôler avec précision la perturbation des voies de signalisation associées aux petites protéines Rho GTPases et nous avons quantifié la propagation du signal en termes de recrutement des effecteurs et des changement morphologiques. / Controlling the spatio-temporal organization of biomolecules inside living cells is a major rerequisite for deciphering mechanisms governing cell signaling and its regulation. In this thesis project, a new method to induce a highly specific and local perturbation of signaling pathways inside living cells is presented: magnetogenetics. It is based on the use of biofunctionalized magnetic nanoparticles, to induce and maintain protein gradients inside living cells. We tailored the size and surface properties of both synthetic silica core shell nanoparticles and superparamagnetic GFP-ferritin-based nanoparticles in order to ensure unhindered mobility in the cytosol. These nanoparticles can be rapidly localized in living cells by exploiting biased diffusion at weak magnetic forces in the fN range. In combination with nanoparticles' surface functionalization for specific in situ capturing of target proteins as well as efficient delivery into the cytosplasm, this work presents a novel technology for controlling intracellular protein gradients with a spatial resolution of micrometers and a temporal resolution of a few tens of seconds. In this work we showed the possibility to precisely control the perturbation of the signaling pathways associated to the small Rho GTPases proteins with relative quantification on signal propagation in terms of effector recruitment and morphological changes.

Les cellules épithéliales fournissent différentes fonctions biologiques: elles servent de barrière entre l'extérieur et l'intérieur d'un organisme et forment un continuum mécanique à travers les jonctions adhérentes qui les connectent. Au cours du développement, elles subissent des modifications extrêmes pour former l'embryon: elles changent de forme, modifient leur position relative ou perdent leur intégrité épithéliale. La plus part de ces changement se basent sur la modulation de l'actomyosine corticale et jonctionale, et sur la modulation des protéines qui définissent et maintiennent la polarité apico basale. Neuralized (Neur) est une E3 ubiquitine ligase qui est conservée des nématodes jusqu'aux mammifères. Elle a été découverte pour son rôle dans la régulation de la signalisation Delta/Nocth. Dans ce travail on décrit deux autres functions Notch-indépendantes de Neur dans le remodelage des épithéliums. En premier temps, on montre que Neur régule négativement la protéine apicale Crumbs à travers une isoforme de Stardust, ce qui permet le remodelage de l'intestin postérieur de la Drosophile et favorise la migration trans-epithéliale des cellules germinales primordiales. Puis, on présente que, pendant la gastrulation, Neur module la contractilité de l'actomyosine dans le mésoderme, et indirectement dans l'ectoderme, pour contrôler la formation du sillon ventral. / Epithelial cells serve many biological functions: they act as a barrier to separate the interior from the exterior, and form a mechanical continuum through the junctions that interconnect them. During development, they undergo dramatic changes to shape the embryo: they change their shape, modify their relative position or lose their epithelial integrity. Most of these changes rely on the modulation of cortical and junctional actomyosin, and the regulation of the proteins that define and maintain the epithelial apical/basal polarity. Neuralized (Neur) is an E3 ubiquitin ligase conserved from nematodes to mammals. It was first discovered for its role in the regulation of Delta/Notch signalling. Here we describe two Notch independent roles of Neur in epithelial remodelling. First, we show that Neur negatively regulates the apical protein Crumbs though a specific isoform of Stardust. This allows the remodelling of the drosophila posterior midgut and favours the trans-epithelial migration of the primordial germ cells. Finally, we present that Neur modulates actomyosin contractility in the mesoderm, and indirectly in the ectoderm, to control ventral furrow formation during gastrulation.

Au cours de la tumorigénèse, les cellules tumorales accumulent plusieurs mutations. Chez les modèles animaux comme la drosophile ou la souris, il a été montré que la coopération d’au moins deux altérations génétiques permet de reproduire une croissance néoplasique dans des cellules épithéliales : la sur-activation d’une voie de signalisation comme Ras or Notch, et des mutations altérant l’adhésion cellulaires ou la polarité. Bien que cette coopération soit très décrite, ses mécanismes sous-jacents ne sont que peu étudiés. Deux principaux modèles peuvent être proposés : soit les altérations génétiques fonctionnent indépendamment (modèle additif), ou ils s’influencent l’un l’autre pour faire émerger de nouveaux comportements (modèle synergique). En utilisant un paradigme généré par Notch de croissance hyperplasique et néoplasique dans des disques larvaires d’aile de Drosophila melanogaster, nous cherchons à confirmer l’un de ces deux modèles.En combinant des analyses de RNAseq et de ChIP, nous avons pu identifier des ensembles de gènes directement activés par Notch dans des disques hyperplasiques (Notch activé) et néoplasiques (Notch activé et perte de polarité). Bien que des cibles directes de la voie Notch soient partagées par les deux types de croissances, nos analyses ont montré qu’une grande partie de ces cibles sont spécifiques de chacune des conditions ce qui suggère que l’état polarisé ou non d’une cellule influence le contrôle transcriptionnel de la voie Notch. Enfin en réalisant un screen centré sur les gènes les plus affectés en néoplasie, nous avons identifié un ensemble de gènes qui contrôlent la transition entre l’hyperplasie et la néoplasie. / During tumourigenesis, tumour cells accumulate many mutations. In animal models such as Drosophila or mouse, the cooperation of at least two genetic insults has been shown to recapitulate neoplastic transformation of epithelial cells: an overactive signalling pathway such as Ras or Notch, and mutations affecting cell adhesion or polarity. While this cooperation is well documented, the mechanisms underlying it are still poorly understood. Two main models could be proposed: either the genetic alterations act independently (additive model), or they influence each other to allow the emergence of new behaviours (synergistic model). Using Notch driven paradigms of hyperplastic and neoplastic growth in Drosophila wing discs, we sought to distinguish between these two models.Combining RNAseq and ChIP analysis, we were able to identify the repertoires of genes directly activated by Notch in hyperplastic discs (Notch activation) and in neoplastic discs (Notch activation and polarity loss). While some Notch direct targets are shared between the two types of growth, our analysis revealed that the majority of Notch targets are actually specific to each condition, suggesting that a correct polarity has a major influence on the transcriptional output of the Notch signalling pathway, and strongly supports the synergistic model. Our studies further revealed that histone composition changes and polycomb mark changes are amongst the mechanisms that redirect the Notch pathway. Finally, using a small scale functional screen centred on the most affected genes in neoplasia, we identified a core set of genes controlling the transition from hyperplastic to neoplastic growth.

Nous avons étudié par calcul ab initio la structure et la stabilité de différentes phases cristallographiques du trioxyde de tungstène en volume et ensurface, ainsi que l'effet du dopage par le potassium. L'étude a été motivéepar des travaux expérimentaux sur la croissance de nano-bâtonnets WO3 surun substrat de mica ; ces nanostructures adoptent la phase hexagonale, mé-tastable dans le WO3 massif. La première partie du manuscrit est consacrée àl'étude du volume. Les structures atomiques des phases hexagonales et monocliniquessont déterminées et comparées aux différents modèles proposés dansla littérature expérimentale. La stabilité relative de ces deux phases est calculée en fonction du taux de potassium permettant d'obtenir un diagrammede phase approximatif de KxWO3 montrant que la phase hexagonale est stablepour x compris entre 3 et 35%. Par ailleurs, les distorsions disparaissentpour des concentrations de K suffisamment élevées. Ces résultats expliquentla stabilisation de la phase hexagonale dans les nano-bâtonnets par l'insertiond'atomes de K de la surface du mica. Dans la seconde partie, une étudesystématique des surfaces, en phase monoclinique et hexagonale, est présentée. Pour chaque phase, les trois orientations de surface de plus faibles indicesde Miller sont considérées. Toutes les terminaisons non-reconstruitesainsi que plusieurs types de reconstructions ont été analysées en terme depolarité, stabilité et structure atomique. Pour la phase monoclinique, l'orientation(010) avec reconstruction c(2x2) est la surface la plus stable, enaccord avec des données expérimentales. Quant à la phase hexagonale, c'estla surface c(1x1)O2(1120) qui a la plus petite énergie de surface (0.02 eV/Å2).Nous trouvons que la stabilité des différentes orientations est très sensible audopage par le potassium. En effet, pour KxWO3 avec x = 13 , c'est l'orientation (0001) qui est la plus stable, avec une terminaison KO3 et une énergiede surface de 0.05 eV/Å2. / The structure and stability of different crystallographic phases of tungstentrioxide and the effect of potassium doping have been studied using ab initiocalcuations, both in the bulk and at the surface. The study was motivatedby experimental works on the growth of WO3 nanorods on a mica substrate.The nanorods adopt a hexagonal phase, which is metastable in bulk WO3.The first part of the manuscript reports the study of bulk WO3. For thehexagonal and monoclinique phase, the atomic structure is deterimined andcompared with different models that have been proposed in the experimentalliterature. The relative stability of the two phases is calculated as a functionof potassium doping. From this an approximate phase diagram of KxWO3is obtained which shows that the the hexaongal phase is stable for x between3 and 35%. It is also shown that the WO3 lattice distortions disappearfore sufficient K concentration. These results explain the stabilization of thehexagonal phase in the nanorods through insertion of K atoms from the micasurface.In the second part of the manuscript, a sytematic study of the surfaces ofWO3 in the monoclinic and hexagaonal phase is presented. For each phase,the three surface orientations of lowest Miller indices are considered. All nonreconstructedterminations and several types of reconstructions are analysedin terms of polarity, stability and atomic structure. In the monoclinic phase,the (010) surface with a c(2x2) reconstruction is most stable, in agreementwith experiment. For the hexagonal phase, the surface with lowest energy(0.02 eV/Å2) is c(1x1)O2(1120). It is found that the stability of the differentorientations is very sensitive to potassium doping. For hexagonal KxWO3with x = 13 , the (0001) surface is most stable with a KO3 termination and asurface energy of 0.05 eV/Å2.

L'établissement de la polarité apico-basale dans les tissus épithéliaux est étroitement lié à la division cellulaire, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents n'ont pas encore été établis. A l'aide d'un modèle de culture en 3 dimensions de cellules rénales (MDCK), j'ai montré que lors du développement d'un cyst, la GTPase Rab35 joue un rôle majeur dans l'établissement de la polarité et le positionnement du lumen pendant la première division cellulaire. Au niveau moléculaire, Rab35 permet de coupler l'initiation de la polarité apico-basale avec la cytocinèse via l'attachement au sillon de clivage de vésicules intracellulaires contenant des déterminants clé de l'établissement de la polarité. Ces vésicules transportent notamment les protéines aPKC, Cdc42, Crumbs3 ainsi que le facteur d'ouverture de la lumière Podocalyxin. De plus, l'attachement de ces vésicules au sillon de clivage dépend de l'interaction directe entre Rab35 et la queue cytoplasmique de Podocalyxin. Par conséquence, l'inactivation de Rab35 entraine une inversion complète de la polarité apico-basale des kystes 3D. J'ai mis en évidence un nouveau mécanisme de ciblage des vésicules intracellulaire au site de clivage dépendant de la protéine Rab35 impliqué à la fois dans l'initiation de la polarité apico-basale et dans l'ouverture de la lumière au centre du cyst. / Establishment and maintenance of apico-basal polarity in epithelial organs must be tightly coupled with cell division, but the underlying molecular mechanisms are largely unknown. Using 3D cultures of renal MDCK cells (cysts), I found that the Rab35 GTPase plays a crucial role in polarity initiation and apical lumen positioning during the first cell division of cyst development. At the molecular level, Rab35 physically couples cytokinesis with the initiation of apico-basal polarity by tethering intracellular vesicles containing key apical determinants at the cleavage site. These vesicles transport aPKC, Cdc42, Crumbs3 and the lumen promoting factor Podocalyxin, and are tethered through a direct interaction between Rab35 and the cytoplasmic tail of Podocalyxin. Consequently, Rab35 inactivation leads to complete inversion of apico-basal polarity in 3D cysts. This novel and unconventional mode of Rab-dependent vesicle targeting provides a simple mechanism for triggering both initiation of apico-basal polarity and lumen opening at the centre of cysts.

Les films minces sont couramment employés pour apporter de nouvelles fonctionnalités au verre plat. Dans une grande gamme de produits industriels pour le bâtiment et l'automobile, l'isolation thermique est améliorée par le dépôt de films nanométriques d'Ag qui sont suffisamment minces pour la transparence optique mais suffisamment épais pour refléter l'infrarouge. Ces revêtements bas-emissifs sont des empilements complexes de films minces qui sont déposés à l'échelle industrielle par pulvérisation cathodique sur les panneaux de verre. Le démouillage ou la délamination peuvent réduire la performance optique et la durabilité du produit en raison de l'adhésion médiocre entre l'Ag et les couches adjacentes. Le film d'Ag est par conséquent pris en sandwich entre des couches texturées {0001} de ZnO qui se trouve être le meilleur candidat pour améliorer la cristallisation et l'adhésion. Des couches dites bloqueurs de métaux de transition tels que le Ti sont également ajoutées à l'interface. Dans ce cadre industriel, cette thèse s'est penchée sur divers aspects fondamentaux des interfaces métaux/ZnO en combinant des approches de science des surfaces sur des monocristaux et des films pulvérisés. Plusieurs stratégies de mesure et systèmes modèles ont été employés pour aborder les questions du contact électrique à l'interface Ag/ZnO, du contrôle de la polarité dans les films pulvérisés de ZnO et de l'évolution de la chimie à une interface enterrée Ti/ZnO lors d'un traitement thermique. / Thin films are a common way to add functionality to flat glass. In a wide range of commercial products for building materials and automotive industry, thermal insulation is improved by the deposition of a continuous nanometric film of Ag which is thin enough to ensure optical transparency but thick enough to reflect infra-red light. The low-emissive coatings consist of complex stacks of thin films deposited at the industrial scale by magnetron sputtering on window-sized glass plates. Dewetting or delamination may impact the performance and lifetime of the product due to a poor adhesion of Ag. Therefore, Ag is sandwiched in between ZnO{0001}-textured films which turned out to be the best candidate to improve Ag crystallization and adhesion. Blocker layers of transition metals, such as titanium, are also added at the interface. In this industrial context, the present thesis focused on several fundamental aspects of metal/ZnO interfaces by combining surface science approaches on single crystals and model sputtered films. Several original measurement strategies and model systems have been employed to tackle the questions of: (i) the Ag/ZnO electrical contact, (ii) the control of the polarity of sputtered ZnO films on amorphous substrates, and (iii) the evolution of the chemistry of buried Ti/ZnO interface during thermal treatment.

Les divisions asymétriques permettent l’apparition de deux cellules filles différentes via la ségrégation polarisée de déterminants cellulaires pendant la division. La polarisation de la cellule mère est essentielle au bon déroulement des divisions asymétriques. Les précurseurs des organes sensoriels externes de la Drosophile (SOP) se divisent asymétriquement dans le plan de l’épithélium du thorax. La polarisation planaire des SOP dépend de la localisation asymétrique du complexe PAR (Baz-Par6-aPKC). Néanmoins, ces protéines sont aussi impliquées dans le maintient de la polarité apico-basale de l’épithélium. Les mécanismes régulant le remodelage de la polarité épithéliale, permettant la polarisation planaire du complexe PAR sont inconnus.Au cours de ma Thèse, j’ai développé une méthode d’analyse quantitative de la polarisation des protéines PAR au cours du temps. Je montre que Baz, Par6 et aPKC se sont asymétriques avant la mitose, et que cette polarisation dépend de la PCP (Planar Cell Polarity). J’ai également identifié Expanded (ex) et p120/catenin (p120ctn), dont l’expression est réduite dans les SOP, respectivement comme régulateurs de Crumbs et de la dynamique des jonctions. Leur inhibition promeut le remodelage de la polarité épithéliale et la polarisation des SOP.Un modèle de polarisation de la SOP est proposé, où l’inhibition spécifique d’ex et de p120ctn libère Par6-aPKC et Baz, permettant la formation du complexe PAR. Ce dernier interprète la PCP et devient asymétrique. Ainsi, ce travail relie la spécification de la SOP et sa division asymétrique, et propose un modèle général pour l’étude des divisions asymétriques dans les épithéliums. / During development, cell fate diversity can be generated by asymmetric cell division. As fate asymmetry can result from the unequal segregation at mitosis of cell fate determinants, polarization of the mother cell is essential for this process. The epithelial Sensory Organ Precursor cells (SOPs) divide asymmetrically within the plane of the notum epithelium in Drosophila. Planar polarization of mitotic SOPs critically depends on the asymmetric distribution of the PAR polarity complex. Nevertheless, PAR proteins are also involved in the maintenance of epithelial apico-basal polarity. When and how this epithelial polarity is remodelled to allow planar polarization of the PAR complex is unknown. During my thesis, I developed a quantitative live-imaging approach to monitor polarization of the PAR proteins. I showed that the three members of the PAR complex (Bazooka (Baz), Par6 and atypical Protein Kinase C (aPKC)) become planar polarized prior to mitosis and identified Planar Cell Polarity (PCP) as the initial symmetry breaking input. Expanded (Ex) and p120/catenin (p120ctn) were identified as SOP-specific regulators of Crumbs and AJ dynamics, respectively, that negatively regulate planar polarization in SOPs. This work led to a model whereby decreasing levels of Ex and p120ctn in SOPs increases free Par6-aPKC and Baz to promote the formation and polarization of the Baz-Par6-aPKC complex. Thus, this study links fate determination to asymmetric cell division and provides a general framework to understand how epithelial cells can divide asymmetrically despite having junctions.

La protéine de liaison aux ARN MEX-3 est un régulateur essentiel du développement embryonnaire chez le nématode Caenorhabditis elegans. Une famille de quatre gènes homologues à hMex-3 (dénommés hMex-3A, 3B, 3C et 3D) a été identifiée chez les mammifères par notre équipe. Afin de mieux comprendre la fonction physiologique in vivo des protéines Mex-3, nous avons invalidé le gène Mex-3B chez la souris. Cette approche expérimentale a révélé que Mex-3B est un acteur majeur de la spermatogenèse. Les souris mâles nullizygotes présentent une obstruction des tubes séminifères conduisant à une réduction importante du nombre des spermatozoïdes produits. L’ablation de Mex-3B ciblée à la cellule de Sertoli, cellule somatique essentielle à la fonction de l’épithélium séminifère, a permis d’établir que le phénotype testiculaire a pour origine une perturbation des propriétés biologiques de cette cellule. En effet, les cellules de Sertoli déficientes pour Mex-3B présentent des défauts de la phagocytose qui conduisent à une élimination défectueuse des corps résiduels au cours de la spemiogenèse. L’exploration des mécanismes moléculaires impliqués a montré que Mex-3B contrôle la phagocytose via la régulation de l’activité et de la localisation membranaire de Rap1GAP, une protéine qui régule négativement la petite protéine G Rap1. En accord avec ces données, l’absence de Mex-3B provoque une déstabilisation de la barrière hémato-testiculaire due à un défaut de localisation à la membrane plasmique des molécules de jonction connexine 43 et N-Cadhérine, protéines dont la translocation et la stabilité dépendent de Rap1. En conclusion, mes travaux de thèse ont permis de mettre en évidence un rôle clé de Mex-3B dans le contrôle spatial de la voie de signalisation Rap1 au cours de la spermatogenèse / The RNA binding-protein MEX-3 is a post-transcriptional regulator involved in early embryogenesis of the nematode Caenorhabditis elegans. We have recently reported the characterization of a novel family of four mammalian genes homologous to hMex-3 (called hMex-3A, 3B, 3C and 3D). To gain insight into the biological functions of these proteins in vivo, we disrupted the Mex-3B gene in mice. Using this experimental approach, we found that Mex-3B is as a major regulator of spermatogenesis. We observed that male Mex-3B null mice hypofertile and present an obstruction of seminiferous epithelium. Phagocytic properties of Sertoli cells were impaired, thus impeding the clearance of residual bodies released during spermiogenesis. Exploration of the underlying molecular mechanisms revealed that Mex-3B regulates phagocytosis through the activation and the transport at the peripheral membrane of Rap1GAP, a protein that downregulates the small G protein Rap1. Consistently, the Rap1-dependent recruitment of the junction proteins, connexin 43 and N-Cadherin at the cell surface was compromised in Mex-3B deficient mice. In conclusion, my work highlights a key role gor Mex-3B in the spatial control of Rap1 signaling during spermatogenesis