De plus en plus d’études soulignent l’importance de la localisation intracellulaire des voies de signalisation. Nous avons développé des méthodes permettant de perturber cette localisation à l’aide de nanoparticules magnétiques. Ces dernières sont fonctionnalisées avec les protéines d’intérêts et deviennent ainsi un vecteur permettant de contrôler la localisation de la signalisation. Nous avons tout d’abord appliqué cette méthode dans un système modèle, des gouttes d’extrait cellulaire de Xénope, dans lesquelles nous avons créé artificiellement un gradient de protéines de signalisation à l’aide de nanoparticules magnétiques. Nous avons mis en évidence l’influence d’une asymétrie biochimique sur la localisation d’asters de microtubules. Dans un deuxième temps nous avons examiné la possibilité d’appliquer cette méthode dans des cellules HeLa adhérentes, pour perturber la localisation d’endosomes de signalisation rendus magnétiques. Nous avons cherché à optimiser les conditions expérimentales nécessaires pour contrôler la position d’endosomes de signalisation magnétiques Enfin, un troisième projet dont les résultats préliminaires sont présentés dans cette thèse, a consisté à utiliser un actuateur, non plus magnétique, mais biologique pour confiner une cascade de signalisation. Plus précisément la contraction d’un réseau d’actine confiné dans des gouttes d’extrait cellulaire est utilisée pour localiser des protéines de signalisation. Ces résultats démontrent l’intérêt de nanoparticules magnétiques pour induire et étudier des phénomènes de brisures de symétries dans des environnements biologiques / An increasing number of studies highlight the importance of signaling localization. We developed methods to perturb this localization using magnetic nanoparticles. Proteins of interest are grafted on magnetic nanoparticles, allowing to magnetically localize them. We first propose a new method to engineer directly a spatial gradient of signaling protein concentration within in cell extract droplets using super-paramagnetic nanoparticles. We observed a link between a spatial asymmetry in biochemical cues and microtubules aster positional information. Our assay provides a bottom-up approach to examine the minimum ingredients generating polarization and symmetry breaking within cells. We then examined the possibility to magnetically perturb endosomes position in HeLa cell. We found the experimental conditions to achieve this goal. Finally, we used directly cytoskeleton elements as actin filament to trigger asymmetrically confined signaling proteins and trigger microtubule assembly, in cell extract droplets. More generally, these results show how symmetry breaking within cells can be induced and studied using magnetic nanoparticles and biophysical tools.

Le cycle cellulaire eucaryote est caractérisé par des changements abrupts et dynamiques de la polarité cellulaire lorsque les chromosomes sont dupliqués et ségrégés. Ces évènements nécessitent une coordination entre la machinerie du cycle cellulaire et les régulateurs de la polarité. Les mécanismes qui contrôlent cette coordination ne sont pas totalement compris. Dans la levure S. cerevisiae, comme dans d’autres organismes eucaryotes, la GTPase Cdc42 joue un rôle important dans la régulation de la polarité cellulaire. En effet ses régulateurs constituent un module GTPase qui subit une phosphorylation dynamique, au cours du cycle cellulaire, par des kinases évolutivement conservées dont la Cycline-Dependent Kinase 1 (Cdk1) et la p21-Activated Kinase (PAK). Ces kinases et substrats pourraient relier la polarité et la progression dans le cycle cellulaire. En utilisant une approche in vitro, nous avons reconstitué la phospho-régulation du Guanine nucléotide Exchange Factor (GEF) de Cdc42, la protéine Cdc24. Nous avons identifié un possible mécanisme de régulation de la phosphorylation impliquant une protéine d’échafaudage qui augmente la phosphorylation de Cdc24 par la PAK et Cdk1. Cette phosphorylation accroit modérément l’affinité de Cdc24 pour cette même protéine d’échafaudage, Bem1. De plus, en testant les effets d’autres composants du module GTPase sur la phosphorylation de Cdc24, nous avons identifié un effet antagoniste pour une GTPase Activating Protein (GAP), Rga2. Cette protéine est présente dans le même complexe que Cdc24 et Bem1, les membres de ce complexe sont tous phosphorylés par Cdk1. Des mutants rga2 suggèrent que la phosphorylation que subie Rga2 inhibe son activité GAP. Nous proposons un modèle provisoire pour expliquer la présence de Rga2 dans ce complexe et l’inhibition qu’elle oppose à la phosphorylation de Cdc24. La présence de la protéine GAP dans le complexe pourrait être un mécanisme de contrôle de la phosphorylation de Cdc24 dans le but de déstabiliser son intéraction avec la protéine Bem1 en cas de mauvaise localisation du complexe. Par ailleurs, la PAK est activée par l’activité de Cdc42, nos résultats sont consistants avec un modèle dans lequel des signaux du cycle cellulaire engendreraient une auto-amplification de l’activation du module GTPase. Chez S. pombe, la croissance polarisée nécessite un gradient d’activation de Cdc42 dû à une ségrégation de GEF et de GAP. Dans ces travaux nous montrons que toutes les protéines GAPs de Cdc42 localisent aux sites de croissance au cours du cycle cellulaire. Ces localisations sont consistantes avec le besoin de cyclage de Cdc42 pour maintenir sa polarisation. Ces résultats suggèrent que la localisation des protéines GAP régulant Cdc42 chez S. cerevisiae semble différente de ce qui est connu chez S. pombe. / The eukaryotic cell cycle is characterized by abrupt and dynamic changes in cellular polarity as chromosomes are duplicated and segregated. Those dramatic cellular events require coordination between the cell cycle machinery and polarity regulators. The mechanisms underlying this coordination are not well understood. In the yeast S. cerevisiae, as in other eukaryotes, the GTPase Cdc42 plays an important role in the regulation of cell polarity. Cdc42 regulators constitute a GTPase module that undergoes dynamic phosphorylation during the cell cycle by conserved kinases including Cyclin-Dependent Kinase 1 (Cdk1) and p21-activated kinase (PAK). These kinases and substrates may link cell polarity to the cell cycle progression. Using in vitro approaches, we have reconstituted the phospho-regulation of the Cdc42 Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF), Cdc24. We have identified a possible mechanism of Cdc24 regulation involving a scaffold-dependent increase in Cdc24 phosphorylation by Pak and Cdk1. This phosphorylation moderately increases the affinity of Cdc24 for another GTPase module component, the scaffold Bem1. Moreover, by testing the effect of other GTPase module components on the phosphorylation of Cdc24, and thus on its interaction with the scaffold, we identified an antagonistic function for the GTPase Activating Protein (GAP) Rga2. Our in vivo data of rga2 mutants suggest that Rga2 phosphorylation by Cdk1 inhibits its GAP activity. We propose a tentative model to explain the inhibition of Cla4 by Rga2 and its presence in a complex containing Cdc24 and Bem1. The presence of the GAP protein in the complex may be a mechanism that reduces Cdc24 phosphorylation in case of a mistargetting of the complex in order to downregulate the GEF/Scaffold dimer. Since the PAK component of the GTPase module is itself activated by Cdc42 activity, our results are consistent with a model in which inputs from the cell cycle lead to auto-amplification of the Cdc42 GTPase module. In S. pombe, polarised growth requires a gradient of activation of Cdc42 due to GEF and GAP segregation. Here we show that all Cdc42 GAPs localise to the polarised site during the cell cycle. Those localisations are consistent with a requirement of Cdc42 cycling to maintain a polarity cap. Our results may suggest that Cdc42 GAPs localisations in S. cerevisiae are different from current knowledge in S. pombe.

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.

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

Chez l’ensemble des organismes, la capacité des cellules à se polariser est une propriété nécessaire à la croissance, à la division, à la mobilité, à la différenciation ou encore au trafic intracellulaire. Les GTPases de la famille Rho jouent des rôles prépondérants dans la régulation de ces mécanismes. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, nous étudions la manière dont le régulateur RhoGAP Rgd1p des protéines Rho3 et Rho4 est lui-même régulé au cours de la croissance polarisée. Nous avons montré que la protéine Rgd1 est localisée au fond du bourgeon lors de la croissance isotropique du bourgeon puis sous forme d’un anneau au cou du bourgeon lors de la cytocinèse. Nous avons également montré que le trafic intracellulaire, notamment l’exocytose et les phosphoinosotides tels que le PdtIns(4)P et le PdtIns(4,5)P2 ont un rôle majeur dans la régulation spatio-temporelle de la protéine Rgd1. Ces mécanismes permettraient d’acheminer la protéine RhoGAP au niveau des sites de croissances afin d’agir sur les protéines Rho3 et Rho4. / In all organisms, the ability of cells to polarize is a property necessary for growth, cell division, mobility, cell differentiation or intracellular trafficking. GTPases of the Rho family play central roles in the regulation of these mechanisms. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, we study how the regulator RhoGAP Rgd1p of Rho3 and Rho4 proteins may be itself regulated during polarized growth. We showed that the protein Rgd1 is located at the bud tip during isotropic growth of the bud and form a ring at the bud neck during cytokinesis. We also showed that the intracellular traffic, especially the exocytosis and phosphoinosotides as the PdtIns(4)P and PdtIns(4,5)P2 have a major role in the spatio-temporal regulation of the Rgd1 protein. These mechanisms would deliver the RhoGAP protein at growth sites to act on Rho3 and Rho4 proteins.

L'infection par le virus de l'hépatite C (HCV) reste aujourd'hui une cause majeure d'hépatite chronique, de cirrhose du foie et de carcinome hépatocellulaire. L'attachement cellulaire et l'entrée de HCV sont médiés par les protéines d'enveloppe E1 et E2. De nouveaux récepteurs ont été récemment identifiés mais l'entrée du virus dans les hépatocytes reste énigmatique et n'a jamais été visualisée. Nous avons tout d'abord caractérisé le modèle des pseudo-particules HCV (HCVpp) encryomicroscopie électronique en transmission (cryo-MET). Ce sont des particules sphériques de 100 nm de diamètre portant à leur surface E1 et E2. Nous avons ensuite visualisé l'entrée des HCVpp dans les hépatocytes en MET conventionnelle en utilisant des lignées d'hépatome et des hépatocytes primaires humains(PHH). Ces derniers maintiennent leur polarité en culture comme en témoigne la persistance de canalicules biliaires, tels que dans les hépatocytes natifs. Après synchronisation à 4°C avec les cellules, les HCVpp sont retrouvées liées aux prolongements cellulaires via des 'piliers', et sont ensuite internalisées à 37°C par endocytose dépendante de la clathrine. Ces 'piliers', actuellement en cours d'identification par immunomarquages, sont internalisés avec les HCVpp dans les hépatocytes au sein de vésicules de clathrine ; ce suivi est effectué par des approches de congélation haute pression et de tomographie électronique. Enfin, les évènements d'endocytose des HCVpp dans les PHH se sont avérés rares, avec une cinétique ralentie comparée aux lignées cellulaires. Ces études en MET soulignent l'importance d'utiliser un modèle cellulaire physiologique polarisé pour l'étude du mécanisme d'entrée de HCV. / Hepatitis C virus (HCV) infection is a major cause of chronic hepatitis, liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Receptor recognition, cell binding and membrane fusion rely on HCV envelope proteins E1 and E2. New receptors were recently discovered; however HCV entry into hepatocytes remains largely unknown and has not yet been visualized. At first, we characterized HCV pseudoparticles (HCVpp) by cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM). They appeared as regular spherical structures of ca. 100-nm, with E1 and E2 at their surface. By conventional TEM, we then visualized HCVpp entry into hepatocytes, using hepatoma cells and primary human hepatocytes (PHH) as a more physiological cell model.PHH maintain their polarity in culture as attested by TEM observation of persistent bile canaliculi. At 4°C, viral particles were primarily found attached to microvilli at the cell surface via molecular bridges and, after warming to 37°C, they were internalized by endocytosis in clathrin-coated pits and vesicles. Using freeze substitution and electron tomographyapproaches, these bridges were found intimately surrounding HCVpp inside the clathrincoated vesicles, suggesting a concomitant internalization. The nature of these bridges is currently under investigation by immunogoldlabeling approaches. Finally, we reproducibly observed less HCVpp internalization events in PHH compared to hepatoma cells, and the kinetics of these events seemed delayed, probably due to PHH polarity. To conclude, ourTEM approach proved powerful to visualize HCV entry, and highlights the importance of studying a physiological cell model to understand HCV entry mechanism.

Dans les organes lymphoïdes secondaires, les lymphocytes B acquièrent des antigènes immobilisés à la surface de cellules voisines. L’engagement du BCR (récepteur des cellules B) avec de tels antigènes induit la formation d’une synapse immunologique et la polarisation des lymphocytes B. Cette polarisation inclut le repositionnement du centrosome à la synapse immunologique ainsi que le recrutement et la sécrétion locale des lysosomes qui sont nécessaires à l’extraction, l’apprêtement et la présentation des antigènes sur les molécules du complexe majeur d’histocomptabilité de classe II (CMH-II) aux lymphocytes T CD4+ pré-activés. Des travaux précurseurs menés dans le laboratoire ont permis de mettre en évidence les premiers acteurs moléculaires impliqués dans ce processus. Cependant, le mécanisme précis gouvernant la polarisation du centrosome demeure encore aujourd’hui inconnu. Le travail réalisé pendant cette thèse avait pour objectif d’identifier de nouveaux régulateurs contrôlant la polarisation du centrosome dans les lymphocytes B après engagement du BCR avec des antigènes immobilisés. De plus, au regard du rôle grandissant joué par le microenvironnement tissulaire dans l’activation des lymphocytes B ainsi que dans la modulation de leurs fonctions, nous avons étudié l’effet de la protéine extracellulaire Galectine-8 sur la régulation de la capacité des lymphocytes B à se polariser et à extraire et présenter des antigènes immobilisés. Le travail présenté dans ce manuscrit montre que la présence du complexe Arp2/3 au centrosome des lymphocytes B non activés permet la nucléation locale de filaments d’actine qui permettent, grâce à leur interaction avec le complexe LINC, de lier le centrosome au noyau. L’activation des lymphocytes B induit la déplétion partielle du complexe Arp2/3 du centrosome qui est recruté à la synapse immunologique par la protéine HS1. Ceci induit une diminution de la nucléation d’actine au centrosome entraînant la séparation entre le centrosome et le noyau et permettant la polarisation du centrosome vers la synapse. De plus, nous montrons que la présence de la protéine Galectine-8 dans le milieu extracellulaire favorise le recrutement et la sécrétion des lysosomes à la synapse immunologique, conférant aux lymphocytes B une meilleure capacité à extraire et présenter des antigènes immobilisés. Nos résultats mettent en évidence des mécanismes inattendus régulant la polarisation des lymphocytes B en réponse à une stimulation antigénique et soulèvent des questions intéressantes concernant la régulation coordonnée de ces mécanismes qui confèrent aux lymphocytes B la capacité d’extraire, d’apprêter et de présenter des antigènes immobilisés efficacement. / In secondary lymphoid organs, B cells acquire antigens that are tethered at the surface of neighboring cells. Engagement of the B cell receptor (BCR) with such immobilized antigens leads to the formation of an immune synapse and the subsequent polarization of B cells. This includes the repositioning of the centrosome towards the immune synapse as well as the recruitment and local secretion of lysosomes required for efficient antigen extraction, processing and presentation onto class II major histocompatibility complex (MHC-II) molecules to primed CD4+ T cells. Pioneer work performed in the lab has highlighted the first molecular players involved in this process. However, the precise mechanism governing centrosome polarization remains to be fully elucidated. The work performed during this thesis aimed at identifying new regulators supporting centrosome polarization in B lymphocytes upon BCR engagement with immobilized antigens. In addition, in view of the emerging role played by the tissue microenvironment in shaping B cell activation and functions we investigated whether extracellular Galectin-8 modulates the ability of B cells to polarize, extract and present immobilized antigens. We show here that, in resting lymphocytes, centrosome-associated Arp2/3 (actin related protein-2/3) locally nucleates F-actin, which is needed for centrosome tethering to the nucleus via the LINC (linker of nucleoskeleton and cytoskeleton) complex. Upon lymphocyte activation, Arp2/3 is partially depleted from the centrosome as a result of its HS1-dependent recruitment to the immune synapse. This leads to a reduction in F-actin nucleation at the centrosome and thereby allows its detachment from the nucleus and polarization to the synapse. In addition, we show that extracellular Galectin-8 favors lysosome recruitment and secretion at the immune synapse, hence providing B cells with an enhanced capacity to extract and present immobilized antigens. Our findings highlight unexpected mechanisms that tune B cell polarity in response to antigenic stimulation and raise exciting questions concerning the coordinated regulation of these mechanisms to provide B cells with the capacity to efficiently extract, process and present surface-tethered antigens.

Candida albicans est un pathogène fongique opportuniste de l’Homme, qui peut causer des infections superficielles mais aussi systémiques chez les patients immunodéprimés. Sa virulence est associée à sa capacité de changer d’une forme bourgeonnante à une forme hyphale. La petite GTPase de type Rho, Cdc42, est critique pour la croissance filamenteuse et, sous forme activée, sa localisation est restreinte à l’extrémité des hyphes. J’ai utilisé un système photoactivable, constitué des domaines d’Arabidopsis thaliana Cry2PHR-CibN, pour contrôler le recrutement de Cdc42 constitutivement actif à la membrane plasmique. J'ai déterminé comment le photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif perturbe la croissance filamenteuse et où, quand et comment une nouvelle croissance filamenteuse est ré-initiée. Mes résultats démontrent que, lors du photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif, l'extension du filament cesse puis un nouveau site de croissance s’établit dans la cellule. La localisation de ce nouveau site de croissance est corrélée à la longueur du filament. J'ai étudié les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le désassemblage du site de croissance initial et l'emplacement spécifique du nouveau site de croissance filamenteuse. Dans les hyphes en croissance, un «cluster» de vésicules, appelé Spitzenkörper, est localisé à l'extrémité du filament. Lors du photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif, un nouveau «cluster» de vésicules, de composition similaire à celui du Spitzenkörper initial, apparaît dans la cellule mère. J'ai suivi la dynamique du Spitzenkörper et la localisation de Cdc42 sous forme activée, des sites d'endocytose, des vésicules de sécrétion et des câbles d’actine suite à la perturbation du site de croissance initial dans le filament. Dans l’ensemble, mes résultats indiquent qu'il existe une compétition pour la croissance entre le Spitzenkörper et le «cluster» de vésicules qui se forme immédiatement après le photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif et qu'un axe de polarité dynamique peut être établi en l'absence de croissance directionnelle. / Candida albicans is a fungal human pathogen that can cause life-threatening infections in immunocompromised patients, in part, due to its ability to switch between an oval budding form and a filamentous hyphal form. The small-Rho GTPase Cdc42 is crucial for filamentous growth and, in its active form, localizes as a tight cluster at the tips of growing hyphae. I have used a light-activated membrane recruitment system comprised of the Arabidopsis thaliana Cry2PHR-CibN domains to control the recruitment of constitutively active Cdc42 to the plasma membrane. I have determined how photorecruitment of constitutively active Cdc42 perturbs filamentous growth and where, when and how new filamentous growth is subsequently initiated. My results demonstrate that, upon photorecruitment of constitutively active Cdc42, filament extension is abrogated and a new growth site can be established in the cell. Location of a new filamentous growth site correlates with the length of the initial filament. I have investigated the molecular mechanisms that underlie the disassembly of an initial growth site and the specific location of the new filamentous growth site. In growing hyphae a cluster of vesicles, referred to as a Spitzenkörper, is localized at the tip of the filament. Upon photorecruitment of constitutively active Cdc42, a new cluster of vesicles, with a composition similar to that of the initial Spitzenkörper, appears in the mother cell. I have followed the dynamics of the Spitzenkörper, active Cdc42, sites of endocytosis, secretory vesicles and actin cables subsequent to disruption of the initial growth site in the filament. Taken together, my results suggest that there is competition for growth between the Spitzenkörper and the cluster of vesicles that forms immediately after the photorecruitment of constitutively active Cdc42 and that a dynamic polarity axis can be established in the absence of directional growth.

Les septines sont une famille de protéines GTPases qui peuvent former des structures d'ordre supérieur, comme les filaments et les anneaux, et capables de se lier avec les membranes cellulaires par leur interaction avec les phosphoinositides (PIs) via un domaine polybasique en N-terminal de leur domaine de liaison au GTP. Nous avons montré par une analyse transcriptomique réalisée en utilisant les données GSE14323 que la septine 9 est significativement surexprimée dans la cirrhose induite par le virus de l'hepatite C (VHC). Nos résultats montrent, ainsi, que la septine 9 induit l’augmentation en taille des gouttelettes lipidiques (GLs) par un mécanisme dépendant le phosphatidylinositol-5-phosphate et des microtubules. Nous avons montré, également, que cette voie de régulation des GLs est exploité par le VHC. De plus, nous avons montré que la septine 9 est impliquée dans la régulation de la morphologie de l’appareil Golgi et la mise en place de la polarité cellulaire par son interaction avec les phosphoinositides via deux domaines polybasiques. Ces résultats apportent une nouvelle compréhension du mécanisme moléculaire de l’interaction des septines avec les phosphoinositides et montrent pour la première fois l’importance de cette interaction dans des fonctions cellulaires de la septine 9. / Septins are a GTPases proteins family that can form high order structures such as filaments and rings, and able to bind cell membranes by interacting with phosphoinositides via a polybasic domain located at the N-terminal of their GTP binding domain. Here, We show by the transcriptomic analysis performed using the GSE14323 dataset that septin 9 is significantly upregulated in hepatitis C virus induced cirrhosis. Our findings show that septin 9 induce the lipid droplet growth by a phosphatidylinositol-5-phosphate and microtubule-dependent mechanism hijacked by HCV. In addition, we have shown that the septin 9 is involved in Golgi apparatus morphology regulation and cell polarity installation by interacting with phosphoinositides via two polybasic domains. These results provide new understanding of the molecular mechanism of septins interaction with the phosphoinositides and show its importance in septin 9 cellular functions shown for the first time.