Comment les cellules établissent leurs formes et organisations internes est un problème biologique fondamental. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le développement de la forme cellulaire et de la polarité chez la cellule de levure fissipare. Ces études sont fondées sur l’exploration de la façon dont les petites spores symétriques de levures se développent et s’organisent pour briser la symétrie pour la définition de leur tout premier axe de polarité. Dans une première partie, j’ai étudié les couplages entre la mécanique de surface de la paroi cellulaire des spores et la stabilité de domaines de polarité de Cdc42 qui contrôlent les aspects spatio-temporelles de la brisure de symétrie de ces spores. Dans une seconde partie, j’ai étudié les mécanismes par lesquels ces domaines de polarité contrôlent leur taille et l'adapte à la géométrie de la cellule, un processus vraisemblablement pertinents pour comprendre comment des domaines fonctionnels corticaux s’adaptent à la taille des cellules. Globalement, ces nouvelles recherches focalisant sur la façon dont les cellules développent dynamiquement leur forme et polarité de novo, permettent de mettre en évidence des couplages complexes dans la morphogenèse qui ne peuvent pas être testés en regardant les cellules à « l’état stationnaire» ou avec des outils génétiques. / How cells establish their proper shapes and organization is a fundamental biological problem. In this thesis, I investigated the dynamic development of cellular form and polarity in the rod-shape fission yeast cell. These studies are based on monitoring how small symmetric fission yeast spores grow and self-organize to break symmetry for the definition of their very first polarity axis. In a first part, I studied interplays between surface mechanics of the spore cell wall and the stability of Cdc42-based polarity domains which control spatio-temporal aspects of spore symmetry breaking. In a second part, I studied mechanisms by which these polarity domains control their width and adapt it to cell surface geometry, a process likely relevant to understand how functional cortical domains scale to cell size. Overall these novel investigations focusing on how cells dynamically develop their form and polarity de novo highlight complex feedbacks in morphogenesis that cannot be evidenced by looking at cells at “steady state” or with genetics.

Comment les cellules établissent leurs formes et organisations internes est un problème biologique fondamental. Au cours de cette thèse, j’ai étudié le développement de la forme cellulaire et de la polarité chez la cellule de levure fissipare. Ces études sont fondées sur l’exploration de la façon dont les petites spores symétriques de levures se développent et s’organisent pour briser la symétrie pour la définition de leur tout premier axe de polarité. Dans une première partie, j’ai étudié les couplages entre la mécanique de surface de la paroi cellulaire des spores et la stabilité de domaines de polarité de Cdc42 qui contrôlent les aspects spatio-temporelles de la brisure de symétrie de ces spores. Dans une seconde partie, j’ai étudié les mécanismes par lesquels ces domaines de polarité contrôlent leur taille et l'adapte à la géométrie de la cellule, un processus vraisemblablement pertinents pour comprendre comment des domaines fonctionnels corticaux s’adaptent à la taille des cellules. Globalement, ces nouvelles recherches focalisant sur la façon dont les cellules développent dynamiquement leur forme et polarité de novo, permettent de mettre en évidence des couplages complexes dans la morphogenèse qui ne peuvent pas être testés en regardant les cellules à « l’état stationnaire» ou avec des outils génétiques. / How cells establish their proper shapes and organization is a fundamental biological problem. In this thesis, I investigated the dynamic development of cellular form and polarity in the rod-shape fission yeast cell. These studies are based on monitoring how small symmetric fission yeast spores grow and self-organize to break symmetry for the definition of their very first polarity axis. In a first part, I studied interplays between surface mechanics of the spore cell wall and the stability of Cdc42-based polarity domains which control spatio-temporal aspects of spore symmetry breaking. In a second part, I studied mechanisms by which these polarity domains control their width and adapt it to cell surface geometry, a process likely relevant to understand how functional cortical domains scale to cell size. Overall these novel investigations focusing on how cells dynamically develop their form and polarity de novo highlight complex feedbacks in morphogenesis that cannot be evidenced by looking at cells at “steady state” or with genetics.

Myxococcus Xanthus possède un cycle developpemental multicellulaire entièrement sous la dépendance de la capacité des cellules à se déplacer sur des surfaces solides. M. xanthus possède deux systèmes de motilité génétiquement séparé, une motilité Sociale dépendant des pili de Type IV et une motilité Aventurière dont le mécanisme est encore peu compris. Notre hypothèse de travail est que la motilité Aventurière est qu’en des points régulièrement répartis le long du corps cellulaire soient couplés adhésion et traction de ce corps par une interaction entre des moteurs moléculaire et le cytosquelette d’Actine bactérienne MreB. Mon projet est de caractériser la relation qu’il pourrait y avoir entre le cytosquelette et les points d’adhésion durant la motilité. Pour étudier l’implication du cytosquelette MreB durant le mouvement, nous avons utilisé une approche pharmaceutique utilisant l’A22, une drogue permettant la dépolymérisation rapide et spécifique du cytosquelette sans affecter la viabilité des cellules à court terme. De plus j’ai aussi étudier les interactions possible entre MreB et différentes protéines de motilité comme la petite GTPase MglA, qui est connue pour est essentielle au recrutement des machineries de motilité. / Myxococcus xanthus has a multicellular developmental cycle which is dependent on the capacity of the cells to move accross solid surfaces. M. xanthus uses two motility systems: Social motility system is dependent on Type-IV pili, and the Adventurous motility system, the mechanism of which is poorly understood. Our working hypothesis is that Adventurous motility is performed by adhesion points localized along the cell body where a molecular machinery pulls the cell body by interacting with the MreB cytoskeleton. My project aims to characterize the relationship between the adhesion points and the cytoskeleton during movement. To study the involvement of MreB during motility we use A22, a drug known to rapidly and specifically depolymerise in live microscopy assays. Furthermore, I have study also the interactions between MreB and differents proteins like MglA a small GTPase, which we belive is essential for the recruitment of the machineries.

LKB1 est un gène suppresseur de tumeur qui code une kinase « maitre » dont l’activité contrôle la polarité et la prolifération cellulaire en les coordonnant avec l’état métabolique de la cellule. Ce travail a abouti à l’identification d’une nouvelle isoforme LKB1 appelée ∆N-LKB1 qui est générée par transcription alternative et initiation interne de la traduction de l'ARNm LKB1. La protéine ∆N-LKB1 est délétée de sa partie N-terminale incluant une partie de son domaine kinase. Bien que la protéine N-LKB1 soit catalytiquement inactive, elle potentialise l'effet activateur de la protéine LKB1 sur sa cible principale l’APMK, senseur énergétique de la cellule, via une interaction directe avec le domaine d'auto-inhibition de l’AMPK. En revanche, ∆N-LKB1 interfère négativement avec la capacité de LKB1 à induire la polarité cellulaire. Enfin, en utilisant des approches in vitro et in vivo, nous avons montré que N-LKB1 possède une propriété oncogénique intrinsèque. N-LKB1 est exprimée seule dans la lignée NCI-H460 issue du cancer du poumon. L’inhibition de l’expression de N-LKB1 dans les cellules NCI-H460 induit une diminution de la survie de ces cellules et inhibe leur pouvoir oncogénique quand elles sont greffées dans la souris nude. Nous avons donc identifié une nouvelle isoforme LKB1 qui stimule l’adaptation métabolique LKB1-dépendante, mais qui inhibe la polarité cellulaire contrôlée par LKB1. Le suppresseur de tumeur LKB1 ainsi que l’oncogène N-LKB1 sont codé par le même gène, ce qui peut expliquer certains des effets paradoxaux de LKB1 durant la tumorigenèse. / The LKB1 tumor suppressor gene encodes a master kinase that coordinates the regulation of energetic metabolism, cell growth and cell polarity. We now report the identification of a novel isoform of LKB1 named N-LKB1 that is generated through alternative transcription and internal initiation of translation of the LKB1 mRNA. The N-LKB1 protein lacks the N-terminal region and a portion of the kinase domain. Although N-LKB1 is catalytically inactive, it potentiates the stimulating effect of LKB1 on the AMP-activated protein kinase (AMPK) metabolic sensor through a direct interaction with the regulatory auto-inhibitory domain of AMPK. Contrasting, N-LKB1 negatively interferes with the LKB1 polarizing activity. Finally, combining in vitro and in vivo approaches, we showedthat N-LKB1 has an intrinsic oncogenic property. N-LKB1 is expressed solely in the lung cancer cell line, NCI-H460. Silencing of N-LKB1 decreased survival of NCI-H460 cells and inhibited their tumorigenicity when engrafted in nude mice. In conclusion, we have identified a novel LKB1 isoform that enhances the LKB1-controlled AMPK metabolic activity but inhibits LKB1-induced polarizing activity. Both, the LKB1 tumor suppressor and the oncogene, N-LKB1, are expressed from the same locus and this may account for some of the paradoxical effects of LKB1 during tumorigenesis.

Le VHC infecte les hépatocytes, cellules polarisées du foie. Le cycle de réplication du VHC est dépendant du métabolisme lipidique de la cellule hôte. Mais la relation entre VHC, polarité cellulaire et métabolisme lipidique est mal connue. Nous avons démontré que SHIP2 joue un rȏle important dans l’établissement de la polarité apicobasale des cellules épithéliales. La protéine core du HCV induit la perte de polarité cellulaire et diminue l’expression de la phosphatase SHIP2. La réintroduction de SHIP2 dans les cellules exprimant core restitue la polarité cellulaire et diminue l’expression de core. SHIP2 agit aussi sur l’accumulation et l’organisation des gouttelettes lipidiques qui sont des éléments cellulaires nécessaires à la réplication du VHC. Ces résultats montrent le rôle de SHIP2 dans la polarité cellulaire et le désigne comme une cible intéressante pour des recherches dans la lutte contre les infections du VHC. / HCV infects hepatocytes, polarized cells of the liver. HCV replication cycle is dependent on lipid metabolism of the host cell. But the relationship between HCV cell polarity and lipid metabolism is unknown. We demonstrated that SHIP2 plays an important role in establishment of the apicobasal epithelial cell polarity. The HCV core protein induces loss of cell polarity and decreases the expression of the phosphatase SHIP2. The reintroduction of SHIP2 in cells expressing core restores cell polarity and decreases the expression of core protein. SHIP2 also negatively affect lipid droplets, which are important for HCV replication. These results show the role of SHIP2 in cell polarity and designate it as an attractive target for research in the fight against HCV infection.

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La polarité cellulaire est un phénomène biologique essentiel du monde vivant. Chez la levure Candida albicans, sa capacité à croître sous une forme hyperpolarisée semble être un élément déterminant de sa pathogénicité. Nous avons entrepris d’identifier les éléments moléculaires d’une structure essentielle à cette croissance hyphale, le Spitzenkörper, afin de mieux comprendre le rôle de ce corps apical dans la croissance polarisée. Nous nous sommes également intéressés à la régulation des protéines Rho3 et Rho4 impliquées dans la croissance polarisée de C. albicans, à travers l’identification et l’étude de la protéine RhoGAP commune à ces deux protéines Rhos, la protéine Rgd1.Chez la levure Saccharomyces cerevisiæ, les protéines Rho3 et Rho4 sont également impliquées dans le contrôle de la croissance polarisée, et sont régulées par la protéine Rgd1. Le laboratoire, à l’origine de la découverte de ce régulateur commun, étudiait des aspects de croissance polarisée contrôlée par les protéines Rho3 et Rho4, à travers l’étude de la régulation de la protéine Rgd1. Nous avons notamment mis en évidence que Rgd1p est modifiée au niveau post-traductionnel par des phosphorylations. La kinase Ipl1 de la famille des kinases Aurora est un des acteurs de cette modification. Différents éléments indiquent que le complexe phosphatase Glc7-Bud14 serait également impliqué dans le contrôle de l’état de phosphorylation de Rgd1p, de façon antagoniste à la kinase Ipl1 / Cell polarity is an essential process for living organisms. In the yeast Candida albicans, its ability of hyperpolarized growth seems to be a decisive element for its pathogenicity. We undertook to identify molecular elements of an essential structure for hyphal growth, named Spitzenkörper, to better understand the role of this apical body in polarised growth. We also studied regulation of Rho3 and Rho4 proteins implicated in C. albicans polarised growth, through identification and study of a shared RhoGAP protein, named Rgd1.In the yeast Saccharomyces cerevisiæ, Rho3 and Rho4 proteins are also implicated in polarised growth control, and are regulated by Rgd1 protein. The laboratory, which identified this shared regulator, studied polarised growth aspects controlled by Rho3 and Rho4 proteins, through study of Rgd1p regulation. We showed that Rgd1p is post-translationally modified, by phosphorylations. The Ipl1 kinase, an Aurora family member, is implicated in this modification. Several elements indicate that the Glc7-Bud14 phosphatase complex would be also implicated in the control of Rgd1 phosphorylation state, antagonistically to Ipl1p

La néphronophtise (NPH) est une néphropathie tubulo-interstitielle chronique de transmission autosomique récessive. Elle représente la cause génétique la plus fréquente des insuffisances rénales terminales de l'enfant et du jeune adulte (5 à 10%). Elle se caractérise au niveau histologique par des anomalies des membranes basales tubulaires, une fibrose interstitielle massive et par l'apparition tardive de kystes à la jonction cortico-médullaire. Dans 40% des cas, la NPH est associée à des atteintes extra-rénales, notamment oculaires, cérébelleuses ou osseuses, définissant de nombreux syndromes (Senior Løken, Joubert, Jeune, etc). Sur la quinzaine de gènes responsables de la maladie, sept ont été identifiés au laboratoire : NPHP1, NPHP4, NPHP8/RPGRIP1L, NPHP11/MKS3, NPHP12/TTC21B, NPHP13/WDR19 et IFT140. Les protéines codées par ces gènes forment des complexes moléculaires principalement localisés au niveau des jonctions cellulaires et du cil primaire des cellules épithéliales rénales, classifiant la NPH et les syndromes associés dans le groupe des "ciliopathies". Mes travaux de thèse se sont intégrés au projet de recherche de l'équipe, centré sur l'étude des mécanismes pathophysiologiques à l'origine des lésions observées dans la NPH. Pour cela, nous avons développé des modèles de cellules tubulaires rénales (MDCK, IMCD et HEK293), et des modèles animaux (souris et poisson zèbre en collaboration avec l'équipe de Sylvie Schneider-Maunoury UMR7622). Je me suis particulièrement intéressé à l'analyse des phénotypes cellulaires et à la caractérisation des voies de signalisation perturbées dans les cellules épithéliales rénales invalidées pour les gènes NPHP1, NPHP4 et NPHP8/RPGRIP1L. Les protéines codées par ces gènes forment un complexe au niveau du cil primaire et des jonctions cellulaires. J'ai participé à définir le rôle crucial de ces protéines dans l'établissement des jonctions serrées par leur interaction avec les protéines de polarité, la morphogénèse épithéliale en culture 3D et la ciliogenèse. De plus, j'ai mis en évidence que l'absence de ces protéines entraîne des anomalies de migration et d'adhésion cellulaires s'accompagnant d'une activation anormale des protéines Rho GTPases (Cdc42, Rac1 et RhoA) et d'une réorganisation du cytosquelette d'actine. J'ai par ailleurs montré que le complexe NPHP4/inversine/RPGRIP1L régule finement l'expression et la localisation de Dishevelled, élément clé des voies Wnt canonique et Wnt/PCP, dans les cellules rénales. Ceci est en accord avec les défauts de polarité planaire observés dans le pronéphros du poisson zèbre et dans le rein de la souris, après invalidation des gènes Nphp4 ou Rpgrip1l. L'ensemble de ces résultats a permis de mieux comprendre le rôle moléculaire et cellulaire des néphrocystines et les mécanismes pathophysiologiques aboutissant aux altérations retrouvées chez les patients telles que la fibrose interstitielle rénale et la formation de kystes.

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Les carcinomes rénaux représentent environ 3% des cancers chez l’adulte. Les plus fréquents parmi ces tumeurs sont les carcinomes rénaux à cellules claires (CRCC) (70% des cas). Dans une première partie, nous avons analysé le caryotype de 89 patients ayant subi une néphrectomie pour CRCC et avons corrélé les déséquilibres chromosomiques avec les principaux facteurs histo-pronostiques et cliniques de ces tumeurs. Cette étude nous a permis de confirmer l’impact diagnostique et/ou pronostique d’anomalies chromosomiques. Certaines étaient déja connues dans la littérature comme la perte du bras court d’un chromosome 3 à impact diagnostique ou la perte d’un chromosome 9 ou de son bras court associée à un pronostic défavorable. Nous avons ensuite, dans une seconde partie, sélectionné selon des critères cliniques et histologiques, deux lignées cellulaires R-180 et R-305 établies à partir de prélèvements chirurgicaux de CRCC de patients dont l’évolution clinique était défavorable pour le patient R-180 (survie de 1 an) et favorable pour le patient R-305 (survie de 7 ans). Nous avons analysé les profils cytogénétiques des deux lignées cellulaires et recherché des marqueurs d’intérêt. Nous avons mis en évidence une amplification du gène pard3 dans la lignée R-180 correspondant au patient qui est décédé 1 an après le diagnostic. Cette amplification a été associée à la surexpression de la protéine correspondante PAR-3 et à des modifications de l’organisation du cytosquelette. La diminution de l’expression de PAR-3 par transfection de siRNA dans les cellules R-180 a permis la restauration de l’organisation du cytosquelette et la réduction des capacités de migration cellulaire par rapport aux cellules non transfectées. Ce résultat suggère un rôle de PAR-3 dans la migration cellulaire des cellules R-180. Afin de valider la pertinence de ce nouveau biomarqueur dans le CRCC, nous avons étudié 101 tumeurs par immunohistochimie. Nous avons montré une corrélation significative entre la surexpression de PAR-3 dans la tumeur primitive des patients et une diminution de la survie globale et de la survie sans progression indépendamment d’autres facteurs pronostiques importants comme les métastases. De plus la surexpression de PAR-3 a été significativement associée aux facteurs histopathologiques et cliniques de mauvais pronostic : grades nucléaires de Fuhrman III ou IV, nécrose tumorale, composante sarcomatoide, atteinte surrénale, invasion de la graisse rénale ou hilaire, composante éosinophile, statut non-inactivé du gène VHL, grade tumoral plus élevé, envahissement ganglionnaire ou métastatique, et score ECOG (Eastern Cooperative Oncology Group) péjoratif. L’ensemble de nos résultats suggèrent que la surexpression de PAR-3 est associée à un risque significatif de progression et de mortalité dans le CRCC. Sa mise en évidence par immunohistochimie en routine hospitalière pourrait être utile pour identifier les patients à haut risque de progression, même en l’absence des paramètres pronostiques habituels. Des études complémentaires sont en cours pour intégrer ce biomarqueur dans les nomogrammes ainsi que pour évaluer l’impact de cette dérégulation dans la résistance des CRCC aux thérapies ciblées. / Kidney cancers represent about 3% of all adults’ malignancies. The most common form of kidney cancer is renal carcinoma of which 70 % of cases are defined as clear cell Renal Cell Carcinoma (ccRCC). We undertook a systematic review of all ccRCCs with a total of 89 patients who underwent nephrectomy surgery. We assessed the karyotype profile of all patients that we correlate with an immunohistochemical features and tumor symptoms. This study demonstrates a high impact of chromosomal abnormalities on patients’ diagnosis and prognosis. Some of these abnormalities have been submitted in other publications as the loss of the chromosome 3 p-arm which has a diagnosis impact, and the loss of the chromosome 9 or it s p-arm that have a poor prognosis impact. We selected two cell lines (R-180 and R-305) derived from ccRCC surgical specimens of a patient with unfavorable clinical course (R-180 cells) and a patient with favorable prognosis (R-305 cells) to identify genetic and molecular features that may explain the survival difference of the two patients. The cytogenetic analysis of these cell lines revealed that the pard3 gene was amplified only in the R-180 cell line that was derived from an aggressive ccRCC. The pard3 gene amplification was associated with overexpression of the encoded protein and altered cytoskeleton organization. PAR-3 knockdown in R-180 cell restored the cytoskeleton organisation and reduced cell migration in comparison to non-transfected cells. These results suggest PAR-3 role in R-180 migration cells line. With a view to corroborate the relevance of this new biomarker PAR-3 in ccRCC, we have studied 101 tumors using immunohistochemical methods. We proved a significant correlation between PAR-3 overexpression in the primitive tumor and, the decreasing of overall and free progression survival independently of other risk factors as metastasis. We also fund that the overexpression of PAR-3 is associated with an unfavorable clinical and immunohistochemical prognosis factors such as: stage III -IV in fuhrman system grading ,tumor necrosis, sarcomatoide component, supra renal metastasis, cancer spreading (surrounding fat and hilar), eosinophil component , none inactivate VHL gene, high tumor stage, lymph nodes spread, metastasis and ECOG scale. Our results reveal that the PAR-3 overexpression is associated with significant risk of ccRCCs mortality and spreading tumor. Immunohistochemical screening may be usefulness to identify patient’s high spreading risk whether the lack of the habitual prognosis parameters. Other studies are in progress to integrate this biomarker in nomograms and also to evaluate the impact on ccRCC’s resistance to targeted therapy.