L'épissage alternatif des ARNs pré-messagers est le mécanisme majeur de diversification de l'information génétique chez les eucaryotes supérieurs. Près de 70% des gènes sont concernés par ce mécanisme. Il arrive malgré tout que l'épissage alternatif soit dérégulé ce qui conduit à des défauts d'épissage qui provoquent des maladies telles que le syndrome progérique de Hutchinson-Gilford (HGPS). Cette maladie se caractérise notamment par une apparition précoce des signes distinctifs de la vieillesse ainsi que de défauts métaboliques majeurs. Mon travail de thèse a consisté à sélectionner et à caractériser des composés chimiques modulateurs de l'épissage alternatif en se basant sur le mécanisme moléculaire conduisant à la progeria. Par la suite, l'efficacité de ces molécules a été testée dans des modèles de souris obèses. Parmi une chimiothèque de plus de 700 molécules chimiques, j'ai pu sélectionner sur différents critères une vingtaine de molécules modulatrices de l'épissage de l'exon 11 du gène LMNA. Une seule molécule a été capable de diminuer la prise de poids de souris mises sous régime hyperlipidique en favorisant la mise à disposition des lipides et en diminuant la différenciation adipocytaire grâce à son action sur les micros ARN. / Alternative splicing of pre-messenger RNA is the major mechanism to increase genetic variability in superior eukaryotes. Almost 70 % of genes are concerned by the mechanism. In some case this tightly regulated process is deregulated leading to splicing defects and diseases like Hutchinson-Gilford Progeroid Syndrome (HGPS). HGPS is characterized by a premature ageing and important metabolism defects.My thesis work was to select and characterized chemical compounds modulating alternative splicing based on molecular mechanism leading to HGPS. We further tested efficiency of these molecules in diet-induced obesity mice.Among a library of 700 compounds, I was able to select twenty molecules modulating splicing event of LMNA gene exon 11. One unique molecule was found to decrease weight gain in a mouse model under high-fat diet condition trough increasing lipolysis and lipids mobilization, and decreasing adipocyte differentiation.

Les syndromes progéroïdes regroupent un ensemble de pathologies caractérisées par un vieillissement précoce et accéléré. Le syndrome le plus connu et étudié est la progéria de Hutchinson-Gilford dont l'incidence est de 1 cas sur 8 millions ce qui en fait une maladie très rare. Nous avons étudié trois symptômes progéroïdes dont le syndrome HGPS, un syndrome HGPS-like ainsi qu'un syndrome APS. Ces pathologies ont de nombreux symptômes en commun dont une ostéolyse, une lipodystrophie, ainsi qu'une atteinte cardiovasculaire. Ces trois syndromes sont provoqués par différentes mutations du gène LMNA qui code pour les Lamines A et C. Nous avons utilisé le modèle des iPSCs afin d'étudier in vitro la physiopathologie de ces trois syndromes en les comparant à des cellules contrôles. Les cellules dérivées de la voie mésenchymateuse étant majoritairement altérées dans ces pathologies, nous avons créé des modèles in vitro d'étude de la différentiation en MSCs. De plus, ces patients présentant des altérations arterio-veineuses, nous avons analysé la différenciation en VSMCs. Le phénotype des ces cellules a été analysé et les profils transcriptomiques comparés pour les différentes lignées. Des gènes communs, impliqués dans le stress oxydatif et dans des systèmes de réparation géniques ont été retrouvés comme étant altérés. De plus, nous avons mis en évidence des altérations de voies de signalisation indispensables à la survie et à la prolifération cellulaire en comparant les cellules progéroïdes aux contrôles. Certaines de ces voies biologiques ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension des symptômes observés chez ces patients. / Progeroid syndromes are a group of pathologies characterized by accelerated and early aging. One of the most studied of these diseases is HGPS, with an estimated incidence of 1 in 8 millions birth making it an extremely rare disease. We focused our attention on three different progeroid syndromes including classic HGPS, a HGPS-like and an atypical progeroid syndrome. These pathologies share many symptoms, including osteolysis, lipodystrophy, and cardiovascular alterations. These 3 syndromes are caused by 3 different mutations in the LMNA gene that encodes A- and C-type lamins, inducing production of a truncated Lamin A in HGPS and HGPS-like and production of a mutated Lamin with a p.T528M substitution in APS. We produced hiPSCs to create a model of these different diseases and investigate in vitro the physiopathology of these syndromes by comparing them to control cells. Cells derived from mesenchymal stem cells being the most impaired type of tissue, we established in vitro models in order to study the differentiation of hiPSCs into MSCs. In addition given the massive cardiovascular defects in these patients, we also investigated differentiation toward the VSMCs. Cell phenotypes were carefully characterized and we compared the transcripttomic profile of the different cell types. We identified dysregulation in genes involved in oxidative stress response and in DNA repair in progeroid cells. In addition, pathways essential for cell survival and proliferation are also modified when comparing progeroid and controls cells. Altogether, these results might explain some of the symptoms observed in progeroid patients but also reveal pathways involved in ageing.

La progéria ou HGPS (Hutchinson-Gilford progeria syndrome) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré et accéléré extrêmement rare. Son incidence est estimée à environ 1 cas pour 4 à 8 millions de naissances selon les études. Les signes cliniques qui la caractérisent incluent notamment un retard de croissance majeur, une lipodystrophie, des ostéolyses distales et une atteinte cardiovasculaire qui est la cause du décès à l'âge moyen de 13 ans. La progéria est causée de façon prédominante par une mutation de novo dans le gène LMNA codant les lamines A et C, découverte par notre équipe en 2003. Cette mutation récurrente, prédite pour être silencieuse (c.1824C>T; p.Gly608Gly), active un site d'épissage cryptique qui génère une forme tronquée, anormalement prénylée et toxique de la lamine A, appelée la progérine. Ce travail de thèse a eu pour objectifs : 1) la caractérisation de différents marqueurs moléculaires et phénotypiques des lignées de patients atteints d'HGPS ou de syndromes apparentés ainsi que dans le modèle murin de progéria LmnaG609G/G609G, 2) la caractérisation des aspects cognitifs de ce modèle murin ainsi qu'une étude élargie de l'expression des lamines dans le cerveau, 3) le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans le cadre de la progéria, in vitro et in vivo, incluant notamment l'exploration des effets d'une molécule antioxydante, le resvératrol, ainsi que l'adaptation de l'approche thérapeutique par oligonucléotides antisens (AON) (Osorio et al. 2011) visant à son administration par voie orale. / Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is an extremely rare genetic disease characterized by premature, accelerated and segmental aging with an estimated incidence of 1 in 4 to 8 million of births. Children with HGPS present with major growth retardation, lipodystrophy, distal osteolysis and cardiovascular defects that cause their death at the mean age of 13 years. In 2003, our team discovered the causative mutation of HGPS in the LMNA gene. Despite being predicted as silent (c.1824 C>T; p.Gly608Gly), this de novo mutation activates a cryptic splicing site leading to the production of a truncated, aberrantly prenylated and toxic form of lamin A, called progerin. The main objectives of this thesis have been: 1) characterizing molecular and cellular biomarkers in HGPS or related syndromes patients' cell lines, together with the progeria mouse model LmnaG609G/G609G, 2) characterizing cognitive aspects as well as lamins' and progerin expression in the central nervous system in the same in vivo model and 3) the developement, in vitro and in vivo, of novel therapeutic approaches for progeria using either resveratrol, an antioxidant molecule, or micelle-coated antisense oligonucleotides with the intent of adapting an oral treatement for progeria children.

Le syndrome de Hutchinson-Gilford, ou progéria, est une pathologie génétique rare qui se caractérise par des symptômes assimilés à un vieillissement prématuré. Les mutations à l'origine de la progéria affectent le gène LMNA, codant la lamine A, qui joue un rôle majeur dans la formation, la maintenance et la résistance du noyau. Ces mutations activent l'utilisation de sites 5' alternatif ou cryptique d'épissage présents dans l'exon 11 du pré-ARNm LMNA en amont du site normalement utilisé. Nous avons révélé un effet des mutations sur la structure secondaire de l'ARN aux alentours des mutations, qui permet l'augmentation de l'utilisation des sites d'épissage mutants. De plus, nous avons montré l'implication de plusieurs protéines SR (SRSF1, SRSF5 et SRSF6) dans la régulation de l'utilisation des différents sites d'épissage. D'autre part, il a déjà été observé que les noyaux des cellules des patients atteints de progéria contiennent des granules de stress, les nSB, situés dans les régions péricentromériques des chromosomes et contenant des ARN dits satellite III et des facteurs d'épissage. Des nSB similaires sont formés dans les cellules saines suite à divers stress, comme le stress thermique. Il est possible que ces nSB séquestrent ces facteurs d'épissage afin de réguler le profil d'épissage alternatif des cellules pendant la régénération après un stress. Nous avons purifié les protéines associées aux ARN satellite III in vitro afin de trouver de nouveaux composants des nSB et analysé, par emploi de puces jonction-exon, le transcriptome de cellules soumises à un choc thermique, pour mieux comprendre à terme comment la formation des nSB peut affecter l'épissage alternatif / The Hutchinson-Gilford syndrome, also called progeria, is a rare genetic disease, characterized by symptoms that can be assimilated to accelerated natural ageing. Mutations that cause progeria affect the LMNA gene, which codes the lamin A that plays a major role in the shaping, maintenance and resistance of the nucleus. These mutations lead to the activation of alternative or cryptic 5' splice sites located within the exon 11 of LMNA pre-mRNA upstream from the normal 5' splice site. Our work revealed an effect of the mutations on the 2D RNA structure of the splice sites, which contributes to the increased use of the mutant sites. On top of it, we showed the impact of several SR proteins, (SRSF1, SRSF5 and SRSF6) on the regulation of the use of the exon 11 5' splice sites. On the other hand, it was previously observed that cells from progeria patients contain nuclear stress bodies (nSB), located in chromosomal pericentromeric regions and containing satellite III RNAs and several splicing regulatory proteins. Similar bodies are formed in healthy cells submitted to various stresses such as heat shock. A work hypothesis is that those nSBs sequester splicing factors in order to regulate the global alternative splicing profile in cells during the recovery period after stress. We purified proteins associated with satellite III RNAs in vitro, to find new components of the nSBs, and analyzed the transcriptome of cells subjected to heat shock using exon junction microarrays, in order to eventually understand how nSB formation can affect alternative splicing