Les effets de la marijuana, un médicament utilisé par l’homme depuis des millénaires, sur le système visuel sont peu connus. Une meilleure connaissance de la distribution du système endocannabinoïde (eCB) de la rétine pourrait expliquer comment cette drogue affecte la vision. Cette étude vise à caractériser la distribution du récepteur cannabinoïde CB1 (CB1R) et de l’enzyme de dégradation FAAH (“fatty acid amide hydrolase”) des ligands du CB1R dans la rétine du singe Vert (Chlorocebus sabaeus). De plus, elle vise à déterminer quelles sous-populations cellulaires de la rétine expriment ces composantes. La plupart des études à ce jour ont été conduites surtout sur les rongeurs et peu de travaux ont été réalisés chez le singe. Notre étude vient donc combler cette carence. Par le biais de méthodes immunohistochimiques, nous avons investigué la localisation du CB1R et de l’enzyme FAAH à différentes excentricités rétiniennes, de la fovéa centralis vers la périphérie. Nos résultats, en accord avec notre hypothèse de travail, démontrent que CB1R et FAAH sont exprimés à travers toute la rétine mais avec, cependant, des différences notoires. Au niveau de la couche des photorécepteurs, CB1R est exprimé préférentiellement dans les cônes et ce patron d’expression suit la distribution des photorécepteurs centre-périphérie. De plus, CB1R se retrouve surtout dans les pédicules des cônes de la couche plexiforme externe. CB1R et FAAH sont abondants dans les cellules bipolaires tant au centre qu’en périphérie. Le soma et l’axone des cellules ganglionnaires expriment aussi CB1R et FAAH. Ces données suggèrent que le système eCB est présent à travers toute la rétine du primate et pourrait expliquer les perturbations visuelles entrainées par la marijuana, telles la photosensibilité et la vision des couleurs. / The effects of marijuana, a drug that has been used by men for millennia, on the visual system are poorly understood. A better understanding of the distribution of the endocannabinoid system in the retina will help us explain how this drug affects vision. This study aims at characterizing the distribution of the endocannabinoid receptor CB1 (CB1R) and the enzyme degrading CB1R ligands, fatty acid amide hydrolase (FAAH) throughout the Green monkey retina (Chlorocebus sabaeus). In addition, it seeks to determine which sub-population of neurons expresses CB1R and the degrading enzyme FAAH. Most data on the endocannabinoid system have been acquired in rodents and studies on monkeys are rather scarce. We attempted to fill this void by using immunohistochemical methods to locate CB1R and FAAH at various eccentricities of the monkey retina, from the center to the far periphery. Our results, in agreement with our hypothesis, demonstrate that CB1R and FAAH are expressed throughout the retina. At the level of the photoreceptors, CB1R is expressed preferentially in cones rather than in rods, and this expression pattern follows the photoreceptors distribution. In the outer plexiform layer, CB1R immunoreactivity is predominantly concentrated in the cone pedicles. Although foveal cones are the main expressers of both CB1R and FAAH, these are also found in rod bipolar cells. The ganglion cell axons strongly express the CB1 receptor and the enzyme FAAH. These data suggest that the presence of CB1R throughout the retina may be responsible for the visual effects commonly reported by cannabis users, such as the increase in photosensitivity and alterations in color discrimination.

Notre travail s’inscrit dans le cadre de la biométrie par la rétine. La rétine est la couche sensorielle de l’œil, elle présente une texture riche et unique même chez les jumeaux. Ses propriétés ont fait de la biométrie par la rétine un axe de recherche actif. En effet, de nombreuses méthodes ont été proposées pour les différentes étapes de la méthode biométrique allant du prétraitement de l’image rétinienne à son analyse, en passant par sa caractérisation, afin d’identifier et authentifier un individu. Nous nous intéressons dans ces travaux de thèse, à l’étude, la conception, le développement et l’évaluation d’une nouvelle méthode biométrique basée sur la rétine. Notre première contribution réside dans la conception d’une méthode d’analyse d’image rétinienne saine et pathologique, suivie d’une sélection d’une région d’intérêt autour du disque optique. Cette méthode améliore la qualité de l’image rétinienne et extrait une région d’intérêt la plus stable de la rétine afin de maintenir une densité d’information satisfaisante, pour assurer une meilleure qualité de reconnaissance. Notre deuxième contribution porte sur la proposition d’une nouvelle méthode d’extraction de caractéristiques locales basée sur le descripteur standard SIFT. Elle applique une nouvelle approche reposant sur la suppression des points d’intérêt non informatifs extraits par le descripteur standard SIFT. Cette nouvelle méthode d’extraction des caractéristiques locales réduit le nombre des points d’intérêt redondants tout en maintenant la qualité de la description. Nous avons validé, la méthode biométrique proposée sur différentes bases comprenant des images saines et pathologiques. Les résultats obtenus montrent des performances encourageantes. Ces résultats indiquent, que la méthode que nous avons proposée, localise correctement la région d’intérêt rétinienne. En mode identification, un taux d’identification correcte d’environ 99.8% est atteint. En mode vérification, nous avons obtenu un taux FRR de 0.12% quant aux taux FAR et EER (erreur), ils sont de 0%. L’étude comparative a montré que notre méthode est plus discriminative que d’autres méthodes de l’état de l’art, notamment celles basées sur la segmentation et l’extraction de l’arbre vasculaire / Our work is part of the retina biometrics. The retina is the sensory layer of the eye; it has a rich and unique texture even in twins. Its properties have made the retina biometrics an active research area. Indeed, numerous methods have been proposed for the various stages of the biometric method, from pretreatment of the retinal image to its analysis, through its characterization, in order to identify and authenticate an individual. We are interested in this work in these thesis works, the study, design, development and evaluation of a new biometric method based on the retina. This thesis presents our contributions for each stage of the proposed biometric method. Our first contribution lies in the proposition of a healthy and pathological retinal image analysis method, followed by a selection of a region of interest around the optical disc. This method improves the quality of the retinal image and extracts a more stable region of interest from the retina to maintain a satisfactory information density, to ensure a better quality of recognition. Our second contribution consists in proposing a new method for extracting local characteristics based on the standard SIFT descriptor. It applies a new method based on the removal of non-informative points of interest extracted by the standard SIFT descriptor. This new method of extracting local features reduces the number of redundant points of interest while maintaining the quality of the description. We validated, the proposed biometric method on different bases including healthy and pathological images. This biometric method has yielded encouraging results on healthy and pathological retinal images. The results obtained show encouraging performances. These results indicate that the method we have proposed, correctly locates the retinal region of interest. In identification mode, a correct identification rate of approximately 99.8% is reached. In verification mode, we obtained 0.12% as FRR error rate and 0% for the FAR and EER error rates. The comparative study showed that our method is more discriminative than other state-of-the-art methods, especially those based on segmentation and extraction of the vascular tree

Le Syndrome métabolique (SMet) traduit le développement de désordres glucidiques et lipidiques résultant d’une balance énergétique positive. Par ses caractéristiques, le SMet est un facteur de risque de développer un diabète de type 2 qui se caractérise dans ses formes pathologiques par des altérations vasculaires, en particulier au niveau de la rétine, créant ainsi une rétinopathie diabétique (RD). Fortement vascularisée et bien que présentant une barrière hémato-rétinienne qui limite l’entrée de composés sanguins, la rétine subit les variations métaboliques. Les conséquences du SMet dans la rétine sont peu étudiées, alors même qu’une prise en charge précoce pourrait diminuer leur importance. A cet égard, une alimentation à la fois riche en acides gras polyinsaturés (AGPI) à longue chaîne de type oméga 3, comme l’acide docosahexaénoïque (DHA) et l’acide eicosapentaénoïque (EPA) et pauvre en oméga 6 participerait à la prévention de l’insulinorésistance, une composante du SMet, et serait protectrice vis-à-vis des premiers stades de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) et du vieillissement de la rétine. La biodisponibilité des AGPI oméga 3 dans la rétine, est un paramètre à prendre en compte pour bénéficier de leurs effets protecteurs. Pourtant, ces données, selon la source de provenance des AGPI, sont peu accessibles et méritent d’être étudiées. Nous voulions d’abord évaluer l’effet d’un régime diabétogène sur le métabolisme glucidique et lipidique chez le rat pour, de manière concomitante, en étudier les conséquences fonctionnelles et structurales sur la rétine. Notre second objectif était de comparer l’intégration de plusieurs formulations à base de phospholipides ou triglycérides, portant EPA ou DHA, dans la rétine.Ainsi, des rats Brown Norway ont été nourris avec un régime composé de 60% de fructose et 10% de lipides saturés (HFHF). L’étude du métabolisme glucidique a révélé une hyperglycémie à jeun, une intolérance au glucose et une résistance à l’insuline dès 8 jours de régime. D’autre part, nos analyses n’ont pas révélé de dyslipidémie. Ainsi, compte tenu de la résistance de ces rats à développer de manière précoce des altérations d’un mécanisme clé du syndrome métabolique comme la dyslipidémie, nous avons réalisé une étude comparative entre rats Brown Norway (BN) et Wistar (W) soumis au régime HFHF. Cette étude a révélé que les rats W étaient plus sensibles aux dérégulations lipidiques. Toutefois, les rats W n’ont pas développé d’insulinorésistance, et présentaient une hyperglycémie à jeun plus tardive que les rats BN. En complément de ces données, les analyses fonctionnelles de la rétine des rats BN par électrorétinographie ont révélé une diminution de sensibilité des photorécepteurs de type cône, après 4 semaines de régime HFHF. De plis, nos résultats indiquent que le régime HFHF constitue un terrain favorable au développement néovasculaire dans la rétine, avec une exacerbation de l’activation des cellules de Müller.Dans l’objectif d’optimiser la forme d’apport en acides gras à effets protecteurs de la rétine, nous souhaitions comparer l’intégration du DHA dans la rétine apporté par différentes sources de lipides intégrées dans l’alimentation de rats Wistar. L’apport consistait principalement en EPA ou en DHA, soit sous forme de phospholipides, soit sous forme de triglycérides. Nos données mettent principalement en évidence un enrichissement de la couche des photorécepteurs dans une zone à proximité du nerf optique, ceci quelle que soit la formule lipidique considérée. Nos données quantitatives révèlent quant à elles une meilleure intégration du DHA, estérifié sur les phosphatidylcholines de la rétine lorsque l’EPA est apporté sous forme de phospholipides, et que le DHA est apporté par les phospholipides ou les triglycérides. L’ensemble des régimes permettent d’augmenter la teneur en AGPI à très longue chaîne dans la rétine. / Metabolic syndrome (MetS) results from carbohydrate and lipid disorders that originate from misbalanced energy metabolism. MetS is a risk factor for type 2 diabetes that, in pathophysiological conditions, is characterized by vascular alterations, particularly in the retina, creating the diabetic retinopathy (DR). Despite it presents a barrier limiting the input of blood factors, the retina is under metabolic variations. The consequences of MetS in the retina have not been characterized. MetS would be responsible for the inflammation and microvascular alterations in the retina and could participate to the development of age-related macular degeneration (AMD). A diet rich in omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) i.e. docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA) and low omega-6 fatty acid, should participate to the prevention of insulin resistance, a feature of MetS. Such diet would be protective against AMD, the leading cause of visual impairment after the age of 55 years in Western populations. Meanwhile, the bioavailability of omega-3 in the retina, is a parameter to consider to fully take advantages of their protective effects. Yet, data on the bioavailability of fatty acids from different origins are sparse and need to be studied.Our first goal was to associate metabolic and retinal disturbances in the context of MetS. For that purpose, we evaluated the impact of a pro diabetic diet on carbohydrate and lipid metabolism in the rat, and further analyzed the function and structure of the retina. Our second objective was to compare the efficacy of phospholipids and triglycerides to improve the incorporation of omega-3 LC-PUFA in the retina and others tissues in the rat.Brown Norway (BN) rats were fed with a 60% fructose and 10% saturated lipid diet (HFHF). The results revealed fasted hyperglycaemia, glucose intolerance and insulin resistance at 8 days and afterwards, without dyslipidaemia. Thus, considering the resistance of BN rats to develop dyslipidaemia, we performed a comparative study with BN and W rats by feeding them with HFHF. Our results showed that W rats were more sensitive to lipid deregulations. However, they did not develop insulin resistance, and developed hyperglycaemia later than BN. Regarding these data, functional analyses of retina by electroretinography was performed in BN. Electroretinograms revealed a loss of cone photoreceptor sensitivity after 4 weeks of HFHF diet without other functional dysfunction.In one independent group of BN rats, choroidal neovascularization was induced by rupture of Bruch’s membrane with impact lasers in eye fundus. Retinal angiography revealed that feeding HFHF diet during 4 weeks favoured neovascular development in the retina, and activated Müller cells. Then, we wanted to compare omega-3 LC-PUFA integration in the retina by feeding Wistar rats with 6 different lipid sources. The strength of this work was to use either phospholipids, triglycerides or a mix of both, that contained either EPA or DHA as the prominent omega-3 fatty acid. Our qualitative data revealed an increase of DHA in the retina, particularly in the photoreceptor layer, around the optic nerve, regardless lipid formula. Our quantitative data revealed a better integration of DHA, particularly DHA-containing phosphatidylcholine, in the retina, when EPA is provided esterified on phospholipids, and DHA is provided on both, phospholipids and triglycerides. All the supplemented diets allowed an increase in very long chain-PUFAs in the retina.

Un des obstacles majeurs de la recherche en neurosciences est la difficulté d’accéder de manière directe au fonctionnement du cerveau afin de comprendre les mécanismes biologiques à l’origine des dysfonctionnements cérébraux dans les troubles psychiatriques. En tant qu’extension anatomique et développementale du système nerveux central, la rétine pourrait permettre d’offrir un accès indirect aux fonctions neurologiques cérébrales. Ainsi, l’investigation de la fonction rétinienne apporte l’unique opportunité d’étudier de manière objective un réseau neuronal complexe présentant des similarités avec celui du cerveau. Le cannabis est une substance neurotoxique identifiée comme modulant la transmission synaptique cérébrale par l’intermédiaire du système cannabinoïde mais les mécanismes précis à l’origine de ces anomalies sont peu connus. La première partie de ce travail consiste à présenter les bases neurobiologiques et les hypothèses physiopathologiques justifiant l’étude de la fonction rétinienne chez les usagers de cannabis, en se basant sur la présence du système cannabinoïde dans la rétine et son implication dans la régulation de la libération synaptique de neurotransmetteurs. La seconde partie discute l’intérêt de l’étude de la fonction rétinienne dans la recherche en psychiatrie avec des méthodes électrophysiologiques. Enfin, la dernière partie présente les dysfonctions rétiniennes présentes chez les usagers de cannabis, après un usage aigu ou régulier, évaluées par les techniques électrophysiologiques comme l’électrorétinogramme. Toutes ces données renforcent la pertinence de la rétine comme site d’investigation du cerveau et ouvrent éventuellement la perspective au développement de marqueurs fonctionnels / One of major obstacles in neuroscience research is the difficulty of directly accessing the brain function to understand the biological mechanisms underlying brain dysfunctions in psychiatric disorders. As an anatomical and developmental extension of the central nervous system, the retina could afford to offer an indirect access to brain neurological functions. Investigating the retinal function provides the unique opportunity to study in an objective way a complex neuronal network which shares similar properties with the brain. Cannabis is a neurotoxic substance identified as modulating brain synaptic transmission through the cannabinoid system, but the precise mechanisms underpinning these anomalies are poorly understood. The first part of this work is dedicated to present the neurobiological basis and pathophysiological hypotheses justifying the study of retinal function in cannabis users and is based on the presence of the cannabinoid system in the retina and its involvement in the regulation of synaptic neurotransmission. The second part discusses the interest of the study of retinal function with electrophysiological methods in psychiatric research. The last part presents the retinal dysfunctions detected in cannabis users, after acute or regular use, and assessed by electrophysiological techniques such as electroretinogram. All these data reinforce the relevance of the retina as a site of brain investigation and possibly open the prospect for the development of functional markers

Le traitement d'image se divise usuellement en opérations de bas, moyen et haut niveau. Les opérateurs régionaux de moyen niveau sont un maillon essentiel de la chaîne de traitement de l'image. Dans une étude préliminaire, nous montrons leur importance dans le cadre d'une approche énergétique du traitement d'image et nous déterminons une forme générale sous laquelle ces opérateurs peuvent être implantés afin de pouvoir être utilisés de manière efficace. Après avoir montré la nécessité de l'asynchronisme pour implanter ces opérateurs régionaux, nous étudions les structures existant dans la littérature. Le coût matériel élevé de l'asynchronisme et de ces structures étant trop important pour une implantation dense dans des rétines artificielles, nous tenons à limiter au minimum possible les ressources utiles aux calculs régionaux asynchrones. Cela nous conduit à une nouvelle structure de calcul régional, les micropipelines associatifs, implantant partiellement le modèle des réseaux associatifs, en particulier la somme régionale. Cette structure est basée sur un élément de circuit asynchrone, le micropipeline convergent ayant un coût d'implantation matériel faible. Il utilise un mode alternatif de transmission asynchrone que nous appelons la transmission par jetons. Afin de réduire encore le coût des opérateurs régionaux définis précédemment, nous optimisons ensuite le réseau de connexion asynchrone. Dans la partie algorithmique, nous montrons que la possibilité d'utiliser des opérateurs régionaux de manière efficace conduit à élargir le cadre du traitement d'image. Nous illustrons cette extension dans le cadre de la segmentation d'images. Après une étude des méthodes de segmentation existantes, une méthode basée sur des mesures statistiques régionales permettant d'améliorer la segmentation à base de ligne de partage des eaux sera proposée. Enfin, nous introduisons une nouvelle méthode de segmentation, la segmentation sociétale basée sur une analogie avec la segmentation d'un territoire en villes et villages, utilisant de manière intensive les mesures régionales.

Contrairement aux mammifères, la rétine des amphibiens et des poissons croît tout au long de la vie de l'animal grâce à l'activité de cellules souches neurales présentes dans une région de neurogenèse continue appelée zone marginale ciliaire (ZMC). Leur caractérisation moléculaire et la compréhension des mécanismes qui sous-tendent leur activité et leur maintenance pourraient trouver des applications majeures dans le traitement par thérapie cellulaire des patients atteints de pathologies neurodégénératives de la rétine. Au cours de ma thèse, je me suis principalement penché sur deux problématiques majeures : quelle est l'origine ontologique de ces cellules souches adultes et comment se maintiennent-elles au cours de la rétinogenèse embryonnaire ? J'ai abordé ces deux questions via l'analyse descriptive et fonctionnelle de deux gènes, Hes1 et Hes4, identifiés dans mon laboratoire comme des marqueurs spécifiques des cellules souches rétiniennes. Ces gènes codent pour des répresseurs transcriptionnels de type bHLHO. L'étude de leur dynamique d'expression au cours du développement montre que ces gènes marquent un territoire restreint, situé initialement à la frontière entre l'épithélium pigmenté rétinien (EPR) présomptif et la rétine neurale, dont l'évolution au cours du temps suggère qu'il est à l'origine de la cohorte des cellules souches adultes. Ces résultats permettent pour la première fois de proposer que ces dernières seraient ségrégées très tôt au cours de l'embryogenèse rétinienne des cellules destinées à se différencier. Je me suis ensuite posé la question du rôle de Hes1/4 dans la maintenance de ces cellules souches présomptives. Mes expériences de gain de fonction suggèrent que ces gènes contribuent de façon autonome cellulaire (i) à les empêcher de se différencier vers un destin EPR ou neuronal, (ii) à les maintenir en prolifération et (iii) à ralentir leurs divisions. Enfin, j'ai également travaillé à positionner les gènes Hes1/4 dans le réseau de signalisation qui contrôle les cellules souches rétiniennes en étudiant leur régulation par les voies Wnt, Hedgehog et Notch. L'ensemble de mes données me permet de proposer un modèle selon lequel les facteurs Hes1/4, sous contrôle positif de la voie Wnt, permettent au cours du développement la maintenance à l'état indifférencié et en prolifération lente d'une population cellulaire destinée à former la cohorte des cellules souches adultes de la ZMC.

Le développement des technologies sub-microniques a permis un regain d'intérêt pour les capteurs d'images CMOS, qui inondent aujourd'hui le marché des capteurs. Les approches conventionnelles pour la conception de machines de vision sont en général basées sur des architectures connectées à une caméra. L'approche proposée dans ce travail consiste à associer, dans un même circuit – une rétine CMOS -, les photocapteurs et des fonctions de pré-traitement de l'image, permettant ainsi de répartir et d'optimiser le traitement. Ces rétines ont des performances en vitesse, en intégration et en consommation meilleures que les solutions classiques (capteurs puis traitements logiciels et/ou matériels). Cette thèse porte plus précisément sur l'intégration d'un algorithme d'estimation du mouvement en transposant le calcul numérique fortement itératif en une structure de calcul électronique. Après avoir réalisé un circuit permettant d'acquérir des connaissances dans le domaine des capteurs d'images CMOS, nous avons conçu un circuit de vision estimant le mouvement. Cette estimation de mouvement est basée sur une méthode robuste de mise en correspondance de blocs de pixels, comprenant une phase de pré-codage des pixels suivi<br />d'une recherche de ce codage dans une fenêtre de destination potentielle. Cette approche est novatrice car elle propose une rétine CMOS pouvant traiter (électroniquement) des scènes fortement texturées, et à luminosité changeante, en s'appuyant sur une méthode jusqu'alors réservée aux approches numériques (FPGA, DSP) ou logicielles.

Les effets de la marijuana, un médicament utilisé par l’homme depuis des millénaires, sur le système visuel sont peu connus. Une meilleure connaissance de la distribution du système endocannabinoïde (eCB) de la rétine pourrait expliquer comment cette drogue affecte la vision. Cette étude vise à caractériser la distribution du récepteur cannabinoïde CB1 (CB1R) et de l’enzyme de dégradation FAAH (“fatty acid amide hydrolase”) des ligands du CB1R dans la rétine du singe Vert (Chlorocebus sabaeus). De plus, elle vise à déterminer quelles sous-populations cellulaires de la rétine expriment ces composantes. La plupart des études à ce jour ont été conduites surtout sur les rongeurs et peu de travaux ont été réalisés chez le singe. Notre étude vient donc combler cette carence. Par le biais de méthodes immunohistochimiques, nous avons investigué la localisation du CB1R et de l’enzyme FAAH à différentes excentricités rétiniennes, de la fovéa centralis vers la périphérie. Nos résultats, en accord avec notre hypothèse de travail, démontrent que CB1R et FAAH sont exprimés à travers toute la rétine mais avec, cependant, des différences notoires. Au niveau de la couche des photorécepteurs, CB1R est exprimé préférentiellement dans les cônes et ce patron d’expression suit la distribution des photorécepteurs centre-périphérie. De plus, CB1R se retrouve surtout dans les pédicules des cônes de la couche plexiforme externe. CB1R et FAAH sont abondants dans les cellules bipolaires tant au centre qu’en périphérie. Le soma et l’axone des cellules ganglionnaires expriment aussi CB1R et FAAH. Ces données suggèrent que le système eCB est présent à travers toute la rétine du primate et pourrait expliquer les perturbations visuelles entrainées par la marijuana, telles la photosensibilité et la vision des couleurs. / The effects of marijuana, a drug that has been used by men for millennia, on the visual system are poorly understood. A better understanding of the distribution of the endocannabinoid system in the retina will help us explain how this drug affects vision. This study aims at characterizing the distribution of the endocannabinoid receptor CB1 (CB1R) and the enzyme degrading CB1R ligands, fatty acid amide hydrolase (FAAH) throughout the Green monkey retina (Chlorocebus sabaeus). In addition, it seeks to determine which sub-population of neurons expresses CB1R and the degrading enzyme FAAH. Most data on the endocannabinoid system have been acquired in rodents and studies on monkeys are rather scarce. We attempted to fill this void by using immunohistochemical methods to locate CB1R and FAAH at various eccentricities of the monkey retina, from the center to the far periphery. Our results, in agreement with our hypothesis, demonstrate that CB1R and FAAH are expressed throughout the retina. At the level of the photoreceptors, CB1R is expressed preferentially in cones rather than in rods, and this expression pattern follows the photoreceptors distribution. In the outer plexiform layer, CB1R immunoreactivity is predominantly concentrated in the cone pedicles. Although foveal cones are the main expressers of both CB1R and FAAH, these are also found in rod bipolar cells. The ganglion cell axons strongly express the CB1 receptor and the enzyme FAAH. These data suggest that the presence of CB1R throughout the retina may be responsible for the visual effects commonly reported by cannabis users, such as the increase in photosensitivity and alterations in color discrimination.

Pour comprendre comment les gènes du développement exercent de multiples fonctions temporelles, nous prenons comme modèle le facteur de transcription Otx2. Celui-ci est impliqué dans la gastrulation, le développement de l’œil, du système olfactif, de la glande pinéale, du thalamus et de la région cranio-faciale. Dans la rétine adulte, deux tissus distincts expriment Otx2 : l’épithélium pigmenté (RPE) et la rétine neurale, contenant les photorécepteurs. L’ablation globale du gène Otx2 entraîne la dégénérescence exclusive des photorécepteurs alors qu’elle modifie l’expression de gènes surtout dans le RPE. Ces faits suggèrent un mécanisme non autonome, confirmé par des expériences de gain et perte de fonction restreintes au RPE. Pour approcher les fonctions de la protéine Otx2 dans la rétine neurale et le RPE, une étude à grande échelle de ses cibles génomiques a été menée. Les profils distincts d’occupation du génome du RPE et de la rétine neurale suggèrent des fonctions différentes d’Otx2. Dans la rétine neurale, ce profil est très proche de celui du facteur paralogue Crx, indiquant une redondance fonctionnelle entre Otx2 et Crx. Nous avons émis l’hypothèse qu’une combinatoire de partenaires protéiques différents permet de moduler l’action d’Otx2 en sélectionnant des cibles génomiques distinctes. Pour identifier cette combinatoire in vivo et la corréler aux fonctions exercées par Otx2, nous avons créé une lignée de souris exprimant une protéine de fusion Otx2-TAP-tag à un niveau physiologique. Cet outil permettra la purification des complexes protéiques Otx2 in vivo et leur identification par analyse protéomique. / In the present work, we study the Otx2 transcription factor as a model to understand how developmental genes achieve multiple functions throughout time. Otx2 is first implied in gastrulation, and then participates to the development of the eye, the olfactory system, the pineal gland, the thalamus and the craniofacial region. Otx2 is expressed in two distinct tissues: retinal pigmented epithelium (RPE) and neural retina including photoreceptors. Global Otx2 gene ablation leads to exclusive photoreceptor degeneration although most of the affected genes are RPE specific. These elements suggest a non-cell-autonomous mechanism, confirmed by RPE restricted gain and loss of function. To understand Otx2 functions in the neural retina and in the RPE, a large scale study of its genomic targets has been yielded. Genome occupancy profiles in RPE and neural retina suggest different Otx2 functions. In the neural retina, Otx2 genome occupancy profile is very close to the one of its paralogue Crx, indicating functional redundancy between both transcription factors. We hypothesized that a different combination of protein partners allows modulating Otx2 action by selecting distinct target genes. To identify Otx2 combinatory in vivo and correlate it to Otx2 functions, we produced a mouse line expressing an Otx2-TAP-tag fusion protein at physiological level. This tool will allow purification of Otx2 protein complexes in vivo and their identification by proteomic analysis.

Cette thèse s’intéresse aux mécanismes permettant d’expliquer plusieurs des fonctions de l’homéogène Otx2 au cours du développement. Une première partie étudie l’importance de la régulation de son expression dans la régionalisation du système nerveux central. A la fin de la gastrulation la frontière d’expression postérieure d’Otx2 déterminera la position de l’organiseur isthmique responsable de l’induction du mésencéphale et du métencéphale. Un modèle murin a été mis au point dans lequel cette frontière est abolie au profit d’une présence uniforme du gène. A l’encontre du modèle actuel, l’isthme est alors correctement induit, et est de plus déplacé antérieurement, signe qu’un seuil net de concentration d’Otx2 est nécessaire à sa fonction régionalisante. Une seconde partie étudie l’importance du contexte cellulaire dans les modalités d’action d’Otx2 au niveau de la rétine adulte. Otx2 est exprimé dans les deux tissus qui composent cet organe, la neurorétine et le RPE. Une étude par ChIP-seq dans ces deux tissus a pu montrer que l’homéogène y occupait des sites de fixation très différents, suggérant des fonctions distinctes. L’écrasante majorité des sites occupés par Otx2 dans la neurorétine l’était également par son paralogue Crx, indice d’une redondance fonctionnelle. Une nouvelle lignée de souris a permis l’analyse des partenaires protéiques d’Otx2 dans la neurorétine, et pu démontrer qu’Otx2 ne formait pas d’interactions avec les autres facteurs de ce tissu, faisant en fait de Crx l’acteur principal de la famille Otx. Cette analyse a également dévoilé une série de partenaires jusque-là inconnus d’Otx2, potentiellement associée à de nouvelles fonctions de la protéine. / The molecular mechanisms explaining several functions of the homeogene Otx2 during embryonic development are the focus of this work. In a first part the importance of the regulation of its expression in the regionalisation of the central nervous system is studied. At the end of gastrulation the posterior border of Otx2 expression will position the isthmic organizer responsible for the induction of the midbrain and hindbrain. A mouse model was developed where this border is replaced by an ubiquitous expression of the gene. Contrary to the predictions of the current model, the organizer then correctly arises, and is shifted anteriorly. A concentration threshold of Otx2 thus appears necessary to its regionalising function. In a second part the importance of the cellular context in Otx2 function in the adult retina is examined. Otx2 is expressed in both tissues of this organ, the neural retina and RPE. A ChIP-seq analysis performed on both tissues revealed that this homeogene occupies very different sets of binding sites, which suggests distinct functions of the transcription factor. Most Otx2-bound sites in the neural retina were also bound by its paralogue Crx, with which a functional redundancy may therefore exist. A new mouse line finally allowed the study of the complete Otx2 interactome in the neural retina; this analysis showed that Otx2 does not interact with other important transcription factors of this tissue, and that Crx may therefore be the main actor of the Otx family in neural retina function. It also led to the discovery of a series of previously unknown partners of Otx2, which could be associated to new functions of this homeogene.