La rétine est constituée de l’association d’un tissu neurosensoriel et de l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR). Malgré la présence d’une barrière hémato-rétinienne, la rétine est contrainte aux changements de son milieu environnant, incluant les modifications du régime alimentaire et les stress environnementaux. Au cours du vieillissement, les échanges de nutriments et l’élimination des déchets métaboliques et cellulaires au travers de l’EPR diminuent. La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) et la rétinopathie diabétique (RD) sont les pathologies rétiniennes les plus prévalentes dans les populations occidentales avant et après l’âge de 50 ans, respectivement. L’atrophie géographique et la DMLA néovasculaire constituent les stades avancés des maculopathies liées à l’âge. La RD affecte 60% des patients atteints de diabète de type 2 (T2D) dans les 15 années suivant l’apparition de la pathologie. Par ailleurs, les facteurs alimentaires interfèrent avec le développement de la DMLA et du T2D. Considérant l’épidémie mondiale de T2D d’une part, et l’allongement de l’espérance de vie d’autre part, les dépenses médico-sociales relatives à la prise en charge des patients atteints de T2D ou de DMLA sont à même de devenir un enjeu socioéconomique majeur. Le syndrome métabolique (SMet) est un des principaux facteurs de risque du T2D. Il peut ainsi être suggéré que limiter le développement du SMet pourrait potentiellement limiter l’incidence du T2D et de ses complications. Dans ce contexte, la consommation d’acides gras polyinsaturés à longue chaîne (AGPI-LC) de type oméga 3 fait partie des recommandations nutritionnelles pour la population afin de prévenir l’apparition du SMet et du T2D. Par ailleurs, une alimentation riche en AGPI-LC omega-3 est également associée à la réduction du risque de DMLA. En revanche, l’association entre T2D, RD et DMLA reste controversée, bien que quelques études basées sur des grandes cohortes rapportent une prévalence de DMLA augmentée chez les patients atteints de diabète ou de RD. Nos objectifs ont été d’évaluer premièrement si un SMet constituait un environnement favorable au développement des complications de type néovasculaires dans la rétine, et de tester secondairement l’efficacité d’AGPI-LC omega-3 dans la réduction des conséquences de ce SMet sur la rétine. Pour atteindre cet objectif, des rats ont été nourris avec un régime diabétogène enrichi en fructose afin de provoquer un SMet. Une néovascularisation choroïdienne a ensuite été induite en utilisant un modèle d’impacts laser au fond d’œil. Nous nous sommes intéressés tout d’abord à l’effet de ce régime à court terme et avons mis en évidence une diminution de la sensibilité des photorécepteurs de type cônes après 8 jours de régime, ainsi qu’une modification de l’expression des gènes et en particulier des sous-familles de cristallines. Ensuite, nos études se sont portées sur les effets de régime enrichi en fructose à long terme jusqu’à 6 mois. Le développement d’un SMet a été illustré par une augmentation de la masse grasse, une hyperinsulinémie, une hyperleptinémie et l’installation d’une stéatose hépatique. Ces rats ont développé une néovascularisation choroïdienne exacerbée après 1 et 3 mois de régime associée à une surexpression de facteurs pro-angiogéniques tels que VEGF et leptine .Une infiltration de macrophages dans la rétine et/ou l’activation des cellules microgliales résidentes a également été détectée. Les données électrorétinographiques ont suggéré une diminution de la sensibilité des photorécepteurs de type bâtonnets ainsi qu’une altération des fonctionnalités des cellules de la rétine interne à 6 mois. Dans un second temps, l’efficacité des AGPI-LC omega-3 (EPA+DHA) dans le but de réduire les conséquences du SMet dans la rétine a été testée. Nos données mettent en évidence qu’une forte dose d’EPA+DHA n’a cependant pas amélioré le SMet chez le rat. / The retina is the association of the neurosensory tissue and the retinal pigment epithelium (RPE). Despite the presence of the blood retinal barrier, the retina is submitted to changes of the external milieu, including dietary modulation and environmental stresses. With advanced age, the exchanges of nutrients and elimination of cellular and metabolic wastes via the RPE become limited. Age-related Macular Degeneration (AMD) and Diabetic Retinopathy (DR) are the most prevalent retinal pathologies in Western adult populations before and after the age of 50 years, respectively. Geographic atrophy and neovascular AMD are advanced stages of age-related maculopathies. DR afflicts 60% of type 2 diabetic (T2D) patients in the first 15 years of the disease. Dietary factors interfere in the development of both AMD and T2D. Accounting the worldwide epidemics of T2D in the one hand, and the improvement of life expectancy in the other hand, medical care to the patients is expected to worsen the socioeconomic burden of both T2D and AMD. Metabolic syndrome (MetS) is one of the major risk factor for T2D. Lowering the development of MetS would potentially lessen the incidence of T2D, and its complications. The daily intake of omega 3 long chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) is now recommended by health agencies for the prevention of MetS. Meanwhile dietary omega 3 LC-PUFA are associated with reduced risk of AMD. The association between T2D, DR, and AMD remains controversial, although large-scale population-based studies have reported increased prevalence of AMD in patients with diabetes or DR. Our objectives were first to evaluate whether MetS would represent a favorable environment for the development of neovascular complications in the retina, and second to test the efficacy of omega 3 LC-PUFA to reduce the consequences of MetS in the retina. For that purpose, a pro-diabetogenic high fructose diet was fed to rats to induce MetS and choroidal neovascularization was triggered by laser impacts in the eye fundus. We focused first on short term diet periods, and showed impairment on cone photoreceptor sensitivity after 8 days, as well as changes in gene expression in relation to crystallin sub-families. A long term - up to 6 months - fructose diet period triggered MetS as illustrated by body fat increase, hyperinsulinemia, hyperleptinemia and liver steatosis. Rats exhibited exacerbated laser-induced choroidal neovascularization after 1 and 3 months of feeding, that was associated with up-regulation of genes coding pro-angiogenic factors such as VEGF and leptin, as well as infiltration of macrophages and/or activation of retinal microglia. Electroretinographic data showed decreased sensitivity of rod photoreceptors and inner retinal cell functionality at 6 months of feeding. In a second time, the efficacy of dietary omega 3 LC-PUFA (EPA plus DHA) to reduce the consequences of MetS in the retina was tested. Our data showed that a high dose of EPA+DHA in rats did not improve MetS. Furthermore, side effects were generated as illustrated by localized atrophy in the retina submitted to the combination of laser-impacts, and normal light exposure. These works allowed us to suggest that MetS generated a favorable environment in the retina for the development of neovascular complications. Meanwhile, the sensitivity of cones and rods was impaired by MetS. Accounting the deleterious long term effects of omega 3 LC-PUFA in the retina, caution may be taken while recommending massive supplementation with omega 3 LC-PUFA in the context of MetS.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de mieux comprendre l'effet de la température ainsi que celui de l'acide docosahexaénoïque (DHA) alimentaire dans les performances de vision chez les juvéniles de Dicentrarchus labrax. La rétine est contrainte aux changements de son milieu environnant, incluant les modifications du régime alimentaire et les stress environnementaux comme la température. Par ailleurs, le loup de Méditerranée est une espèce ectotherme, carnivore et pélagique. Son métabolisme, sa physiologie et son comportement dépendent de la température extérieure mais aussi de la composition alimentaire en acides gras et plus spécialement en DHA. Cette étude a rapporté l'impact de l'augmentation (28°C) et de l'abaissement (18°C) de la température du milieu mais aussi l'influence des différentes concentrations de DHA alimentaire sur la composition lipidique ainsi que l'abondance d'ARNm des enzymes clés du métabolisme lipidiques (FADS 2, ELOVL 5, SREBP-1, PLA 2 et la triglycéride lipase) et l'expression des gènes liés à la fonction visuelle (rhodopsine) et à la production de la mélatonine. / This thesis is in the context of more understanding the effect of temperature and different dietary levels of docosahexaenoic acid (DHA) in vision performance of juveniles Dicentrarchus labrax. The retina is constrained by environmental change, including changes in diet and environmental stresses such as temperature. In addition, sea bass is an ectothermic, carnivorous and pelagic species. Their metabolism, physiology and behavior rely on the external temperature but also on the dietary composition of fatty acids and especially DHA. This study reported that the impact of the increase (28°C) and decrease (18°C) of the temperature of the water but also the influence of different dietary DHA concentrations on the lipid composition, abundance of ARNm of key lipid metabolism enzymes (FADS 2, ELOVL 5, SREBP-1, PLA 2 and triglyceride lipase) and the expression of the genes related to the visual function (rhodopsin) and the production of melatonin.

La rétinite pigmentaire est une maladie héréditaire rétinienne menant à la cécité, et pour laquelle il n’existe aucun traitement. La cause la plus fréquente des formes autosomiques dominantes de la maladie est une mutation ponctuelle dans le gène de la rhodopsine (RHO) induisant la mort des photorécepteurs (PR). Pour éviter la dégénérescence des PR, la stratégie thérapeutique doit supprimer l’expression de la protéine mutante tout en restaurant celle de la protéine normale et ce à un niveau physiologique. Mon projet était de réparer le pré-ARNm RHO par la technologie SMaRT (trans-épissage (TE) médié par le splicéosome). Ceci nécessite d’introduire par transfert de gène, dans la cellule cible, un ARN exogène, appelé PTM pour molécule pre-ARNm de TE, pouvant induire un épissage en trans.Nous avons créé 20 PTM différents et obtenu un taux maximal de TE in vitro de 40% après co-transfection transitoire des constructions RHO et PTM dans les cellules HEK293T. Nous avons générés des lignées cellulaires d’expression stable de RHO normale ou mutée par transduction lentivirale. Alors que la RHO normale se localise à la membrane plasmique, la mutation induit la rétention cytoplasmique de la protéine. La transfection du PTM dans la lignée cellulaire de RHO mutée a induit du TE, capable de restaurer partiellement la localisation de la RHO réparée à la membrane.Nous avons alors testé le TE in vivo dans un modèle murin humanisé de rétinite pigmentaire. L’injection sous-rétinienne d’un AAV2/8-bRho-PTM a permis le TE in vivo, mais n’a pas suffi à prévenir la dégénérescence des PR observée par SD-OCT (technologie que nous avons améliorée au cours de ce projet). / Retinitis pigmentosa is an hereditary retinal dystrophy involving degeneration of photoreceptors leading to blindness and for which there is currently no treatment. The most frequent cause of autosomal dominant forms of the disease is a point mutation in the rhodopsin gene (RHO). Therapeutic strategy should both suppress mutant protein expression and restore that of the normal one to physiologic level to prevent photoreceptor degeneration. My PhD project was to repair RHO pre-mRNA by SMaRT (Spliceosome Mediated RNA Trans-splicing) technology. This implies to introduce by gene transfer into the target cell an exogenous RNA, called PTM for Pre-mRNA Trans-splicing Molecule. This one was able to promote a splice reaction in trans, leading to the replacement of the mutated exons. We designed 20 different PTM and obtained in vitro a maximum trans-splicing rate of 40% after transient co-transfection of PTM and RHO constructs in HEK293T cells. We then created WT or mutated RHO stable expression cell lines by lentiviral transduction. Mutation induced retention of the protein into the cytoplasm, while the WT RHO was localized to the plasma membrane. We observed that the PTM transfection in the mutated RHO cell line induced trans-splicing, which was able to partially restore localization to the plasma membrane of repaired RHO. We then tested trans-splicing in vivo in mRho+/- RHO P347S+ mice, a humanized heterozygous mouse model of retinitis pigmentosa. After subretinal injection of AAV2/8-bRho-PTM we observed that trans-splicing occurred in vivo. Unfortunately we did not observe by SD-OCT (a technology that we improve in this project) any rescue of the degenerative phenotype.

Les photorécepteurs sont des neurones très spécifiques dédiés à la phototransduction et reposant sur une machinerie cellulaire très complexe. La dépolarisation permanente dans le noir des photorécepteurs déclenche une transmission synaptique constante et extrêmement spécifique qui requièrent une quantité d'énergie considérable. Les photorécepteurs peuvent dégénérer lorsque la phototransduction ou l'apport énergétique sont altérés. Le syndrome d'Usher conduit à une surdité et une cécité. La recherche du rôle des protéines usher dans les photorécepteurs a été freinée par l'absence de phénotype rétinien dans les modèles. De la même façon, la compréhension des mécanismes moléculaires conduisant à l'atteinte des cônes dans la rétinopathie diabétique a été entravée par l'absence de symptômes vasculaires et neuronaux dans les modèles. Durant ma thèse, j'ai caractérisé deux modèles animaux des syndromes Usher et HANAC. Des atteintes neuronales ont été démontrées par électrorétinogramme et par l'observation de changements morphologiques des cellules. Dans les modèles Usher, j'ai également montré une neuroprotection des photorécepteurs par plusieurs stratégies. Dans le modèle HANAC, les atteintes neuronales étaient associées à une tortuosité vasculaire anormale une augmentation de la perméabilité vasculaire et l'expression accrue de VEGF. Les évaluations phénotypiques de ces trois modèles fournissent un nouvel aperçu de la physiopathologie des dégénérescences des cônes dans le syndrome d'Usher et dans les maladies vasculaires complexes. Ce travail ouvre surtout la voie au développement et à l'évaluation de nouvelles stratégies thérapeutiques pour ces maladies menant à la cécité. / Photoreceptors are very specific neurons dedicated to phototransduction, which relies on very complex machinery. The maintained depolarization in darkness triggers a constant and thus very specific type of synaptic transmission. These require high energy need. As a consequence, photoreceptors can degenerate in various hereditary retinal diseases when phototransduction or energy consumption are altered. The Usher syndrome is such a hereditary disease leading to both deafness and blindness. If Usher proteins are involved in the mechanotransduction in hair cells, investigating their role in photoreceptors has been hamperedby the lack of a retinal phenotype in murine models. Similarly, understanding themolecular mechanisms of cone dysfunction in diabetic retinopathy has beenhampered by the lack of vascular and neuronal symptoms and neuronal models. During my PhD, I have developed animal models of Usher and HANAC syndromes both leading to cone photoreceptor dysfunction and damage. Cone dysfunction was demonstrated by electroretinogram recording and by morphological changes, retinal gliosis and microglial activation. In the Usher models, I also demonstrated photoreceptor neuroprotection by different strategies. In the HANAC model, neuronal dysfunction was associated as in diabetic retinopathy to blood vessel tortuosity, blood vessel permeability and incresead VEGF expression levels. These phenotypic evaluations of mouse models provide new insights into the physiopathology of cone photoreceptor degeneration in Usher syndrome and in complex vascular diseases. It also open the way for the development and assessment of new therapeutic strategies for these diseases leading to blindness.

Le glaucome est une neuropathie optique associée à une augmentation de la pression intraoculaire (PIO). L’élévation de la PIO est due à la dégénérescence progressive du trabéculum. Les traitements antiglaucomateux vise à réduire la PIO, cependant il n’existe aucun traitement ciblant la dégénérescence du trabéculum. Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) sont utilisées comme outils thérapeutiques dans différentes pathologies dégénératives. Elles sécrètent un panel de molécules qui sont décrit comme atténuant les processus dégénératifs. L’objectif de ce travail a été d’évaluer l’intérêt des CSMs dans la prise en charge du glaucome. La caractérisation des CSMs ont été mis au point à partir de culture primaire de moelle osseuse de rat. En parallèle, un modèle expérimental de glaucome par cautérisation des veines épisclérales (EVC) a été réalisé. Nous nous sommes intéressés à l’effet de l’injection intracamérulaire des CSMs dans ce modèle. Les CSMs sont retrouvées incorporées aux tissus autour et dans le trabéculum. Les résultats obtenus in vivo montrent une diminution de la PIO par l’injection des CSMs préservant ainsi les cellules ganglionnaires périphériques de la rétine (CGRs). Par une approche in vitro, nous avons également caractérisé les effets du sécrétome des CSMs sur les cellules impliquées dans la pathologie glaucomateuse: les cellules trabéculaires et les cellules ganglionnaires de la rétine. Ces résultats ont permis de montrer que l’injection intracamérulaire de CSMs permettrait de protéger la fonction de régulation de la PIO et de protéger les CGRs dont la mort est responsable de la diminution de l’acuité visuelle chez le patient glaucomateux. / Glaucoma is a sight-threatening retinal neuropathy associated with elevated intraocular pressure (IOP) due to degeneration and fibrosis of the trabecular meshwork (TM). Glaucoma medications aim to reduce IOP without targeting the specific TM pathology, which could explain treatment failure observed in some cases. Bone-marrow mesenchymal stem cells (MSCs) are used today in various clinical studies to treat various degenerative processes. Here, we investigated the potential of MSC therapy in an ocular hypertension model. We demonstrated a rapid and long-lasting in vivo effect of MSC transplantation that significantly reduced IOP in hypertensive eyes induced by episcleral vein cauterization (EVC). MSCs were found located to the ciliary processes and the TM and are able to survive at these places. Enumeration of retinal ganglion cells (RGCs) on whole flat-mounted retina highlighted a protective effect of MSCs on RGC death. In vitro, the effect of MSC-conditioned medium (MSC-CM) on both the primary human trabecular meshwork (hTM) and RGCs showed that MSC-CM promotes: (i) hTM survival by activating the antiapoptotic pathway, Akt, (ii) hTM decontractibility as analyzed by the decrease in myosin phosphorylation and (iii) inhibition of TGF-β2-dependent profibrotic phenotype acquisition in hTM, (iiii) RGC survival and neuritic outgrowth in vitro. Finally, MSCs injection in the ocular anterior chamber in a rat model of ocular hypertension provides a neuroprotective effect in the glaucoma pathophysiology directly on RGC and indirectly via TM protection. These results originally demonstrate that MSCs represent promising tool for treating ocular hypertension and retinal cell degeneration.

Les virus adéno-associés (AAVs) font partie des vecteurs les plus efficaces pour le transfert de gène, en particulier dans la rétine. Ils sont utilisés aussi bien pour des études biologiques que pour la thérapie génique. Malgré cela, il reste encore des barrières qui limitent leur utilisation. Nous proposons ici d’utiliser une technique d’évolution dirigée pour surmonter ces barrières et améliorer l’efficacité des AAVs en tant que vecteurs de gènes. Dans un premier temps, nous avons créé trois librairies virales hautement diversifiées basées sur l’AAV2. Ces librairies étaient constituées de capsides modifiées aléatoirement pour leur donner de nouvelles propriétés. Nous avons ensuite réalisé deux types de sélections. D’une part, nous avons sélectionné nos librairies virales dans le système visuel de la souris pour obtenir une capside capable de transport axonal antérograde trans-synaptique afin de pouvoir étudier simultanément l’activité et la connectivité de réseaux neuronaux. Cette sélection a fortement convergée vers une capside nommée AAV2-7mD, dont la capacité de transport axonal antérograde trans-synaptique est plus efficace que les AAVs 1 et 2. D’autre part, nous avons sélectionné nos librairies virales directement sur des explants de maculas de rétine humaine afin découvrir une capside capable de traverser la membrane limitante interne de la macula humaine. Ceci a pour but d’avoir un vecteur efficace pour des traitements de thérapie génique par voie intra-vitréenne. Cette librairie a commencé à converger mais nous sommes toujours en attente du dernier cycle de sélection. Nous traitons donc dans cette thèse des résultats de deux évolutions dirigées sur l’AAV2 afin de créer des vecteurs de gènes plus performants dans le système visuel. / Adeno-associated viruses (AAVs) are among the most efficient vectors for gene transfer, particularly in the retina. They are used for asking biological questions as well as for gene therapy. Nonetheless, some barriers are still restraining their use. Here, we used a directed evolution method to overcome those barriers and improve the efficiency of AAVs for gene transfer. First, we created three highly diversified viral libraries based on AAV2. Those libraries were based on randomly modified capsids displaying new properties. Then, we did two types of selections. On one hand, we selected our libraries in the retinofugal pathway in order to obtain a capsid with enhanced axonal anterograde trans-synaptic transport capacities, so we could study simultaneously the activity and the connectivity of neuronal networks between the retina and the brain. This selection converged strongly toward a new capsid, named AAV2-7mD, with enhanced axonal anterograde trans-synaptic transport capacities compared to AAV1 and AAV2. On the other hand, we directly selected our viral libraries on human macular explants, to select capsids capable of crossing the human macular inner limiting membrane. Such a capsid would be very useful for retinal gene therapy via intravitreal injections. This library started to converge but we are still waiting to complete the last cycle of selection. In this thesis we discuss the results of these two directed evolution studies on AAV2 to create enhanced gene delivery vectors in the visual system.

La majorité des modèles d’uvéites expérimentales sont médiées par les sous-types lymphocytaires CD4+ T-Helper 1 (Th1) et Th17. Le but de cette thèse est d’étudier les mécanismes immunitaires mis en jeu lors d’une uvéite idiopathique (sans étiologie) chez l’humain. La première partie de cette étude est donc consacrée à l’étude du profil biologique de 30 cytokines/chimiokines/ facteurs de croissance intraoculaires (AqH) et sériques obtenues au laboratoire (technologie Luminex®). Ces médiateurs sont dosés dans le sérum et l’AqH de patients atteints d’uvéites intermédiaires et postérieures activesidiopathiques. Ces résultats sont comparés à une cohorte de patients non inflammatoires et à des groupes de patients atteints d’uvéites de diverses étiologies. Nous avons trouvé que le profil des médiateurs diffère nettement en fonction de la cause de l’inflammation intraoculaire. Une réponse pro-inflammatoire large est observée avec des concentrations accrues des cytokines de type Th1 (IFNγ, IL-12), Th17 (IL-17), TNF-α, IL-6, MIP-1α, MIP-1β, MCP-1, G-CSF et IP-10 dans les uvéites idiopathiques. Les concentrations sériques différent de celles des contrôles par les taux d’IL-17 et IP-10 augmentés. La deuxième partie concerne l’étude des mécanismes immunitaires des uvéites par l’analyse des vascularites en imagerie adaptative (FIOA) et particulièrement l’observation anatomique des modifications liées aux inflammations oculaires. Nous ne trouvons pas de corrélation entre l’aspect de cellularité périvasculaire en FIOA et les cytokines retrouvées dans l’AqH des yeux avec uvéite. Pouvoir déterminer quels médiateurs de l’inflammation interviennent dans les pathologies inflammatoires permettrait de les cibler avec des thérapies adaptées. / Most of experimental models of uveitis are mediated by lymphocytic subtypes CD4+ T-Helper 1 (Th1) et Th17. The aim of this thesis is to study the immune mechanisms in idiopathic uveitis (i.e. unknown etiology) in humans. First, we will determine the biological spectrum of 30 cytokines/ chemokines/ growth factors in aqueous humour and sera by Luminex® technology. Those mediators will be measured in the serum and aqueous humour of patients with active intermediate and posterior uveitis classified as idiopathic. Those results will be compared to a cohort of patients with no inflammation and to patients with uveitis of various causes. We found that the profile of mediators changes regarding to the cause of the intraocular inflammation. The proinflammatory process is related to increased levels of cytokines Th1 (IFNγ, IL-12), Th17 (IL-17), TNF-α, IL-6, MIP-1α, MIP-1β, MCP-1, G-CSF and IP-10 idiopathic uveitis. The sera of the patients with idiopathic uveitis have increased levels IL-17 and IP-10. Secondly, the immune mechanisms of uveitis were studied by adaptive optics imaging (FIOA) and particularly the observation of anatomic changes related to ocular inflammations. We ruled out any correlation betweeen the perivascular cellular opacification in FIOA and the cytokines/ chemokines found in the eyes with uveitis. An understanding of the profile of mediators in inflammation and their determination could help to target idiopathic uveitis with correct therapies.

L’adénosine extracellulaire appartient à la voie de signalisation purinergique et réguledivers processus physiologiques à travers l’activation de ses récepteurs spécifiques (adora).La disponibilité de cette purine dans l’espace extracellulaire est régulée par plusieurs ectoenzymesassurant sa production ou sa dégradation, mais également par des transporteurs denucléosides permettant son passage à travers la membrane. Chez l’adulte, le rôle del’adénosine est assez bien connu. Cependant, l’implication de cette purine au cours del’embryogenèse reste très peu étudiée. Pourtant, un excès d’adénosine dans les phasesprécoces du développement est létal chez la souris et l’oursin, démontrant l’importance de larégulation des concentrations de cette molécule de signalisation lors de l’embryogénèse. Lebut de ma thèse est de comprendre le rôle de l’adénosine au cours de l’embryogenèse enutilisant l’amphibien xénope. En effet, ce modèle a permis de mettre en évidence in vivol’implication de l’ADP au cours du développement de l’oeil chez les vertébrés. La premièrepartie de ce projet a permis de caractériser les acteurs de la voie de signalisation del’adénosine chez le xénope afin d’établir la première carte comparative de leur profild’expression embryonnaire. Cette partie a également permis de mettre en avant laphosphatase alcaline alpl pour son profil d’expression particulier, dans le rein et la rétine. Laseconde partie s’est focalisée sur l’étude fonctionnelle de cette enzyme. Les expériences deperte de fonction montrent son implication lors de la formation de ces deux tissus. / Extracellular adenosine belongs to the purinergic signalling pathway and regulatesvarious physiological processes through activation of specific receptors named adora. Theextracellular concentration of adenosine is regulated by several ecto-enzymes involved eitherin its generation or in its degradation but also by nucleoside transporters enabling its exitoutside or entry inside the cell. In adults, the functions of adenosine are quite well known,however, the its involvement during embryogenesis remains poorly studied. An excess ofadenosine in early phases of development is lethal in mouse and sea urchins, demonstratingthe importance of the extracellular adenosine level regulation during embryogenesis. The aimof my phD is to understand the role of adenosine during embryogenesis using Xenopus as avertebrate model. Indeed, the first in vivo evidence of the implication of the purinergic signallingpathway during vertebrate development, and in particular of ADP during eye formation hasbeen demonstrated using this model. The first part of this project was to characterize all theadenosine signalling pathway actors in Xenopus in order to generate the first comprehensiveand comparative embryonic expression map of these genes. This work allowed me to selectthe alkaline phosphatase alpl for functional studies based on its specific expression profile, inthe retina and kidney. These functional studies, mostly carried out by knockdown experiments,constituted the second part of this phD and showed the implication of this enzyme during theeye and kidney development.

L'œil est un organe complexe quotidiennement exposé au rayonnement électromagnétique ambiant. Les fonctions sensorielles uniques qu'il assure nécessitent l'acheminement spécifique d'une portion de ce rayonnement, la lumière, jusqu'à la rétine tapissant son fond. À cette fin, le chemin optique est constitué de différents tissus caractérisés par leur remarquable capacité à absorber ou transmettre des longueurs d'onde définies. L'absorption de longueurs fortement énergétiques s'accompagne néanmoins d'un risque de toxicité susceptible de compromettre l'intégrité et la santé des tissus absorbants. Tel est notamment le cas des rayons ultraviolets de type B ou UVB (rayons les plus énergétiques atteignant la surface oculaire en conditions normales). Les effets dommageables des UVB ont été documentés et découlent principalement de processus photochimiques directs. Il est de plus en plus reconnu que deux autres domaines du spectre électromagnétique ambiant, les UVA et la lumière bleue visible à haute énergie (HEV), disposent d'un potentiel significatif de toxicité pour les tissus oculaires. Toutefois, les fondements de cette nocivité sont mal compris. Les UVA, absorbés par la cornée et le cristallin, et la lumière HEV, absorbée au niveau de la rétine, se démarquent par une grande capacité à causer un stress oxydatif, à travers des processus indirects largement dépendants de la présence d'oxygène et de photosensibilisateurs adéquats dans les tissus absorbants. Plusieurs évidences lient leur toxicité à ce stress oxydatif, mais les événements moléculaires sous-tendant ce lien restent à définir. L'objectif global des travaux présentés dans cette thèse était donc d'identifier les déterminants de la toxicité tissulaire reliés à l'effet pro-oxydant de ces rayons. Bien que majoritairement absorbés par le cristallin, la cornée filtre une portion significative des rayons UVA parvenant à la surface oculaire et les conséquences de cette filtration sont très peu documentées. Le premier volet de nos travaux s'est donc penché sur les conséquences précoces d'une exposition de la cornée à ces rayons. L'exposition d'yeux de lapins aux UVA a permis de confirmer que ceux-ci induisent de nombreux phénomènes d'oxydation tout le long du tissu cornéen. Nous avons décrit les altérations moléculaires immédiates causées par ces phénomènes et leur profil de distribution à travers les trois couches cellulaires cornéennes (épithélium, stroma et endothélium). Nous avons ainsi déterminé que dans sa configuration native, la sensibilité aux dommages et la réponse de la cornée aux UVA ne sont pas uniformes d'une région à l'autre du tissu. Par exemple, alors que l'épithélium subit d'importantes altérations moléculaires en réponse à l'exposition, ses cellules limitent efficacement les manifestations immédiates de la toxicité des UVA par des mécanismes compensatoires. En contraste, l'endothélium à la surface postérieure de la cornée, présente une grande susceptibilité à une toxicité immédiate, et l'oxydation induite par une exposition prolongée aux UVA pose un risque particulier pour sa santé. Le second volet visait à déterminer les mécanismes cellulaires mis en œuvre dans l'action toxique de la lumière HEV. Les données disponibles sur la toxicité oculaire de ce rayonnement montrent que celle-ci touche principalement l'épithélium pigmenté de la rétine (EPR) et repose sur une accumulation de photosensibilisateurs endogènes dans ce tissu avec l'âge. Nous avons toutefois identifié un photosensibilisateur exogène de la lumière HEV susceptible de s'accumuler dans l'EPR, l'indénopyrène (IcdP), un hydrocarbure aromatique polycyclique abondant dans la fumée de tabac. Par l'exposition de cellules d'EPR humain à l'IcdP et/ou la lumière HEV, nous avons mis en évidence une synergie toxique émanant de leur interaction. L'IcdP devient au moins 3000 fois plus cytotoxique en présence de doses sous-létales de lumière HEV, causant un stress oxydatif, des altérations structurelles et une mort cellulaire rappelant les événements dégénératifs observés dans la dégénérescence maculaire liée à l'âge (première cause de cécité chez les personnes âgées). L'étude des mécanismes derrière cette synergie révèle que l'interaction IcdP-lumière HEV induit une perte du contrôle synchrone des phases assurant le métabolisme normal du xénobiotique dans l'EPR, ce qui semble précipiter le déclin cellulaire. Nos travaux ouvrent la perspective que la toxicité de la lumière HEV pour l'EPR soit significativement modulée, entre autres, par le style de vie des individus et la pollution environnementale. En évaluant leur toxicité sous des angles nouveaux, cette thèse démontre que le caractère nocif des rayons UVA et de la lumière HEV pour les tissus oculaires est largement sous-estimé. / The eye, a complex organ, faces the ambient electromagnetic spectrum on a daily basis. Its unique sensory functions require the specific delivery of light, a small portion of that spectrum, to the retina, the inside lining of eye fundus. To achieve such specificity, the optical path is made up of different tissues, each showing a remarkable ability to absorb or transmit precise wavelengths. However, high energy wavelengths absorption is associated with a risk of toxicity, which might threaten the integrity of absorbing tissues. This is particularly true for ultraviolet B or UVB (most energetic naturally occurring radiation that reach the ocular surface). UVB deleterious effects have been documented and mainly arise from direct photochemical processes. There is now a growing consensus that UVA and high energy visible blue light (HEV), the wavelengths adjacent to UVB in the spectrum, hold a significant potential for ocular toxicity. However, the basis for such toxicity is poorly understood. UVA rays are absorbed by the cornea and the lens, while HEV light is absorbed by the retina. Both spectral regions are characterized by a strong ability to promote oxidative stress in target tissues through indirect oxygen-dependent processes that rely on the presence of specific photosensitizers in tissues. Several data show that oxidative stress correlates with the toxic effects induced by eye exposure to UVA or HEV light, but the molecular events underlying such correlation remain to be clarified. The overall goal of the work presented in this thesis was therefore to identify key oxidation-related determinants of UVA and HEV light toxicity for ocular tissues. Even if the lens absorbs the majority of UVA rays reaching the ocular surface, the cornea also filters out a significant part of these wavelengths, and there is very little information on the repercussion for the cornea. In the first section of my thesis, we thus sought to determine the early consequences of cornea exposure to UVA. Using UVA-irradiated rabbit eyes as a model, we confirmed the induction of numerous oxidation reactions through corneal entire thickness. We reported oxidatively generated molecular changes occurring in the cornea very shortly after exposure and we described their distribution within the three corneal cellular layers (epithelium, stroma and endothelium). We provide evidence that in corneal native conformation, damage susceptibility and responsiveness to UVA-induced oxidation vary from one layer to another. For example, while corneal epithelial cells are subjected to important modifications in response to UVA exposure, they efficiently limit the early manifestations of UVA-induced toxicity by using compensatory mechanisms. On the other hand, the endothelium, the posterior portion of the cornea, is more susceptible to UVA-induced immediate toxicity. Oxidation resulting from extended exposure of the cornea to UVA is therefore expected to pose a hazard to corneal endothelium integrity. The second section of my thesis aimed to define cellular mechanisms involved in HEV light toxic action. Available data in the literature show that HEV light ocular toxicity primarily affects retinal pigment epithelium (RPE) and relies on the age-related accumulation of endogenous photosensitizers in RPE cells. However, we have identified an exogenous HEV light photosensitizer, indenopyrene (IcdP), an important tobacco smoke derived polycyclic aromatic hydrocarbon, which may accumulate in RPE. Using IcdP and/or HEV light-exposed human RPE cells as a model, we highlighted a toxic synergy between IcdP and HEV light. IcdP is at least 3000 times more toxic for RPE cells when irradiated with sub-lethal amounts of HEV light. It then promotes degenerative changes comparable to those observable in age-related macular degeneration (the leading cause of irreversible vision loss among elderly people). These changes include oxidative stress, structural defects and apoptotic cell death. A study of the molecular processes underlying this synergy reveals that IcdP HEV light interaction results in loss of the tight coupling required between the two metabolic phases ensuring IcdP efficient detoxification in RPE. Such loss seems to precipitate cell deterioration. Our work raises the prospect that HEV light toxicity for RPE is significantly modulated, among other things, by lifestyle and environmental pollution. This thesis, addressing UVA and HEV light ocular toxicity from a new perspective, proves that their harmful nature in ocular tissues is largely underestimated

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.