As robotic systems grow in complexity, they inevitably undergo a process of specialization whereby they separate into an array of interconnected subsystems and individual processes. In order to function as a unified system, these processes rely heavily on interprocess communications (IPC) to transfer information between subsystems and various execution loops. This thesis presents the design, implementation, and validation of the Valor ROS Controller, a hybrid IPC interface layer and robot controller. The Valor ROS Controller connects the motion control system, implemented with the internally created Bifrost IPC, developed by Team VALOR for the DARPA Robotics Challenge (DRC) with the high level software developed by Team ViGIR that uses the Robot Operating System (ROS) IPC framework. The Valor ROS Controller also acts as a robot controller designed to run on THOR and ESCHER, and is configurable to use different control modes and controller implementations. By combining an IPC interface layer with controllers, the Valor ROS Controller enabled Team VALOR to use Team ViGIR's software capabilities at the DRC Finals. In addition to the qualitative validation of Team VALOR competing at the DRC Finals, this thesis studies the efficiency of the Valor ROS Controller by quantifying its computational resourceful utilization, message pathway latency, and joint controller tracking. Another contribution of this thesis is the quantification of end-effector pose error incurred by whole-body motions. This phenomenon has been observed on both THOR and ESCHER as one of their arms moves through a trajectory, however, it has never been studied in depth on either robot. The results demonstrate that the Valor ROS Controller adequately uses computational resources and has message latencies in the order of 50 ms. The results also indicate several avenues to improve arm tracking in Team VALOR's system. Whole-body motions account for approximately 5 cm of the end-effector pose error observed on hardware when an arm is at near full extension. / Master of Science

No / Accumulation of large-scale mitochondrial DNA (mtDNA) deletions and chronic, subclinical inflammation are concomitant during skin aging, thus raising the question of a causal link. To approach this, we generated mice expressing a mutant mitochondrial helicase (K320E-TWINKLE) in the epidermis to accelerate the accumulation of mtDNA deletions in this skin compartment. Mice displayed low amounts of large-scale deletions and a dramatic depletion of mtDNA in the epidermis and showed macroscopic signs of severe skin inflammation. The mtDNA alterations led to an imbalanced stoichiometry of mitochondrial respiratory chain complexes, inducing a unique combination of cytokine expression, causing a severe inflammatory phenotype, with massive immune cell infiltrates already before birth. Altogether, these data unraveled a previously unknown link between an imbalanced stoichiometry of the mitochondrial respiratory chain complexes and skin inflammation and suggest that severe respiratory chain dysfunction, as observed in few cells leading to a mosaic in aged tissues, might be involved in the development of chronic subclinical inflammation. / Deutsche Forschungsgemeinschaft (Wi 889/6-3 to RJW, SFB 829 A14 to RJW, Cologne Excellence Cluster on Cellular Stress Responses in Aging-associated Diseases–CECAD to RJW, BR2304/9-1 to BB, and SFB 829 A1, A5, and Z2 to CMN) and the Center of Molecular Medicine Cologne of the Medical Faculty (CMMC, to RJW)

Das Rett-Syndrom ist eine postnatale neurologische Entwicklungsstörung, der eine Mutation im Methyl-CPG-bindenden Protein 2 (MECP2) zugrunde liegt. Es betrifft überwiegend Mädchen und geht mit kognitiven Beeinträchtigungen, motorischen Stereotypien und Atmungsstörungen einher. Es existieren vielfältige Hinweise dafür, dass die Pathogenese des Rett-Syndroms im Zusammenhang mit einer beeinträchtigten Mitochondrienfunktion steht. Genetische Untersuchungen des Rett-Genoms zeigten, dass eine Untereinheit des Komplex III der Atmungskette dysreguliert ist und die innere Mitochondrienmembran ein Protonenleck aufweist. Weiterhin fanden sich Hinweise für erhöhten oxidativen Stress in Blut- und Liquoruntersuchungen. Um den intrazellulären Redox-Status zu quantifzieren, wurde die genetisch kodierte optische Sonde roGFP1 verwendet, die semiquantitative Messungen reaktiver Sauerstoffspezies ermöglichte. Es zeigte sich, dass Mecp2(-/y)-Hirnschnitte bereits unter Ruhebedingungen erhöhtem oxidativen Stress ausgesetzt sind. Auf der Suche nach der Ursache wurden die intrazellulären antioxidativen Schutzenzyme Superoxid-Dismutase und Katalase sowie das Glutathionsystem überprüft. Alle drei Enzymsysteme zeigten Funktionsstörungen und waren nicht in der Lage, extern applizierten oxidativen Stress im gleichen Umfang zu kompensieren wie die Enzyme der Wildtyp-Vergleichsgruppe. Um die zytosolischen Redox-Verhältnisse zu beeinflussen, wurden Untersuchungen mit den Antioxidantien Ascorbat, Trolox und Melatonin vorgenommen. Dabei zeigte sich, dass Antioxidantien eine potentielle pharmakologische Maßnahme darstellen, um die zu oxidativen Verhältnissen verschobene Redox-Homöostase in Mecp2(-/y)-Hippokampi zu senken und folglich zu normalisieren. Vor allem das Vitamin E-Derivat Trolox stellte sich als wirkungsvoller Radikalfänger heraus und bietet sich für weitere detaillierte Untersuchungen hinsichtlich einer therapeutischen Option des Rett-Syndroms an. Die externe Störung der mitochondrialen Funktion durch die Induktion einer transienten Hypoxie sowie die gezielte Inhibition verschiedener Atmungskettenkomplexe zeigte eine deutlich erhöhte Hypoxieempfindlichkeit der Mecp2(-/y)-Hippokampi und war mit einer erhöhten ROS-Produktion verbunden. In der Arbeit gelang es erstmals, die bereits mehrfach postulierte Störung der Redox-Homöostase im Rett-Syndrom direkt auf zellulärer Ebene nachzuweisen. Die erhobenen Befunde liefern mögliche mechanistische Erklärungsansätze für die Störung der synaptischen Plastizität im Rett-Syndrom, da es klare Verbindungen zwischen dem zellulären Redox-Status und dem Kalziumhaushalt gibt, der durch redoxsensitive Proteine mitreguliert wird. Somit konnte eine zentrale Dysregulation der Erkrankung identifziert werden, die unter Umständen auch neue pharmakologische Angriffspunkt aufzeigt, um die Symptomatik des Rett-Syndroms zu mildern.

Le pancréas est un organe hétérogène composé d’une partie exocrine, responsable de la synthèse d’enzymes pour la digestion, et d’une partie endocrine, essentielle pour l’homéostasie glucidique. Notamment la sécrétion d’insuline par les cellules β contrôle la glycémie. Les dysfonctionnements des cellules β sont une des causes du diabète, première épidémie non infectieuse au monde. Il est actuellement possible d’en traiter les symptômes mais pas de le guérir. De nombreux laboratoires recherchent un protocole idéal de production de cellules β afin de pouvoir greffer ces cellules aux patients. L’identification des facteurs qui gouvernent chaque étape du développement des cellules β devrait permettre de progresser dans ce sens. Le but de ma thèse a été d’étudier le rôle des Espèces Réactives de l’Oxygène (ROS) au cours du développement pancréatique. Cette question a été soulevée lorsque nous avons analysé l’expression des gènes codant pour les enzymes détoxifiantes des ROS: leur expression était extrêmement réduite dans les pancréas embryonnaires comparés aux pancréas adultes, suggérant que les précurseurs sont particulièrement sensibles aux variations des ROS. Nous avons ensuite montré que la réduction des ROS in vivo, obtenue par un traitement avec un antioxydant (NAC), diminue le développement des cellules β. Une analyse in vitro a permis de détailler les mécanismes de l’action des ROS. En effet, le peroxyde d’hydrogène favorise la différenciation des cellules β en augmentant l’expression du facteur pro-endocrine Ngn3 dans les progéniteurs. Ce processus implique l’activation la voie ERK1/2 par les ROS. Au contraire, la diminution des ROS induite par des méthodes génétiques ou pharmacologiques altère la différenciation des cellules β. Nos résultats indiquent également que la mitochondrie est impliquée dans ce processus. Nous avons donc montré que la présence des ROS est essentielle pour le bon développement du pancréas. Ces recherches devraient donc permettre de progresser vers une thérapie cellulaire du diabète. / The pancreas is an heterogenous gland composed by exocrine tissue, responsible for digestive enzyme secretions, and endocrine tissue, essential for glucose homeostasis. In particular β cells secrete insulin which controls glycemia. Moreover, β cell failure is one of the primary causes of diabetes and this pathology is nowadays considered as the first non infectious worldwide outbreak. There is unfortunately no cure for this disease. Many laboratories are currently improving β cell generation protocols in order to inject those cells into patients. This is the reason why it appears mandatory to be able to identify factors that govern each step of β cell development. The aim of my work was to study the role of the Reactive Oxygen Species (ROS) during pancreatic development. First we found out that the expression of genes coding for antioxidant enzymes was extremely low in embryonic pancreas compared to adult pancreas. This suggested that progenitors could be sensitive to ROS variations. We then showed in vivo using an antioxidant component (NAC) that decreasing ROS level diminishes β cell development. Analysis in vitro allowed us to better describe the role of ROS. Indeed, hydrogen peroxyde favors β cell differentiation by increasing the pro-endocrine marker NGN3 expression in the progenitors. In this process, ROS activate the ERK1/2 signaling pathway. On the contrary, lowering ROS level using both pharmacologic and genetic approaches, decreases β cell differentiation. Our results also point out a role of the mitochondria in this process. Altogether, our data define the effects of ROS on β cell differentiation and open new perspectives to improve protocols of β cell generation.

Le pancréas est un organe hétérogène composé d’une partie exocrine, responsable de la synthèse d’enzymes pour la digestion, et d’une partie endocrine, essentielle pour l’homéostasie glucidique. Notamment la sécrétion d’insuline par les cellules β contrôle la glycémie. Les dysfonctionnements des cellules β sont une des causes du diabète, première épidémie non infectieuse au monde. Il est actuellement possible d’en traiter les symptômes mais pas de le guérir. De nombreux laboratoires recherchent un protocole idéal de production de cellules β afin de pouvoir greffer ces cellules aux patients. L’identification des facteurs qui gouvernent chaque étape du développement des cellules β devrait permettre de progresser dans ce sens. Le but de ma thèse a été d’étudier le rôle des Espèces Réactives de l’Oxygène (ROS) au cours du développement pancréatique. Cette question a été soulevée lorsque nous avons analysé l’expression des gènes codant pour les enzymes détoxifiantes des ROS: leur expression était extrêmement réduite dans les pancréas embryonnaires comparés aux pancréas adultes, suggérant que les précurseurs sont particulièrement sensibles aux variations des ROS. Nous avons ensuite montré que la réduction des ROS in vivo, obtenue par un traitement avec un antioxydant (NAC), diminue le développement des cellules β. Une analyse in vitro a permis de détailler les mécanismes de l’action des ROS. En effet, le peroxyde d’hydrogène favorise la différenciation des cellules β en augmentant l’expression du facteur pro-endocrine Ngn3 dans les progéniteurs. Ce processus implique l’activation la voie ERK1/2 par les ROS. Au contraire, la diminution des ROS induite par des méthodes génétiques ou pharmacologiques altère la différenciation des cellules β. Nos résultats indiquent également que la mitochondrie est impliquée dans ce processus. Nous avons donc montré que la présence des ROS est essentielle pour le bon développement du pancréas. Ces recherches devraient donc permettre de progresser vers une thérapie cellulaire du diabète. / The pancreas is an heterogenous gland composed by exocrine tissue, responsible for digestive enzyme secretions, and endocrine tissue, essential for glucose homeostasis. In particular β cells secrete insulin which controls glycemia. Moreover, β cell failure is one of the primary causes of diabetes and this pathology is nowadays considered as the first non infectious worldwide outbreak. There is unfortunately no cure for this disease. Many laboratories are currently improving β cell generation protocols in order to inject those cells into patients. This is the reason why it appears mandatory to be able to identify factors that govern each step of β cell development. The aim of my work was to study the role of the Reactive Oxygen Species (ROS) during pancreatic development. First we found out that the expression of genes coding for antioxidant enzymes was extremely low in embryonic pancreas compared to adult pancreas. This suggested that progenitors could be sensitive to ROS variations. We then showed in vivo using an antioxidant component (NAC) that decreasing ROS level diminishes β cell development. Analysis in vitro allowed us to better describe the role of ROS. Indeed, hydrogen peroxyde favors β cell differentiation by increasing the pro-endocrine marker NGN3 expression in the progenitors. In this process, ROS activate the ERK1/2 signaling pathway. On the contrary, lowering ROS level using both pharmacologic and genetic approaches, decreases β cell differentiation. Our results also point out a role of the mitochondria in this process. Altogether, our data define the effects of ROS on β cell differentiation and open new perspectives to improve protocols of β cell generation.

Morphine alkaloids and their derivatives are pharmaceutically important substances. Huge production and consumption of these compounds predetermines them to be significant pollutants in the environment. Some of them have been detected in surface waters. The aim of this study was to characterize effects of morphine alkaloids on the physiology of three model organisms: Agrobacterium sp. R89-1, Escherichia coli XL-1 (Blue), and Raoultella sp. kDF8, and elucidation of the mechanisms leading to toxicity. The biotransformation potential and utilization ability were characterized for model organisms. It was demonstrated that the microorganism Agrobacterium sp. R89-1 is capable of rapid biotransformation of codeine to its 14-OH derivatives. The manifestation of morphine compounds toxic effects for the strain R89-1 is the highest. In contrast, microorganism Raoultella sp. KDF8 is able to utilize codeine as a carbon and energy source. The accumulation of 14-OH-derivatives was not observed. Escherichia coli XL-1 (Blue) is not able to biotransform or utilize codeine. Α, β-unsaturated ketones (morphinone, codeinone, 14-OH-morphinone and 14-OH-codeinone) were found as a most toxic intermediates of codeine metabolism. Bacterial cell growth (strains R89-1 and KDF8) in the presence of codeine is characteristic with...

Le stress salin est l'un des principaux facteurs environnementaux limitant la croissance des plantes et entraînant des pertes de rendement des cultures céréalières. Il est ainsi impératif de développer des variétés plus tolérantes à la salinité afin d’augmenter leurs rendements et assurer la sécurité alimentaire. La voie signalétique reliant la perception du stress salin à la réponse cellulaire, encore peu connue, a été abordée ici par l’étude des protéines RSS1-like conservées chez les plantes. La protéine RSS1 (Rice Salt Sensitive 1) du riz joue un rôle primordial dans la tolérance au stress salin en agissant à l’interface entre la perception des stress et le contrôle du développement et de la division dans les méristèmes. Lors de ce travail, l'homologue de RSS1 nommé TdRL1 (Triticum durum RSS-Like 1) a été isolé à partir de la variété tunisienne de blé dur “Oum Rabiaa“. Nous avons démontré que TdRL1 porte les motifs D et DEN-Box conservés impliqués dans la régulation post-traductionnelle de la protéine. En outre nous avons apporté la preuve que TdRL1 est l’homologue fonctionnel de RSS1 puisqu'il est capable de complémenter le mutant de perte de fonction rss1, hypersensible au stress salin. En outre, l’expression hétérologue de TdRL1 améliore la tolérance au stress salin chez la levure ainsi que chez Arabidopsis et ce par l’augmentation du pouvoir germinatif et la réduction de l’accumulation des espèces oxygénées réactives. Nos études cytologiques ont montré que la protéine TdRL1 est cytoplasmique en interphase et se localise au niveau des microtubules kinétochoriens pendant la mitose. Remarquablement, TdRL1 change de localisation cellulaire sous stress salin et montre une accumulation partielle dans le noyau, soulignant le caractère multifonctionnel de cette protéine dans la réponse au stress salin. L’ensemble des données suggère que sous contrainte saline, TdRL1 joue un rôle dans la régulation du cycle cellulaire en relation avec le réseau microtubulaire. L‘étude de la famille RSS1-like multifonctionnelle permettra ainsi d’aborder de nouvelles voies de recherche pour la création variétale de blé plus résilientes aux stress de l'environnement. / Salt stress is one of the main environmental factors limiting plant growth and yield in cereal crops. It is therefore imperative to develop varieties more tolerant to salt stress in order to increase yield and ensure food security. The signaling pathway linking salt stress perception to cellular response was addressed here by studying RSS1-like proteins in plants. RSS1 (Rice Salt Sensitive 1) protein plays an important role in salt stress tolerance. It acts at the interface of stress perception and developmental control and division in meristems. During this work, the RSS1 counterpart named TdRL1 (Triticum durum RSS-Like 1) was isolated from the durum wheat Tunisian variety "Oum Rabiaa". We have demonstrated that TdRL1 carries the conserved D and DEN-Box motifs involved in the post-translational regulation of the protein. In addition, we show that TdRL1 is the functional homologue of RSS1 since it was able to complement the loss-of-function mutant rss1, hypersensitive to salt stress. In addition, heterologous expression of TdRL1 enhances salt stress tolerance in yeast and in Arabidopsis by increasing germination and reducing the accumulation of reactive oxygen species. Our cytological studies have shown that the TdRL1 protein is cytoplasmic in interphase and is localized at the spindle during mitosis. Remarkably, TdRL1 changes its subcellular localization under salt stress treatment and shows a partial accumulation in the nucleus, highlighting the multifunctional nature of this protein during salt stress response. Our data suggest that under salt stress, TdRL1 plays a role in the regulation of the cell cycle in relation with the microtubule network. Pursuing the study of RSS1-like multifunctional proteins will open up new research areas for the creation of wheat varieties that are more resilient to environmental stresses.

A produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) nos sistemas biológicos é contrabalanceada pelos sistemas antioxidantes enzimáticos e não-enzimáticos. Quando há um desequilíbrio entre a geração de ROS e esses sistemas, ocorre um aumento dessas espécies reativas causando estresse oxidativo, que pode levar a danos a macromoléculas, como lipídios, proteínas e o DNA. Os fármacos doxorrubicina (antineoplásico) e benzonidazol (antiparasitário) são conhecidos por induzir efeitos colaterais que podem estar relacionados ao aumento de ROS. Além disso, ensaios de mutagenicidade demonstram que esses fármacos apresentam atividade mutagênica por danos oxidativos. O Grupo NEQUIMED desenvolve substâncias com potencial atividade antineoplásica e antiparasitária, as quais ainda não foram avaliadas em relação às propriedades tóxicas e genotóxicas. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi analisar as propriedades mutagênicas e de estresse oxidativo dessas novas substâncias, comparando aos fármacos benzonidazol e doxorrubicina. Para detecção de ROS foi realizado o ensaio fluorimétrico utilizando o marcador 2,7-diacetato de diclorofluoresceína (DCFH-DA) em linhagens celulares de hepatocarcinoma humano (HepG2) e fibroblasto de camundongo (Balb/C 3T3 clone A31). O estado redox destas células foi avaliado através da quantificação da expressão gênica e do conteúdo proteico das enzimas antioxidantes através das técnicas de qRT-PCR e Western blot, respectivamente. A atividade mutagênica foi analisada com o ensaio Ames miniaturizado Salmonella/microssoma utilizando a linhagem TA102 de Salmonella typhimurium que detecta agentes mutagênicos que causam danos por oxidação. Os resultados mostraram que as substâncias estudadas pelo Grupo não induzem aumento na produção de ROS ou induzem em menores níveis do que doxorrubicina e benzonidazol, além de levar a alterações menos proeminentes que os fármacos para a expressão das proteínas antioxidantes. No ensaio mutagênico, o benzonidazol apresentou o pior perfil, doxorrubicina e Neq0438 somente foram mutagênicos com ativação enzimática, enquanto Neq0551 foi inativo. Assim, as novas substâncias (Neq0438 e Neq0551) apresentaram um perfil melhor do que os fármacos de referência, tornando-os candidatos promissores para estudos in vitro e in vivo subsequentes. / The production of reactive oxygen species (ROS) in biological systems is compensated by the enzymatic and non-enzymatic antioxidant systems. The excessive ROS production causes oxidative stress, which can damage important cellular macromolecules such as lipids, proteins and DNA. The drugs doxorubicin (antineoplastic) and benzonidazole (antiparasitic) are both known for their side effects, which can be related to the increase of ROS. Besides, mutagenicity assays show that these drugs have a mutagenic activity via oxidative damages. The research group NEQUIMED studies new substances with potential antineoplastic and antiparasitic activities, but their toxic and genotoxic properties have not been fully evaluated yet. Thus, the aim of this work is to assess the mutagenic potential and the oxidative stress generated by these substances, comparing them to benzonidazole and doxorubicin. The fluorimetric assay using the probe dichloro-dihydro-fluorescein diacetate (DCFH-DA) was used for ROS detection in human hepatocarcinoma (HepG2) and mouse fibroblast (Balb/C 3T3 clone A31) cell lines. The redox state of these cells was evaluate by qRT-PCR and Western blot methods to quantifying gene expression and protein content of the antioxidant enzymes. The mutagenic potential was assessed by the miniaturized Ames text with the Salmonella/microssome mutagenicity assay, using the TA102 strain of Salmonella typhimurium, which detects oxidation damages to the DNA. The new substances did not induce an increase on ROS production, or did in lower levels when compared to doxorubicin and benzonidazole. Moreover, reference drugs also induced greater changes on the expression of the antioxidant enzymes. Benznidazole had a higher mutagenic activity, while Neq0438 and doxorubicin were mutagenic only when incubated with enzymatic activation. Neq0551 was inactive for Ames assay. Therefore, these new substances (Neq0438 and Neq0551) had a better overall profile than the reference drugs, turning out to be promising candidates for further in vitro and in vivo studies.

Le pancréas est un organe hétérogène composé d’une partie exocrine, responsable de la synthèse d’enzymes pour la digestion, et d’une partie endocrine, essentielle pour l’homéostasie glucidique. Notamment la sécrétion d’insuline par les cellules β contrôle la glycémie. Les dysfonctionnements des cellules β sont une des causes du diabète, première épidémie non infectieuse au monde. Il est actuellement possible d’en traiter les symptômes mais pas de le guérir. De nombreux laboratoires recherchent un protocole idéal de production de cellules β afin de pouvoir greffer ces cellules aux patients. L’identification des facteurs qui gouvernent chaque étape du développement des cellules β devrait permettre de progresser dans ce sens. Le but de ma thèse a été d’étudier le rôle des Espèces Réactives de l’Oxygène (ROS) au cours du développement pancréatique. Cette question a été soulevée lorsque nous avons analysé l’expression des gènes codant pour les enzymes détoxifiantes des ROS: leur expression était extrêmement réduite dans les pancréas embryonnaires comparés aux pancréas adultes, suggérant que les précurseurs sont particulièrement sensibles aux variations des ROS. Nous avons ensuite montré que la réduction des ROS in vivo, obtenue par un traitement avec un antioxydant (NAC), diminue le développement des cellules β. Une analyse in vitro a permis de détailler les mécanismes de l’action des ROS. En effet, le peroxyde d’hydrogène favorise la différenciation des cellules β en augmentant l’expression du facteur pro-endocrine Ngn3 dans les progéniteurs. Ce processus implique l’activation la voie ERK1/2 par les ROS. Au contraire, la diminution des ROS induite par des méthodes génétiques ou pharmacologiques altère la différenciation des cellules β. Nos résultats indiquent également que la mitochondrie est impliquée dans ce processus. Nous avons donc montré que la présence des ROS est essentielle pour le bon développement du pancréas. Ces recherches devraient donc permettre de progresser vers une thérapie cellulaire du diabète. / The pancreas is an heterogenous gland composed by exocrine tissue, responsible for digestive enzyme secretions, and endocrine tissue, essential for glucose homeostasis. In particular β cells secrete insulin which controls glycemia. Moreover, β cell failure is one of the primary causes of diabetes and this pathology is nowadays considered as the first non infectious worldwide outbreak. There is unfortunately no cure for this disease. Many laboratories are currently improving β cell generation protocols in order to inject those cells into patients. This is the reason why it appears mandatory to be able to identify factors that govern each step of β cell development. The aim of my work was to study the role of the Reactive Oxygen Species (ROS) during pancreatic development. First we found out that the expression of genes coding for antioxidant enzymes was extremely low in embryonic pancreas compared to adult pancreas. This suggested that progenitors could be sensitive to ROS variations. We then showed in vivo using an antioxidant component (NAC) that decreasing ROS level diminishes β cell development. Analysis in vitro allowed us to better describe the role of ROS. Indeed, hydrogen peroxyde favors β cell differentiation by increasing the pro-endocrine marker NGN3 expression in the progenitors. In this process, ROS activate the ERK1/2 signaling pathway. On the contrary, lowering ROS level using both pharmacologic and genetic approaches, decreases β cell differentiation. Our results also point out a role of the mitochondria in this process. Altogether, our data define the effects of ROS on β cell differentiation and open new perspectives to improve protocols of β cell generation.

La prééclampsie est un syndrome pathologique défini chez la femme par l’apparition de novo d’une hypertension artérielle (pression artérielle systolique supérieure à 140 mmHg) et d’une protéinurie (supérieure à 300 mg par jour) au cours de la grossesse. Il s’agit de la deuxième cause de mortalité maternelle en France. Les mécanismes physiopathologiques de ce syndrome, encore mal connus, semblent faire intervenir une dysfonction placentaire à l’origine d’une activation systémique de l’endothélium maternel. Pour améliorer la prise en charge de la prééclampsie et prévenir les complications à court et à long terme, la clé serait d’associer la mise en place d’un dépistage précoce à de nouveaux traitements capables de renverser l’aggravation des symptômes qui, semblerait-il, est inévitable. Notre équipe travaille sur le gène STOX1, exprimé dans les cellules placentaires. Ce gène coderait un facteur de transcription dont jusqu’à présent aucun élément de réponse sur l’ADN n’a été trouvé. Des variants de ce gène ont été identifiés en 2005 chez des patientes atteintes de prééclampsie, et des études cellulaires ont montré que ce facteur est associé au syndrome prééclamptique. Deux modèles d’étude établis et caractérisés au laboratoire ont confirmé l’implication de ce gène dans le syndrome. Notre modèle cellulaire est une lignée de choriocarcinomes surexprimant STOX1. L’équipe a montré en 2008 que les altérations transcriptomiques dues à la surexpression de STOX1 dans cette lignée cellulaire sont corrélées à celles observées dans les placentas de patientes prééclamptiques. Notre modèle murin a été obtenu par transgénèse additive du gène STOX1 humain. Bien que la prééclampsie ne se développe pas spontanément chez les rongeurs, il a été montré en 2013 que des souris femelles sauvages croisées avec des mâles transgéniques développent un phénotype prééclamptique sévère comprenant une hypertension et une protéinurie. Dans le but de mieux comprendre le lien entre la surexpression de STOX1 et l’apparition d’une prééclampsie, nous avons exploré la production in vitro et in vivo de radicaux libres de l’oxygène et de l’azote, molécules constituant de bons candidats pour jouer un rôle pivot dans l’origine des symptômes. Nous avons pu montrer que STOX1 était capable, in vitro et in vivo, de moduler le stress oxydatif, la fonction mitochondriale et la balance des radicaux libres dérivés de l’oxygène et de l’azote. De plus, nous avons étudié dans le modèle murin l’effet de la surexpression de STOX1 dans le placenta sur les organes du système cardiovasculaires. Nous avons pu montrer que des souris femelles sauvages portant des foetus transgéniques subissaient une dysfonction endothéliale associée à une hypertrophie cardiaque pathologique. Enfin, des études en cours de biologie moléculaire in vitro et in silico tentent d’explorer plus finement les fonctions moléculaires et cellulaires de la protéine STOX1, afin de résoudre son rôle dans la prééclampsie, ou dans d’autres domaines de biologie cellulaire. Une partie de ces travaux a notamment permis d’identifier une séquence d’ADN physiquement reconnue par la protéine STOX1. Le travail réalisé au cours de cette thèse permettra d’une part de mieux comprendre la fonction d’une protéine impliquée dans des maladies complexes comme la prééclampsie et la maladie d’Alzheimer, et d’autre part d’aborder de façon plus ciblée la recherche de nouveaux marqueurs ou de nouvelles thérapeutiques pour la prééclampsie grâce au modèle murin. / Preeclampsia is a disease syndrome defined in women by the apparition of a de novo hypertension (systolic blood pressure above 140 mmHg) and proteinuria (greater than 300 mg per day) during pregnancy. This is the second cause of maternal mortality in France. The pathophysiology of this syndrome, still poorly understood, seem to involve placental dysfunction and a systemic activation of the maternal endothelium. To improve the management of preeclampsia and prevent short and long term complications, the key would be to combine the development of early screening and new treatments to reverse the worsening of symptoms which seem inevitable. Our team works on STOX1 gene, expressed in placental cells. This gene would encode a transcription factor for which no responsive element on the DNA has been found so far. Variants of this gene have been identified in 2005 among patients with preeclampsia, and cellular studies have shown that this factor is associated with preeclampsia syndrome. Two study models, established and characterized in the laboratory, confirmed the involvement of this gene in the syndrome. Our cell model is a line of choriocarcinoma overexpressing STOX1. The team showed in 2008 that the transcriptome alterations by STOX1 overexpression in this cell line are correlated with those observed in placentas of preeclamptic patients. Our murine model was obtained by additive transgenesis of the human STOX1 gene. Although preeclampsia does not develop spontaneously in rodents, it was shown in 2013 that wild type female mice mated with transgenic males develop a severe preeclamptic phenotype including hypertension and proteinuria. In order to better understand the link between the overexpression of STOX1 and the onset of preeclampsia, we explored the in vitro and in vivo production of oxygen- and nitrogen-derived free radicals, which are good candidates to play a pivotal role in causing symptoms. We showed that, in vitro and in vivo, STOX1 was able to modulate oxidative stress, mitochondrial function and free radicals balance. In addition, we studied in the mouse model the effect of an overexpression of STOX1 in the placenta on the cardiovascular system. We showed that wild female mice with transgenic fetus underwent an endothelial dysfunction associated with a pathological cardiac hypertrophy. Finally, molecular in vitro and in silico ongoing studies try to explore more precisely the molecular and cellular functions of STOX1 protein to resolve its role in preeclampsia, or in other areas of cell biology. Part of this work enabled the identification of a DNA sequence that is physically recognized by STOX1 protein. The work done during this thesis will help better understand the function of a protein involved in complex diseases such as preeclampsia and Alzheimer's disease. It will also help search for new markers or new treatments for preeclampsia thanks to the mouse model.