L'utilisation des réseaux de capteurs sans fil (RCSF) croît dans plusieurs domaines, dont celui des espaces intelligents. Dans un espace intelligent, les RCSF sont utilisés puisque les noeuds qui les composent se dissimulent dans l'environnement et consomment très peu d'énergie. Pour l'installation, la maintenance et la gestion des contextes, il est nécessaire de pouvoir reprogrammer un, noeud sans avoir à le redémarrer. Ce projet de recherche vise l'amélioration de la reprogrammation des RCSF en utilisant l'ingénierie logicielle basée sur les composants (ILBC). En utilisant un cadriciel hybride de composants et un format exécutable allégé, les composants dynamiques deviennent utilisables à moindres coûts. Les résultats obtenus lors de ces travaux ont été publiés dans un article de journal. Les travaux de ce projet se divisent en deux volets. Le premier volet est l'optimisation des cadriciels dynamiques de composants. Le problème est que ces derniers demandent trop de ressources et ne sont pas envisageables pour les RCSF. Afin de diminuer la surcharge en taille de l'utilisation de composants dynamiques, un concept de cadriciel hybride de composants' est proposé. Pour valider ce concept, le cadriciel NodeCom est créé et requiert aussi peu de mémoire que Contiki. NodeCom possède un noyau minimal qui est statique alors que les autres composants peuvent être statiques ou dynamiques. Le deuxième volet est l'optimisation de la reprogrammation adaptée aux RCSF avec l'ILBC. C'est en compressant. le format de fichiers exécutable qui contint les composants que la reprogrammation est optimisée. Le chargement dynamique utilisé est accéléré et la consommation énergétique du transfert de composants est diminuée. C'est le format ELF qui est modifié pour partager les composants dynamiques. Pour réduire sa taille, plusieurs sections et symboles peuvent être supprimés en raison des contraintes imposées par l'utilisation de l'ILBC. Puisque les RCSF utilisent majoritairement des microcontrôleurs 8 bits ou 16 bits, les métadonnées 32 bits du format ELF sont converties. La résultante de ces modifications est le format de composants ComELF qui permet d'obtenir des compressions de près de 50 %. À ce format, une description des composants est finalement ajoutée pour permettre une gestion automatique du chargement dynamique.

Lors de la fécondation, le génome subit des transformations épigénétiques qui vont guider le développement et le phénotype de l’embryon. L'avènement des techniques de reprogrammation cellulaire, permettant la dédifférenciation d'une cellule somatique adulte, ouvre la porte à de nouvelles thérapies régénératives. Par exemple, les procédures de transfert nucléaire de cellules somatique (SCNT) ainsi que la pluripotence par induction (IP) visent à reprogrammer une cellule somatique adulte différentiée à un état pluripotent similaire à celui trouvé durant la fécondation chez l'embryon sans en impacter l'expression génique vitale au fonctionnement cellulaire. Cependant, la reprogrammation partielle est souvent associée à une mauvaise méthylation de séquences géniques responsables de la régulation des empreintes géniques. Ces gènes, étudiés chez la souris, le bovin et l'humain, sont exprimés de manière monoallélique, parent spécifique et sont vitaux pour le développement embryonnaire. Ainsi, nous avons voulu définir le statut épigénétique du gène empreinté H19 chez l'équin, autant chez le gamètes que les embryons dérivés de manière in vivo, SCNT ainsi que les cellules pluripotentes induites (iPSC). Une région contrôle empreinté (ICR) riche en îlots CpG a été observée en amont du promoteur. Couplé avec une analyse de transcrit parent spécifique du gène H19, nous avons confirmé que l'empreinte du gène H19 suit le modèle insulaire décrit chez les autres mammifères étudiés et résiste à la reprogrammation induite par SCNT ou IP. La déméthylation partielle de l'ICR observée chez certains échantillons reprogrammés n'était pas suffisante pour induire une expression biallélique, suggérant un contrôle des empreintes chez les équins durant la reprogrammation. / After fertilization, the animal genome undergoes a complex epigenetic remodeling that dictates the growth and phenotypic signature of the animal. The development of reprogramming methods using adult differentiated cells as the primordial genetic source has opened the door to new regenerative therapies for animals. Somatic cell nuclear transfer (SCNT) and induced pluripotency are two techniques which aim to reprogram a cell from its adult differentiated state to an embryonic-like pluripotency level, without impairing the expression of genes vital for the cellular function. Albeit promising, the mechanisms involved in these techniques remain only moderately understood. Partial reprogramming is frequently associated with irregular methylation of DNA sequences responsible for imprint regulation. These imprinted genes, mostly studied in rodents, cattle and humans, are expressed in a monoallelic parent-specific fashion and are vital for embryo growth. Hence, we aim to define the equine H19 imprinting control region (ICR) in gametes, in vivo and in SCNT derived embryos, as well as in induced pluripotent stem cells (iPSC). A CpG rich ICR was characterized upstream of the promotor using bisulfite treated DNA sequencing. Coupled with parent-specific gene expression analysis, we confirmed that the imprinted gene H19 is resistant to cellular reprogramming, and that partial demethylation of its ICR does not result in biallelic expression, suggesting that equine species have rigorous imprint maintenance during cellular reprogramming.

La pluripotence est la capacité d'une cellule à s'auto-renouveler et à donner toutes les cellules somatiques ainsi que les cellules germinales. Les cellules pluripotentes peuvent être aussi reprogrammées à partir de cellules somatiques, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités pour l'utilisation thérapeutique des cellules souches dans le traitement des maladies dégénératives. La connaissance des mécanismes moléculaires, en particulier des voix de signalisation qui contrôlent la pluripotence, est cruciale pour l'amélioration de notre compréhension de l'embryogenèse précoce et l'utilisation des iPSC (cellules souches pluripotentes induites) dans la médicine régénérative. Ici, je donne la première description de la Nétrine-1 en tant que régulateur de la reprogrammation et de la pluripotence. La Nétrine-1 et ses récepteurs ont été initialement caractérisés dans le système neuronal, mais il a aussi été montré qu'ils étaient exprimés dans différents types cellulaires et impliqués dans divers processus. Dans la première partie, j'ai contribué à explorer comment Nétrine-1 empêche l'apoptose médiée par son récepteur à dépendance DCC (Deleted in Colon Carcinoma) pendant la reprogrammation. Dans la deuxième partie, j'ai disséqué les fonctions et la régulation de cette voie dans le maintien de la pluripotence et dans l'engagement des lignages / Pluripotency is the ability of embryonic epiblast cells to self-renew and to give rise to all somatic cells as well as germ cells. Somatic cells can also be reprogrammed toward pluripotency, opening new avenues for stem cell based therapies in the treatment of degenerative diseases. Deciphering the molecular mechanisms, and in particular signaling pathways that control pluripotency is crucial to improve our understanding of early embryogenesis and the use of iPSC (inducible Pluripotent Stem Cell) in regenerative medicine.Herein, I provide the first description of Netrin-1 as a regulator of reprogramming and pluripotency. Netrin-1 and its receptors are present in many cell types and are engaged in a variety of cellular processes beyond its initial characterization in the neuronal system. In the first part, I contributed to explore how Netrin-1 prevents apoptosis mediated by its dependence receptor DCC (Deleted in Colon Carcinoma) during reprogramming. In the second part, I dissected the functions and regulation of this pathway in pluripotency maintenance and in lineage commitment

La thérapie cellulaire régénératrice offre des perspectives d'applications dans de nombreuses pathologies entraînant une perte cellulaire. Cependant, suite à un infarctus du myocarde et donc une diminution importante du nombre de cardiomyocytes, l'injection de cellules souches n'a permis de mettre en évidence qu'une amélioration légère et transitoire de la fonction cardiaque. Ces résultats suggèrent qu'il est nécessaire d'améliorer l'efficacité des protocoles de thérapie cellulaire cardiaque. Cette amélioration passe par une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu par les cellules souches dans la régénération myocardique. Parmi les hypothèses soulevées, la fusion entre les cellules souches et les cardiomyocytes a été décrite dans plusieurs études mais le rôle physiologique de ce phénomène reste inconnu. Mon travail de thèse a consisté à étudier ce mécanisme in vitro au sein de cocultures entres des cellules souches adultes humaines (cellules hMADS pour human multipotent adipose derived stem cells) et des cardiomyocytes murins adultes. Nous avons pu mettre en évidence un processus de fusion hétérologue entre ces deux types cellulaires, aboutissant à la reprogrammation du cardiomyocyte vers un stade de progéniteur. Les cellules hybrides résultant de cette fusion ont exprimé des marqueurs cardiomyogéniques précoces et de prolifération et ont été montrées comme ayant un génotype exclusivement murin. Ces cellules hybrides ou progéniteurs cardiaques se sont formés préférentiellement par un mécanisme de fusion partielle par l'intermédiaire de structures intercellulaires appelées nanotubes composés de f-actine et de microtubules. En outre, nous avons montré que le transfert de mitochondries des cellules souches vers les cardiomyocytes était indispensable pour la reprogrammation des cardiomyocytes. En conclusion, nos résultats apportent de nouveaux éléments dans la compréhension des mécanismes de régénération médiés par les cellules souches qui est un pré-requis pour optimiser les protocoles de thérapie cellulaire cardiaque

Les changements de forme et les mouvements des cellules constituant les tissus relèvent de la morphogenèse épithéliale. Dans les tissus segmentés les compartiments antérieurs et postérieurs représentent des domaines morphogénétiques indépendants constitués de lignées cellulaires distinctes et séparées par des barrières biophysiques. Le laboratoire a montré que lors de la fermeture dorsale de l’embryon de drosophile, certaines cellules des segments centraux de l’ectoderme, appelées « Cellules Mixer » (CMs), sont reprogrammées pour traverser la frontière segmentale dans un phénomène qui prend le nom de « mixing ». La reprogrammation des CMs est JNK dépendante induisant l’expression de novo du gène engrailed (en). La mise au point de nouveaux outils génétiques a permis de révéler le rôle de deux familles de gènes impliqués dans les mécanismes de reprogrammation et de mixing : le gène Polycomb (Pc) et les gènes Hox. La technique de DNA-FISH, qui analyse l’interaction entre Pc et le PRE d’en, a ainsi montré que la voie JNK induit l’expression de novo d’en par dé-répression de l’activité Pc dans les CMs. De manière intéressante l’analyse approfondie des mutants Pc a dévoilé que les gènes Hox abdominal-A (abdA) et Abdominal-B (AbdB) contrôlent le domaine du mixing. Des expériences de gain et perte de fonction ont par la suite confirmé le rôle positif d’abdA et le rôle négatif d’AbdB dans le mixing. En conclusion, l’ensemble des résultats obtenus ont permis de dévoiler la présence d’un réseau génétique composé de par JNK, en, Pc et les gènes Hox contrôlant les mécanismes de reprogrammation cellulaire et de remodelage des frontières segmentales au cours du développement normal. / Tissue morphogenesis relies on patterned cell shape changes and movements taking place in specific morphogenetic domains. In segmented tissues, anterior and posterior compartments represent independent morphogenetic domains which are made of distinct lineages separated by boundaries. We previously reported on a rare event leading to the exchange of specific ‘Mixer Cells’ (MCs) between compartments of the ectoderm. During dorsal closure, MCs, which are of anterior origin, cross the boundary to integrate the adjacent posterior compartment through de novo expression of the posterior determinant Engrailed (En). This reprograming process is dependent on JNK signalling and is restricted to the central abdominal region. Here, we show that JNK signalling represses Polycomb (Pc) expression and that loss of Pc leads to an absence of MCs reprogramming. FISH-DNA coupled to immunostaining further shows that MCs fate transition is accompanied by a release of the en promoter from the repressing Pc bodies. Interestingly, our genetic data reveal that spatial control of MCs reprograming depends on the activity of the Hox genes abdominal-A (abdA) and Abdominal-B (AbdB). In their respective domains, abd-A promotes mixing while abd-B behaves as a strong repressor, thus restricting cell mixing to the central abdominal region. Together, these results provide new insights into the mechanisms of developmental reprogramming, showing that segment boundary plasticity relies on regional control of cell remodelling involving a gene regulatory network composed of JNK, en, Pc, and Hox activities.

La spermatogenèse, processus de production des gamètes mâles, représente un modèle physiologique pertinent pour l'étude de la dynamique de la chromatine. En effet, la chromatine de type somatique subit un remodelage drastique en fin de spermatogenèse, lors des étapes post-méiotiques. La chromatine, organisée en nucléosomes, est restructurée par enlèvement massif des histones qui sont remplacées par des petites protéines basiques spécifiques des spermatozoïdes, les protamines. Les mécanismes moléculaires responsables de cette transition structurale de la chromatine sont encore mal connus et constituent le champ d'investigation de notre laboratoire. D'autre part, la programmation de l'expression des gènes doit être finement régulée au cours de la spermatogenèse, afin de permettre l'expression des facteurs qui guideront les transitions structurales de la chromatine en post-méiose. Les marques épigénétiques mises en œuvre pour déterminer le statut d'expression des gènes sont encore mal documentées. Enfin, après fécondation de l'ovocyte par le spermatozoïde, le génome mâle subit à nouveau une restructuration visant à inverser le processus et à rendre la chromatine de type somatique, tout en prenant en compte les informations épigénétiques amenées par le spermatozoïde. Les évènements chromatiniens visant à reprogrammer le génome mâle après fécondation sont eux aussi peu connus. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à décrypter l'action de nouveaux acteurs épigénétiques, tels que des variants d'histones et des modifications post-traductionelles des histones, dans le cadre de la spermatogenèse chez la souris. Je démontre leurs implications lors du remplacement massif des histones en post-méiose, mais également vis-à-vis de la régulation de l'expression des gènes, ainsi que lors du développement embryonnaire précoce après fécondation. / The process of male gametogenesis, called spermatogenesis, represents a relevant physiological model to study chromatin dynamics. Indeed, a drastic chromatin remodeling occurs during the postmeiotic steps of spermatogenesis. The nucleosomal-based chromatin is restructured by massive eviction of histone and subsequent replacement by sperm small basic proteins, the protamines. Molecular mechanisms involved during this structural transition of chromatin are obscure, and constitute the area of investigation of our lab. On the other hand, gene expression program has to be tightly regulated during spermatogenesis, to allow expression of factors that will guide postmeiotic chromatin structural transitions. Implemented epigenetic marks which determined this gene expression program are poorly documented. Finally, the male genome undergoes a new chromatin restructuration after fertilization by an inverted process that lead to a somatic chromatin, while taking into account epigenetic information carried by the spermatozoa. Chromatin events involved in male genome reprogramming after fertilization are also poorly documented. During my PhD thesis, I have been interested in deciphering the role of new epigenetic actors in the context of murine spermatogenesis, as histone variants and histones post-translational modifications. I reveal their involvement in the massive postmeiotic histone replacement, for the regulation of gene expression, and in the early embryonic development.

Les cellules immunitaires proviennent d'un ensemble commun de cellules souches hématopoïétiques qui se différencient hiérarchiquement en lignées myéloïdes et lymphoïdes. Ce processus est étroitement régulé par un réseau entrelacé de facteurs de transcription et de régulateurs épigénétiques, qui contrôlent l'activation et la répression des gènes impliqués. Les travaux récents sur la reprogrammation cellulaire ont montré que certaines protéines peuvent reprogrammer des cellules différenciées, comme le facteur de transcription C/EBPa qui peut induire la trans-differenciation de cellules B en macrophages. De plus, une courte induction de Cebpa suivie de l’expression des quatre facteurs de transcription Oct4-Sox2-Klf4-cMyc permet une reprogrammation extrêmement rapide en cellules pluripotentes. Afin de déchiffrer le réseau de régulation moléculaire contrôlant la spécification et la reprogrammation des cellules immunitaires, j’ai combiné différentes méthodes à haut débit pour analyser l’expression des gènes et leur régulation épigénétique, et ce au court de la reprogrammation des cellules B. J’ai découvert des interactions entre différents facteurs de transcription, au niveau des régions régulatrices de gènes des différents programmes génétiques impliqués (lymphoide, myeloide et pluripotence), et j’ai identifié des facteurs régulant l’état de la chromatine également impliqués dans la reprogrammation (notamment Lsd1, Hdac1, Brd4 et Tet2). Enfin, J’ai intégré ces données dans un modèle dynamique du réseau moléculaire régulant la spécification des cellules B et des macrophages à partir de progéniteurs multipotents. J’ai utilisé à la fois des méthodes analytiques (analyse des états stables) et des simulations (simulations logiques asynchrones, chaînes de Markov à temps continu) pour étudier in silico la différenciation et la reprogrammation cellulaire. Ces analyses ont révélés des régulations transcriptionelles encore inconnues, que nous avons pu confirmer expérimentalement. Nous avons ainsi obtenu une meilleure compréhension des circuits de régulation contrôlant le destin cellulaire. / Immune cells arise from a common set of hematopoietic stem cells, which differentiate hierarchically into the myeloid and lymphoid lineages. This process is tightly regulated by an intertwined network of transcription and epigenetic factors, which control both the activation and repression of gene programs, to ensure cell commitment. However, recent work on cellular reprogramminghas shown that the ectopic expression of some specific factors can enforce the trans-differentiation of committed cells. The transcription factor C/EBPa can induce the reprogramming of B-cells into macrophages. Furthermore, a pulse of Cebpa expression in B cells followed by the expression of the four transcription factors Oct4-Sox2-Klf4-cMyc leads to an extremely fast and efficient reprogramming into induced pluripotent stem cells. Despite the many data we have on the molecular mechanisms by which specific genes are regulated, we are still lacking a global understanding of the interplay between these factors and how theycontrol cell fate. In order to decipher the molecular regulatory network controlling immune cell specification and their reprogramming, I have combined a variety of high-throughput methods to measure changes in gene expression and epigenetic regulation during B cells reprogramming. I have revealed the interplay between different transcription factors at enhancers regulating genes of the different programs (B cells, macrophages and pluripotent cells) and identified epigenetic regulators forming complexes and controlling enhancers activities (such as Lsd1, Hdac1, Brd4 and Tet2) and consequently regulating cell fate. Finally, I integrated these data together with published data, in a computational model of the regulatory network controlling the specification of B-cells and macrophages from multipotent progenitors. I used both analytic tools (stable states analysis) and simulations (logical asynchronous simulations, continuous time Markov chains) to study in silico differentiation and reprogramming.These analyses have revealed previouslyunknown transcriptional regulations, which weconfirmed experimentally, and allowed us to get abetter understanding of the regulatory circuitscontrolling cell fate commitment.

Les rétinites pigmentaires (RP) sont des pathologies rétiniennes cécitantes d'origine génétique caractérisées par une perte des photorécepteurs. Nous avons ciblé des formes de RP autosomique dominante consécutives à des mutations dans le gène du pigment visuel de la RHODOPSINE, du facteur d'épissage PRPF31 et du facteur de transcription impliqué dans le développement des photorécepteurs NR2E3. Les fibroblastes, issus de biopsies de peau de patients, ont été reprogrammés en cellules iPS par une technique dite non intégrative. Après stabilisation des cellules iPS, nous avons vérifié leur propriété de pluripotence et l'absence d'anomalies caryotypiques.Les cellules iPS porteuses d'une mutation sur le gène RHODOPSINE ont été différenciées dans le lignage des photorécepteurs. Nos résultats montrent que les photorécepteurs porteurs de la mutation P347L du le gène RHODOPSINE récapitulent la dégénérescence observée chez les patients.Nous montrons que les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien (EPR) dérivées de cellules iPS porteuses de la mutation Cys294X du gène PRPF31 présentent des problèmes d'adhésion cellulaire due à l'absence de lame basale. Leur activité de phagocytose est alors perturbée, suggérant qu'un dysfonctionnement de l'EPR pourrait être à la base de la RP causée par la mutation Cys294X du gène PRPF31. Les modèles développés nous ont permis de mieux comprendre les processus à la base de la pathogénèse de certaines RP. Ces modèles associés à des protocoles de criblage, pourraient permettre d'évaluer l'efficacité et la toxicité de nouvelles molécules pharmacologiques, mais également être utilisés pour valider des approches de thérapie génique. / Retinitis pigmentosa (RP) is an inherited retinal diseases characterized by a loss of photoreceptors. We focused specific forms of autosomal dominant RP with mutations in the rod visual pigment RHODOPSIN, the ubiquitous splicing factor PRPF31 and the transcription factor involved in the development of photoreceptors NR2E3. Fibroblasts from skin biopsies of patients were reprogrammed into iPS cells by a non-integrative approach. After stabilization of iPS cell lines, we verified their pluripotency property and the absence of karyotype abnormalities. Based on the retinal differentiation protocol, iPS cells carrying a mutation in the RHODOPSIN gene have been differentiated in the photoreceptor lineage. Our results showed that the photoreceptors expressing the mutated form of RHODOPSIN summarizing the process of degeneration observed in RP patients. We show that retinal pigment epithelium (RPE) cells derived from iPS cells carrying a mutation in the PRPF31 gene lack basal membranes and have cell adhesion disorders. Consequently, their phagocytic activity is disturbed, suggesting that a malfunction of the RPE could be the primary step of the development of RP caused by mutation Cys294X in the PRPF31 gene. The models developed from specific-patient iPS cells have enabled us to better understand the processes underlying the pathogenesis of some RP. These models associated with screening protocols could be used to evaluate the efficacy and toxicity of new pharmacologic compounds but also used to validate new gene therapy approaches.

Au début de ma thèse, je me suis intéressé aux processus qui sous-tendent la communication cellulaire et plus spécifiquement les interactions cellule-cellule. Pourquoi une cellule établit-elle un contact spécifique avec une autre cellule ? Comment les cellules répondent-elles à cette interaction et quels en sont les effets ? J'ai utilisé comme modèle d'étude l'interaction entre les cellules souches/stromales mésenchymateuses (CSM) et des lignées de cancer du sein. L'objectif de mon travail a été d'analyser les mécanismes de ces interactions entre CSM et cellules cancéreuses et d'en évaluer les effets sur les fonctions des cellules cancéreuses. En effet, des mécanismes de recrutement des CSM aux sites tumoraux ont été décrits avec des effets sur la progression tumorale, ce qui ouvre par ailleurs des perspectives pour de nouvelles approches thérapeutiques. J'ai tout d'abord développé un système expérimental de microscopie confocale en temps réel pour observer le type d'interaction qui est produit entre les CSM humaines et les cellules de carcinomes mammaires MDA-MB-231 et MCF7. J'ai constaté la formation dynamique de structures tubulaires entre les deux types cellulaires et, de façon surprenante, le passage des mitochondries des CSM vers les cellules cancéreuses. En un deuxième temps, j'ai utilisé un système d'invasion dans une matrice 3D de collagène, que nous avons adapté à la coculture, afin d'observer les effets de l'interaction des MDA-MB-231 avec les CSM. En accord avec la littérature, nous avons constaté une augmentation du pouvoir invasif des cellules cancéreuses, effet qui pouvait être lié au transfert des mitochondries provenant des CSM. Pour répondre à cette question, j'ai mis au point un protocole pour transférer spécifiquement des mitochondries, isolées à partir de cellules, vers d'autres cellules. Ce protocole, exploité dans ce manuscrit pour le transfert de mitochondries de CSM vers les cellules cancéreuses MDA-MB-231, peut être transposé à d'autres types cellulaires et fait l'objet d'une demande de brevet. Nos données indiquent que l'acquisition de mitochondries de CSM par les cellules cancéreuses modifie leurs propriétés fonctionnelles et augmente leur capacité de prolifération et d'invasion. Concernant leur activité métabolique, on observe une augmentation de leur respiration mitochondriale et de leur production d'ATP. Nos données préliminaires suggèrent aussi une augmentation de l'expression transcriptionnelle d'enzymes impliquées dans la synthèse des lipides et l'oxydation des acides gras. Ces données, générées grâce au protocole de transfert artificiel de mitochondries mis au point, montrent pour la première fois que les mitochondries des CSM peuvent majorer certaines propriétés cellulaires liées à la progression tumorale, comme la prolifération et l'invasion, et contribuer à une reprogrammation métabolique des cellules cancéreuses. Elles s'intègrent au rôle proposé par la communauté scientifique pour les CSM dans le microenvironnement tumoral. La technique de transfert artificiel de mitochondries nous permettra de répondre à d'autres questions restées ouvertes, comme le rôle possible des mitochondries des CSM dans les résistances développées par les tumeurs vis-à-vis des agents anti-cancéreux. Le protocole de transfert de mitochondries développé au laboratoire constitue une technique de choix et offre de nombreux avantages comparativement à d'autres techniques comme la micro-injection et la génération des hybrides cytoplasmiques. Sa mise en œuvre est en effet simple et reproductible et permet de traiter une grande quantité de cellules. Cette méthode permet d'envisager de nombreuses perspectives et applications dans le domaine de la reprogrammation métabolique, comme par exemple de restaurer les capacités d'une cellule dysfonctionnelle par le transfert de mitochondries issues d'une cellule saine et « métaboliquement active ». / At the beginning of my thesis, I was interested in the process involved in cell communication, more specifically in cell-to-cell interactions. Why does a cell specifically establish contacts with another one, how do cells respond to these interactions and what are the effects? As a model to answer these questions, I studied the interactions between MSCs and two breast cancer cell lines. The study of the communications between MSCs and tumor cells is an alternative to explore and understand tumor progression. MSC recruitment to the tumor is shown to favor the progression of the disease. The mechanisms of this dialogue are multiple and are the object of a great number of studies that aim at finding new therapeutic approaches. The objective of this work was to analyze the interactions between MSCs and cancer cells and evaluate the potential effects of this communication in tumor progression. First, I developed an experimental system of real time confocal microscopy in order to observe the interaction produced between MSCs and the breast carcinoma MDA-MB-231 and MCF-7 cells. I noticed the dynamic formation of tubular structures between the two different cell types and, surprisingly, the passage of mitochondria from MSCs to the cancer cells. Second, we used a 3D system of cell invasion in a collagen matrix, which we adapted for the coculture, in order to observe the effects of the interactions between the MDA-MB-231 and MSCs. In agreement with the literature, we observed an increase in the migratory potential of the cancer cells, an effect that could be linked to the transfer of mitochondria from MSCs to the cancer cells. To answer this question, I set up a protocol to specifically transfer to the cancer cells mitochondria isolated from the MSCs and test directly the functional consequences for the cancer cells. This protocol can be used to transfer mitochondria, not only from MSCs but also from other cells. This method is currently submitted to a patent process. Our results show that the transfer of MSC mitochondria to the cancer cells modifies cancer cells functional properties and increase their invasive and proliferative capacities. Concerning the metabolic activity, we noticed an increase in mitochondrial respiration and ATP production. We also observed an increase in the transcription level of enzymes related to the lipid synthesis and fatty acid oxidation. The results generated with this new protocol of mitochondria transfer show, for the first time, that mitochondria originating from MSCs can improve cellular capacities linked to the tumor progression. The role proposed by the scientific community for the interactions of MSCs with the tumor cells fits with the data generated in our work. Several questions remain open. In particular, could the transfer of mitochondria from MSCs to the cancer cells contribute to the acquisition of resistance to anti-cancer agents observed in patients? The protocol of transfer of mitochondria that we developed in the laboratory is a technique of choice and offers many advantages over other techniques such as microinjection and cytoplasmic hybrids; its implementation is simple and reproducible and can target large numbers of cells. This method opens numerous perspectives and potential applications such as the study of metabolic reprogramming. Thus, we could consider restoring the activity of dysfunctional cells by transferring mitochondria from “metabolically active” or healthy cells. In the long term, one of the applications could be transferring healthy or genetically modified mitochondria to zygotes carrying mitochondrial DNA mutations, in order to treat pathologies like infertility, neuro-degenerative diseases, cancer and premature aging.

En dehors du cadre pathologique, la notion de temps est la base essentielle dans le processus de vieillissement de l’organisme et des systèmes associés. Ces derniers vont progressivement présenter un déclin de leur(s) fonction(s) où de nombreux mécanismes complexes vont intervenir à différents niveaux. Parmi les premiers constats proposés, le vieillissement est la conséquence d’un processus inéluctable, d’une succession d’agressions au niveau cellulaires qui pourraient être réparées voire évitées, ouvrant ainsi la voie à de futures études qui permettront à terme de proposer une explication détaillée, complète et claire de ce processus. Pour exemple, les travaux que nous avons menés tentent d’apporter un élément de réponse afin d’établir un lien entre sénescence et vieillissement, avec pour base de générer par reprogrammation cellulaire des cellules hiPSCs à partir de cellules issues de biopsies de patients jeunes et âgées, sénescentes ou prolifératives. Outre la caractérisation de leur état pluripotent comparable à celui des cellules souches embryonnaires, nous avons également mis en évidence après une différenciation spécifique en fibroblastes, que les caractéristiques cellulaires de ces fibroblastes présentaient un effacement des marques du vieillissement, signe d’une plasticité cellulaire possible au cours du vieillissement. A présent, étendre une telle étude au modèle tissulaire cutané par la mise en place de protocoles de différenciation dans le lignage épidermique permettra à l’avenir de mieux comprendre pour mieux appréhender les pathologiques associées au vieillissement, et ainsi pouvoir offrir aux patients une médecine appropriée et concrète. / Beside the pathological context, time is the essential basis in the aging process of the body and associated systems. These will gradually introduce a decline in function(s) where many complex mechanisms will take part at different levels. Among proposed findings, aging is the result of an inevitable process, a succession of cellular stress that could be prevented or repaired, opening the way for future studies that will eventually offer an explanation detailed, clear and complete which occur. For example, our work provide a response element to establish a link between senescence and aging, based on the generation of hiPSCs by cellular reprogramming of cells from biopsies of young, older, senescent and proliferating cells patients. Further characterization of their pluripotent state comparable to that of human embryonic stem cells, we have also showed by a specific differentiation into fibroblasts, that cellular characteristics of those fibroblasts had erased aging features. Next step, is to extend such study in cutaneous tissue model by the introduction of differentiation protocols in the epidermal lineage which will able us to better understand aging-associated diseases, and thus bring the ability to propose an appropriate and cocnrete medicine to aged patients.