La prééclampsie est une maladie fréquente de la grossesse, caractérisée par l’apparition de novo d’une hypertension et d’une protéinurie à partir de la 20ème semaine d’aménorrhée. Ces symptômes s’aggravent au long de la grossesse, conduisant éventuellement à la mort maternelle en l’absence de prise en charge médicalisée. La thérapeutique définitive l’extraction du placenta, et donc du fœtus, ce qui induit une importante prématurité iatrogène. Les causes restent mal définies, mais il est bien admis que des anomalies au niveau de la mise en place du placenta sont au cœur de sa physiopathologie. Un défaut d’invasion trophoblastique des artères spiralées utérines semble être une constante de la maladie. Des données épidémiologiques démontrent qu’il existe une forte composante génétique dans la prééclampsie, et en 2005, un clonage positionnel dans des familles hollandaises, aboutit à l’identification de STOX1 comme le premier gène lié à cette maladie. STOX1 code un facteur de transcription intervenant dans le contrôle de la prolifération et de l’invasion des trophoblastes. Dans notre laboratoire, l’étude de STOX1 a été initiée par surexpression dans des cellules de choriocarcinome humain (modèle de trophoblastes) suivie d’une analyse transcriptomique. Celle-ci a révélé que les altérations d’expression génique observées suite à la surexpression de STOX1 étaient significativement corrélées à celles trouvées dans des placentas prééclamptiques. La création de souris transgéniques exprimant la version humaine de STOX1 sous le contrôle d’un promoteur ubiquitaire a alors été entreprise. Mes travaux de thèse ont principalement consisté à caractériser le phénotype de ces souris. Nous avons décidé de croiser des mâles transgéniques avec des souris sauvages afin de limiter l’expression du transgène à l’unité fœto-placentaire. Ces souris sauvages développent au cours de leur gestation une hypertension sévère, et une protéinurie. Elles constituent donc un nouveau modèle de prééclampsie. De plus, nous avons observé des anomalies que l’on trouve également chez les patientes : une fibrose rénale, une élévation des taux sériques de facteurs pro-angiogéniques (le récepteur soluble du VEGF et l’endogline soluble). Ces souris ont également des marqueurs d’hypertrophie cardiaque, attestant de l’impact sévère de l’hypertension. Pour mieux comprendre comment STOX1 peut induire ce syndrome, nous avons étudié son impact dans le modèle cellulaire surexprimant STOX1 et nous avons pu montré une altération de la gestion du stress oxydatif et de la fonction mitochondriale. En conclusion, nous avons obtenu et caractérisé un modèle de prééclampsie sévère, le seul existant montrant un phénotype hypertensif très marqué et très précoce. Ce modèle est un outil puissant pour découvrir de nouvelles voies impliquées dans la physiopathologie de la prééclampsie, pour rechercher de potentiels marqueurs diagnostiques précoces, tester des approches thérapeutiques innovantes et explorer les mécanismes responsables des conséquences à long terme de la prééclampsie. / Preeclampsia is a common disease of pregnancy characterized by de novo appearance of hypertension and proteinuria from the 20th week of gestation. These symptoms worsen during pregnancy, possibly leading to maternal death in the absence of medical management. The only final treatment is the extraction of placenta and so fetus, which is responsible to a significant iatrogenic prematurity. The causes remain unclear, but it is well accepted that abnormalities in the development of the placenta are at the heart of its pathophysiology. A lack of trophoblastic invasion of the uterine spiral arteries seems to be a constant of the disease. Epidemiological data show that there is a strong genetic component in preeclampsia, and in 2005, a positional cloning in Dutch families led to the identification of STOX1 as the first gene linked to the disease. STOX1 encode a transcription factor involved in the control of proliferation and invasion of trophoblasts. In our laboratory, the study of STOX1 was initiated by its overexpression in human choriocarcinoma cells (trophoblast model) followed by transcriptome analysis. This revealed that the gene expression changes observed after STOX1 overexpression were significantly correlated with those found in preeclamptic placentas. The creation of transgenic mice expressing the human version of STOX1 under the control of a ubiquitous promoter was then initiated. My work during this thesis consisted primarily to characterize the phenotype of these mice. We decided to cross transgenic males with wild-type mice to limit transgene expression in fetal-placental unit. These wild mice develop during gestation severe hypertension and proteinuria. They therefore constitute a new model of preeclampsia. In addition, we observed anomalies that are also found in patients: renal fibrosis, elevated serum levels of pro-angiogenic factors (soluble VEGF receptor and soluble endoglin). These mice also have markers of cardiac hypertrophy, attesting for the severe impact of hypertension. To better understand how STOX1 can induce the syndrome, we studied its impact on the cell model overexpressing STOX1 and we showed a change in the management of oxidative stress and mitochondrial function. In conclusion, we have obtained and characterized a model of severe preeclampsia, the only existing one showing a very strong and very early hypertensive phenotype. This model is a powerful tool for discovering new pathways involved in the pathophysiology of preeclampsia, for searching potential early diagnostic markers, for testing innovative therapeutic approaches and for exploring the mechanisms responsible for the long-term consequences of preeclampsia.

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.

La prééclampsie est une maladie fréquente de la grossesse, caractérisée par l'apparition de novo d'une hypertension et d'une protéinurie à partir de la 20ème semaine d'aménorrhée. Ces symptômes s'aggravent au long de la grossesse, conduisant éventuellement à la mort maternelle en l'absence de prise en charge médicalisée. La thérapeutique définitive l'extraction du placenta, et donc du fœtus, ce qui induit une importante prématurité iatrogène. Les causes restent mal définies, mais il est bien admis que des anomalies au niveau de la mise en place du placenta sont au cœur de sa physiopathologie. Un défaut d'invasion trophoblastique des artères spiralées utérines semble être une constante de la maladie. Des données épidémiologiques démontrent qu'il existe une forte composante génétique dans la prééclampsie, et en 2005, un clonage positionnel dans des familles hollandaises, aboutit à l'identification de STOX1 comme le premier gène lié à cette maladie. STOX1 code un facteur de transcription intervenant dans le contrôle de la prolifération et de l'invasion des trophoblastes. Dans notre laboratoire, l'étude de STOX1 a été initiée par surexpression dans des cellules de choriocarcinome humain (modèle de trophoblastes) suivie d'une analyse transcriptomique. Celle-ci a révélé que les altérations d'expression génique observées suite à la surexpression de STOX1 étaient significativement corrélées à celles trouvées dans des placentas prééclamptiques. La création de souris transgéniques exprimant la version humaine de STOX1 sous le contrôle d'un promoteur ubiquitaire a alors été entreprise. Mes travaux de thèse ont principalement consisté à caractériser le phénotype de ces souris. Nous avons décidé de croiser des mâles transgéniques avec des souris sauvages afin de limiter l'expression du transgène à l'unité fœto-placentaire. Ces souris sauvages développent au cours de leur gestation une hypertension sévère, et une protéinurie. Elles constituent donc un nouveau modèle de prééclampsie. De plus, nous avons observé des anomalies que l'on trouve également chez les patientes : une fibrose rénale, une élévation des taux sériques de facteurs pro-angiogéniques (le récepteur soluble du VEGF et l'endogline soluble). Ces souris ont également des marqueurs d'hypertrophie cardiaque, attestant de l'impact sévère de l'hypertension. Pour mieux comprendre comment STOX1 peut induire ce syndrome, nous avons étudié son impact dans le modèle cellulaire surexprimant STOX1 et nous avons pu montré une altération de la gestion du stress oxydatif et de la fonction mitochondriale. En conclusion, nous avons obtenu et caractérisé un modèle de prééclampsie sévère, le seul existant montrant un phénotype hypertensif très marqué et très précoce. Ce modèle est un outil puissant pour découvrir de nouvelles voies impliquées dans la physiopathologie de la prééclampsie, pour rechercher de potentiels marqueurs diagnostiques précoces, tester des approches thérapeutiques innovantes et explorer les mécanismes responsables des conséquences à long terme de la prééclampsie.