La ténascine-X (TNX) est une glycoprotéine de la matrice extracellulaire. Son expression est fortement réprimée dans de nombreux cancers et l’invasion tumorale est accrue chez des souris TNX-/-. La TNX apparaît donc comme un répresseur potentiel du développement des tumeurs. L’objectif de notre travail est d’étudier cet effet présumé et d’en comprendre les mécanismes, en analysant in vitro le rôle de la TNX sur la croissance et la migration de cellules de fibrosarcome HT-1080 dans des modèles de culture bi- et surtout tridimensionnels, plus représentatifs de l’environnement cellulaire in vivo. Nos résultats montrent que la TNX inhibe la croissance des cellules tumorales, sans induire de mort apoptotique ou nécrotique. Des observations par microscopie confocale ont montré que la présence de TNX réduit l’étalement des cellules ainsi que leur efficacité de migration. Nous avons pu mettre en évidence que la TNX provoque un ralentissement de la migration des cellules tumorales ainsi qu’une diminution de la directionnalité de leurs trajectoires. L’observation de la protéolyse du collagène de type I par les cellules en migration montre qu’elle est inhibée en présence de TNX. Par ailleurs, la TNX réduit l’expression et l’activation des MMP 2, MMP-9, et MT1 MMP. Certaines voies de signalisation associées ont été étudiées : la TNX inhibe la phosphorylation de FAK sur sa tyrosine 397, ainsi que l’activation des GTPases RhoA et Rac, sans affecter celle de Cdc42. Par une régulation fine de ces molécules, qui sont impliquées dans le contrôle de la croissance et de la migration cellulaire, la TNX se caractérise comme un inhibiteur extracellulaire de l’invasion tumorale / Tenascin-X (TNX) is involved not only in the organisation of the extracellular matrix architecture but also in the regulation of cell behaviour. This matrix glycoprotein is down-regulated in many tumor types, while tumor invasion is promoted in TNX-deficient mice. In order to decipher the mechanisms by which TNX modulates tumor cell growth and migration, we compared the behaviour of HT1080 fibrosarcoma cells in conventionnal 2D culture model or embedded in 3D collagen gels, both containing or not recombinant TNX. Some experimentations have permit us to demonstrate that TNX inhibits tumor cells growth, without inducing apoptotic or necrotic cell death. Laser confocal microscopy observations demonstrated that the presence of TNX reduces cell spreading and migration efficency. Moreover, video time-lapse analysis showed that TNX reduces both velocity and directionnality of cell migration. This result is partly due to a decrease of pericellular proteolysis, as observed in situ using FITC-collagen-containing gels. Besides, we showed that TNX led to a decrease of MMP 2, MMP-9, MT1 MMP expression and activity. Then, we determined that both FAK phosphorylation on tyrosine 397 and activation of Rac1/2/3 and RhoA small GTPases were inhibited in TNX conditions. An inactivation of these small GTPases of the Rho family is known to deregulate cell cycle and highly decrease tumor cell spreading and migration efficiency in 3D environment. Taken together, these results indicate that TNX is an extracellular inhibitor of cell invasion, which acts by downregulating the main signalling pathways responsible for cell growth and motility in 3D-collagen gels

Le mélanome cutané est le plus agressif des cancers de la peau. Sa dangerosité provient de sa grande capacité à former des métastases. A l’heure actuelle, la prévention et la détection précoce de la lésion primitive restent les seuls moyens d’aboutir à une guérison. En effet, ce cancer est particulièrement reconnu pour sa résistance aux thérapies actuelles sous sa forme métastatique. Le mélanome se développe à partir des mélanocytes de la peau, qui après des évènements oncogéniques, prolifèrent de manière anarchique dans l’épiderme. Par la suite, certaines cellules de la tumeur acquièrent un phénotype invasif qui leur permet de franchir la jonction dermo-épidermique et envahissent le derme, pour y proliférer et le coloniser en profondeur. Une fois dans le derme, les cellules de mélanome peuvent disséminer à distance par voie lymphatique et sanguine pour former des métastases dans les organes cibles. La dégradation de la jonction dermo-épidermique conduisant à l’invasion du derme est la première étape qui mène à la formation de métastase. Dans l’équipe on s’intéresse à l’étude des mécanismes de l’invasion dermique. Grâce au travail fourni, nous avons pu identifier un nouvel acteur moléculaire intervenant dans l’invasion précoce du mélanome cutané : La Tétraspanine 8. Le but de ce travail de thèse a donc été de définir le rôle et le mode d’action de cette protéine. Nous avons réussi à établir l’implication de la Tétraspanine 8 dans la perte d’adhérence des cellules de mélanome aux protéines de la matrice extracellulaire, en association avec une inhibition de l’activation de l’intégrine β1 et avec une diminution de la phosphorylation de la kinase ERK. Nous avons également obtenu des résultats impliquant la Tspan8 dans l’invasion du derme par les cellules de mélanome, en association avec augmentation de la stabilité de β-caténine. Enfin, les tests de tumorigénicité, réalisés dans les souris Nude, permettent d’établir que l’expression de Tspan8 procure aux cellules de mélanome un pouvoir tumorigène. À long terme, ce travail vise à faire émerger de nouveaux marqueurs de pronostic mais aussi de nouvelles cibles thérapeutiques visant à bloquer la progression du mélanome avant l’apparition des métastases / Cutaneous melanoma is the most aggressive skin cancer since its great ability to form metastasis. Successful treatment depends on its early detection, as the metastatic form is resistant to current therapies. Melanoma cells, developing from the melanocytes of the skin, proliferate first in the epidermis. Subsequently, some tumor cells acquire an invasive phenotype, degrade the dermal-epidermal junction and invade the dermis where they proliferate and deeply colonize the tissue. Melanoma cells can then enter the circulatory system and disseminate to form metastases in the target organs. Degradation of the basement membrane and invasion of the dermis are therefore the early events of melanoma tumor invasion and the first step leading to the formation of metastases. In the team, we are interested in the study of the poorly understood mechanisms of dermal invasion. We have identified a novel molecular mediator of the early cutaneous melanoma invasion : the Tetraspanin 8. The aim of this thesis was therefore to define the role and the mode of action of this protein. We have established the involvement of Tetraspanin 8 in the loss of melanoma cells anchorage to matrix proteins and also in the degradation of dermalepidermal junction components. We have then obteined data that indicate the involvement of ERK/MAPK and PI3K/AKT signaling pathways, in the invasive phenotype, downstream of the Tetraspanin 8. Although much is yet to be learned ragarding the clinical relevace of Tetraspanin 8 function, we postulate that it could be a promising new therapeutic target in anti-invasive therapies for cutaneous melanoma

Les pDCs répondent aux infections virales par la production d'IFN-α. L'élimination du virus de l'hépatite C (VHC) chez plus de 50% des patients infectés par le traitement à l'IFN-alpha suggère que les pDCs jouent un rôle majeur dans le contrôle de l'infection VHC. Les pDCs exposées aux hépatocytes infectés par VHC, produisent beaucoup d'IFN-α. Néanmoins, en dépit de cette production par TLR7 par les pDCs, VHC continue à se répliquer dans le foie infecté. J'ai approfondi les connaissances des mécanismes moléculaires d'exploration des particules de VHC et des cellules infectées par le VHC par les pDCs. J'ai ciblé ma recherche sur le contact des particules de VHC avec la surface des pDCs, sur la voie de signalisation de déclenchée, sur leur effet sur la production des IFNs et des cytokines proinflammatoires et sur la différenciation cellulaire. Nos résultats suggèrent que le virus associé aux cellules signalise dans les pDCs via un mécanisme dépendant de l'endocytose et d'IRF7 mais pas de la voie NF-κB. En dépit de l'induction d'IFN-α, le VHC associé aux hépatocytes n'induit une réponse pleinement fonctionnelle des pDCs. Les particules virales de VHC inhibent, via la fixation de la glycoprotéine E2 aux CLRs, la production d'IFN-α et d'IFN-λ dans les pDCs exposées aux hépatocytes infectés par VHC et induisent dans les pDCs, une phosphorylation rapide d'Akt et Erk1/2, d'une manière similaire au crosslinking de BDCA-2 ou DCIR. Ainsi, le blocage de BDCA-2 et de DCIR avec des fragments Fab des anticorps monoclonaux préserve la capacité des pDCs à produire des IFNs de type I et III en présence des particules virales. / Plasmacytoid dendritic cells (pDCs) respond to viral infection by production of alpha interferon (IFN-alpha), proinflammatory cytokines, and cell differentiation. The elimination of hepatitis C virus (HCV) in more than 50% of infected patients by treatment with IFN-alpha suggests that pDCs play an important role in the control of HCV infection. pDCs exposed to HCV infected hepatoma cells produce large amounts of IFN-alpha. However, despite large amounts of Toll-like receptor 7-mediated IFN-α, produced by pDCs, HCV still replicates in infected liver. During my PhD training, I went into in depth to understand the molecular mecanisms used by HCV particles and HCV infected hepatocytes to explore pDCs. I focused my research on the binding of HCV particles with the pDC surface, on the triggered downstream signaling pathway, on the cellular differentiation. Our results suggest that cell-associated HCV signals in pDCs via an endocytosis-dependent mechanism and IRF7 but not via the NF-kappaB pathway. In spite of IFN-alpha induction, cell-associated HCV does not induce a full functional response of pDCs. HCV particles inhibit, via binding of E2 glycoprotein to CLRs, production of IFN-α and IFN-λ in pDCs exposed to HCV-infected hepatocytes, and induce in pDCs a rapid phosphorylation of Akt and Erk1/2, in a manner similar to the crosslinking of BDCA-2 or DCIR. Blocking of BDCA-2 and DCIR with Fab fragments of monoclonal antibodies preserves the capacity of pDCs to produce type I and III IFNs in the presence of HCV particles.

La Protéine Cellulaire du Prion (PrPc), isoforme non pathogène de la Protéine Scrapie, est une protéine ubiquitaire qui a été impliquée dans de nombreux processus cellulaires tels que la prolifération, la migration, l’adhésion, la différenciation et l’apoptose, par des mécanismes qui restent en grande partie à élucider. L’épithélium intestinal est en constant renouvellement et son homéostasie repose sur une régulation fine et coordonnée de l’ensemble de ces processus. Notre équipe s’est intéressée au rôle de la PrPc dans l’épithélium intestinal et a mis en évidence son expression dans le type cellulaire majoritaire de cet épithélium, les entérocytes, et sa double localisation selon leur état de différenciation. En effet, dans les cellules différenciées, la PrPc est majoritairement présente au niveau des desmosomes, alors que dans les cellules prolifératives, elle est principalement nucléaire. Nous mettons en évidence que la PrPc desmosomale est impliquée dans le maintien et l’intégrité de l’ensemble des jonctions intercellulaires (jonctions serrées, adhérentes et desmosomes) et contribue à la fonction de barrière de l’épithélium intestinal. La PrPc nucléaire, quant à elle, interagit avec plusieurs effecteurs de la voie de signalisation Wnt : la -caténine, la -caténine et le facteur de transcription TCF7L2. Dans ce contexte, nous révélons la capacité de la PrPc nucléaire à moduler l’expression de gènes cibles de la voie Wnt canonique. L’ensemble de ces travaux permet de révéler la PrPc comme un nouvel élément clé de l’homéostasie de l’épithélium intestinal – du maintien de la fonction de barrière jusqu’à la régulation de l’expression de gènes – et de définir la PrPc comme un nouveau membre de la famille des protéines NACos. / The cellular Prion Protein (PrPc), the normal conformer of the Scrapie protein, is a ubiquitous protein, which has been involved in several cellular processes such as proliferation, migration, adhesion, differentiation and apoptosis, through mechanisms that are not fully characterized. Intestinal epithelium is renewing constantly and its homeostasis requires a fine and coordinated regulation of all these processes. Our team has focused on PrPc functions in this tissue and has demonstrated that it is expressed in enterocytes, the major cell type in the intestinal epithelium, with a dual localization depending on the differentiation state of the cells. Indeed, in differentiated cells PrPc is localized in desmosomes while being mostly in the nucleus in proliferative cells. We demonstrated the involvement of desmosomal PrPc in the maintenance and integrity of all the intercellular junctions (tight, adherens junctions and desmosomes) and its requirement for the intestinal barrier function. PrPc in the nucleus interacts with key effectors of the Wnt pathway: -catenin, -catenin and the transcription factor TCF4/TCF7L2. In this context, we revealed the ability of nuclear PrPc to modulate the expression of a subset of Wnt target genes. Altogether, this work highlights the role of PrPc as a new key element of the intestinal epithelial homeostasis – from the barrier function to gene regulation – and allows considering PrPc as a new member of the NACos family proteins (proteins associated with the Nucleus and Adhesion Complexes).

La qualité et la fiabilité des infrastructures routières jouent un rôle majeur dans la sécurité routière. Cela est d'autant plus vrai lorsque qu'on s'intéresse à la circulation de véhicules autonomes qui doivent être capables à terme de circuler seuls dans l'environnement routier. Les récents travaux menés au sein de VEDECOM montrent qu'une signalisation horizontale routière claire et visible est importante dans sa prise de décision. La détection des lignes de marquage sont en grande partie réalisée par des caméras. Afin d'optimiser cette approche et prévenir les situations de non détection, cette thèse propose des outils d'analyse de fiabilité et d'aide à la maintenance de la signalisation horizontale. Aujourd’hui, la fiabilité des marquages est basée le phénomène de rétro-réflexion : un véhicule éclaire avec ses feux de croisement un marquage qui renvoie la lumière vers le conducteur. Pour établir son niveau de dégradation, des campagnes d'inspection sont réalisées par des rétro-réflectomètres montés sur des véhicules traceurs. La littérature des trente dernières années présente essentiellement des modèles de dégradation basés sur des méthodes de régression. Ces derniers présentent de nombreuses difficultés à être déployés dans le cadre d'un plan de maintenance. Cette thèse propose d'aborder ces questions sous l'angle de la théorie de la fiabilité et de la maintenance tout en tenant compte des pratiques actuelles. Une ligne de marquage est ici interprétée comme un système multi-composants monté en parallèle. Cette thèse propose de l'analyser en quatre points. Premièrement, l'ensemble des inspections est formalisé en une base de suivi. Si des données sont manquantes et si l'historique de maintenance est indisponible, alors différentes approches basées sur une Classification Ascendante Hiérarchique (CAH) sont proposées afin de les estimer. Deuxièmement, l'entretien de la totalité d'une ligne est logistiquement délicat. Une CAH de la base de suivi a pour fonction d'établir les marquages suivant un même modèle de dégradation. Les clusters sont géographiquement localisés et corrélés à des situations précises comme un échangeur ou une agglomération. Pour ces raisons, ils sont interprétés comme des zones de maintenance stratégiques. Troisièmement, réaliser une analyse de Weibull des marquages. Les rétro-réflectomètres n'indiquent pas précisément les instants de défaillance. Ils sont statistiquement censurés à gauche, à droite ou par intervalle. En alternative à la méthode du Maximum de Vraisemblance, une approche basée sur un algorithme EM est proposé afin d'établir le modèle de Weibull et les censures estimées les plus vraisemblables. Dernièrement, deux stratégies de maintenance sont proposées : systématique par rapport à l'âge et conditionnée par la dégradation courante. Elles sont en adéquation avec les pratiques de maintenance. La première permet une gestion passive de l'entretien tandis que la seconde permet une connaissance avancée de la ligne de marquage dans le temps. A partir d'un système multi-composants non réparable et fortement censuré, les composants suivant un même modèle de dégradation sont classables, chaque groupe connait un modèle de durée de vie et finalement il est possible de déduire un plan de maintenance adapté / The quality and reliability of road infrastructure and its equipment play a major role in road safety. This is especially true if we are interested in autonomous car traffic. Recent papers from VEDECOM Institut proves that a clear and reliable road marking is important in it decison making. Marking lanes are detected by camera. These markings need an accurate maintenance strategy to guarantee that the markings remain perceptible. This report proposes different solutions based on the reliabilty and maintenance theory. Today, the markings reliability is based on the retroreflective illuminance. A retroreflective marking reflects light from a vehicle headlight back in the direction of the driver. Marking retroreflectivity can be dynamically inspected using a retroreflectometer. The litterature of the last thirty years proposes degradation models for retroreflective marking based on a regression model. All of them have a common weakness: they are difficult to apply directly to a given road network. This report presents maintenance models who math with current maintenance actions. A marking lane is interpreted as multi-unit systeme. All unit are laid in parallel. The global maintenance strategy is based on four points. First, the whole inspection data is formalized into one monitoring base. If inspection data is missing or if the maintenance historic is unavailable else an estimation process based on the Agglomerative Hierarchical Clustering (AHC) is proposed. Second, to replace a whole markings lane is logistically difficult to work. Again, an AHC of the monitoring proposed several clusters. Each cluster presents it own degradation model. Clusters are geographically tracked and correlated to specific situation (interchange, urban area, bypass...). That's why a cluster is interpreted as a maintenance strategic area. Thirdly, a Weibull analysis of each cluster is done. Current retroreflectometers cannot detects the exact faillure moment. this information is statistically censored. Three cases are identified : left, right and interval censored. To parameter a Weibull model, an EM Algorithm is propoased as an alternative to the Maximum Likelihood Estimator. This algorithm is also an estimator to censored markings life time. Lastly, two classic preventive maintenance strategies are proposed : systematic according to the age and conditionned to the current degradation. Each one is credible according the current maintenance practice. The first prposed a passsive managament of the markings maintenance. The second ensures an advanced knowledge of the road network over the time. On a multi-unit system no-repairable and strongly censored, units which admit the same degradation model are identified by a clustering approach. Each cluster present it own Weibull analysis. Finally, an adapted maintenance strategy is done

L’huître creuse Crassostrea gigas est un mollusque hermaphrodite alternatif dont le cycle dereproduction est annuel. Sa gamétogenèse est soutenue par des réserves énergétiques, stockées dansun tissu conjonctif de réserve entourant la gonade. Des travaux antérieurs ont montré l’implication dusystème insuline dans ce processus liant étroitement alimentation, énergie stockée et gamétogenèse.Le fonctionnement des étapes précoces de gamétogenèse reste encore méconnu chez l’huître. Cetravail a permis d’identifier les cellules germinales souches (GSC) et les progéniteurs potentiels en sebasant sur une approche d’histologie quantitative couplée au marquage des cellules germinales par unanticorps homologie anti-Oyvlg (Oyster vasa-like gene). Certains éléments constitutionnels de la nichegerminale ont également été identifiés, notamment la présence d’une cellule somatique associée à lacellule germinale souche potentielle qui présente un marquage par un anticorps hétérologue anti-BMP2/4. En amont de l’étude concernant la régulation des étapes précoces de gamétogenèse par lesvoies des insulines, le criblage in silico des bases de données a permis d’identifier des ligands, unrécepteur et de nombreux effecteurs du signal insuline conservés chez C. gigas. Six IRPs (InsulinRelated Peptides) ont été caractérisés ce qui a permis de retracer l’histoire évolutive des IRPs chez lesmollusques. D’après leur profil d’expression en qPCR et HIS, Cg-mip123 et Cg-ilp sont susceptiblesd’être impliqués dans le contrôle de la reproduction. Ces IRPs peuvent se lier à un récepteur CIR (C.gigas Insulin Receptor) dont la séquence complète a été décrite. Les acteurs des voies de signalisationde l’insuline sont également conservés chez l’huître et exprimés dans la gonade. Pour aller plus loin surle rôle de ces IRPs dans les étapes précoces de gamétogenèse, un conditionnement alimentaire (à jeunvs alimentés en Isochrysis galbana) a été réalisé sur des huîtres en première gamétogenèse. Lesrésultats de ce conditionnement montrent que l’apport nutritif augmente la différenciation des GSCainsi que les proliférations goniales. L’implication du signal insuline dans ce contrôle devra êtreprécisée. / The Pacific oyster Crassostrea gigas is an alternative hermaphrodite mollusc with an annualreproduction cycle. Its gametogenesis is supported by energy reserves, store in a conjunctive storagetissue surrounding the gonad. Previous studies have shown the insulin system involvement in thisprocess closely connecting diet, energy reserves and gametogenesis. The functioning of earlygametogenetic stages stays unknown in the oyster. This work allows the identification of putative germstem cells (GSC) et progenitors on the basis of histological quantitative approach combined with agerm cells labelling by homologous antibody against Oyvlg (Oyster vasa-like gene). The maincomponents of the germinal niche have also been identified including a somatic cell, associated to theputative germ stem cell, with a heterologous antibody against BMP2/4 labelling. Above the study ofthe early gametogenetic stages regulation by insulin signalling, the genomic and transcriptomic-widescreening allows the identification of ligands, receptor et several effectors conserved in C. gigas. SixIRPs (Insulin Related Peptides) have been characterized which inform about the evolutionary history ofmolluscan IRPs. According to the expression profiles, in qPCR and ISH, Cg-mip123 and Cg-ilp may beinvolved in the reproduction process. These IRPs are able to bind the CIR (C. gigas Insulin Receptor)receptor whose sequence has been described. The insulin signalling effectors are also conserved in C.gigas and expressed in the gonad. To better understand the involvement of IRPs in the early stagesfunctioning, a food conditioning (unfed vs fed with Isochrysis galbana) has been done with oysters intheir first gametogenesis. The results showed that nutrient intake increases GSC and gonial mitosis.The involvement of insulin signalling has to be clarified.

Les ciliopathies sont un groupe de maladies génétiques multi-systémiques liées à un dysfonctionnement du cil primaire, une structure sensorielle présente à la surface des cellules qui régule des voies de signalisation clés au cours du développement et de l'homéostasie tissulaire. Afin d'identifier de nouveaux gènes responsables de ciliopathies développementales sévères, ~ 500 patients / fétus ont été analysés par une approche de séquençage à haut débit de l'exome ciblant > 1 200 gènes ciliaires ("ciliome"). Nous avons identifié huit nouvelles mutations dans le gène NEK8/NPHP9 chez cinq familles dont les syndromes se chevauchent. NEK8/NPHP9 code une protéine kinase de la famille des NIMA qui se localise au niveau du compartiment Inversine du cil primaire et agit comme un régulateur de la signalisation Hippo, une voie essentielle contrôlant la taille des organes. Nous montrons pour la première fois que les mutations du gène NEK8 sont associées à une agénésie rénale et une hypodysplasie. De plus, notre travail met en évidence une corrélation génotype/phénotype: les mutations "perte de fonction" de NEK8 conduisant à reins élargies et kystiques, des kystes pancréatiques et hépatique, alors que les mutations faux-sens de NEK8 causent une hypodysplasie/agénésie rénale associée à une cardiopathie et une paucité des canaux biliaires. La première partie de mon projet de thèse porte sur l'étude de l'impact des mutations faux-sens de NEK8 sur divers processus cellulaires et des voies de signalisation dépendantes de NEK8. Nous avons démontré un effet "gain de fonction" des mutations faux-sens de NEK8 puisqu'elles affectent la ciliogenèse et la composition du compartiment Inversine (localisation ciliaire de ANKS6). De plus, ces mutations altèrent la localisation nucléaire de YAP, le principal acteur de la voie Hippo, ainsi que l'expression des gènes cibles de YAP dans les fibroblastes de patients et dans la lignée cellulaire rénale (mIMCD3) invalidée pour NEK8. De même, nous avons montré une accumulation anormale de YAP nucléaire dans les reins polykystiques de la souris Jck, porteuse d'une mutation faux-sens de Nek8. Un déséquilibre de la voie Hippo serait donc à l'origine des défauts de morphogenèses épithéliales. En effet, les cellules mIMCD3 invalidées pour NEK8 forment en culture 3D des structures anormales et/ou des sphères élargies qui s'accompagnent d'une persistance du marquage nucléaire de YAP et Ki-67 et forment de grandes sphères par rapport aux cellules contrôles. Des défauts plus sévères ont été observés pour les cellules ré-exprimant les différents mutants de NEK8, confirmant la pathogénicité de ces mutations et leur effet "gain de fonction". Enfin, le traitement par la Vertéporfine, un inhibiteur spécifique de l'activité transcriptionnelle de YAP, améliore non seulement le phénotype des fibroblastes de patients et des cellules rénales invalidées pour NEK8 en culture 3D, mais également in vivo les anomalies observées chez les embryons de poisson zèbre dues à la surexpression de la forme NEK8 humaine, confirmant ainsi l'implication d'une dérégulation de YAP dans les mécanismes physiopathologiques. Par ailleurs, nous avons observé que les mutants de NEK8 s'accumulent de manière anormale au niveau de l'appareil de Golgi dans les fibroblastes de patients, et que cet appareil de Golgi apparait dispersé. Nos résultats montrent que le recrutement de NEK8 au Golgi est sensible à la Brefeldine A et dépendrait donc de ARF1, une petite GTPase impliquée dans le trafic de protéines entre les compartiments du Golgi et du réticulum endoplasmique. Nous avons démontré que NEK8 interagit et co-localise préférentiellement avec la forme d'ARF1 liée au GDP, suggérant pour NEK8 une possible fonction de facteur d'échange d'ARF1 à des sites spécifiques (appareil de Golgi, membranes, cil) afin de promouvoir le trafic vésiculaire de protéines telles que les protéine ciliaires. (...) / Ciliopathies are a group of genetic multi-systemic disorders related to dysfunction of the primary cilium, a sensory organelle present at the cell surface that regulates key signaling pathways during development and tissue homeostasis. In order to identify novel genes whose mutations would cause severe developmental ciliopathies, ~500 patients/fetuses were analyzed by a targeted high throughput sequencing approach allowing exome sequencing of > 1200 ciliary genes. We have identified eight novel mutations in NEK8/NPHP9 in five independent families with severe overlapping syndromic disorders. NEK8/NPHP9 encodes a NIMA-related kinase that localizes at the inversin compartment of the primary cilium and acts as a regulator of Hippo signaling, a pathway that is essential for control of organ size during development. We show for the first time that NEK8 mutations are associated with renal agenesis and hypodysplasia, and our work highlights a genotype/phenotype correlation with NEK8 loss-of-function mutations leading to enlarged cystic kidney, pancreas and liver, whereas NEK8 gain-of-function (missense) mutations cause renal hypodysplasia, cardiopathy and paucity of bile ducts. The first part of my thesis project focuses on the study of the impact of these NEK8 missense mutations on various cellular processes and NEK8-dependent signaling pathways. We demonstrate that NEK8 missense mutations impair the Inversin (INVS) compartment composition and ciliogenesis, and also alter the nuclear localization of the main Hippo signalling effector, YAP, as well as expression of its target genes in patient fibroblasts and renal cell lines. We also demonstrated that this Hippo pathway imbalance causes epithelial morphogenesis defects in 3D matrigel culture. Indeed, mIMCD3 cells depleted for NEK8 showed persistent YAP and Ki-67 staining and formed bigger spheres compared to control cells. Abnormal sphere volume was also observed in cells re-expressing NEK8-GFP mutations, suggesting their pathogenicity. We confirm these data in vivo in Jck mice, a model of polycystic kidney disease bearing a Nek8 missense mutation. Finally, treatment with Verteporfin, a specific inhibitor of YAP transcriptional activity, improves the mutant phenotype of both cellular models and zebrafish embryos overexpressing human NEK8, further supporting the involvement of YAP dysregulation in the pathogenic cellular mechanisms. Surprisingly, in patient fibroblasts, we showed that mutated NEK8 accumulates at the Golgi that appeared dispersed. NEK8 recruitment at the Golgi apparatus is dependent on ARF1 (Brefeldin A sensitive), a small GTPase involved in protein trafficking between Golgi compartments and ER. We notably demonstrated that NEK8 mostly interacts and localizes with the dominant negative form of ARF1 (T31N), suggesting that NEK8 could act as an activator (GEF) of ARF1 to promote vesicular trafficking of ciliary proteins. The second part of my project focuses on a new candidate gene for which a missense homozygous mutation has been identified in 3 individuals presenting a late onset NPH with hepatic fibrosis. This gene encodes ANKS3, an evolutionarily conserved protein whose function is still poorly characterized. Interestingly, ANKS3 has been reported to be a partner of NEK8, even though we showed it does not localize at the INVS compartment with NEK8 but is rather present at the base of cilia in fibroblasts. We showed that the missense mutation does not affect ANKS3 localization but leads to longer cilia and abnormal accumulation of NEK8 at the cilium base in patient fibroblasts and kidney tubules. Altogether, my work focused on NEK8 and its partners, ANKS6 and ANKS3, each of whose related gene is mutated in patients presenting a broad clinical spectrum of phenotypes. (...)

L’adénomyose est une pathologie chronique bénigne de l’utérus caractérisée par une infiltration du myomètre par du tissu endométrial composé de glandes et de stroma avec une hypertrophie et une hyperplasie des cellules musculaires lisses adjacentes. Cette maladie fréquente de la femme en âge de procréer cause des symptômes invalidants comme des dysménorrhées, des saignements utérins anormaux et une infertilité. L’adénomyose utérine est souvent associée à d’autres pathologies gynécologiques bénignes œstrogéno-dépendantes comme les léiomyomes utérins et l’endométriose. Les options thérapeutiques médicamenteuses sont purement symptomatiques et non-curatives et l’adénomyose reste une cause majeure d’hystérectomie. Les mécanismes physiopathologiques qui aboutissent au développement de l’adénomyose sont probablement multifactoriels et ne sont que partiellement compris actuellement. Selon la théorie la plus communément admise, l’adénomyose trouve son origine dans la couche basale de l’endomètre avec une invagination de cellules entre les faisceaux musculaires et/ou le long de vaisseaux lymphatiques. De multiples facteurs pourraient être impliqués dans l’initiation de cette invasion, notamment une résistance à l’action de la progestérone, une production intra-lésionnelle d’œstrogènes par activation de l’aromatase, des anomalies myométriales prédisposant à l’invasion, des lésions tissulaires induites par la grossesse, l’accouchement, le dyspéristaltisme utérin ou iatrogènes et des anomalies de l’endomètre le prédisposant à l’invasion. Dans un premier temps nous détaillons, dans un article de revue, les traitements médicamenteux actuellement utilisés pour traiter les symptômes causés par l’adénomyose et discutons les mécanismes physiopathologiques qui pourraient être la cible de nouveaux traitements médicamenteux. Ensuite, nous exposons les résultats de l’étude in vitro des voies de signalisation cellulaires des mitogen-activated protein kinases (MAPKs) et phosphatidylinositol 3 kinase/Akt/mammalian target of rapamycin (PI3K/mTOR/Akt) dans les cellules musculaires lisses utérines issues de femmes avec de l’adénomyose et de témoins sans adénomyose. Nous montrons une augmentation de la prolifération des cellules myométriales avec une activation in vitro de la voie MAPK/ERK chez les femmes avec de l’adénomyose en comparaison avec les témoins. L’activation de la voie PI3K/mTOR/Akt n’est pas significativement différente. La production de dérivés réactifs de l’oxygène et leurs voies de détoxification ne sont pas différentes dans les cellules myométriales de femmes avec de l’adénomyose et celles de témoins, ce qui suggère une activation de la voie des MAPK/ERK indépendante des dérivés réactifs de l’oxygène. Nos résultats montrent que des inhibiteurs des protéines kinases et le rapanalogue temsirolimus contrôlent la prolifération des cellules myométriales in vitro, ce qui suggère une implication des voies de signalisation MAPK/ERK et PI3K/mTOR/Akt dans la prolifération des cellules musculaires lisses dans l’adénomyose et les léiomyomes. Finalement, nous avons étudié l’ostéopontine comme biomarqueur sérique dans une cohorte de femmes en âge de procréer opérées pour des pathologies gynécologiques bénignes. La présence d’endométriose a été déterminée chirurgicalement et les lésions endométriosiques ont été confirmées histologiquement et classées en lésions superficielles, endométriomes ou lésions invasives profondes. La présence d’adénomyose a été déterminée par imagerie par résonance magnétique préopératoire et deux types d’adénomyose ont été caractérisés : l’adénomyose diffuse, l’adénomyose focale avec ou sans lésions diffuses associées. L’ostéopontine sérique est diminuée en cas d’adénomyose focale et de lésions d’endométriose profonde en comparaison avec des témoins sains et augmentée dans l’endométriose superficielle en comparaison avec l’endométriose profonde. (...) / Adenomyosis is chronic benign uterine disease characterized by myometrial infiltration by endometrial tissue – both glands and stroma – with hypertrophy and hyperplasia of surrounding smooth muscle cells. This frequent disease occurring in reproductive age women causes invalidating symptoms such as dysmenorrhoea, abnormal uterine bleeding and infertility. Adenomyosis is frequently associated with other estrogen-dependant gynaecologic diseases such as uterine leiomyomas and endometriosis. Medical treatments are non-curative and act purely by alleviating symptoms and adenomyosis remains a major cause of hysterectomy. Physiopathological mechanisms underlying the disease are probably multifactorial and currently not fully elucidated. According to the most widely accepted theory adenomyosis originates from the basal layer of the endometrium which invaginates between smooth muscle cell bundles and/or along lymphatic vessels. Multiple factors could be implicated in triggering this invasion, amongst others resistance to progesterone, intra-lesional production of estrogens through aromatase activation, myometrial anomalies predisposing to invasion, tissue lesions induced by pregnancy, labour, uterine dysperistaltism or iatrogenic and endometrial anomalies predisposing to invasion. First, in a clinical review article, we detail current medical therapies used to alleviate adenomyosis-associated symptoms and discuss physiopathological mechanisms that could be targets for novel medical treatments. We then describe an in vitro study on the activation of the mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and phosphatidylinositol three kinase/mammalian target of rapamycin/Akt (PI3K/mTOR/Akt) signalling pathways in uterine smooth muscle cells derived from women with adenomyosis and from adenomyosis-free controls. We show an increased proliferation of uterine smooth muscle cells related to the in vitro activation of the MAPK/ERK pathway in women with adenomyosis compared to controls. The activation of PI3K/mTOR/Akt was not significantly different. The production of reactive oxygen species and their detoxification enzymes were not different in uterine smooth muscle cells of women with adenomyosis compared to controls suggesting a reactive oxygen species independent activation of the MAPK/ERK pathway. Our results also show that inhibitors of protein kinases and the rapanalogue temsirolimus control the in vitro proliferation of uterine smooth muscle cells suggesting an implication of both MAPK/ERK and PI3K/mTOR/Akt in the proliferation of uterine smooth muscle cells in adenomyosis and leiomyomas. Finally, we studied osteopontin as a serum biomarker in a cohort of reproductive-age women undergoing surgery for benign gynaecological conditions. The presence of endometriosis was determined surgically and endometriosis lesions were confirmed histologically and classified into superficial lesions, endometriomas and deep infiltrating lesions. The presence of adenomyosis was determined by magnetic resonance imaging before surgery and women were classified according to two types of adenomyosis: diffuse adenomyosis, focal adenomyosis with or without associated diffuse lesions. Osteopontin levels were decreased in case of focal adenomyosis and deep infiltrating endometriosis compared to disease-free women and increased in superficial endometriosis compared to deep infiltrating endometriosis. Osteopontin, a secreted glycoprotein implicated in inflammation and in tumor-metastasis, is not a biomarker of disease severity in endometriosis and adenomyosis but could reflect events implicated in peritoneal dissemination of endometriosis lesions.

Gliotransmitters dérivés de l'astrocyte glutamate et l'ATP modulent l'activité neuronale. Cependant, il reste à savoir comment les astrocytes contrôlent la libération et coordonnent les actions de ces gliotransmetteurs. Dans la première partie de ma thèse, en utilisant l'expression transgénique de la canalrhodopsine 2 (ChR2) sensible à la lumière dans les astrocytes, nous avons observé que la photostimulation augmentait de manière fiable le potentiel d'action des neurones pyramidaux de l'hippocampe. Cette excitation repose principalement sur une libération de glutamate dépendant du Ca2+ par les astrocytes qui active les NMDR neuronaux extrasynaptiques. Remarquablement, nos résultats montrent que l'augmentation de Ca2+ induite par ChR2 et la libération ultérieure de glutamate sont amplifiées par l'activation autocrine induite par l'ATP/ADP des récepteurs P2Y1 sur les astrocytes. Ainsi, l'excitation neuronale est favorisée par une action synergique de la signalisation glutamatergique et purinergique autocrine dans les astrocytes. Ce nouveau mécanisme peut être particulièrement pertinent pour les conditions pathologiques dans lesquelles la concentration extracellulaire d'ATP est augmentée et agit comme un signal de danger majeur. Dans la seconde partie de ma thèse, nous rapportons que la photostimulation sélective des astrocytes ChR2 dans le gyrus denté facilite la transmission synaptique excitatrice sur les cellules granulaires via l'activation des NMDR pré-synaptiques contenant GluN2B. De plus, nous avons découvert que l'élévation intracellulaire du Ca2+ induite par l'ATP et dérivée de l'ATP contrôlait étroitement la libération du glutamate par les astrocytes au cours de la photostimulation des astrocytes. Nos résultats fournissent des preuves d'une relation étroite entre l'ATP dérivé d'astrocyte et le glutamate. / Astrocyte-derived gliotransmitters glutamate and ATP modulate neuronal activity. It remains unclear, however, how astrocytes control the release and coordinate the actions of these gliotransmitters. In the first part of my thesis, using transgenic expression of the light-sensitive channelrhodopsin 2 (ChR2) in astrocytes, we observed that photostimulation reliably increases action potential firing of hippocampal pyramidal neurons. This excitation relies primarily on a Ca2+-dependent glutamate release by astrocytes that activates neuronal extra-synaptic NMDRs. Remarkably, our results show that ChR2-induced Ca2+ increase and subsequent glutamate release are amplified by ATP/ADP-mediated autocrine activation of P2Y1 receptors on astrocytes. Thus, neuronal excitation is promoted by a synergistic action of glutamatergic and autocrine purinergic signaling in astrocytes. This new mechanism may be particularly relevant for pathological conditions in which ATP extracellular concentration is increased and acts as a major danger signal. In the second part of my thesis, we report that selective photostimulation ChR2 positive astrocytes in dentate gyrus facilitates excitatory synaptic transmission onto granule cells via the activation of pre-synaptic GluN2B-containing NMDRs. Moreover, we discovered that astrocyte-derived ATP-mediated intracellular Ca2+ elevation tightly controls glutamate release from astrocytes during astrocyte photostimulation. Our results provide evidence for a close relationship between astrocytic-derived ATP and glutamate.

La sous-unité catalytique p110 de la phosphatidylinositol-4,5-biphosphate 3-kinase (PI3K) est exprimée spécifiquement dans les leucocytes, et possède un rôle central dans la biologie des lymphocytes. Des mutations germinales dominantes gain-de-fonction de PI3KCD (codant p110 ) ont été identifiées récemment chez des patients présentant une immunodéficience combinée caractérisée par une présentation clinique hétérogène incluant des infections récurrentes des voies respiratoires et des lymphoproliférations associées à une virémie EBV et/ou CMV élevée, connue sous le nom de syndromes APDS. L’hétérogénéité des présentations cliniques suggère l’existence de facteurs secondaires, génétiques ou environnementaux. Au cours de ma thèse de doctorat, j’ai rapporté le cas de deux nouveaux patients présentant des anomalies génétiques affectant la voie PI3K. Le premier patient, né dans une famille consanguine, présentait une mutation gain- de-fonction de PIK3CD déjà décrite. Par séquençage de l’exome du patient, nous avons identifié une seconde mutation homozygote non-sens de SEC14L2, un régulateur connu de la voie PI3K. Nous avons analysé le phénotype et la fonctionnalité des lymphocytes du patient, et avons mis en évidence in vitro certains mécanismes de régulation de l’activation lymphocytaire par SEC14L2. Enfin, nous avons réalisé une étude de transcriptome afin d’identifier les voies de régulation dérégulées chez notre patient. Dans l’ensemble, ces résultats ont permis d’identifier le premier co-facteur génétique associé au syndrome APDS. Le second patient est également né dans une famille consanguine et présentait des infections sévères des voies respiratoires et un syndrome d’infection chronique à l’EBV (CAEBV) fatal. Par séquençage de l’exome du patient, nous avons identifié une mutation homozygote rare dans PIK3CD. Une modélisation de la structure de la protéine a montré que l’acide aminé muté se situe dans le domaine catalytique de p110 , dans une boucle phylogénétiquement conservée interagissant avec la sous-unité régulatrice p85↵ de la PI3K, et que la mutation conduisait à la perte de cette interaction. In vitro, la mutation de p110 cause la perte de l’activité PI3K, et les lymphocytes T du patient présentaient une diminution de phosphorylation d’AKT et de p70 S6K, deux cibles de la PI3K. Les lymphocytes T du patient présentaient également une production diminuée d’IFN- et de TNF↵, et un excès de prolifération et de flux calcium suite à la stimulation du TCR. Des lignées cellulaires Jurkat déficientes pour PIK3CD générées par CRISPR/Cas9 ont également présenté un défaut de phosphorylation d’ATK et un excès de prolifération et de flux calcium. L’expression de la version sauvage de p110 dans ces cellules, mais pas de la version mutée, a permis une restauration des réponses normales, prouvant l’implication de la mutation dans les phénotypes cellulaires identifiés. De manière intéressante, nous avons mis en évidence l’existence d’un équilibre entre l’activité PI3K et PLC- 1 lors de l’activation T, qui pourrait être expliqué par une compétition pour l’accès à leur substrat commun, le PIP2. Enfin, nous avons identifié chez notre patient une seconde mutation homozygote délétère dans le gène TNFRSF9. Cette mutation est également retrouvée chez la sœur saine du patient, qui présentait une réplication persistante de l’EBV dans le sang, suggérant que cette mutation pourrait agir comme facteur génétique secondaire. Dans l’ensemble, cette étude à permis l’identification de la première immunodéficience associée à des mutations perte-de-fonction de PIK3CD. / The pathway p110 catalytic subunit of phosphatidylinositol-4,5-biphosphate 3-kinase (PI3K) is selectively expressed in leukocytes and has a central role in lymphocytes biology. Gain-of-function dominant germline mutations of PIK3CD (encoding p110 ) have been recently described in patients presenting a heterogeneous combined immunodeficiency associated with respiratory tract infections, lymphadenopathy and high EBV and/or CMV viremia. The heterogeneous clinical presentation suggests the existence of genetic or environmental modifying factors. In my thesis I report two new patients with different genetic defects causing CID. The first patient, born from a consanguineous family, presented a known gain-of- function mutation of PIK3CD. His clinical presentation was partially compatible with the already described patients. By whole exome sequencing, we identified a homozygous nonsense mutation in SEC14L2, a known regulator of PI3K pathway. We further analyzed the phenotype and functions of patient’s lymphocytes, and performed a transcriptome analysis to better characterize the implication of SEC14L2 mutation in the pathology. The second patient was born from consanguineous family and presented recurrent severe respiratory tract infections and a fatal Chronic Active EBV disease (CAEBV). By Whole Exome Sequencing, we identified a homozygous rare missense mutation in PIK3CD. 3D structure modelization showed that the mutated amino acid is located in p110 catalytic domain, in an evolutionarily conserved loop that interacts with alpha-helix of PI3K regulatory subunit p85a, which interaction is lost in mutated p110 . Phenotyping of patient’s circulating lymphocytes showed increased CD8+ T cells and reduced NK and CD4+ T cells. The mutation in PI3KCD resulted in impaired PI3K activity in vitro and in vivo. Moreover, patient’s T cells exhibited reduced activation-induced phosphorylation of AKT and p70-S6K, two indirect targets of p110 , that we restored by expressing wild type p110 . Patient’s T cells also showed a decreased induction of IFN- and TNF-↵ and an increased proliferation and calcium flux after TCR stimulation. By CRISPR CAS9 technology, we generated Jurkat T- cell lines expressing wild type or mutated PI3K. Jurkat cells expressing mutant PI3K showed decreased AKT phosphorylation and increased calcium flux and proliferation after TCR stimulation, confirming the implication of PIK3CD mutation in patient’s cells phenotype. Interestingly, we highlighted the existence of a balance between PI3K and PLC- 1 activity during T cell activation, that may be due to a competition for access to their shared substrate, the PIP2. Finally, we identified in our patient a second deleterious mutation in TNFRSF9 that is shared by his healthy sister, who also presented persistent EBV replication in blood, suggesting that this additional mutation may act as a modifying genetic factor. Taken together, the results presented in this thesis identified the first loss-of-function mutation in PIK3CD causing CID.