Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales très fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés sur 1000 naissances. Elles résultent d’une fermeture incomplète du tube neural lors de l’embryogenèse. L’étiologie des ATN est complexe impliquant des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. La souris représente un outil puissant afin de mieux comprendre la génétique des ATN. Particulièrement, la souris modèle a impliqué fortement la voie de la polarité cellulaire planaire (PCP) dans ces malformations. Dans cette étude, nous avons identifié et caractérisé une nouvelle souris mutante, Skam26Jus dans le but d’identifier un nouveau gène causant les ATN. Skam26Jus a été générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera. Cette souris est caractérisée par une queue en forme de boucle ou de crochet, soit un phénotype associé aux ATN. La complémentation génétique de la souris Skam26Jus avec une souris mutante d’un gène de la voie PCP Vangl2 (Looptail) a montré une interaction génétique entre le gène muté chez Skam26Jus et Vangl2, suggérant que ces deux gènes fonctionnent dans des voies de signalisation semblables ou parallèles. Un total de 50% des embryons doubles hétérozygotes avec un phénotype de la queue présentent un spina bifida. La cartographie par homozygotie du génome entier suivie par un clonage positionnel a permis d’identifier Lrp6 comme le gène muté chez Skam26Jus. Une mutation homozygote, p.Ile681Arg, a été identifiée dans Lrp6 chez les souris ayant une queue en boucle/crochet. Cette mutation était absente dans 30 souches génétiques pures indiquant que cette mutation est spécifique au phénotype observé. Une étude de phénotype-génotype évalue la pénétrance à 53 % de la mutation Ile681Arg. Lrp6 est connu pour activer la voie canonique Wnt/β-caténine et inhiber la voie non canonique Wnt/PCP. Le séquençage de la région codante et de la jonction exon-intron de LRP6 chez 268 patients a mené à l’identification de quatre nouvelles rares mutations faux sens absentes chez 272 contrôles et de toutes les bases de données publiques. Ces mutations sont p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys ; p.Val1386Ile; p.Tyr1541Cys et leur pathogénicité prédite in silico indiquent que p.Val1386Ile est bénigne, et que p.Tyr306Hiset p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys sont i possiblement dommageables. Les mutations p.Tyr306His, p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys ont affecté l’habilité de LRP6 d’activer la voie Wnt/β-caténine en utilisant le système rapporteur luciférase de pTOPflash. Nos résultats suggèrent que LRP6 joue un rôle dans le développement des ATN chez une petite fraction de patients ayant une ATN. Cette étude présente aussi Skam26Jus comme un nouveau modèle pour étudier les ATN chez l’humain et fournit un outil important pour comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine des A TN. / Neural tube defects (NTDs) are among the most common congenital malformations in humans affecting 1–2 infants per 1000 births. NTDs are caused by failure of the neural tube to close during embryogenesis. The most common forms of NTDs in humans are anencephaly and spina bifida. Their etiology is complex implicating both environmental and genetic factors. The mouse model represents a powerful tool to investigate the genetics of NTDs. Particularly, mouse mutants at genes belonging to the planar polarity pathway (PCP) developed severe forms of NTDs strongly implicating this pathway in the pathogenesis of NTDs. In this study, we identified and characterized a novel mouse mutant, Skam26Jus, as a model for NTDs. Skam26Jus was generated by N-Ethyl-N-Nitrosuera mutagenesis and displayed a characteristic kinky or loop tail that is considered as the minimal sign if NTDs. Complementation of Skam26Jus mutant with a PCP mouse mutant called Looptail (Lp) showed a genetic interaction between Skam26Jus and Vangl2, the gene mutated in Lp. This led to spina bifida in 50% of double heterozygotes with a kinky or looptail phenotype. Homozygosity mapping followed by a positional candidate gene approach led to the identification of Lrp6 as the gene mutated in Skam26Jus. We detected a homozygous mutation, p.Ile681Arg, in Lrp6 in Skam26Jus mice having loop/kinky tail phenotype. This mutation was absent in 30 inbred strains analyzed indicating that it is disease specific. Genotype-phenotype studies indicated a 52 % penetrance of the p.Ile681Arg mutation. Lrp6 is known to activate Wnt canonical β-catenin pathway and inhibit Wnt non canonical PCP pathway. Sequencing analysis of the open reading frame and exon-intron junctions of human LRP6 in 268 NTD patients led to the identification of 4 novel rare missense mutations that were absent in 272 controls analyzed and in all public databases. These mutations were p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys ; p.Val1386Ile ; p.Tyr1541Cys, and of these, p.Val1386Iso was predicted to be benign, and p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys and p.Tyr1541Cys were predicted to be possibly pathogenic using bioinformatics tools. Functional validation of these mutations with the luciferase reporter system pTOPflash assay demonstrated that mutation p.Tyr306His, p.Tyr373Cys and iii p.Tyr1541Cys reduced the ability of LRP6 to activate the Wnt canonical β-catenin pathway. Our data suggest that LRP6 could play a role in the development of NTDs in a small fraction of NTD patients. Our study also presents Skam26Jus as a new mouse model for the study of human NTDs and provides an important tool for better understanding of the molecular pathogenic mechanisms underlying NTDs.

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales parmi les plus fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés par 1000 naissances. Elles résultent d’un défaut de fermeture du tube neural pendant l’embryogenèse. Les formes les plus courantes d'ATN chez l'homme sont l'anencéphalie et le spina-bifida. Leur étiologie est complexe impliquant à la fois des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. Un dérèglement dans la signalisation Wnt, incluant la signalisation canonique Wnt/β-caténine et non-canonique de la polarité planaire cellulaire (PCP), peut causer respectivement le cancer ou les anomalies du tube neural (ATN). Les deux voies semblent s’antagoniser mutuellement. Dans cette étude, nous investiguons les rôles de Lrp6 et deANKRD6, entant qu’interrupteurs moléculaires entre les deux voies de signalisation Wnt, et CELSR1, en tant que membre de la PCP, chez la souris mutante Skax26m1Jus, générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera, et dans une cohorte de patients humains ATN. Pour Lrp6, nous avons démontré que Skax26m1Jus représente un allèle hypermorphe de Lrp6 avec une augmentation de l’activité de la signalisation Wnt/canonique et une diminution de l’activité JNK induite par la voie PCP. Nous avons également montré que Lrp6Skax26m1Jus interagit génétiquement avec un mutant PCP (Vangl2Lp) où les doubles hétérozygotes ont montré une fréquence élevée d’ATN et des défauts dans la polarité des cellules ciliées de la cochlée. Particulièrement, notre étude démontre l'association des nouvelles et rares mutations faux-sens dans LRP6 avec les ATN humaines. Nous montrons que trois mutations de LRP6 causent une activité canonique réduite et non-canonique élevée. Pour ANKRD6, nous avons identifié quatre nouvelles et rares mutations faux-sens chez 0,8% des patients ATN et deux chez 1,3% des contrôles. Notamment, seulement deux, des six mutations validées (p.Pro548Leu et p.Arg632His) ont démontré un effet significatif sur l’activité de ANKRD6 selon un mode hypomorphique. Pour CELSR1, nous avons identifié une mutation non-sens dans l'exon 1 qui supprime la majeure partie de la protéine et une délétionde 12 pb. Cette perte de nucléotides ne change pas le cadre de lecture et élimine un motif putatif de phosphorylation par la PKC " SSR ". Nous avons également détecté un total de 13 nouveaux et rares variants faux-sens qui avaient été prédits comme étant pathogènes in silico. Nos données confirment le rôle inhibiteur de Lrp6 dans la signalisation PCP pendant la neurulation et indiquent aussi que les mutations faux-sens identifiées chez LRP6 et ANKRD6 pourraient affecter un équilibre réciproque et un antagonisme très sensible à un dosage précis entre les deux voies Wnt. Ces variants peuvent aussi agir comme facteurs prédisposants aux ATN. En outre, nos résultats impliquent aussi CELSR1 comme un facteur de risque pour les anomalies du tube neural ou l’agénésie caudale. Nos résultats fournissent des preuves supplémentaires que la voie de signalisation PCP a un rôle pathogène dans ces malformations congénitales et un outil important pour mieux comprendre leurs mécanismes moléculaires. / Neural tube defects (NTDs) are among the most common congenital malformations in humans affecting 1–2 infants per 1000 births. NTDs are caused by failure of the neural tube to close during embryogenesis. The most common forms of NTDs in humans are anencephaly and spina bifida. Their etiology is complex implicating environmental and genetic factors. Wnt signaling has been classified as canonical Wnt/ β-catenin dependent or non-canonical planar cell polarity (PCP) pathway. Misregulation of either pathway is linked mainly to cancer or neural tube defects (NTDs) respectively. Both pathwaysseem to antagonize each other. In this study, we investigate the role of Lrp6andANKRD6 as molecular switches between both Wnt pathways as well as CELSR1 as PCP member, in a novel ENU mouse mutant of Lrp6 (Skax26m1Jus) and in human NTDs. For Lrp6, we demonstrate that Skax26m1Jus represents a hypermorphic allele of Lrp6 with increased Wnt canonical and abolished PCP-induced JNK activities. We also show that Lrp6Skax26m1Jusgenetically interacts with a PCP mutant (Vangl2Lp) where double heterozygotes showed an increased frequency of NTDs and defects in cochlear hair cells’ polarity. Importantly, our study also demonstrates the association of rare and novel missense mutations in LRP6 that is an inhibitor rather than an activator of the PCP pathway with human NTDs. We show that three LRP6 mutations in NTDs led to a reduced Wnt canonical activity and enhanced PCP signaling. For ANKRD6: We identified four rare missense mutations in 0.8% of the NTD patients and 2 rare missense mutations in 1.3% of the controls. Notably, when all 6 mutations were validated, only two mutations identified in NTD patients, p.Pro548Leu, p.Arg632His, significantly altered DIVERSIN activity in Wnt signaling assays in a hypomorphic fashion. For CELSR1: We identified one nonsense mutation in exon 1 of CELSR1 that truncates the majority of the protein in one NTD patient and one in-frame 12 bp deletion that removes a putative PKC phosphorylation“SSR” motif in one caudal agenesis patient. We also detected a total of 13 novel missense variants in 12 patients (11 NTDs and 1 caudal agenesis) that were predicted to be pathogenic in silico. Our data confirm an inhibitory role of Lrp6 in PCP signaling in neurulation and indicate that rare missense mutations in LRP6 and ANKRD6 could affect a balanced reciprocal and a highly dosage sensitive antagonism between both Wnt pathways in neurulation and act as predisposing factors to NTDs in a subset of patients. Also, our findings implicate CELSR1 as a risk factor for NTDs or caudal agenesis. Our findings provide additional evidence for a pathogenic role of PCP signaling in thesemalformations and an important tool for better understanding their molecular mechanisms.

Les carcinomes de la corticosurrénale (CC) sont des tumeurs malignes rares dont le pronostic est globalement sombre et les thérapeutiques encore limitées, la chirurgie étant le seul traitement efficace. Il est donc important de comprendre les mécanismes impliqués dans le développement et l'agressivité des CC. L’activation constitutive de la voie de signalisation Wnt/b-caténine est fréquente dans les CC (40%) et est associée à un caractère agressif. L’objectif de mon projet de thèse était d’étudier l’implication de la voie Wnt/β-caténine dans la tumorigenèse corticosurrénalienne. La lignée cellulaire humaine H295R, issue d’un CC présente une activation de la voie Wnt/β-caténine qui a pour origine une mutation activatrice de la β-caténine. Nous avons montré que l'invalidation de la β-caténine dans les cellules H295R inhibe l'activité transcriptionnelle de la voie Wnt/β-caténine, diminue la prolifération, augmente l'apoptose et bloque la progression du cycle cellulaire. De plus, nous avons montré que la voie Wnt/b-caténine est essentielle au développement tumoral de xénogreffes de ces cellules chez la souris. L’activation de la voie Wnt/b-caténine participe à la tumorigenèse de nombreux organes en régulant l’expression de gènes impliqués par exemple dans la prolifération, la survie cellulaire ou l'adhésion. Afin de mieux comprendre comment la voie Wnt/β-caténine participe à la tumorigenèse corticosurrénalienne, nous avons cherché à identifier les gènes cibles de cette voie dans les CC. L’analyse des transcriptomes de deux cohortes indépendantes de CC et des cellules H295R avec ou sans invalidation de la β-caténine a permis d’identifier des gènes dont l'expression est corrélée à l'activation de la voie Wnt/b-caténine. Nous avons montré que parmi ces gènes, AFF3 est essentiel pour transmettre les effets de l'activation de la voie Wnt/b-caténine dans les carcinomes de la corticosurrénale. En effet, AFF3 est un gène cible direct de la voie Wnt/b-caténine et son invalidation dans les cellules corticosurrénaliennes H295R diminue la prolifération cellulaire et déclenche l'apoptose à l'image de l'invalidation de la b-caténine. AFF3 est une protéine nucléaire, localisée au niveau des speckles qui sont impliqués dans l'épissage des ARNm. De plus, AFF3 interagit avec le P-TEFb (CDK9/CyclineT1/2) au sein du Super elongation complex (SEC) nécessaire à l’élongation de la transcription des ARNm par l'ARN polymérase II. Nous avons ainsi montré dans les cellules corticosurrénaliennes H295R, que la surexpression d'AFF3 altère l’organisation des speckles et la localisation de CDK9 et Cycline T1. En conclusion, ce travail a permis d'identifier une nouvelle cible transcriptionnelle de la voie de signalisation Wnt/b-caténine, AFF3, qui code pour un médiateur important des effets de l'activation de cette voie dans la tumorigenèse corticosurrénalienne. AFF3 agirait notamment en altérant la structure des speckles et en interagissant avec le P-TEFb qui sont importants respectivement pour l'épissage des ARNm et la transcription. Ces résultats conduisent à une meilleure compréhension de la tumorigenèse corticosurrénalienne et permettent d'envisager le P-TEFb et le SEC comme de nouvelles cibles thérapeutiques pour le traitement des CC. / Adrenocortical carcinoma (ACC) is a rare and highly aggressive endocrine neoplasm, with limited therapeutic option. Currently, surgical resection is considered the only effective treatment. It is therefore essential to understand the molecular mechanisms involved in ACC development in order to improve their clinical management. Activation of the Wnt/b-catenin signaling pathway is frequent (40%) in ACC and is associated with poor prognosis. The aim of my thesis was to study the involvement of the Wnt/b-catenin signaling pathway in adrenocortical tumorigenesis. The human cell line H295R, derived from an ACC, carries the S45P β-catenin mutation which leads to constitutive β-catenin/TCF transcriptional activity. In the ACC cell line H295R we show that β-catenin silencing resulted in a decreased transcriptional activity of the Wnt/b-catenin signaling, cell cycle alterations, a decreased cell proliferation and an increased apoptosis. Moreover we show that β-catenin silencing abolish xenograft development of H295R adrenocortical cells. Aberrant activation of the Wnt/b-catenin signaling promotes tumorigenesis of several organs by enhancing expression of genes involved in proliferation, cell survival or cell adhesion. To better understand the role of the Wnt/b-catenin signaling in adrenocortical tumorigenesis, we wanted to identify target genes of this pathway in ACC. Combined transcriptomic analysis on two independent cohorts of ACC and on H295R adrenocortical cells with or without β-catenin silencing allow us to identify alterations of gene expression due to aberrant Wnt/βcatenin pathway activation. Among these genes, we show that AFF3 is essential to mediate the effect of the activation of the Wnt/β-catenin signaling pathway in adrenocortical cancer. Indeed, AFF3 is a direct target gene of the Wnt/b-catenin and its silencing in H295R adrenocortical cells induces a decreased cell proliferation and an increased apoptosis similar to that induced by b-catenin silencing. AFF3 is a nuclear protein located in nuclear speckles, which serve as a reservoir of factors participating in mRNA splicing. Moreover, AFF3 interacts with P-TEFb (CDK9/CyclinT1/2) in the Super elongation complex (SEC) required for transcriptional elongation of mRNA by RNA polymerase II. In H295R adrenocortical cells, we show that strong overproduction of AFF3 altered the structural organization of nuclear speckles and the localization of CDK9 and Cycline T1. In conclusion, this study has identified a new transcriptional target of the Wnt/β-catenin signaling pathway, AFF3, which encodes an important mediator of this pathway in adrenocortical tumorigenesis. AFF3 might especially act by affecting the structural organization of speckles and interacting with the P-TEFb, which are respectively involved in mRNA splicing and transcription. These results provide a better understanding of the biological process involved in ACC development and suggest that P-TEFb and SEC could be new therapeutic targets for the treatment of ACC.

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Au cours de ma thèse, mes projets de recherche ont visé à mieux comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la prolifération et la spécification des cellules progénitrices dans la rétine du xénope à travers trois projets principaux. Le réseau de régulation qui contrôle la spécification des cellules progénitrices vers les sous-types neuronaux est à ce jour très peu connu. C’est dans ce contexte que j’ai étudié le rôle du facteur de transcription à domaine bHLH, Ascl1, dans la détermination des sous-types rétiniens au cours du développement. Par des approches in vivo de gain et perte de fonction d’Ascl1, des expériences d’épistasie et la recherche de ses cibles transcriptionnelles, j’ai pu mettre en évidence qu’Ascl1 (i) est impliqué dans la genèse des neurones GABAergiques rétiniens, (ii) qu’il est épistatique sur des facteurs glutamatergiques tels que Neurog2, NeuroD1 ou Atoh7, (iii) que son activité GABAergique est conférée par son domaine basique de liaison à l’ADN et (iv) que cette activité implique la régulation directe du facteur de transcription Ptf1a. Ces données ajoutent donc une nouvelle pièce au réseau transcriptionnel gouvernant la spécification des sous-types GABAergiques au cours du développement de la rétine. La mise en place correcte des types et sous-types cellulaires de la rétine nécessite une coordination avec le moment de sortie du cycle cellulaire des progéniteurs rétiniens. Dans ce contexte, j’ai contribué à l’avancée d’un projet visant à étudier le réseau de signalisation contrôlant la prolifération des précurseurs de la rétine. Par des approches in vivo, génétiques et pharmacologiques, cette étude a montré que les voies Wnt et Hedgehog s’antagonisent pour réguler l’activité proliférative des cellules souches et progénitrices rétiniennes. Nos données préliminaires suggèrent que ces voies agissent de façon opposée à la fois sur la sortie et sur la cinétique du cycle cellulaire. Ce travail nous a conduit à proposer un modèle selon lequel ces voies Wnt et Hedgehog réguleraient la balance entre prolifération et différenciation dans la rétine post-embryonnaire. Enfin, dans le but d’élargir nos connaissances sur les réseaux de signalisation et les réseaux transcriptionnels impliqués dans le contrôle de la prolifération et de la détermination cellulaire dans la rétine, j’ai également contribué à la recherche de nouveaux marqueurs spécifiques des différentes populations cellulaires rétiniennes au travers d’un crible à grande échelle par hybridation in situ. De nombreux gènes spécifiquement exprimés dans les cellules souches ou les cellules progénitrices constituent des gènes candidats pour de futures approches fonctionnelles. / My thesis research work aimed to better understand the molecular mechanisms underlying proliferation and specification of retinal progenitors in Xenopus through three main projects. As the mechanisms governing specification of retinal progenitors towards the different neuronal subtypes are still poorly understood, I focused my work on the role of Ascl1, a bHLH transcription factor, in cell-subtype determination during retinogenesis. Using in vivo gain- and loss-of-function experiments, I have investigated Ascl1’s epistatic relationships with other bHLH factors and identified its transcriptional targets. My results indicate that Ascl1 (i) is implicated in the genesis of retinal GABAergic neurons (ii) is epistatic to glutamatergic factors such as Neurog2, NeuroD1 and Atoh7 (iii) that its basic DNA-biding domain is sufficient for its GABAergic-inducing activity (iv) and that this activity involves a direct regulation of the Ptf1a transcription factor. The correct order of neural cell types and subtypes formation is tightly coordinated with the timing of cell-cycle exit of retinal progenitors. Ongoing work in the laboratory, to which I have contributed, was therefore investigating the role of signaling pathways controlling retinal precursor proliferation in this process. Using in vivo genetic and pharmacological tools, we have shown that an antagonistic cross-regulation between Wnt and Hedgehog signaling governs stem cell and progenitor proliferation in post-embryonic retina. Preliminary data shows that Wnt and Hedgehog have opposite effects on both cell cycle exit and kinetics and may therefore regulate the proliferation/differentiation balance in the post-embryonic retina. Lastly, in order to broaden our knowledge on the transcriptional and signaling networks which govern proliferation and cell fate determination in the retina, I have participated in a large scale screen by in situ hybridization aiming to identify new molecular markers of different retinal cell population. Many genes that are exclusively expressed in retinal stem cells or progenitors are promising candidates for future functional studies.

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales très fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés sur 1000 naissances. Elles résultent d’une fermeture incomplète du tube neural lors de l’embryogenèse. L’étiologie des ATN est complexe impliquant des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. La souris représente un outil puissant afin de mieux comprendre la génétique des ATN. Particulièrement, la souris modèle a impliqué fortement la voie de la polarité cellulaire planaire (PCP) dans ces malformations. Dans cette étude, nous avons identifié et caractérisé une nouvelle souris mutante, Skam26Jus dans le but d’identifier un nouveau gène causant les ATN. Skam26Jus a été générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera. Cette souris est caractérisée par une queue en forme de boucle ou de crochet, soit un phénotype associé aux ATN. La complémentation génétique de la souris Skam26Jus avec une souris mutante d’un gène de la voie PCP Vangl2 (Looptail) a montré une interaction génétique entre le gène muté chez Skam26Jus et Vangl2, suggérant que ces deux gènes fonctionnent dans des voies de signalisation semblables ou parallèles. Un total de 50% des embryons doubles hétérozygotes avec un phénotype de la queue présentent un spina bifida. La cartographie par homozygotie du génome entier suivie par un clonage positionnel a permis d’identifier Lrp6 comme le gène muté chez Skam26Jus. Une mutation homozygote, p.Ile681Arg, a été identifiée dans Lrp6 chez les souris ayant une queue en boucle/crochet. Cette mutation était absente dans 30 souches génétiques pures indiquant que cette mutation est spécifique au phénotype observé. Une étude de phénotype-génotype évalue la pénétrance à 53 % de la mutation Ile681Arg. Lrp6 est connu pour activer la voie canonique Wnt/β-caténine et inhiber la voie non canonique Wnt/PCP. Le séquençage de la région codante et de la jonction exon-intron de LRP6 chez 268 patients a mené à l’identification de quatre nouvelles rares mutations faux sens absentes chez 272 contrôles et de toutes les bases de données publiques. Ces mutations sont p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys ; p.Val1386Ile; p.Tyr1541Cys et leur pathogénicité prédite in silico indiquent que p.Val1386Ile est bénigne, et que p.Tyr306Hiset p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys sont i possiblement dommageables. Les mutations p.Tyr306His, p.Tyr373Cys et p.Tyr1541Cys ont affecté l’habilité de LRP6 d’activer la voie Wnt/β-caténine en utilisant le système rapporteur luciférase de pTOPflash. Nos résultats suggèrent que LRP6 joue un rôle dans le développement des ATN chez une petite fraction de patients ayant une ATN. Cette étude présente aussi Skam26Jus comme un nouveau modèle pour étudier les ATN chez l’humain et fournit un outil important pour comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine des A TN. / Neural tube defects (NTDs) are among the most common congenital malformations in humans affecting 1–2 infants per 1000 births. NTDs are caused by failure of the neural tube to close during embryogenesis. The most common forms of NTDs in humans are anencephaly and spina bifida. Their etiology is complex implicating both environmental and genetic factors. The mouse model represents a powerful tool to investigate the genetics of NTDs. Particularly, mouse mutants at genes belonging to the planar polarity pathway (PCP) developed severe forms of NTDs strongly implicating this pathway in the pathogenesis of NTDs. In this study, we identified and characterized a novel mouse mutant, Skam26Jus, as a model for NTDs. Skam26Jus was generated by N-Ethyl-N-Nitrosuera mutagenesis and displayed a characteristic kinky or loop tail that is considered as the minimal sign if NTDs. Complementation of Skam26Jus mutant with a PCP mouse mutant called Looptail (Lp) showed a genetic interaction between Skam26Jus and Vangl2, the gene mutated in Lp. This led to spina bifida in 50% of double heterozygotes with a kinky or looptail phenotype. Homozygosity mapping followed by a positional candidate gene approach led to the identification of Lrp6 as the gene mutated in Skam26Jus. We detected a homozygous mutation, p.Ile681Arg, in Lrp6 in Skam26Jus mice having loop/kinky tail phenotype. This mutation was absent in 30 inbred strains analyzed indicating that it is disease specific. Genotype-phenotype studies indicated a 52 % penetrance of the p.Ile681Arg mutation. Lrp6 is known to activate Wnt canonical β-catenin pathway and inhibit Wnt non canonical PCP pathway. Sequencing analysis of the open reading frame and exon-intron junctions of human LRP6 in 268 NTD patients led to the identification of 4 novel rare missense mutations that were absent in 272 controls analyzed and in all public databases. These mutations were p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys ; p.Val1386Ile ; p.Tyr1541Cys, and of these, p.Val1386Iso was predicted to be benign, and p.Tyr306His ; p.Tyr373Cys and p.Tyr1541Cys were predicted to be possibly pathogenic using bioinformatics tools. Functional validation of these mutations with the luciferase reporter system pTOPflash assay demonstrated that mutation p.Tyr306His, p.Tyr373Cys and iii p.Tyr1541Cys reduced the ability of LRP6 to activate the Wnt canonical β-catenin pathway. Our data suggest that LRP6 could play a role in the development of NTDs in a small fraction of NTD patients. Our study also presents Skam26Jus as a new mouse model for the study of human NTDs and provides an important tool for better understanding of the molecular pathogenic mechanisms underlying NTDs.

L’ostéoarthrose (OA) est une pathologie de forte incidence affectant les articulations. Elle est caractérisée principalement par une dégradation du cartilage articulaire, un déséquilibre au niveau du remodelage osseux et une sclérose de l’os sous-chondral. L’étiologie de cette pathologie reste encore méconnue, cependant il semble de plus en plus que tous les tissus composant l’articulation soient affectés dans cette pathologie. L’importance du rôle de l’os dans le développement de l’OA est incontestable et représente donc une cible thérapeuthique intéressante. Des études effectuées par tomodensitométrie ont démontré une structure et une organisation anormales du tissu osseux des patients OA. Parallèlement, les cultures primaires d’ostéoblastes (Ob) humains OA issus de l’os sous-chondral démontrent un phénotype altéré et une faible minéralisation in vitro. La signalisation Wnt, essentielle dans l’embryogenèse, a montré avoir un rôle clé dans la régulation de l’ostéogenèse en régulant notamment la différenciation terminale des Ob. Le facteur de croissance transformant-β1 (TGF-β1), un facteur agissant notamment sur la prolifération et sur le début de la différenciation des Ob, est surexprimé par les Ob OA et pourrait moduler cette signalisation. Aussi, deux populations de patients OA peuvent être différenciées in vitro par la production de prostaglandines E2 (PGE2) par leurs Ob et les PGE2, dans une étude sur le cancer colorectal, ont montré moduler la signalisation Wnt. Notre hypothèse de travail est que l’activation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine est diminuée dans les Ob OA. Cette diminution est responsable de la sous-minéralisation et de l’altération du phénotype des Ob humains OA. Par ailleurs, DKK2, dont l’expression est contrôlée par TGF-β1, est responsable de la diminution de l’activité Wnt/β-caténine et les PGE2 peuvent en partie corriger cette situation. L’objectif général de cette étude est d’une part, de démontrer le rôle de TGF-β1, DKK2 et de PGE2 sur l’altération de la signalisation Wnt/β-caténine et d’autre part, de démontrer le lien entre TGF-β1 et DKK2 et l’effet de ces derniers sur le phénotype des Ob. Dans cette étude on a montré que la signalisation canonique Wnt est altérée dans les Ob OA et que cela était responsable de l’altération du phénotype des Ob OA. On a montré, parmi les acteurs de la signalisation Wnt, que l’expression de l’antagoniste Dickkopf-1 (DKK1) était relativement similaire entre les Ob OA et normaux contrairement à celle de l’antagoniste DKK2 qui était augmentée et à celle de l’agoniste Wnt7B qui était diminuée dans les Ob OA. On a également montré que les PGE2 pouvaient potentialiser l’activité de la signalisation Wnt dans les Ob OA. L’inhibition de DKK2 a permis d’augmenter l’activité de la signalisation Wnt et de corriger le phénotype anormal ainsi que d’augmenter la minéralisation des Ob OA. L’inhibition de TGF-β1, un facteur aussi surexprimé dans les Ob OA, a également permis la correction du phénotype et l’augmentation de la minéralisation dans les Ob OA. L’inhibition de TGF-β1 a aussi menée à l’inhibition de DKK2. Le contraire ne fût pas observé démontrant ainsi la régulation de DKK2 par TGF-β1. En conclusion, la signalisation canonique Wnt est diminuée dans les Ob OA et cela est dû au niveau élevé de DKK2 dans ces Ob. TGF-β1 régule positivement DKK2 et donc la surexpression de TGF-β1 entraîne celle de DKK2 ce qui a pour conséquences d’altérer le phénotype des Ob. Les PGE2 ont aussi montré pouvoir potentialiser l’activité de la signalisation Wnt et auraient donc un rôle positif. Ensemble, ces données suggèrent que ces altérations au niveau des Ob OA pourraient être responsables de la structure osseuse anormale observée chez les patients OA. / Osteoarthritis (OA) is a disease affecting joints and it has a very strong incidence in the population. It is characterized by articular cartilage degradation, an abnormal bone remodelling cycle and subchondral bone sclerosis. The aetiology of this disease is still unknown although OA is now considered as a joint disease involving all the tissues of the joint. The importance of bone in OA pathogenesis is now considered as fundamental and thus bone represent an interesting target for treatments. Tomodensitometric studies have shown an abnormal structure and organisation of the bone tissue of OA patients. In parallel, primary human OA osteoblast (Ob) cultures grown from the tibiofemoral subchondral bone show an abnormal phenotype and a reduced mineralization in vitro. The Wnt signalling pathway, known primarily for its important role in embryogenesis, is of utmost importance in osteogenesis and it has been shown to regulate terminal Ob differentiation. Transforming growth factor-β1 (TGF-β1), known to act on proliferation and on early phases of the differentiation of Ob, is overexpressed by OA Ob and could also modulate the Wnt signalling activity. Furthermore, two populations of OA patients can be discriminated in vitro by the production of prostaglandins E2 (PGE2) of their Ob. In a study on colorectal cancer, PGE2 was shown to modulate the canonical Wnt signalling pathway. Our hypothesis is that canonical Wnt signalling is diminished in OA Ob. This reduction is responsible for the poor mineralization and the abnormal phenotype of human OA Ob. Furthermore, DKK2, overexpressed in OA Ob and whose expression is controlled by TGF-β1, is responsible for the diminution of Wnt signalling activity, and PGE2 can partly correct this situation. The general goal of this study is twofold: 1) to demonstrate the role of TGF-β1, DKK2 and of PGE2 in the Wnt signalling activity; 2) to demonstrate the link between TGF-β1 and DKK2 and their effect on the abnormal OA Ob phenotype. We have shown in this study that the canonical Wnt signalling pathway is altered in OA Ob and that this was responsible for the altered phenotype observed in OA Ob. Also, we have shown that among the mediators of the Wnt signalling pathway, the expression of antagonist Dickkopf-1 (DKK1) was similar between OA and normal Ob. In contrast, the antagonist DKK2 was overexpressed and the expression of the agonist Wnt7B was low in OA Ob. Moreover, PGE2 increased Wnt signalling activity in OA Ob. The inhibition of DKK2 expression also increased Wnt signalling activity and corrected the abnormal phenotype along with increasing the mineralization of OA Ob. The inhibition of TGF-β1 expression, also overexpressed in OA Ob, also resulted in the correction of the phenotype and increased the mineralization of OA Ob. Inhibiting TGF-β1 expression also led to DKK2 inhibition. As the contrary was not observed, this demonstrated that TGF-β1 could regulate DKK2 expression. To conclude, Wnt signalling is reduced in OA Ob and this is due to elevated DKK2 levels in these cells. High levels of TGF-β1 in OA Ob increased DKK2 expression which could be responsible, at least partially, for their altered phenotype. PGE2 was shown to also increase Wnt signalling activity in OA Ob. Taken together these data suggest that such alterations in OA Ob could be responsible for the abnormal bone structure observed in OA patients.

La formation de la jonction neuromusculaire des vertébrés (JNM), une synapse cholinergique périphérique entre les motoneurones et les fibres musculaires squelettiques repose sur la reconnaissance et l’apposition précise des motoneurones présynaptiques sur leurs cibles musculaires postsynaptiques. Les données de la littérature montrent que les morphogènes Wnt agissent comme des régulateurs clés de la formation de la JNM. Cependant, l'identité précise des Wnts, leur collaboration et les mécanismes moléculaires de la signalisation Wnt régissant la formation de la JNM restent encore incompris. A la JNM, la transduction du signal Wnt s’effectue par l'intermédiaire de l’interaction des Wnt soit avec le complexe formé par le récepteur tyrosine kinase MuSK et la lipoprotéine Lrp4 ou les récepteurs classiques Frizzled (Fzd). Dans cette thèse, nous avons étudié les mécanismes moléculaires de la formation de la JNM médiés par les Wnts. Nous avons montré que Wnt4 et Wn11 sont nécessaires pour l’étape indépendante du nerf de prepatterning musculaire, caractérisée par l’agrégation des récepteurs de l’acétylcholine (RACh) dans des domaines discrets de la surface du muscle où la future synapse va se former, via l'activation différentielle des voies canonique et polarité cellulaire planaire (PCP). De plus, Fzd3 et Vangl2, deux composantes essentielles de la voie PCP, sont accumulées à la JNM et sont impliquées distinctement dans la formation de la JNM, Fzd3 étant nécessaire à la croissance des axones moteurs alors que Vangl2 joue un rôle dans l’agrégation du RACh et la restriction de la croissance des axones moteurs une fois leur cible musculaire atteinte. Pour étudier le rôle fonctionnel de l'interaction Wnt/MuSK, nous avons généré une souris transgénique délétée du domaine de liaison de MuSK aux Wnts (CRD, domaine riche en cystéines). Nous avons démontré que l'absence du CRD de MuSK affecte la formation de la JNM dès l’étape deprepatterning jusqu’à la maintenance de la JNM chez l’adulte, aboutissant à un phénotype pathogène. De plus, nous avons montré que le lithium, un inhibiteur réversible de la glycogène synthase kinase-3 restaure les défauts de formation de la JNM chez les embryons mutants et pourrait constituer un nouveau réactif thérapeutique pour le traitement des maladies neuromusculaires liées à une déficience de la voie de signalisation Wnt/MuSK. / Formation of the vertebrate neuromuscular junction (NMJ), a peripheral cholinergic synapse between motoneurons and skeletal muscle fibers relies on the accurate recognition and apposition of presynaptic motoneurons on postsynaptic muscle target. Recently, a growing body of evidence indicates that Wnt morphogens act as key regulators of NMJ formation. Yet, the specific Wnts identity, their collaborative function and the downstream molecular mechanisms of Wnt signaling regulating NMJ formation still remain elusive. At the NMJ, Wnt ligands transduce their signal through interaction of either the receptor complex formed by the muscle specific tyrosine kinase MuSK and the low density lipoprotein (Lrp) Lrp4 or the classical frizzled receptors. In this thesis, we have investigated the molecular mechanisms of Wnt-induced NMJ formation. We found that both Wnt4 and Wn11 are required for the nerve-independent muscle prepatterning step, characterized by acetylcholine receptor (AChR) aggregation in discrete domains of the muscle surface where the synapse will form, via differential activation of either canonical and/or planar cell polarity (PCP) pathways. Moreover, Fzd3 and Vangl2, two core components of the PCP pathway, are accumulated at the developing NMJ and play distinct roles in NMJ formation, with Fz3 required for motor axon growth and Vangl2 involved in AChR clustering and motor axon growth restriction within the target field. To further study the functional role of Wnt/MuSK interaction, we generated a transgenic mice deleted from MuSK Wnt binding domain (CRD, cysteine rich domain). We demonstrated that the absence of MuSK CRD affected NMJ formation from the prepatterning step to NMJ maintenance in adult leading to a pathogenic phenotype. Moreover, we found that lithium, a reversible inhibitor of the glycogen synthase kinase-3 fully rescued NMJ defects in mutant embryos and therefore may constitutes a novel therapeutic reagent for the treatment of neuromuscular disorders linked to Wnt/MuSK signaling pathway deficiency.

La protéine O-fucosyltransférase 1 (POFUT1) réticulaire, dont le gène est localisé dans la région chromosomique 20q11.21 chez l’Homme, catalyse le transfert d’un fucose qui sera O-lié sur la sérine ou la thréonine présente dans la séquence consensus (C2X4S/TC3), portée par un domaine EGF-like d’une glycoprotéine membranaire ou sécrétée. Le knockdown de Pofut1 (Po -) dans la lignée myoblastique murines C2C12 conduit à la formation de myotubes allongés et minces, à faible nombre de noyaux ainsi qu’à une sous-expression du marqueur myogénique tardif Myf6, suggérant des défauts significatifs dans la fusion secondaire. La signalisation NFATc2/IL-4 est décrite comme la voie principale associée à cette étape. Nous montrons que la moindre expression de Nfatc2 dans les myotubes Po - est corrélée à une baisse de l'IL-4 sécrétée et à une faible quantité de son récepteur (IL-4Rα) présent chez les cellules de réserve qui doivent participer à la fusion avec les myotubes naissants. La neutralisation de l’IL-4Rα sur les C2C12 sauvages provoque des défauts d'accrétion myonucléaire, semblables à ceux observés pour les Po -. Ainsi, POFUT1 pourrait être un nouveau médiateur de la croissance des myotubes au cours du processus myogénique, notamment par la signalisation NFATc2/IL-4. La glycoprotéine WIF1, cible potentielle de POFUT1, est un antagoniste de la signalisation WNT via sa fixation aux protéines WNT. Cette voie est connue pour être impliquée dans la prolifération et la différenciation des myoblastes. Néanmoins, aucune donnée ne concerne le rôle de WIF1 dans le processus myogénique. Par un apport exogène de WIF1, nous avons montré l’augmentation de la prolifération et l’altération de la différenciation myoblastique des C2C12. Lors de la prolifération, une augmentation de l’expression de Myf5 et une diminution de MyoG sont observées. A 7 jours de différenciation, les myotubes Po - ont un diamètre plus petit que les myotubes sauvages et ils sont plus nombreux à avoir un faible nombre de noyaux, traduisant des défauts de fusion. Nous démontrons pour la première fois, l’implication de la protéine WIF1 dans le processus myogénique. Récemment, POFUT1 a aussi été proposé comme nouveau biomarqueur pour certains cancers, mais pas évalué dans le cancer colorectal (CCR). Nous avons donc collecté des données issues de 626 tumeurs et 51 tissus adjacents non tumoraux disponibles dans FireBrowse, celles de lignées cellulaires cancéreuses colorectales et de prélèvements tumoraux provenant du Centre de Ressources Biologiques du CHU de Limoges. Une surexpression de POFUT1 est observée dès le stade I, majoritairement due à une amplification de la région 20q11.21. Elle est significativement associée aux adénocarcinomes non mucineux et à une localisation rectale. De plus, l’expression de POFUT1 est corrélée à celles des récepteurs NOTCH ainsi qu’au processus métastatique, probablement par activation de la voie NOTCH. A ce titre, POFUT1 pourrait être considéré comme un nouveau biomarqueur pour le diagnostic du CCR. / The ER protein O-fucosyltransferase 1 (POFUT1), whose gene is located at the 20q11.21 chromosomic region in humans, catalyzes O-linked fucose addition to serine or threonine present in the consensus sequence (C2X4S/TC3) carried by EGF-like domain of membrane or secreted glycoprotein. Pofut1 knockdown (Po -) in murine myoblast C2C12 cell line leads to formation of elongated and thin myotubes, with a low number of nuclei and to downexpression of the late myogenic marker Myf6, suggesting significant defects in secondary fusion. NFATc2/IL-4 signaling is described as the main pathway associated to this step. We showed that the slightest expression of Nfatc2 in Po - myotubes is correlated with a decrease in IL-4 secretion and a lower quantity of IL 4Rα in reserve cells, which had to fuse with nascent myotubes. IL-4Rα neutralization on wild-type C2C12 causes myonuclear accretion defects, similar to those observed in Po -. Then, POFUT1 could be a new mediator of myotube growth during myogenic process, particularly through NFATc2/IL-4 signaling. The glycoprotein WIF1, potential POFUT1 target, is an antagonist of WNT signaling via its binding to WNT proteins. This pathway is involved in proliferation and differentiation of myoblasts. However, no data are available on WIF1 role in the myogenic process. Through exogenous WIF1 treatment, we showed a proliferation increase and a myoblast differentiation impairment in C2C12. During proliferation, increase in Myf5 and decrease in MyoG expressions are observed. At 7 days of differentiation, Po - myotubes have a smaller diameter than wild-type ones and are more numerous to have a small number of nuclei, reflecting fusion defects. For the first time, we demonstrate the involvement of WIF1 in the myogenic process. Recently, POFUT1 was proposed to be a new biomarker for several cancers, but not evaluated in colorectal cancer (CRC). We used data from 626 tumors and 51 adjacent non-tumor tissues available at FireBrowse, colorectal cancer cell lines and tumor samples from the Biological Resource Centre of Limoges hospital. A POFUT1 overexpression is observed from stage I, mainly due to amplification of 20q11.21 region. It is significantly associated to non-mucinous adenocarcinoma and to rectum location. Moreover, POFUT1 expression is correlated with those of NOTCH receptors as well as the metastatic process, probably by activation of the NOTCH pathway. POFUT1 could therefore be considered as a new biomarker for CRC diagnosis.

Les maladies coronariennes sont l'une des principales causes de décès dans le monde. Comment les artères coronaires sont modelées et quelles sont les molécules de signalisation qui régissent ce processus, sont des mécanismes mal compris. Dans la première partie de ma thèse, j'ai identifié le modulateur de signalisation Wnt Rspo3 comme un régulateur crucial de la formation de l'artère coronaire dans le cœur en développement. Rspo3 est spécifiquement exprimé autour des branches coronaires à des moments critiques dans leur développement. L'ablation temporelle de Rspo3 conduit à une diminution de la signalisation de β-caténine et à une réduction de la prolifération spécifique des artères. En conséquence, les branches coronariennes sont défectueuses et l'arbre artériel ne se forme pas correctement. Ces résultats identifient un mécanisme par lequel l'expression localisée de RSPO3 induit la prolifération des artères coronaires à leurs branches permettant leur formation. Le traitement des patients qui se remettent d'un infarctus du myocarde (IM) est difficile car les cardiomyocytes ont une capacité très limitée à régénérer le cœur endommagé. La voie de signalisation de l'acide rétinoïque (AR) est essentielle pour le développement cardiaque et joue un rôle protecteur dans les cœurs endommagés. Pour la deuxième partie de ma thèse, j'ai utilisé une nouvelle lignée rapportrice de l’AR et j'ai observé une réponse spécifique des cardiomyocytes. L'ablation de la signalisation de l’AR par délétion génétique des enzymes Raldh1/2/3 entraîne une augmentation de l'apoptose myocytaire à la fin du développement tardif et après l'IM. Le séquençage des ARNs des cardiomyocytes primaires révèle que le traitement à l’AR réprime l'expression de Ace1, indiquant un nouveau lien entre la signalisation AR et le système Rénine Angiotensine dans le contexte de la réparation cardiaque. / Coronary heart disease is one of the leading causes of death worldwide. How coronary arteries are remodeled and the signaling molecules that govern this process are poorly understood. For the first part of my thesis, I have identified the Wnt-signaling modulator Rspo3 as a crucial regulator of coronary artery formation in the developing heart. Rspo3 is specifically expressed around the coronary stems at critical time-points in their development. Temporal ablation of Rspo3 leads to decreased β-catenin signaling and a reduction in arterial-specific proliferation. As a result, the coronary stems are defective and the arterial tree does not form properly. These results identify a mechanism through which localized expression of RSPO3 induces proliferation of the coronary arteries at their stems and permits their formation. Treating patients recovering from myocardial infarction (MI) is difficult since cardiomyocytes have a very limited capacity to proliferate and regenerate the damaged heart. The Retinoic Acid (RA) signaling pathway is essential for cardiac development and plays a protective role in damaged hearts. For the second part of my thesis, I have utilized a novel RA reporter line and I have observed a cardiomyocyte-specific response. Ablation of RA signaling through genetic deletion of the Raldh1/2/3 enzymes leads to increased myocyte apoptosis both during late development and after MI. RNA sequencing analysis of primary cardiomyocytes reveals atRA treatment represses Ace1 expression, providing a novel link between RA signaling and the Renin Angiotensin System in the context of heart repair.