L'agrégation de l'α-synucléine (α-syn) est au coeur du processus pathologique observé dans la maladie de Parkinson ou l'atrophie multi systèmatisée. La β-synucléine (β-syn) ressemble à l'α-syn mais pourrait avoir un rôle neuroprotecteur en inhibant l'agrégation de l'α- syn. Le but de cette thèse était de mettre en place et de tester chez la souris une stratégie thérapeutique visant à inhiber l'agrégation de l'α-syn en faisant exprimer la β-syn humaine via des vecteurs viraux adéno-associés (AAV). Nous avons d'abord caractérisé un modèle de synucléinopathie, la souris transgénique M83. Ces souris expriment l'α-syn humaine mutée en A53T, et développent une pathologie sévère associée à l'agrégation de l'α-syn. Nos résultats confirment le fait que l'agrégation de l'α-syn peut se propager à partir de l'injection périphérique de forme agrégée de la protéine, vers le système nerveux central. De plus, ils montrent que l'accumulation de l'α-syn pathologique chez la souris M83 malade dépend de l'inoculum utilisé pour accélérer leur pathologie et du niveau d'expression de l'α-syn mutée en A53T chez ces souris. Les essais de thérapie génique réalisés dans ce modèle M83 suggèrent que, quelle que soit la stratégie d'injection du vecteur AAV utilisée, la β-syn n'a pas eu d'effet protecteur détecté contre l'agrégation de l'α-syn. Une expression durable de la protéine β-syn humaine chez les souris M83 malades inoculées avec le vecteur AAV véhiculant le gène de la β-syn a pourtant été confirmée. Cependant, la β-syn pourrait s'être agrégée dans nos conditions expérimentales, comme cela a été précédemment décrit, ce qui pourrait peut-être expliquer l'absence d'effet protecteur détecté / The aggregation of α-synuclein (α-syn) is central in the pathological process observed in Parkinson’s disease or multiple system atrophy. Β synuclein (β-syn) shares some similarities with α-syn but may have a neuroprotective effect by inhibiting the aggregation of α-syn. The goal of this thesis was to develop and to test a therapeutical strategy potentially able to inhibit the aggregation of α-syn by expressing human β-syn using adeno-associated vectors (AAV). First, we characterized a model of synucleinopathy, the M83 transgenic mouse. These mice express the human A53T mutated α-syn and develop a severe disease associated with the aggregation of α-syn. Our results confirm the ability of the aggregation of α-syn to spread through the central nervous system following a peripheral injection of aggregates of α-syn. Furthermore, they show that the accumulation of pathological α-syn in sick M83 mice depends on the inoculum used to accelerate their disease and the expression level of human A53T mutated α-syn in these mice. Gene therapy trials realized in the M83 model suggest that, regardless the strategy used to inject AAV vector, β syn did not have a protective effect against the aggregation of α-syn. A lasting expression of the human β-syn protein was however detected in sick M83 mice injected with AAV vector carrying human β-syn gene. Nevertheless, β-syn could have aggregated in our specific experimental conditions, as this has already been described, which might explain the absence of protective effect detected

Les encéphalopathies spongiformes transmissibles sont des maladies neurodégénératives caractérisées par une vacuolisation intense et une perte neuronale associées à l’accumulation d’une protéine prion pathologique : la PrPSc. A cause de la longue période d’incubation silencieuse de ces maladies, les individus souffrant d’une maladie à prions peuvent exposer des patients qui recevraient leur sang ou un de leurs organes à un risque de contamination iatrogène. De plus, lorsque le diagnostic survient, les dommages cérébraux sont souvent massifs, et l’issue toujours fatale. A ce jour, aucun traitement n’est disponible, et l’ensemble des stratégies testées a échoué.L’alternative développée par le laboratoire est celle de la thérapie cellulaire couplée à la thérapie génique, en utilisant des cellules souches embryonnaires (ES) délivrant des molécules anti-prions. Concernant le choix des molécules anti-prions, nous avons choisi les mutants PrP-DN. Notre hypothèse repose sur des études montrant qu’une lysine au codon 219 de la PrP chez l’Homme ou une arginine au codon 171 de la PrP ovine, protègent du développement d’une ESST. L’étude de ces mutants, en cellules infectées ou dans des souris transgéniques, a permis de montrer que les PrP mutées n’étaient pas converties en PrPSc et qu’elles exerçaient un effet protecteur dit « dominant négatif » sur la conversion de la PrPC sauvage en PrPSc.Un des projets du laboratoire avait donc pour objectif d’utiliser les cellules souches exprimant les mutants PrP-DN pour développer une stratégie de thérapie génique et cellulaire des maladies à prions : l’hypothèse étant que les cellules greffées pourraient non seulement réparer le tissu lésé mais que ce dernier serait également protégé de l’infection par les prions.Une première approche de thérapie génique et cellulaire avait été initiée au laboratoire et montrait des résultats plutôt encourageants. En effet, la greffe de cellules souches neurales murines exprimant des PrP-DN et produites à partir de cellules souches embryonnaires murines, conduisait, pour une partie des souris, à un allongement du temps d’incubation de la maladie, ainsi qu’à une diminution de l’astrogliose et de la vacuolisation.Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse a été de valider l’approche thérapeutique en montrant que les cellules greffées délivraient des mutants PrP-DN capables d’inhiber la réplication du prion. Nous avons opté pour un modèle de culture organotypique infectée par des prions murins. En plus de répondre aux exigences éthiques de la directive 2010/63/UE, ce modèle offre l’avantage de pouvoir réaliser plus d’essais, des cinétiques d’accumulation de PrPSc et de visualiser le devenir des cellules greffées. Enfin, opter pour cette stratégie permettait de transposer dans un modèle humanisé des travaux précédemment réalisés et ayant montré des résultats encourageants. Pour cela, il a été nécessaire de mettre en place un modèle prion ex vivo de culture organotypique de tranches de cerveau, dans lequel il était possible de réaliser des greffes et permettant d’évaluer l’effet inhibiteur des mutant-PrP-DN sur la réplication du prion. Par ailleurs, notre groupe fait partie, avec d’autres groupes travaillant avec des cellules souches mésenchymateuses, de l’équipe « Biologie des cellules souches et médecine régénératrice », il nous est apparu pertinent d’évaluer l’effet des MSC sur la pathologie prions dans des modèles prions en culture organotypique et en particulier d’évaluer l’impact de greffes de MSC concomitantes aux greffes de NSC-PrP-DN. En effet, ces cellules sont décrites comme pouvant induire un microenvironnement neuroprotecteur en limitant la prolifération des cellules de la microglie et des astrocytes, et peuvent favoriser la différenciation des NSC. Enfin notre dernier objectif visait à transposer les outils murins vers des outils « humains » en produisant des NSC humaines issues d’ES et exprimant une PrP humaine portant les mutations DN. / Transmissible spongiform encephalopathies are neurodegenerative diseases characterized by a strong vacuolization, a neuronal lost and deposits of prion pathologic protein: PrPSc. This PrPSc accumulation is the result of the conformational conversion of the host encoded endogenous PrPC protein. Although the incidence of these diseases in humans remains low (about one to two cases per million inhabitants per year), these diseases remain a public health problem. Indeed, because of their long and silent incubation period, patients with prion disease may expose people through blood transfusion or organ transplantation with a risk of iatrogenic contamination. In addition, when the diagnosis occurs, brain damage is often massive, and the outcome is always fatal and rapidly occurs. Until now, there is no treatment that could be proposed to patients.The alternative developed by our laboratory for several years, is a strategy of cell therapy coupled with gene therapy. The general objective is to use pluripotent embryonic stem cells (ESC) and graft them as a “medicine” not only to orchestrate a functional recovery of the damaged zones and protect the grafted cells from prion propagation but also to deliver anti-prion molecules.For the anti-prion molecules, we have chosen dominant negative PrP mutants (PrP-DN). Our choice is based on studies showing that a lysine at codon 219 of the human PrP or an arginine at codon 171 of the ovine PrP protect against the development of a TSE. Study of these mutants in infected cells or in transgenic mice showed that the mutated PrPC were not converted into PrPSc. Moreover, they exibit a so-called "dominant negative" protective effect on the conformational conversion of their wild-type PrPC counterparts. A first approach of gene and cell therapy was initiated in the laboratory and has shown encouraging results. Indeed, the graft of murine neural stem cells (NSC) derived from murine embryonic stem cells and expressing anti-prion molecules, has allowed, for some of the mice, to an increase the incubation time of the diseaseas well as to a decrease of astrogliosis and vacuolization.In this context, the first objective of my thesis was to validate the therapeutic approach by showing that the grafted cells were able to inhibit prion replication trough the dominant negative effect of the PrP-DN. To address this point, we have chosen to use an organotypic culture model infected with murine prions (22L strain). In addition to fill the ethical requirements under the European Directive 2010/63 and the 3Rs, organotypic culture models offer the advantage to perform and repeat experiments, kinetic tests, and PrPres analysis. This model also allows to visualize the fate of the grafted cells. Finally, by choosing this strategy, it will be possible to transpose into a humanized model the work previously performed on mouse organotypic cultures.To achieve this task, it was necessary to establish an ex vivo prion model of organotypic culture brain slices, in which it was possible to perform grafts and to evaluate the inhibitory effect of PrP-DN mutants on the prion replication.In addition, as our group is included in the team "Stem cell biology and regenerative medicine" (led by Pr Jorgensen) in which several stem cells are studied (liver stem cells and mesenchymal stem cells (MSC)) and because MSC have been shown to provide protective effects when grafted in the brain of mice with neurological diseases, it was therefore relevant to evaluate the effect of MSC on prion pathology in our prion models and in particular to evaluate the impact of concomitant MSC grafts on NSC-PrP-DN.In a last step, our goal was to transpose the mouse tools (NSC from ES and expressing the PrP-DN mutants) to "human" tools by producing human NSCs derived from human ESC and expressing human PrP-DN, and to characterized the resulted cells.

MTM1 et MTMR2 sont 2 phosphatases de phosphoinositides appartenant à la famille des myotubularines, conservée pendant l’évolution. Bien qu’étant très similaires, des mutations dans MTM1 entraînent la sévère myopathie XLCNM alors que les mutations dans MTMR2 entraînent la neuropathie CMT4B. On ne comprend pas encore les bases moléculaires de cette spécificité de tissu, et il n’existe aucun traitement spécifique pour ces maladies. J’ai tout d’abord caractérisé l’activité des 2 isoformes endogènes de MTMR2, nommés MTMR2-L et MTMR2-S. J’ai démontré que la différence fonctionnelle entre MTM1 et MTMR2 s’explique principalement par l’extension N-terminale de MTMR2, et que l’isoforme MTMR2-S dépourvu de cette extension entraîne les mêmes phénotypes que MTM1. Ensuite, grâce à l’injection d’AAV dans les souris Mtm1 KO, j’ai démontré que l’expression exogène des isoformes de MTMR2, et surtout de MTMR2-S, améliore grandement l’atrophie musculaire, la force musculaire et les marqueurs histologiques de ces souris myopathiques. Ces résultats révèlent une première base moléculaire expliquant les spécificités fonctionnelles de MTM1 et MTMR2, et montrent que MTMR2 est une cible thérapeutique potentielle pour la myopathie XLCNM. / MTM1 and MTMR2 are 2 phosphatases of phosphoinositides that belong to the myotubularin family conserved through evolution. Despite their high level of similarity, mutations in MTM1 lead to the severe XLCNM myopathy while mutations in MTMR2 lead to the CMT4B neuropathy. The molecular bases for the surprising tissue-specific functions of these ubiquitously expressed proteins was unclear. Moreover, there is no specific therapy for these diseases.I first characterized the activity of the two naturally occurring isoforms of MTMR2, that we named MTMR2-L (long) and MTMR2-S (short). I found that the functional differences between MTM1 and MTMR2 reside mostly in the N-terminal extension of MTMR2-L, and that the endogenous MTMR2-S isoform lacking this N-terminal extension behaves similarly as MTM1. Then, using the myopathic Mtm1 KO mouse and AAV-mediated expression, I showed that exogenous expression of MTMR2 isoforms, and specifically of MTMR2-S, strongly improved the muscle atrophy, muscle force and the histological hallmarks of the myopathic mice. These data reveal a first molecular basis for the functional specificities of MTM1 and MTMR2, and highlight MTMR2 as a therapeutic target for XLCNM myopathy.

La thérapie cellulaire est basée sur l'administration de cellules immunocompétentes dans le but d'induire une réponse thérapeutique. Le transfert de gène est un moyen d'optimiser et de sécuriser la thérapie cellulaire. Récemment, plusieurs essais cliniques d'immunothérapie ont montré l'efficacité de lymphocytes T reprogrammés pour le traitement des cancers. De plus, le transfert de gène « suicide » permet de sécuriser les effecteurs immunitaires utilisés en thérapie cellulaire. Cependant, les capacités des cellules pourraient encore être améliorées par l'expression de cytokines et de récepteurs aux chémiokines. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet de thèse était le développement et la caractérisation d'outil innovants de thérapie génique. Ce travail a demandé le développement de vecteurs sécurisés pour 1 reprogrammation des lymphocytes T avec un CAR et leur persistance in vivo. Ces outils pourront par la suite être mis à la disposition de la recherche clinique afin de promouvoir de nouvelles stratégies de thérapi cellulaire anti-tumorale. / Cell therapy is based on administration of immunocompetent cells in order to induce a therapeutic response. Gene transfer can optimize and secure the cell therapy. Recently, several clinical trials of immunotherapy have shown the efficacy of reprogrammed T cells for the treatment of cancers. Moreover, the transfer of suicide gene enables th use of secure immune effectors in cell therapy. However, capacities of cells could be further improved by the expression of cytokines and receptors chemiokines. ln this context, the aim of this thesis project was the development and the characterization of innovative tools for gene therapy. This work required the development of safe retroviral vectors for reprogramming T cells with Chi me rie Antigen Receptor (CAR). These tools will be made available for clinical research in order to promote new anti-tumor cell therapy strategies.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une pathologie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive des neurones moteurs et par de l’atrophie musculaire menant à de la paralysie. Bien que plusieurs mécanismes pathologiques aient été élucidés, la SLA reste un mystère médical puisqu’il n’existe toujours pas de traitement efficace. Nous avons développé deux stratégies dans le but de traiter la SLA. La première stratégie fut de cibler la protéine SOD1 mal repliée (chapitre 2) et la deuxième consistait à traiter la neuroinflammation présente dans la maladie (chapitre 3). Dans le chapitre 2, nous avons tenté de diminuer le niveau de la protéine SOD1 mal repliée présent dans le système nerveux de souris transgéniques développant un phénotype de SLA. Pour ce faire, nous avons testé une nouvelle approche thérapeutique basée sur l’utilisation d’ « adeno-associated virus (AAV) ». Ce virus contient une séquence d’ADN qui encode pour un anticorps à chaîne unique variable (scFv). Cet anticorps est composé d’une des deux chaînes légères et lourdes de l’anticorps D3H5 ciblant de manière spécifique la protéine SOD1 mal repliée. Une injection intra-thécale unique de l’AAV encodant l’anticorps à chaîne unique dans des souris SOD1G93A repousse le début de la maladie et augmente la survie des souris de 28%. Nous avons démontré que la Withaferin A (WA), un inhibiteur du facteur NF-κB, diminuait le phénotype neurologique retrouvé chez le modèle de souris transgénique TDP-43. Donc, nous avons testé la Withaferin A sur deux autres lignées de souris transgéniques exprimant des mutations dans la protéine SOD1, soit la lignée de souris SOD1G93A et la lignée de souris SOD1G37R. L’effet bénéfique de la WA chez les souris SOD1G93A était accompagné d’un soulagement de la neuroinflammation, d’une diminution du niveau de protéine SOD1 mal repliée dans la moelle épinière et d’une baisse de la mortalité des neurones moteurs. En considérant ces résultats, l’utilisation d’AAV encodant un anticorps à chaîne unique contre la protéine SOD1 mal repliée ainsi que l’utilisation de Withaferin A devrait toutes les deux être considérées comme des approches pour traiter la SLA. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease associated with motor neuron degeneration, muscle atrophy and paralysis. Although numerous pathological mechanisms have been elucidated, ALS still remains a medical mystery in the absence of any effective therapy. Riluzole is the only therapeutic drug approved for ALS with regard to prolonging survival. Here, we have developed two strategies for treatment of ALS, first targeting the misfolded SOD1 (chapter 2) and other targeting neuroinflammation (chapter 3). In chapter 2, we aimed to reduce the level of misfolded SOD1 species in the nervous system. We tested a novel therapeutic approach based on adeno-associated virus (AAV)-mediated tonic expression of a DNA construct encoding a secretable single chain fragment variable (scFv) antibody composed of the variable heavy and light chain regions of a monoclonal antibody (D3H5) binding specifically to misfolded SOD1. A single intrathecal injection of the adeno-associated virus encoding the single chain antibody in SOD1G93A mice delayed disease onset and extended the life span by up to 28%, in direct correlation with scFv titers in the spinal cord. Our second treatment strategy which is aimed to target neuroinflammation is based on previous reports from our lab where it has been shown that Withaferin A (WA), an inhibitor of NF-κB activity was efficient in reducing disease phenotype in TDP-43 transgenic mouse model of ALS. We tested WA in mice from two transgenic lines expressing different ALS-linked SOD1 mutations, SOD1G93A and SOD1G37R. The beneficial effects of WA in SOD1G93A mice model was accompanied by alleviation of neuroinflammation, decrease in level of misfolded SOD1 species in spinal cord, a reduction in loss of motor neurons, resulting in delayed disease progression and mortality. Based on these evidences, AAV encoding a secretable scFv against misfolded SOD1 and WA should be considered as a potential treatment for ALS.

En thérapie génique, la stratégie du leurre moléculaire consiste à utiliser un acide nucléique courtcontenant une séquence spécifiquement reconnue par un facteur de transcription cible, ce qui permetson piégeage intracellulaire et conduit à inhiber l’expression des gènes sous sa dépendance.L’efficacité thérapeutique de cette stratégie est notamment liée à la biostabilité de l’acide nucléique età la possibilité de multicibler des facteurs de transcription qui coopèrent dans des dérégulationscellulaires à l’origine de nombreuses pathologies. Nous avons développé une technologie deproduction in vitro de minicercles d’ADN de moins de 250 paires de base pour interagir avec plusieursprotéines, fonctionnalisables chimiquement et résistants aux exonucléases. Un double ciblage dufacteur de transcription NF-κB par un minicercle permet l’inhibition in cellulo d’un système rapporteurde la transcription NF-κB dépendante, en faveur d’une activité leurre moléculaire du minicercle.Le cisplatine est une molécule anticancéreuse dont la cible pharmacologique est l’ADN. Dansplusieurs lignées cellulaires cancéreuses, la baisse d’activité transcriptionnelle de NF-κB a été reliée àune augmentation de la sensibilité des cellules au cisplatine. Nous avons étudié in cellulo si lemécanisme d’inhibition de NF-κB par le cisplatine pouvait dépendre de la platination de son siteconsensus à l’aide d’une application originale de la stratégie leurre moléculaire. Nous montrons queles adduits du cisplatine contrairement à ceux du transplatine (isomère inactif) diminuent lareconnaissance de NF-κB pour son site consensus in vitro et in cellulo.La stratégie leurre moléculaire de multiciblage avec un minicercle d’ADN sera développée au niveaucellulaire pour faire la preuve de concept de cette approche et démontrer son efficacité biologique. / In gene therapy, decoy strategy consists in using short nucleic acid containing a sequence specificallyrecognized by a transcription factor in order to trap it and in turn to inhibit the expression of genesunder its control. The therapeutic efficacy of this strategy is related to the biostability of the nucleicacid and the possibility to target several transcription factors that cooperate to induce cellderegulations responsible in human diseases. We have developed a technology to product in vitroDNA minicircle less than 250 base pairs which can interact with several proteins, chemicallyfunctionalizable and resistant to exonucleases. A dual targeting of the transcription factor NF-κB by aminicircle allows inhibition in cellulo of a NF-κB-dependent transcription reporter system consistentwith a decoy activity induced by the minicircle.Cisplatin is an anticancer drug whose pharmacological target is DNA. In several cancer cell lines, thedecrease of transcriptional activity of NF-κB has been linked to an increase in the sensitivity of cells tocisplatin. We studied in cellulo whether the mechanism of inhibition of NF-κB by cisplatin could dependon the platination of its consensus sequence using a novel application of the decoy strategy. We showthat cisplatin adducts, unlike those of transplatin (inactive isomer), decreases recognition of NF-κB toits consensus sequence in vitro and in cellulo.Decoy strategy with minicircle DNA will be developed to make the proof of concept of this approach atthe cellular level and further to demonstrate its biological effectiveness.

La formation et l’intégrité de la barrière hémato-rétinienne (BHR) sont nécessaires au maintien d’une bonne vision et la violation de cette barrière contribue à l’apparition d’un grand nombre de pathologies rétiniennes tel que la rétinopathie diabétique (RD) ou l’occlusion de la veine centrale de la rétine (OVCR). La dystrophine Dp71 est une protéine du cytosquelette associée à la membrane qui s’exprime majoritairement dans les cellules gliales de Müller. Son absence a été associée à une augmentation de la perméabilité vasculaire liée à la délocalisation et à la diminution de l’expression des canaux AQP4 et Kir4.1. La souris Dp71-null est donc un excellent modèle d’étude des pathologies rétiniennes présentant une rupture de la BHR. L’ensemble de nos résultats démontrent que chez la souris déficiente en Dp71 ayant une rupture de la BHR, il est possible de restaurer une perméabilité et une homéostasie rétinienne normale grâce à la surexpression de la Dp71 via les virus adéno-associés. Cette étude est à la base du développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le traitement de pathologies associées à une rupture de la BHR et à un œdème maculaire, comme la RD ou l’OVCR. / Formation and maintenance of the blood-retinal barrier (BRB) is required for proper vision and breaching of this barrier contributes to the pathology in a wide variety of retinal conditions such as diabetic retinopathy (DR) or Central retinal vein occlusion (CRVO). Dystrophin Dp71 being a key membrane cytoskeletal protein, expressed mainly in Müller glial cells, its absence has been related to BRB permeability through delocalization and down-regulation of the AQP4 and Kir4.1 channels. Dp71-null mouse is thus an excellent model to approach the study of retinal pathologies showing blood-retinal barrier permeability. Our results collectively demonstrated that in Dp71 deficient mouse with compromised barriers, normal BRB permeability and retinal homeostasis can be restored through over-expression of Dp71 via adeno-associated virus. This study is the basis for development of new therapeutic strategies in dealing with diseases with BRB breakdown and macular edema such as DR or CRVO.

La myéline est une gaine formée par l’enroulement de la membrane plasmique de la cellule de Schwann autour de l’axone dans le nerf périphérique. Lorsque cette gaine est détruite, on parle de démyélinisation, cela provoque de nombreuses maladies, dont les maladies de Charcot Marie Tooth (CMT) de type 1. Les maladies CMT sont héréditaires et atteignent le système nerveux périphérique. Les symptômes communs incluent : une faiblesse musculaire, une démarche maladroite, des troubles de l’équilibre et des pieds très cambrés ou très plats. Le type le plus fréquent est la forme autosomique dominante CMT1A.Une duplication du bras court du chromosome 17 contenant le gène PMP22 (Peripheral Myelin Protein 22) induit la CMT1A. La PMP22, une petite protéine exprimée par les cellules de Schwann, est donc en excès et entraine une démyélinisation. Il existe un modèle de rats transgéniques PMP22 (ou rats CMT1A) mimant cette pathologie humaine. Les rats CMT1A surexpriment la pmp22 de souris de façon hétérozygote. Jusqu’à présent, aucun remède n’existe pour les maladies CMT. Un des traitements envisageables est la thérapie génique. Le but de mon projet de thèse était d’étudier la validité et l'efficacité de la thérapie génique chez les rats CMT1A. La stratégie consiste à réduire la surexpression de la protéine PMP22 chez le rat CMT1A à l’aide d’ARNsh anti-PMP22. Pour ne pas être détruits par l’organisme et maintenir une expression longue, ces ARN sh-PMP22 sont transférés chez le rat grâce à des vecteurs viraux dérivés de virus adéno-associés, ou AAV (pour adeno-associated virus). Nous avons donc injecté un des différents sérotypes d'AAV,l'AAV9 exprimant les ARN sh-PMP22 de souris ainsi que la GFP comme marqueur des cellules infectées dans les nerfs sciatiques de rats CMT1A à l’âge de 6 jours ou 7 jours.Nous avons d’abord confirmé que les virus thérapeutiques infectaient une très large proportion de cellules de Schwann dans le nerf sciatique de rat CMT1A et ensuite que l’infection de ces cellules par les virus exprimant les ARN sh-PMP22 induisait une diminution significative de l’expression de la protéine PMP22. L'analyse du phénotype moteur des rats CMT1A traités avec les AAV9 exprimant les ARN sh-PMP22 montre que les rats CMT1A traités ne développent pas la maladie observée dans les contrôles. Également, les rats CMT1A présentent une hypoalgésie, un phénotype qui n’apparait pas dans les CMT1A traités avec les vecteurs thérapeutiques. Le traitement par thérapie génique empêche la réduction de la vitesse de conduction nerveuse observé dans les rats malades. Concernant la biodistribution des virus, 2,5 mois après le traitement, en dehors des nerfs sciatiques ou les virus ont été injectés, le virus était présent dans les muscles qui entourent le nerf et aussi dans quelques ganglion dorsaux. Pour la réponse immunitaire,les rats injectés, à seulement 2 exceptions près, n’ont pas développé de facteurs neutralisants anti-AAV9. Cette thérapie génique pourrait être utilisée dans les essais cliniques.Avant de passer aux études cliniques pour le traitement de la maladie CMT1A à l’aide d’AAV9 exprimant des ARN sh-PMP22 humain, la dose d’expression de ce ARN sh-PMP22 doit être très soigneusement déterminée car si la PMP22 est trop réduite, une autre maladie peut se développer, la neuropathie héréditaire avec hypersensibilité à la pression. Il est aussi important d’avoir un outil bien adapté qui permet d’évaluer l’efficacité du traitement. Aucun existant n’est assez fiable pour mesurer la myéline du nerf périphérique. Pour remédier à ce manque, nous avons testé la technique d'imagerie Coherent Anti-stokes Raman Scattering (CARS) en caractérisant avec succès les défauts de la myéline. Par conséquent, le CARS est une technique prometteuse permettant d’évaluer l’avancement des maladies de la myéline et l’efficacité de nouvelles thérapies pour les neuropathies périphériques démyélinisantes. / Myelin, a tissue synthesized by Schwann cells, covers and protects nerves. If damaged, it causes many demyelinating diseases such as the inherited peripheral nervous system disorder Charcot Marie Tooth or CMT type 1. CMT neuropathies display a large variability from one patient to another. Nevertheless, the most common symptoms include muscle weakness, an awkward way of walking (gait), equilibrium problem and highly arched or very flat feet. The most common subtype of CMT is an autosomal dominant disorder known as CMT1A. CMT1A is caused by the duplication of the peripheral myelin protein 22 (PMP22) gene on the short arm of chromosome 17 (17p11.2) resulting in an excess of PMP22. This leads to demyelination. PMP22 is a small protein expressed by Schwann cells. There is still no cure for CMT diseases. One approach for a treatment is gene therapy. The aim of my thesis project was to deliver proof of principle for a gene therapy approach on a CMT1A rat model characterized by extra copies of mouse pmp22 gene (CMT1A rat). The treatment strategy consisted in reducing PMP22 overexpression in CMT1A rats with shRNA against PMP22. Viral vectors like adeno-associated virus (AAV having serotypes from1-10) are used to deliver shRNA in vivo so that they won’t be destroyed by the organism and for them to be long-lasting. Thus, we injected sciatic nerves of 6-7-day-old CMT1A rats with AAV9 expressing shRNA PMP22 with a GFP marker. We first confirmed that the virus highly transduced Schwann cells and that AAV9 shRNA PMP22 decreased PMP22 protein expression in CMT1A rats’ sciatic nerves. CMT1A rats treated with AAV9 shRNA PMP22 showed that they didn’t develop the motor phenotype seen in controls. Moreover, hypoalgesia observed in CMT1A rats was alleviated by treatment. In addition, gene therapy increased the reduced nerve conduction velocity found in CMT1A rats. Concerning safety, no viral off-targets were detected except in muscles close to the injection site (sciatic nerve) and in the dorsal root ganglions. Except for 2 rats, there was no immune response against AAV; no anti-AAV9 neutralizing factors. Consequently, this gene therapy could be used in clinical trials. Before moving to clinical studies, the minimal effective dosage should be very carefully defined because if PMP22 is completely deleted, another disease is caused: Hereditary Neuropathy with Pressure Palsies. It is also crucial to have a strong readout to evaluate the outcome of a treatment. However, no tool consistent enough exists for examining the peripheral nerve. Thus, we tested the label-free imaging technique Coherent Anti-stokes Raman Scattering (CARS) and successfully characterized myelination defects. Consequently, CARS could be used as a consistent outcome measure for developing new therapies for demyelinating peripheral neuropathies.

La dystrophie facio-scapulo-humérale (FSHD) est une maladie musculaire autosomique dominante rare. Cette pathologie est causée par la perte des marques épigénétiques répressives au macrosatellite D4Z4 en région subtélomérique du chromosome 4, ce qui conduit à la relaxation de la chromatine, l’expression aberrante du facteur de transcription DUX4 et la dérégulation de centaines de gènes. A ce jour, aucun traitement thérapeutique n’existe pour la FSHD. Le but de ce projet était de déterminer si cibler ou non par des oligonucléotides antisens (AOs) les séquences clés impliquées dans la polyadénylation des ARNm peut-être une stratégie thérapeutique pour inhiber l’expression de DUX4 chez les patients FSHD. En effet, le clivage et la polyadénylation en 3’ des ARNm sont des mécanismes fondamentaux de la maturation des ARNm nécessaires à leur export nucléaire, leur stabilité ou leur traduction efficace. Ces mécanismes représentent donc des cibles intéressantes pour une suppression de l’expression d’un gène dans des maladies à gain de fonction. Pour la première fois, nous avons pu montrer in vitro que l’utilisation d’AOs ciblant les séquences clés impliquées dans l’ajout d’une queue poly(A), notamment le signal de polyadénylation ou le site de clivage, conduit à une sous-expression de l’ARNm gène ciblé, et en particulier DUX4. Les AOs présentant in vivo une faible capacité à pénétrer les cellules et une forte clairance, les séquences des AOs les plus prometteurs ont été insérées dans un vecteur AAV sous promoteur U7. Les premiers résultats obtenus avec ces vecteurs sur un modèle murin sont prometteurs. Cette stratégie innovante apparait comme une option thérapeutique pour la FSHD. / FacioScapuloHumeral Dystrophy (FSHD) is a rare autosomal dominant neuromuscular disorder. This disease is caused by a loss of epigenetic marks within the D4Z4 macrosatellite located in the subtelomeric region of chromosome 4 leading to chromatin relaxation, aberrant expression of the DUX4 transcription factor and a cascade of gene deregulations. So far, there is no curative treatment for FSHD. The aim of this project was to determine whether or not targeting 3’-end key sequences involved in the polyadenylation of mRNA by antisens oligonucleotides (AOs) can be used as an efficient strategy for DUX4 gene silencing in FSHD. Indeed, cleavage and polyadenylation of the 3’-end of mRNAs are fundamental mechanisms of mRNAs maturation required for nuclear export, stability of the mRNAs and efficient translation and consequently could represent interesting targets for suppression of gene expression for gain of function diseases. For the first time, we demonstrated in vitro that targeting 3’-end key sequences involved in the addition of the poly(A) tail, such as the polyadenylation signal and the cleavage site, leads to an efficient extinction of the mRNA targeted and in particular DUX4. Because AOs have a weak cellular uptake and a rapid clearance in vivo, the sequences of the most promising AOs have been vectorised into an AAV vector under the control of the U7 promoter. The first results that we obtained with a FSHD mouse model treated with these vectors are promising. This innovating strategy appears as a therapeutic option for FSHD.

L’hyperoxalurie primitive de type 1 (ou HP1) est une maladie héréditaire du métabolisme liée à un déficit en enzyme hépatocytaire AGT (alanine:glyoxylate aminotransférase), codée par le gène AGXT. Ce déficit entraîne, chez les patients atteints d’HP1, une excrétion hépatique accrue d’oxalate ; celui-ci est ensuite éliminé dans les urines où il se complexe avec le calcium pour former des néphrolithiases oxalo-calciques massives, pouvant conduire à une insuffisance rénale chronique. Le seul traitement curatif disponible pour cette pathologie est la greffe allogénique combinée hépatorénale, actuellement limitée par la disponibilité des donneurs de greffons, une morbi-mortalité significative et la nécessité d’un traitement immunosuppresseur au long cours. L’objectif du projet de recherche est de développer une thérapie génique de l’HP1 par greffe de cellules hépatiques autologues génétiquement corrigées. La faible disponibilité et la difficulté d’amplification in vitro des hépatocytes adultes nous a conduit à explorer la piste des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) pour produire des cellules hépatiques humaines utilisables en médecine régénérative. Nous avons dérivé et caractérisé des lignées de cellules iPSCs à partir de fibroblastes de patients atteints d’HP1, après expression transitoire des facteurs de reprogrammation par des vecteurs Sendai. Nous avons développé deux stratégies de thérapie génique additive par insertion d’un minigène codant une séquence optimisée de l’ADNc AGXT au moyen (1) d’un vecteur lentiviral à expression hépato-spécifique et (2) d’un processus de recombinaison homologue au locus AAVS1 facilité par le système de clivage ciblé de l’ADN « CRISPR/Cas9 ». Enfin, nous avons mis en évidence l’expression de la cassette thérapeutique après différenciation hépatocytaire des iPSCs génétiquement corrigées. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives de médecine régénérative pour l’HP1 par transplantation de cellules hépatocytaires autologues génétiquement corrigées dérivées d’iPSCs de patients. / Primary hyperoxaluria type 1 (or PH1) is an inherited metabolic disorder related to the deficiency of the hepatic AGT enzyme (alanine:glyoxylate aminotransferase), which is encoded by the AGXT gene. In PH1 patients, this deficiency leads to oxalate overexcretion by liver, followed by urine filtration and complexation with calcium to form massive calcium-oxalate nephrolithiasis potentially leading to chronic renal failure. The only available curative treatment is combined hepatorenal allogeneic engraftment, which is currently limited by the availability of transplant donors, significant morbidity and mortality, and the need for long-term immunosuppressive treatment. The aim of our research project is to develop gene therapy for PH1, consisting in engraftment of genetically corrected autologous liver cells. Considering that adult hepatocytes are hardly available and expandable in vitro, we chose to explore the use of induced pluripotent stem cells (iPSCs) to produce human liver cells for application in regenerative medicine. We derived and characterized iPSC lines from PH1 patient fibroblasts after transient expression of reprogramming factors delivered by Sendai virus vectors. We developed two additive gene therapy strategies by inserting a minigene encoding an optimized AGXT cDNA sequence using (1) a lentiviral vector designed for liver-specific expression and (2) homologous recombination process at the AAVS1 locus favoured by the targeted DNA cutting system “CRISPR/Cas9”. Finally, we highlighted therapeutic cassette expression after hepatic differentiation of genetically corrected iPSCs. These results pave the way for regenerative medicine for PH1 by transplantation of genetically modified autologous hepatocyte-like cells derived from patient-specific iPSCs.