Gene transfer to the brain is a promising therapeutic strategy for a variety of neurodegenerative disorders including Parkinson‟s disease (PD). PD is the second most common neurodegenerative disease. Although many drugs have been developed and introduced into the market to provide symptomatic treatment, there is still no cure for PD. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) is a potent survival factor for injured nigrostriatal dopamine neurons and is currently being evaluated as a potential treatment for PD. Gene therapy allows localized, long-term and stable transgene expression after a single intervention to obtain a therapeutic effect. Regulatable promoters for transgene expression furthermore allow optimizing GDNF concentration to avoid undesirable biological activity and clinical side effects. In the first part of the study, an autoregulatory tetracycline-inducible recombinant adeno-associated viral vector (rAAV-pTetbidiON) utilizing the rtTAM2 reverse tetracycline transactivator (rAAV-rtTAM2) was used to conditionally express the human GDNF cDNA. Eight weeks after a single intrastriatal injection of the rAAV-rtTAM2-GDNF vector encapsidated into AAV serotype 1 capsids (rAAV2/1), the GDNF protein level was respectively 15 fold higherand undistinguishable from the endogenous level in doxycycline(Dox) treated and untreated animals. However, a residual GDNF expression in the uninduced animals was evidenced by a sensitive immunohistochemical staining. As compared to rAAV2/1-rtTAM2-GDNF, the rAAV2/1-rtTAM2-WPRE-GDNF vector harboring a woodchuck hepatitis post-transcriptional regulatory element, which increases and stabilizes the transgene transcript, expressed a similar concentration of GDNF in the induced state but a basal level ~2.5-fold higher than the endogenous striatal level. However, the distribution of GDNF in the striatum in induced state was more widespread using the rAAV2/1-rtTAM2-WPRE-GDNF vector as compared to rAAV2/1-rtTAM2- GDNF. As a proof for biological activity, for both vectors, downregulation of tyrosine hydroxylase (TH) was evidenced in dopaminergic terminals of Dox-treated but not untreated animals. In the second part of my study, functional (behavioural) and neurochemical changes mediated by delayed intrastriatal GDNF gene delivery in the partial Parkinson‟s disease rat model were investigated. The rAAV2/1-rtTAM2-WPRE-GDNF vector (3.5 108 viral genomes) was administered unilaterally in the rat striatum 5 weeks after intrastriatal injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) which produces a partial and progressive lesion of the nigro-striatal dopaminergic pathway. Rats were treated with Dox or untreated from the day of vector injection until sacrifice at 4 or 14 weeks (continuous treatment). A sub-group was Dox-treated for 7 weeks (temporary treatment) then untreated until 14 weeks. In the absence of Dox, the GDNF tissue concentration was found to be equivalent to the endogenous level in 6-OHDA-lesioned rats. In the presence of Dox, it was ~10-fold higher. Dox-dependent behavioral improvements were demonstrated 4 weeks post-vector injection. At later time points, spontaneous partial recovery was observed in all rats, but no further improvement was found in Dox-treated animals. Moreover GDNF gene delivery only transiently improved dopaminergic function. Over the long term, TH was more abundant, but not functional, and the increase was lost when GDNF gene expression was switched off. The third part of my study consisted in the evaluation of the respective dose-range of therapeutical and undesirable effects of GDNF. Functional effects appeared after delivery of 3.5 108 viral particles which produced 200-300 pg/mg protein of GDNF in the lesioned rat striatum (see above). In order to evaluate the viral dose producing undesirable effects, we compared two different doses of vector: 3.5x108 and 4.4x109 viral genome. In the low dose group, the GDNF concentration in the striatum was ~300 pg/mg protein in the Dox-treated animals and equivalent to the endogenous level in untreated animals (~20 pg/mg protein). In contrast, in the high dose group, GDNF levels reached ~1200 pg/mg protein in induced animals but up to ~300 pg/mg protein in uniduced animals. In the low dose group, Dox-dependent downregulation of TH but no asymetrical behaviour was evidenced. In the high dose group, TH downregulation was observed in both Dox+ and Dox-rats. In addition, amphetamine-induced rotational behaviour was evidenced in Dox+ but not in Dox-rats. These data suggest that low doses of virus are sufficient to induce therapeutically-relevant but not undesirable functional effects of GDNF. Nevertheless,a neurochemical effect of GDNF (TH down-regulation) did appear at low dose. In order to understand the GDNF-induced motor asymmetry, we investigated the anatomical pattern of TH down regulation in striatum. Strikingly, there was a greater loss of TH labeling in striosomes than in the surrounding matrix. Receptors which are known to be differentially expressed in the striosomes i.e. µ-opioid receptor(MOR-1) and N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptor 1 (NR1) as compared to the matrix were analyzed in the high-dose group of animals. MOR-1 was not affected by GDNF gene delivery. In contrast, NR1 was down regulated. The potential relationship between TH and NR1 down-regulation as well as other previously described neurochemical effects of GDNF (as enhancement of DA release and metabolism, of DA neurons excitability or of TH phosphorylation) and behavioural asymmetry remains to be clarified. As summary, our data suggest that behavioural and neurochemical effects of striatal delivery of GDNF can be controlled by Dox by using the autoregulatory rAAV2/1-TetON- GDNF vector, provided the dose range of gene delivery is carefully adjusted. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La maladie de Parkinson se caractérise entre autres par une dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta (SNpc) qui innervent le striatum. Cette dégénération entraîne une baisse de la sécrétion de dopamine dans le striatum qui est responsable de la majorité des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson. Plusieurs approches ont été étudiées pour le traitement de la maladie de Parkinson :i) restaurer une synthèse de dopamine dans le striatum par une greffe striatale de neurones dopaminergique ou par un transfert striatal de gènes impliqués dans la synthèse de la dopamine ;ii) protéger et stimuler les neurones dopaminergiques survivants dans la substance noire pars compacta des patients ;iii) corriger les déséquilibres de la boucle motrice engendrés par la baisse de stimulation dopaminergique du striatum ;iv) stimuler et recruter des progéniteurs cérébraux pour les faire se différencier en neurones dopaminergiques dans le striatum. Toutes ces approches thérapeutiques peuvent impliquer des transferts de gènes.<p>Les vecteurs dérivés des virus adéno-associés (rAAV) constituent des outils de choix pour le transfert de gènes dans les tissus cérébraux. Par ailleurs, de nombreuses applications nécessitent une régulation de l’expression du transgène. Nous disposons au laboratoire d’un vecteur rAAV inductible à la tétracycline (rAAV-TetON).<p>Nous décrivons dans ce travail :<p> i) le comportement du vecteur rAAV dérivé du sérotype 1 d’AAV utilisant la cassette d’expression TetON (rAAV2/1-TetON) comparé à celui du rAAV2/1 utilisant un promoteur constitutif pour l’expression du transgène (rAAV2/1-pCMV) dans le striatum et le mésencéphale (contenant la substance noire). A l’aide d’un vecteur rAAV2/1-TetON exprimant le GDNF, nous montrons que nous pouvons moduler le niveau d’expression du transgène dans le striatum par la dose d’inducteur administré aux animaux. Par ailleurs, nous montrons que le rAAV2/1-TetON présente dans le striatum une efficacité de transduction moindre que le rAAV2/1-pCMV mais qu’il présente un profil de biosécurité supérieur au rAAV2/1-pCMV car il limite fortement l’expression du transgène hors du striatum. De plus, le rAAV2/1-TetON n’entraîne pas de recrutement de lymphocytes T ni d’activation de la microglie dans le striatum. Lorsqu’il est injecté dans le mésencéphale, le vecteur rAAV2/1-TetON, contrairement au rAAV2/1-pCMV présente une expression préférentielle dans les neurones dopaminergiques de la SNpc et de l’aire tégmentale ventrale (VTA).<p>ii) le comportement des vecteurs rAAV2/1-pCMV et scAAV2/1-pCMV (vecteur « self-complémentaire » permettant une expression du transgène indépendamment de la synthèse du second brin du génome viral) dans la région neurogénique de la zone sous-ventriculaire (ZSV). Nous avons montré que les vecteurs rAAV2/1 infectent efficacement la ZSV et s’y expriment rapidement. Les vecteurs scAAV2/1 s’expriment plus rapidement dans la ZSV que les vecteurs rAAV2/1 (expression maximum à 24h et 48h, respectivement). De plus, les vecteurs rAAV2/1 présentent une efficacité de transfection importante pour les progéniteurs neuraux en prolifération (cellules C, transient amplifying progenitors) et les neuroblastes en migration (cellules A) mais pas pour les cellules souches neurales (cellules B). Nous observons, par ailleurs, que les rAAV2/1 induisent une baisse transitoire de la prolifération de la ZSV. Cet effet est indépendant de l’expression du génome et dépend donc probablement de la capside virale de nos vecteurs. De plus, cette baisse de prolifération n’induit pas d’apoptose. A long terme, nous observons des cellules exprimant le transgène dans la zone granulaire du bulbe olfactif, indiquant que la transduction des progéniteurs de la ZSV n’interfère pas avec leurs capacités de migration et de différenciation.<p>iii) l’efficacité de différents sérotypes de rAAV pour le transfert de gènes dans les cellules progénitrices neurales (NPC) in vitro. Nous avons montré que les rAAV peuvent transduire des NPC mais que l’efficacité spécifique des différents sérotypes testés varie en fonction de la région du cerveau fœtal et de l’espèce dont les NPC sont issues. Par ailleurs, les rAAV induisent une réduction drastique de la prolifération des cultures de NPC dépendante du sérotype de rAAV utilisé mais pas de l’origine fœtale des NPC ou de l’espèce dont elles sont issues.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le traitement du cancer par thérapie génique nécessite d’une part des gènes suicides efficaces et, d’autre part, l’adressage spécifique de ces gènes aux cellules cancéreuses. J'ai d'abord caractérisé un nouveau gène suicide dérivé de la désoxycytidine kinase humaine (dCK) : le M36. Comparé à la dCK, le M36 permet une meilleure sensibilisation des certaines cellules cancéreuses aux traitements avec différents chimiothérapeutiques comme la gemcitabine et la cytarabine. Ces résultats sont particulièrement encourageants pour l'élimination des cellules cancéreuses résistantes à ces traitements du fait d’un défaut de la dCK. Dans une deuxième partie, je me suis intéressée à l'adressage spécifique des transgènes aux cellules cancéreuses par les vecteurs lentiviraux. J'ai travaillé à la preuve de concept qu’une enveloppe (Env) VIH modifiée peut permettre un tel ciblage. J'ai généré une Env qui a fortement diminué son tropisme naturel et qui comporte un motif liant le marqueur tumoral modèle HER2. / Cancer gene therapy requires the use of an effective suicide gene and the specific targeting of cancer cells. In my PhD work, I have first characterized a new potential suicide gene derived from human deoxycytidine kinase (dCK): M36. Compared to dCK, M36 improves sensitization of certain cancer cells to treatment with chemotherapeutic compounds as gemcitabine and AraC. These results are particularly encouraging for the elimination of cancer cells resistant to the treatment because of a defect with dCK. In a second part, I have worked at the proof of concept that a modified HIV envelope can allow specific targeting of cancer cells by lentiviral vectors. During this work, I have generated a CD4i envelope with a strongly diminished natural tropism and that carries a motif known to bind the model cell surface cancer marker HER2. This envelope constitutes a good starting material to be improved by evolution in cell culture to obtain specific targeting of HER2+ cells.

Le travail de recherche de cette thèse consiste en le développement de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques pour des applications en nanotechnologie, nanomédicine et diagnostic. Dans ce contexte, des cristaux poreux de zéolite-L ont été utilisé comme nano-vecteur pour faire de la transfection d’ADN et d’ANP, en combinaison avec le relargage de molécules hôtes placées dans les pores. Des nanoparticules de silice mesoporeuses multifonctionnelles ont été utilisées pour traiter le glioblastome, en combinant la thérapie génique avec l’administration durable d’un principe actif. Des nano-coquilles hybrides biodégradables ont été encore développés pour encapsuler des protéines et les relâcher dans les cellules vivantes. Dans le domaine de la détection d’acides nucléiques, des fibres optiques à cristal photonique, fonctionnalisées avec des sondes d’ANP, ont été exploitées comme plateformes optiques pour faire de la détection ultra-sensible d’oligonucléotides ou d’ADN génomique. Enfin, la squelette de l’ANP a été modifié à créer des sondes fluorescentes pour reconnaître et détecter la présence des séquences cibles spécifiques. / The research work presented throughout this thesis focuses on the development of novel organic-inorganichybrid materials for applications in nanotechnology, nanomedicine and diagnostics. In such a context, porous zeolite-L crystals have been used as nanocarriers to deliver either DNA or PNA in live cells, in combination with the release of guest molecules placed into the pores. Multifunctional mesoporous silica nanoparticles have been designed to treat glioblastoma, combining gene therapy with the sustained delivery of a chemotherapy agent. Biodegradable hybrid nano-shells have been furthermore created to encapsulate proteins and release them in living cells upon degradation of the outer structure in reductive environment. In the field of nucleic acid detection, photonic crystal fibers, functionalized with specific PNA probes, have been exploited as optical sensing devices to perform ultra-sensitive detection of DNA oligonucleotides or genomic DNA. Eventually, the PNA backbone has served as scaffold to synthesize fluorescent switching probes able to recognize and to detect the presence of specific target sequences.

L’expression d’un transgène grâce au vecteur AAV offre une perspective thérapeutique très prometteuse dans le traitement de maladies monogéniques. Malheureusement, il apparait souvent que des réponses immunes contre le vecteur et le transgène conduisent à un rejet des cellules transduites ainsi qu’à la mise en place d’une mémoire immunitaire spécifique empêchant un nouveau traitement ultérieur. Avec la perspective d’éviter tout rejet immun des cellules transduites, j’ai développé deux approches distinctes. D’une part, nous avons développé un système dans lequel l’expression du transgène est déstabilisée dans les cellules présentatrices de l’antigène grâce à l’ajout de cibles du miRNA 142.3p qui est spécifiquement exprimé dans le système hématopoïétique. Nous avons ainsi montré que la réponse immunitaire contre le transgène était favorisée par la transduction des cellules présentatrices de l’antigène par le vecteur, conduisant à la présentation directe du produit du transgène. En comparant l’initiation des réponses immunes contre plusieurs transgènes modèles, nous avons montré que la réponse immune dirigée contre le transgène pouvait être contrôlée mais que celle-ci dépendait étroitement de l’immunogénicité intrinsèque du transgène en question, c'est-à-dire de la présence d’épitopes reconnus par des lymphocytes T CD4 auxiliaires ainsi que par les lymphocytes B. Une autre approche a concerné l’utilisation de lymphocytes T régulateurs exprimant le facteur de transcription Foxp3 (Treg) et plus particulièrement l’étude de leur mode d’induction in vivo. La présence de Treg conférant une tolérance immunitaire spécifique du transgène a été décrite dans diverses situations et les Treg induits à partir de CD4+ matures (pTreg/iTreg) semblent avoir un potentiel thérapeutique important. Cependant, la population précise de lymphocytes CD4+ à même d’être convertie en Treg n’avait pas été identifiée auparavant. Au cours de mes travaux, analysant la capacité de conversion de cellules naïves, mémoires ou de récents émigrants thymiques, j’ai mis en évidence que le potentiel de conversion des lymphocytes CD4 naïfs issus de souris âgées était diminué et que ceci était dû à une caractéristique intrinsèque des lymphocytes T CD4+ provenant de telles souris. Enfin, nous avons montré que cette faible capacité de conversion des lymphocytes CD4 naïfs en Treg était associée à un rejet de greffe accru dans un modèle de transplantation de peau, montrant que la sénescence peut impacter négativement des protocoles d’induction de tolérance faisant appel à l’induction de Treg en périphérie. / Transgene expression through AAVvectors offers a very promising therapeutic perspective in the treatment of monogenic disorders. Unfortunately, it often appears that the immune responses against the transgene and the vector lead to the rejection of transduced cells and to an establishment of a specific immune memory preventing further processing. With a view to avoid immune rejection of transduced cells, I developed two distinct approaches.First, we have developed a system where the transgene expression is destabilized in the antigen presenting cells by addition of the target miRNA 142.3p which is specifically expressed in the hematopoietic system. We have shown that the immune response against the transgene was favored by transduction of antigen presenting cells with the vector, leading to the direct presentation of the transgene product. Comparing the initiation of immune responses against more transgenes models, we showed that the immune response against the transgene could be controlled but it depended greatly on the intrinsic immunogenicity of the transgène: the presence of epitopes recognized by T helper cells and CD4 by B lymphocytes. Another approach has involved the use of regulatory T cells expressing the transcription factor Foxp3 ( Treg ) and more specifically the study of their mode of induction in vivo. The presence of Treg conferring transgene -specific immune tolerance has been described in various situations and induced Treg from CD4 + mature ( pTreg / iTreg ) appear to have a significant therapeutic potential . However, the precise population of CD4 + lymphocytes capable of being converted into Treg was not identified previously. During my work, analyzing the conversion capacity naive, memory cells or thymic recent emigrants, I highlighted that the potential of conversion of naive CD4 lymphocytes from old mice was decreased and this was due to an intrinsic defect of CD4 + T cells from such mice. Finally, we showed that low conversion ability of CD4 naive Treg was associated with an increased graft rejection in a model of skin transplantation, showing that senescence may negatively impact protocols of tolerance induction using induction of Treg in the periphery.

Les thérapies anticancéreuses ont connu ces dernières années un développement important ayant pour conséquence une amélioration dans la qualité de vie des patients. Cependant la survenue de résistances et la part significative de cancer sans traitement efficace nous oblige à envisager le développement de nouvelles stratégies anticancéreuses. Nous avons développé une nouvelle technique basée sur le principe du gène suicide en utilisant le gène du cytochrome P450 2B6 associé au cyclophosphamide (CPA). Cette technique qui consiste au transfert d’un gène métabolisant une prodrogue anticancéreuse dans la tumeur permet une sensibilisation des tumeurs à cette prodrogue. Le premier objectif de ce travail a consisté à améliorer le métabolisme de la prodrogue en construisant un gène muté du CYP2B6 en fusion avec la réductase, partenaire indispensable du CYP. Dans un deuxième temps nous avons transféré le gène CYP2B6TM-RED dans des cellules tumorales qui sont devenues sensibles au CPA entrainant une éradication des tumeurs. Ces résultats ont été confirmés in vivo sur des modèles de souris immunocompétentes. Nous avons, en plus de l’effet cytotoxique, mis en évidence un important effet bystander et le développement d’une immunité antitumorale spécifique. Ceci nous laisse penser que cette méthode peut permettre de protéger contre les récidives et les métastases. Les bons résultats obtenus dans le développement de cette nouvelle stratégie anticancéreuse, nous laissent espérer d’un futur passage en clinique. Pour cela de nouveaux modèles animaux devront être mis au point pour optimiser le transfert du transgène dans les tumeurs. / Anticancer therapies had, in recent years, an important development that results in an improvement in the quality of life of patients. However, the occurrence of resistance and the significant proportion of untreated cancer force us to consider the development of new anticancer strategies. We have developed a new technique based on the principle of suicide gene using the gene of cytochrome P450 2B6 associated with cyclophosphamide (CPA). This technique involves the transfer of a gene metabolizing an anticancer prodrug within the tumor allowing tumors sensitization to this prodrug. The first objective of this work was to improve the metabolism of the prodrug in building a mutated CYP2B6 fused with the reductase gene essential partner of CYP. In a second step we transferred the CYP2B6TM-RED gene in tumor cells that have been significantly sensitized. These results were confirmed on in vivo models of immunocompetent mice. In addition to the cytotoxic effect, mice were able to develop a specific anti-tumor immunity. This suggests to us that this method can protect against recurrence and metastasis. The good results obtained in the development of this new anticancer strategy, let us hope for a future transition into clinic. For this, new animal models will be developed to definitively validate the method.

Le syndrome d’Usher (USH) associe une surdité neurosensorielle congénitale et une perte progressive de la vision par rétinite pigmentaire. Pendant ma thèse, l’essentiel de mon travail a porté sur un gène responsable du syndrome d’Usher de type 2, USH2A. Ce gène code pour l’usherine, une protéine associée aux liens fibreux interstéréociliaires situés à la base de la touffe ciliaire des cellules ciliées de la cochlée. Ces liens transitoires disparaissent autour du 9e jour post-natal (P9), chez la souris et le complexe moléculaire associé à ces liens inclut l’usherine, adgrv1 (un récepteur membranaire couplé aux protéines G), la whirline, et pdzd7 (deux protéines sous-membranaires d’échafaudage contenant des domaines PDZ). Des travaux précédents ont montré que l’interaction de ces quatre protéines était nécessaire à un développement correct de la touffe ciliaire, qui lui-même conditionne la transduction mécano-électrique opérée par les cellules ciliées. Pendant ma thèse, j’ai étudié les effets, à court terme et à long terme, de l’absence de la plus longue des 2 isoformes connues de l’usherine, l’isoforme-b transmembranaire, sur des souris mutantes pour le gène Ush2a (Ush2aΔTM/ΔTM). Chez ces souris, j’ai effectué des mesures de courants de transduction mécano-électrique, des enregistrements des potentiels évoqués auditifs (PEA), des tests de masquage auditif, et une analyse morphologique des cellules ciliées par imagerie au microscope électronique à balayage. Ainsi, j’ai pu montrer que les liens interstéréociliaires basaux étaient présents à P4 et que les courants de transduction mécano-électrique étaient normaux à P7. L’absence de l’isoforme-b de l’usherine n’a, en fait, que très peu de conséquences morphologiques et fonctionnelles sur la touffe ciliaire des cellules ciliées de la cochlée durant les 3 ou 4 premiers mois de vie chez la souris. A partir de l’âge de 4 mois cependant, les souris Ush2aΔTM/ΔTM souffrent d’une perte progressive de l’audition et d’anomalies de la sélectivité dans l’analyse des fréquences du son, dues surtout à un dysfonctionnement des cellules ciliées externes. Ces résultats viennent alimenter le débat sur le caractère progressif de la surdité du syndrome d’Usher de type 2A. La surdité des patients USH2A est considérée comme étant le plus souvent non progressive, mais plusieurs études ont révélé que certains patients souffrent en fait d’une surdité progressive. Mon travail a permis de montrer que chez la souris, la surdité en rapport avec des mutations d’Ush2a peut également être progressive. L’existence potentielle d’une fenêtre temporelle chez les patients USH2A dont la surdité moins sévère à la naissance, va ensuite s’aggraver, pourrait permettre d’envisager dans le futur un traitement curatif précoce du déficit auditif de ces patients, par thérapie génique. / Usher syndrome (USH) is characterised by a sensorineural congenital deafness and a progressive loss of vision by retinitis pigmentosa. During my PhD, my main focus of study was a gene responsible for Usher syndrome type 2, USH2A. This gene codes for usherin, a protein associated with the fibrous links located at the base of the hair bundle of cochlear, and vestibular hair cells. In mice, these transitory links start to disappear as of postnatal day 9 (P9), and the molecular complex with which they are associated is composed of usherin, adgrv1 (an adhesion G protein coupled receptor), whirlin, and pdzd7 (two submembranous PDZ domain-containing scaffold proteins). Previous work has shown that the interaction in between these 4 proteins is essential for the development of the hair bundle, the structure responsible for the initiation of the mechano-electrical transduction (MET) process in the hair cells. During my thesis, I studied the short term and long term effects of the absence of the longest of the 2 usherin isoforms, the transmembrane b-isoform, in mice carrying a mutation in the Ush2a gene (Ush2aΔTM/ΔTM). In these mice, I measured mechano-electrical currents, auditory brainstem responses, undertook auditory masking tests, and analysed scanning electron micrographs of cochlear hair bundles. Through this work, I showed that basal lateral links similar to ankle links could be observed on P4, and that MET currents were normal on P7. The absence of the long b-isoform of usherin actually has very little effect on the morphology or the function of the cochlear hair bundle in mice, until 3 or 4 months of age. As of 4 months old however, Ush2aΔTM/ΔTM mice suffer from a progressive hearing loss, and frequency selectivity defects, mainly cause by a dysfunction of outer hair cells. These results will further add to the debate on whether the hearing loss in Usher syndrome type 2A is progressive or not. Hearing loss in USH2A patients is generally considered non progressive, but several studies have given indication to the contrary. My work has shown that in mice, deafness caused by mutations to the Ush2a gene can also follow a progressive pattern. The potential existence of this temporal window in USH2A patients whose hearing impairment is less severe at birth, but gets worse over time, could allow clinicians to use gene therapy as curative treatment for patients who fall into this category.

L’objectif repose sur l’élaboration de vecteurs d’ADN fonctionnalisés par des séquences peptidiques, DLC8-AS, ciblant les chaînes légères LC8 de la dynéine cytoplasmique, pour obtenir un transport actif jusqu’au noyau le long des microtubules (MTs). Des travaux précédents, menés sur des fluosphères fonctionnalisées par des DLC8-AS, ont montré une efficacité remarquable à condition de travailler avec de hauts taux de ligands. De tels niveaux de ligands ne sont pas transposables à des nanoparticules (NPs) d’ADN car ils affectent grandement leur stabilité colloïdale. Pour compenser cela, nous avons développé dans cette thèse, des NPs d’ADN faiblement fonctionnalisées (2-10 mol %) portant des dimères de DLC8-AS afin de bénéficier d'un effet dimérique vis-à-vis de la dynéine qui augmente l'affinité. Parmi les systèmes testés, 2 ont montré un gain lié à l’effet dimérique des DLC8-AS. Le 1er est basé sur un amphiphile cationique dimérisable de la cystéine, utilisé avec son homologue pegylé portant un motif DLC8-AS, pour produire, via l’oligomérisation des thiols, une population monodisperse de petites NPs d’ADN décorées (~60 nm). Les expériences menées sur cellules HeLa ont montré que les NPs décorées par les dimères de DLC8-AS avaient des efficacités de transfection améliorées (~250 fois) grâce à un mécanisme dépendant du système dynéine/MTs. Dans l’autre système, la surface de polyplexes de PEI a été décorée avec des amphiphiles octaarginine mono- ou bis-DLC8-AS. De façon remarquable, l’efficacité de transfection des polyplexes portant les ligands dimériques a été améliorée d’un facteur 50 par rapport au JetPEI standard. Ici encore, le mécanisme dépend des MTs. / The aim consists in engineering DNA carriers functionalized by peptide sequences, DLC8-AS, targeting the LC8 light chains of cytoplasmic dynein, to promote active transport towards the nucleus along the microtubules (MTs).Dépôt de thèseDonnées complémentairesPrevious works based on polystyrene fluospheres functionalized with DLC8-AS, showed a noteworthy transfection enhancement but as a cost of high levels of ligands. Such levels of functionalization are unsuitable for maintaining sufficient colloidal stability of DNA nanoparticles (NPs). In order to compensate for this, we developed in this thesis weakly functionalized DNA NPs (2-10 mol %) bearing dimers of DLC8-AS to benefit from a dimeric effect toward the dynein which increase the affinity. Among our designed systems, two revealed the benefit from taking advantage from the dimeric effect of DLC8-AS. The 1st one relies on a cationic and dimerizable cysteine based amphiphile, which was used with its dimerizable pegylated homologue containing DLC8-AS, to produce, through a thiol-disulfide oligomerisation process, a monodisperse population of small sized functionalized DNA NPs (~60 nm). Experiments carried out onto HeLa cells, showed that DNA NPs functionalized with DLC8-AS dimers exhibited enhanced transfection properties (~250 times) through a dynein/MTs dependant mechanism. The second consists in functionalizing the surface of PEI polyplexes with octaarginine amphiphiles carrying a mono- or bis-DLC8-AS. Remarkably, the transfection efficiency of polyplexes bearing the dimeric ligands was increased by a 50 times factor compared to the JetPEI golden standard. Here too, the mechanism strongly depends on MTs.

La dyskinésie ciliaire primitive (DCP) est une maladie génétique rare, autosomique récessive, résultant d'un dysfonctionnement des cils de l'épithélium respiratoire. Les patients atteints souffrent d'infections respiratoires chroniques accompagnées de complications évoluant vers l'insuffisance respiratoire, en dépit de traitements antibiotiques et de kinésithérapique à vie. Ils peuvent aussi présenter une hétérotaxie.La première partie de ma thèse a consisté à rechercher des gènes impliqués dans l'hétérotaxie et la DCP. Grâce au séquençage haut-débit, nous avons pu identifier deux nouveaux gènes - MMP21 et RSPH1 - responsables respectivement d'hétérotaxie et de DCP. L'identification de tous les gènes responsables est un préalable indispensable à toute thérapie génique. Dans la deuxième partie, nous avons cherché à développer une thérapie génique in vivo dans le but de restaurer un battement ciliaire normal et ainsi de stopper l'évolution de la maladie. Préalablement, notre laboratoire avait apporté la preuve du concept dans un essai de thérapie génique in vitro impliquant le gène DNAI1. Pour la démonstration in vivo, la lignée Dnahc11iv de souris ayant une mutation du gène Dnahc11 et ayant des cils déficients a été choisie. L'ADNc de DNAH11 (14 kb) a été cloné sous contrôle d'une partie de la séquence du promoteur FOXJ1, suffisante pour limiter l'expression du transgène aux cellules ciliées. Une autre construction a permis de produire des vecteurs dérivés du baculovirus. Un essai de délivrance par voies nasale et trachéale a été réalisé avec succès d'une part avec les vecteurs dérivés du baculovirus et d'autre part avec l'ADNc complexé à des nanoparticules / Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a rare autosomal recessive genetic disorder, caused by airway epithelial cilia dysfunction. Patients suffer from chronic respiratory infections along with various organ defects evolving toward respiratory insufficiency, in spite of antibiotic treatment and lifelong physiotherapy. They can also have heterotaxy syndrome. The first part of this work aimed to identify mutations in genes implicated in heterotaxy and PCD. Thanks to next-generation sequencing method, two new genes were identified MMP21 and RSPH1 causing heterotaxy and PCD respectively. The discovery of all causal genes is the base of the development of a PCD therapy system. The second part describes the development and the characterization of tools needed to establish an in vivo gene therapy. The purpose is to restore a normal cilia beating to limit or even stop the disease. First, our laboratory demonstrated the proof-of-concept in an in vitro gene therapy assay for DNAI1. To do so, Dnahc11 deficient mouse model with immotile cilia and PCD symptoms was chosen. Then, to achieve the project, DNAH11 cDNA (14 kb) has been cloned under control of a part of the sequence of the specific promoter (FOXJ1), previously demonstrated as sufficient to limit transgene expression to ciliated cells. Another construction was made to produce baculovirus derived vectors. A cDNA delivery attempt through nasal and tracheal way was done with baculovirus derived vector or DNAH11 cDNA complexed with nanoparticles

Le développement des nanotechnologies dans le domaine médical a suscité un engouement considérable ces dernières années, notamment l’utilisation de nanoparticules pour la vectorisation de principes actifs. Les nanoparticules offrent des perspectives uniques pour la vectorisation et la délivrance de principes actifs qu’ils soient des gènes (thérapie génique),des anti-cancéreux (chimiothérapie) ou encore des agents photosensibilisateurs (photothérapie dynamique, TPD). Le défi majeur reste cependant l’acheminement des molécules thérapeutiques jusqu’à leur site d’action, tout en gardant leur intégrité ainsi que leur effet thérapeutique.L’axe de recherche de cette thèse est l’utilisation des nanocapsules lipidiques comme plateforme multifonctionnelle pour la délivrance de principes actifs. Un des objectifs étant le développement de nanocapsules lipidiques, stables de point de vue physico-chimique, et fonctionnalisées avec du polyéthylèneimine capables de délivrer efficacement un plasmide ADN et un anti-cancéreux (paclitaxel) dans le cadre d’une thérapie combinée. Les applications de ces nanovecteurs pour la transfectionde gènes et la vectorisation de chimiothérapeutique in vitro ont été réalisées.Par ailleurs, l’aptitude de nanocapsules lipidiques à vectoriser des agents photosensibilisants pour la thérapie photodynamique a été aussi étudiée in vitro, et les résultats ont montré que l’encapsulation de deux molécules de PS dans les nanocapsules permet une synergie de l’effet photodynamique tout en gardant les propriétés physico-chimiques de chaque PS. Enfin, l’encapsulation d’un agoniste au canal ionique TRPM8, le menthol, fait l’objet du dernier chapitre. L’étude par imagerie calcique du relargage de cette molécule lipophile in vitro a permis de confirmer le potentiel des NCL comme nanovecteurs de principes actifs. / The development of nanotechnology in the medical field has attracted considerable interest in recent years, including the use of nanoparticles for drug delivery. Nanoparticles offer unique opportunities for delivery of active drugs such as genes (gene therapy), anti-cancer (chemotherapy) or photosensitizers (photodynamic therapy, PDT). The major challenge, however, remains the delivery of therapeutic molecules to their site of action while keeping their integrity and their therapeutic effect.The research focus of this thesis is the use of lipid nanocapsules as a multifunctional platform for the delivery of drugs. One goal is the development of stable lipid nanocapsules, functionalized with polyethyleneimine and capable of effectively delivering a plasmid DNA and an anti-cancer (paclitaxel) as part of a combination therapy. The applications of these nanocarriers for transfection and delivery of chemotherapeutic were performed in vitro.Moreover, the ability of lipid nanocapsules to encapsulate photosensitizers for photodynamic therapy has been studied in vitro, and the results showed that the encapsulation of two molecules of PS in the nanocapsules allows a synergy photodynamic effect while protecting the PS from photo degradation.Finally, encapsulating an ion channel TRPM8 agonist (menthol) is the subject of the last chapter. The study by calcium imaging of the release of this lipophilic molecule in vitro confirmed the potential of lipid nanocapsules as nanocarriers of drugs.