La transplantation d'hépatocytes représente une alternative à la transplantation hépatique pour le traitement de certaines maladies métaboliques dont l'hypercholestérolémie familiale. Les cellules souches embryonnaires (ES) et les cellules souches pluripotentes induites (iPS) humaines représentent de nouvelles sources de cellules hépatiques. Nous avons mis au point une approche de différenciation des cellules souches humaines en cellules hépatiques et généré ainsi des cellules dérivées de cellules iPS de patients atteints d'hypercholestérolémie familiale.

La myopathie myotubulaire (XLMTM, OMIM 310400) est causée par des mutations dans le gêne MTM1 situé sur le chromosome X et apparaît à une fréquence de 1/50 000 naissances mâles. Les patients présentent une hypotonie et une faiblesse musculaire généralisées et de graves problèmes respiratoires à la naissance. En absence de traitement, les patients sont nombreux à décéder durant la première année de vie. Mon travail de thèse consiste à développer un traitement de thérapie génique pour la myopathie myotubulaire. L'injection intraveineuse du vecteur thérapeutique rAAV9-DES-Mtm1 chez le modèle murin de la myopathie myotubulaire permet d'obtenir de la protéine transgénique dans l'ensemble des muscles squelettiques de l'organisme. Un an après le traitement, les muscles malades retrouvent une morphologie normale et les souris sont en vie. La seconde partie porte sur l'évaluation des effets de la protéine MTMR2, un homologue de la myotubularine (MTM1), sur le muscle déficient en myotubularine, comme alternative à la thérapie génique avec MTM1. L'administration d'un vecteur AAV comportant le transgène MTMR2 dans le muscle malade améliore, partiellement, le phénotype musculaire. Ces résultats suggèrent que l'augmentation du niveau d'expression de MTMR2 dans le muscle malade pourrait être un traitement efficace. Enfin j'ai étudié le rôle de l'activité phosphatase de la myotubularine dans son action thérapeutique. J'ai comparé l'effet d'une forme inactive de myotubularine (MTMIC375S) à celui du transgène thérapeutique sur le muscle atteint de myopathie myotubulaire. Les résultats montrent que l'activité phosphatase de la myotubularine est nécessaire pour son activité thérapeutique.

Le cancer du col de l'utérus est le troisième cancer le plus fréquent chez la femme, dont l'agent étiologique majeur est l'infection par les papillomavirus humain (notamment HPV-16 et 18), qui sont de petits virus infectant les épithéliums muqueux et cutanés, et pouvant induire la formation de tumeurs. L'inducteur majeur du processus oncogène est le processus d'intégration des régions codantes pour les oncoprotéines E6 et E7, au sein de la cellule hôte suite à l'infection. Elles interférent avec le cycle cellulaire et induisent notamment l'immortalisation, voire la transformation des cellules. Les fonctions les plus connue de ces deux oncoprotéines sont la dégradation des suppresseurs de tumeur p53 et pRb, respectivement. Mon travail de thèse à consisté en la mise au point des vecteurs adénoviraux exprimant des miARN dirigés contre l'oncoprotéine E6. Exprimés in vitro ils induisent l'induction de la mort cellulaire par apoptose des cellules tumorales traitées, via l'activation de la voie de caspases, et in vivo permettent le ralentissement de la croissance de tumeurs xénogreffées à des souris Nude. De plus, la stratégie thérapeutique adénovirale a montré ses extensions possibles sur d'autres types de cancers HPV-positifs, mais également via l'expression de différentes moléculaires thérapeutiques, visant à empêcher l'interaction des oncoprotéines telles qu'E6 avec leurs partenaires cellulaires et ainsi les empêcher d'exercer les activités biologiques impliquées dans le développement de cancers. Pour finir, les adénovirus peuvent également être vu comme des outils d'extinction fonctionnels d'E6 et permettant d'étudier les répercutions sur d'autres processus cellulaires.

La myopathie myotubulaire (XLMTM, OMIM 310400) est causée par des mutations dans le gêne MTM1 situé sur le chromosome X et apparaît à une fréquence de 1/50 000 naissances mâles. Les patients présentent une hypotonie et une faiblesse musculaire généralisées et de graves problèmes respiratoires à la naissance. En absence de traitement, les patients sont nombreux à décéder durant la première année de vie. Mon travail de thèse consiste à développer un traitement de thérapie génique pour la myopathie myotubulaire. L'injection intraveineuse du vecteur thérapeutique rAAV9-DES-Mtm1 chez le modèle murin de la myopathie myotubulaire permet d'obtenir de la protéine transgénique dans l'ensemble des muscles squelettiques de l'organisme. Un an après le traitement, les muscles malades retrouvent une morphologie normale et les souris sont en vie. La seconde partie porte sur l'évaluation des effets de la protéine MTMR2, un homologue de la myotubularine (MTM1), sur le muscle déficient en myotubularine, comme alternative à la thérapie génique avec MTM1. L'administration d'un vecteur AAV comportant le transgène MTMR2 dans le muscle malade améliore, partiellement, le phénotype musculaire. Ces résultats suggèrent que l'augmentation du niveau d'expression de MTMR2 dans le muscle malade pourrait être un traitement efficace. Enfin j'ai étudié le rôle de l'activité phosphatase de la myotubularine dans son action thérapeutique. J'ai comparé l'effet d'une forme inactive de myotubularine (MTMIC375S) à celui du transgène thérapeutique sur le muscle atteint de myopathie myotubulaire. Les résultats montrent que l'activité phosphatase de la myotubularine est nécessaire pour son activité thérapeutique. / Myotubular myopathy (XLMTM, OMlM 310400) is caused by mutations in the MTM1 gene located on the X chromosome and appeared at a frequency of 1/50 000 male births. Most of the patients arc affected by hypotonia and generalized muscular weakness as weIl as grave respiratory problems in the birth. In absence of an effective therapeutic treatment they are many to die during the first year of their life. My thesis work consists in developing a treatment of gene therapy for myotubular myopathy. The intravenous injection of the therapeutic vector rAAV9-DES-MTM1 into the murin model of the myotubular myopathy allows transgenic protein in the whole skeletal muscle of the body. The therapeutic protein cures the muscular phenotype rapidly after injection. At one year after treatment, the thick muscles still be cured, mice are alive and recovered a normal development. Then, I estimated the effects of the protein MTMR2, a counterpart of the myotubularine (MTM1), on muscles from mice devoid of myotubularin, as alternative at the gene therapy with MTM1. The administration of a vector AAV containing the transgene MTMR2 in the thick muscles improves, partially, the muscular phenotype. These results suggest that the increase of MTMR2 protein level MTMR2 thick muscle could be an effective treatment. Finally, I studied the role of myotubularin phosphatase activity on its therapeutic action, I compared the effect of an inactive shape of myotubularin (MTM1C375S) on muscle affected by myotubular myopathy as the effect of therapeutic transgene on the same muscle. The results show that the phosphatase activity of the myotubularin is necessary for its therapeutic activity.

Les défauts de génome mitochondrial provoquent des maladies neuromusculaires, pour lequel aucun traitement efficace n'a été mis au point. La plupart des mutations mitochondriales sont hétéroplasmique, ce qui signifie que l'ADN mitochondrial (ADNmt) de type sauvage et muté coexistent dans la même cellule, et le changement de proportion entre deux types d'ADNmt pourrait rétablir les fonctions mitochondriales. Le but du projet était le développement du système pour cibler l'ARN thérapeutique dans les cellules humaines vivantes. Au cours de ma thèse j'ai synthétisé une série de nouveaux ARN anti-réplicatifs contenant modifications chimiques pour augmenter leur stabilité dans la cellule, et mis au point la nouvelle méthode de synthèse chimique des molécules d'ARN contenant cholestérol fixé par l'intermédiaire d'un pont biodégradable. Ces ARN étaient capable de pénétrer dans les cellules humains, d'être adressées dans les mitochondries et de diminuer la proportion d' ADNmt muté. / Defects in mitochondrial genome cause neuromuscular diseases, for which no efficient therapy has been developed. Since most mitochondrial mutations are heteroplasmic, wild type and mutated mitochondrial DNA (mtDNA) coexist in the same cell, and the shift in proportion between two mtDNA types could restore mitochondrial functions. The aim of the project was development of carrier-free system for targeting the therapeutic mitochondrially importable RNA into living human cells. During my PhD study, I have synthesized a set of new anti-replicative RNAs containing various chemical modifications, aiming to increase their stability in the cell, and developed a new method for the chemical synthesis of RNA molecules containing cholesterol attached through a biodegradable bridge. Cholesterol containing antireplicative RNAs were characterised by efficient cellular uptake, partial colocalisation with mitochondria and ability to decrease the proportion of mutant mtDNA.

La glycogénose de type Ia (GSDIa) est une maladie métabolique rare causée par un déficit en glucose-6- phosphatase (G6Pase), menant à l'absence de production endogène de glucose. Cette pathologie est caractérisée par des hypoglycémies sévères, une hépatomégalie et une stéatose hépatique ainsi qu'une néphromégalie. En absence de traitement curatif, la prise en charge de cette maladie repose actuellement sur des mesures diététiques très strictes. Cependant, des complications apparaissent avec l'âge comme le développement de tumeurs hépatiques et la progression de la néphropathie vers l'insuffisance rénale. Afin d'étudier l'évolution de cette pathologie à long terme, nous avons utilisé des modèles murins originaux présentant une invalidation du gène de la sous-unité catalytique de la G6Pase spécifiquement au niveau du foie ou des reins. Dans ce travail, nous avons démontré que la déficience en G6Pase uniquement au niveau des reins est suffisante pour entrainer le développement de la pathologie rénale de la GSDIa. Les souris déficientes en G6Pase hépatique nous ont permis de mettre en évidence les effets délétères d'une consommation modérée de fructose ou de galactose et d'une alimentation riche en lipides, de type « cafétéria », sur la pathologie hépatique de la GSDIa, en particulier sur le développement tumoral. Nous avons également démontré chez ces souris l'efficacité et l'innocuité d'un traitement par thérapie génique ciblant le foie. Le transfert de gène avec un vecteur lentiviral, permettant l'intégration du transgène au génome, semble plus efficace qu'avec un vecteur AAV pour prévenir le développement de la pathologie hépatique de la GSDIa et l'apparition des tumeurs / Glycogen storage disease type Ia (GSDIa) is a rare metabolic disease caused by glucose-6-phosphatase (G6Pase) deficiency, leading to the absence of endogenous glucose production. This pathology is characterized by severe hypoglycemia, hepatomegaly, hepatic steatosis and nephromegaly. In the absence of a curative therapy, the current treatments available consist in strict dietary management. However, various complications occur with aging, such as hepatic tumor development and progressive chronic renal disease leading to renal failure. In order to study the long term pathology development, we used original mouse models, presenting an invalidation of the gene encoding the G6Pase catalytic subunit, specifically in the liver or in the kidneys. In this work, we demonstrated that renal G6Pase deficiency alone is sufficient to induce the development of the GSDIa nephropathy. Mice with liver-specific G6Pase deficiency allowed us to highlight the deleterious effects of high-fat diet, such as « fast-food » diet, as well as moderate consumption of fructose or galactose on the hepatic GSDIa pathology, particularly on tumor development. Furthermore, we demonstrated the efficiency and innocuity of gene therapies targeting the liver in these mice. Gene transfer with a lentiviral vector, allowing transgene integration into the genome, seems to be more efficient than an AAV vector in preventing the development of hepatic GSDIa pathology and tumor formation

Les dystrophies rétiniennes héréditaires (DRH) sont un groupe de maladies génétiquement et cliniquement hétérogènes, lesquelles se caractérisent par une perte progressive de la vision. La choroïdérémie (CHM) est une choriorétinopathie qui représente environ 3% des DRH. Elle se caractérise par une cécité nocturne durant l’enfance suivie par une perte du champ visuel périphérique lente et progressive. Cela aboutit à une cécité vers l’âge de 40 à 50 ans. Généralement, la vision centrale demeure préservée plus longtemps. Génétiquement, la maladie est causée par des mutations dans le gène CHM localisé dans le chromosome X qui code pour la Rab Escort Protein 1 (REP1).Cette protéine est impliquée dans la prénylation des Rab GTPasas qui régulent le trafic vésiculaire au sein de la cellule. La plupart des mutations responsables de la maladie sont des mutations pertes de fonction. La conséquence de ces mutations est l’absence de REP1 entrainant un défaut de prénylation des Rabs. Ce qui cause la dégénérescence des photorécepteurs, de l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR) et de la choroïde. À ce jour, il n’existe pas de thérapie pour la CHM. Cependant, le diagnostic précoce de la maladie et son évolution lente donnent une fenêtre thérapeutique large et en font un candidat idéal pour la réussite d’un traitement.En raison de l’absence d’un modèle animal pertinent pour tester de nouvelles thérapies pour cette maladie, nous avons développé un modèle cellulaire humain d’EPR in vitro dérivé des cellules pluripotentes induites propres au patient. Ce tissu est morphologiquement et fonctionnellement représentatif de l’EPR in vivo et reproduit les défauts biochimiques de prénylation présents dans la CHM. De ce fait, il s’agit d’un modèle puissant pour évaluer l’efficacité de différentes approches thérapeutiques. Dans cette perspective, nous avons étudié une approche de thérapie génique par AAV2/5 afin de fournir le gène CHM dans le cas particulier de mutation faux sens et l’utilisation d’une translational read-through inducing drug (TRID) PTC124 pour le traitement des mutations non-sens.J’ai démontré pour la première fois la faisabilité de la thérapie génique pour la CHM dans le cas d’une expression résiduelle de REP1 muté, permettant de considérer les patients porteurs de mutations faux sens comme éligible à des essais cliniques de thérapie génique. De plus, j’ai démontré que l’efficacité de PTC124 peut être dépendante du type cellulaire. Dans l’ensemble, mes résultats suggèrent que l’efficacité de la molécule semblerait dépendre de la conservation de l’acide aminé muté et de sa localisation dans le domaine fonctionnel de REP1. Nous avons ainsi mis en valeur que le contexte génétique devrait être pris en compte dans la perspective d’une thérapie avec TRID pour cette maladie ainsi que d’autres pathologies.Pour conclure, j’ai souligné le potentiel prédictif du modèle d’EPR dérivé d’iPSc propre au patient pour évaluer de nouvelles approches thérapeutiques en l’absence d’un modèle animal approprié avant les essais cliniques. / Inherited retinal dystrophies (IRDs) are a class of genetically and clinically heterogeneous diseases, which are characterized by a progressive loss of vision. Choroideremia (CHM) is a chorioretinopathy, which accounts for ~3% of all IRDs. It is characterized by night blindness in childhood, followed by slow and progressive loss of the peripheral visual field. This results in legal blindness by the fourth to fifth decade of life. Generally, central vision is preserved till late in life. Genetically, the disease is caused by mutations in the CHM gene located on the X chromosome and encoding the Rab Escort Protein 1 (REP1). This protein is involved in the prenylation of Rab GTPasas, which regulate vesicular cell trafficking. Most of the disease-causing mutations are loss-of-function and the absence of REP1 leads to a Rab prenylation defect and subsequent degeneration of photoreceptors, retinal pigment epithelium (RPE) and underlying choroid. To date, an established therapy is not available for CHM, but the early diagnosis and its slow evolution provide a large therapeutic window, that renders this disease a good candidate for successful treatment.In order to palliate the lack of a pertinent animal model for testing novel disease therapies, we developed a human cellular model using patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSc)-derived RPE. This tissue is morphologically and functionally representative of the RPE in vivo, and reproduces the biochemical prenylation defect present in CHM. Therefore, it is a powerful model to evaluate the efficacy of different therapeutic approaches. Along this line, we investigated a gene augmentation approach, via AAV2/5 delivery of the CHM gene in the particular case of a CHM missense mutation, and the use of the translational read-through inducing drug (TRID) PTC124 for treating CHM nonsense mutations.I demonstrated for the first time the feasibility of gene augmentation therapy for CHM in the case of residual mutated REP1 expression, suggesting that missense-carrying patients can be considered for inclusion in clinical gene therapy trials. Moreover, I showed that the efficiency of PTC124 may be dependent on the cell type. In addition, my results suggest that drug efficiency likely depends on the conservation of the mutated amino acid residue and its localization with regards to REP1 functional domains. We thus highlight that genetic considerations should be taken into account when considering TRID therapy for this and other disorders.Taken together, I highlighted the predictive potential of the patient-specific iPSc-derived RPE model for screening of novel and varied therapeutic approaches in the absence of a suitable animal model prior to clinical translation.

Wild-type viruses with intrinsic oncolytic capacity in human includes DNA viruses like some autonomous parvoviruses and many RNA viruses. Recent advances in molecular biology have allowed the design of several genetically modified viruses, such as adenovirus and herpes simplex virus that specifically replicate in, and kill tumor cells. However, still several hurdles regarding clinical limitations and safety issues should be overcome before this mode of therapy can become of clinical relevance. It includes limited virus spread in tumor masses, stability of virus in the blood, trapping within the liver sinusoids, transendothelial transfer, and/or vector diffusion of viral particles to tumor cells, limited tumor transduction, immune-mediated inactivation or destruction of the virus. For replication-competent vectors without approved antiviral agents, suicide genes might be used as fail-safe mechanism. Cancer stem cells are a minor population of tumor cells that possess the stem cell property of self-renewal. Therefore, viruses that target the defective self-renewal pathways in cancer cells might lead to improved outcomes.<p>In this thesis, data we generated in the field of oncolytic autonomous parvoviruses are presented.<p>We replaced capsid genes by reporter genes and assessed expression in different types of human cancer cells and their normal counterparts, either at the level of whole cell population, (CAT ELISA) or at the single cell level, (FACS analysis of Green Fluorescent Protein). Cat expression was substantial (up to 10000 times background) in all infected tumor cells, despite variations according to the cell types. In contrast, no gene expression was detected in similarly infected normal cells, (with the exception of an expression slightly above background in fibroblasts.). FACS analysis of GFP expression revealed that most tumor cells expressed high level of GFP while no GFP positive normal cells could be detected with the exception of very few (less than 0.1%) human fibroblast cells expressing high level of GFP. We also replace capsid genes by genes coding for the costimulatory molecules B7-1 and B7-2 and show that, upon infection with B7 recombinant virions, only tumor cells display the costimulatory molecules and their immunogenicity was increased without any effect on normal cells. Using a recombinant MVM containig the Herpes Simplex thymidine kinase gene, we could get efficient killing of most tumor cell types in the presence of ganciclovir, whithout affecting normal proliferating cells. We also produced tetracycline inducible packaging cell lines in order to improve recombinant vectors yields. The prospects and limitations of these different strategies will be discussed.<p>An overview is given of the general mechanisms and genetic modifications by which oncolytic viruses achieve tumor cell-specific replication and antitumor efficacy. However, as their therapeutic efficacy in clinical trials is still not optimal, strategies are evaluated that could further enhance the oncolytic potential of conditionally replicating viruses in conjunction with other standard therapies. <p>Another exciting new area of research has been the harnessing of naturally tumor-homing cells as carrier cells to deliver oncolytic viruses to tumors. The trafficking of these tumor-homing cells (stem cells, immune cells and cancer cells), which support proliferation of the viruses, is mediated by specific chemokines and cell adhesion molecules and we are just beginning to understand the roles of these molecules. Finally, we will explore some ways deserving further study in order to be able to utilize various oncolytic viruses for effective cancer treatment. <p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’immunothérapie anticancéreuse est basée sur la capacité du système immunitaire à reconnaître les cellules tumorales comme étrangères et à les éliminer. Les stratégies immunothérapeutiques abordées dans ce travail, incluent l’activation du système immunitaire par l’expression de facteurs immunomodulateurs (l’interleukine-2) via l’utilisation d’un vecteur dérivé du parvovirus MVM, ou par présentation des antigènes tumoraux par la machinerie des cellules dendritiques (DC), via la génération d’hybrides entre DC et cellules tumorales (TC).<p>L’intérêt majeur du parvovirus autonome MVM en tant que vecteur pour la thérapie génique du cancer vient de son expression préférentielle dans les cellules transformées (oncotropisme) et de son aptitude à lyser celles-ci (oncolyse). Les vecteurs générés au laboratoire conservent l’unité de transcription NS et expriment l’IL2 humaine sous contrôle du promoteur P38, à la place des protéines de capside. Malgré les améliorations apportées à la production de vecteurs recombinants, la faible concentration des stocks reste un problème. Il a été montré que, de nombreux virus sont mieux produits en conditions de faible tension en oxygène (hypoxie). Nous avons tenté d’améliorer les titres des vecteurs en les produisant sous faible tension d’oxygène mais sans y parvenir (annexe 1). Dans un modèle in vivo utilisant la lignée de mélanome K-1735 dans des souris immunocompétentes, des cellules tumorales infectées in vitro avant leur implantation en sous-cutané ont montré un effet anti-tumoral du vecteur MVM/IL2 (annexe 2). Afin de mettre en évidence l’apport de l’oncolyse parvovirale dans l’activité anti-tumorale, nous avons mis au point des expériences, dans le même modèle de tumeur, visant à comparer l’efficacité du vecteur MVM/IL2 à celle d’autres vecteurs, Ad/IL2 et Rétrovirus/IL2, ne possédant pas d’activité oncolytique. Dans le but de mettre en évidence une éventuelle réponse immune in vivo, nous avons utilisé le modèle de tumeur TC-1 mais ce modèle s’est montré moins sensible à l’effet du vecteur MVM/IL2 et nous n’avons pas pu démontrer d’activation de cellules cytotoxiques spécifiques de la tumeur.<p>Il a été proposé d’utiliser des hybrides entre DC/TC pour la vaccination anti-tumorale pour optimaliser la présentation des antigènes tumoraux. Une lignée cellulaire exprimant la protéine fusogène du virus de la leucémie du Gibbon (GaLV-FMG, Gibbon ape leukemia virus) a été dérivée de la lignée cellulaire CHO (cellules ovariennes de hamster chinois) au laboratoire. Cette lignée CHO-FMG, utilisée comme partenaire intermédiaire, a permis la fusion entre cellules tumorales et dendritiques (annexe 3). Nous avons montré que l’expression transitoire après infection par un vecteur AAV-FMG ou après transfection transitoire ne génère pas un pourcentage significatif d’hybrides. En effet, le niveau d’expression ainsi que le pourcentage de cellules transduites exprimant FMG s’est révélé trop faible. Ceci a mis en valeur l’efficacité de la lignée stable CHO-FMG comme intermédiaire de la fusion. De plus, nous avons intégré dans la lignée fusogène, le gène de l’interleukine-2, qui devrait permettre d’augmenter l’efficacité de l’induction de la réponse immune. <p>\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le parvovirus adéno-associé (AAV) possède un génome à ADN linéaire simple brin de 4,7kb encadré par deux séquences palindromiques inversées et identiques de 145 nucléotides appelées ITRs, requises en cis pour la réplication et l’encapsidation de l’ADN viral. Dans un AAV recombinant (rAAV), la totalité de la partie codante du génome viral est remplacée par une cassette d’expression et seuls les ITRs sont conservés.<p>\ / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished