Le Syndrome WHIM (SW) est un déficit immuno-hématologique rare qui se caractérise notamment par une profonde leucopénie circulante. Le SW résulte principalement de mutations hétérozygotes autosomiques dans CXCR4 qui tronquent partiellement le domaine C-terminal de la protéine et entraînent un défaut de désensibilisation de CXCR4 en réponse à CXCL12. L’impact in vivo d’un gain de fonction de CXCR4 sur le développement et la différenciation lymphocytaires restant à définir, nous avons généré un modèle murin hétérozygote pour la mutation ponctuelle identifiée chez certains patients. L’objectif de ma thèse a été de déterminer si un défaut de différenciation des cellules souches et des progéniteurs hématopoïétiques (CSPH) était à l’origine de ces anomalies de lymphopoïèse. Nous avons observé que le nombre et la clonogénicité des CSH sont préservés dans la moelle osseuse des souris mutantes. Toutefois, les CSH porteuses de la mutation gain de fonction de Cxcr4 ont une quiescence accrue alors que leur multipotence et leur auto-renouvellement sont réduits. Ces dérégulations du compartiment des CSH entraînent, in vivo et in vitro, une altération de la production et de la spécification lymphoïde des progéniteurs multipotents (MPP). En périphérie, nous avons mis en évidence une diminution des CSPH dans le sang des souris mutantes, anomalie également retrouvée à partir de prélèvements sanguins de quatre patients atteints du SW et porteurs d’une mutation hétérozygote dans CXCR4. Ces résultats indiquent une anomalie de circulation des CSPH, hypothèse confortée par le développement d’une hématopoïèse extra-médullaire intra-splénique chez les souris mutantes. Ces données suggèrent que la désensibilisation de Cxcr4 régule la quiescence, la multipotence et l’auto-renouvellement des CSH et serait requise pour la spécification lymphoïde des MPP. Ainsi, l’absence de ce processus pourrait être à l’origine de la lymphopénie observée dans notre modèle murin et, par extrapolation, chez les patients. / The Warts, Hypogammaglobulinemia, Infections and Myelokathexis Syndrome (WS) is a rare immuno-hematological disorder characterized notably by a pan-leukopenia. It is mostly caused by heterozygous autosomal dominant gain-of-function mutations in CXCR4, which engender a distal truncation in the carboxyl-terminal tail domain and lead to a desensitization-resistant receptor. The in vivo impact of a gain-of-CXCR4 function on lymphocyte development and differentiation remain to be established. Then we recently produced major breakthroughs in the pathophysiology of the WS by generating a mouse strain harbouring a WS-linked heterozygous Cxcr4 mutation. The aim of my PhD was to determine if a HSPC differentiation defect would account for the lymphopenia. We showed that the total number and the clonogenicity of HSC were not altered in the BM of mutant mice. However, HSC carrying the gain-of-function mutation in Cxcr4 have an increased quiescence but a decreased multipotency and self-renewal. These HSC compartment deregulations lead to a in vivo and in vitro decline of multipotent progenitors (MPP) production and lymphoid specification. Furthermore, we reported a decrease in the total number of HSPC in the blood of mutant mice, an anomaly also found in four WS patients carrying a heterozygous CXCR4 mutation. This suggested an abnormal HSPC circulation that was strengthened by an enhanced extramedullary haematopoiesis observed in the spleen of mutant mice. These results suggest that Cxcr4 desensitization regulates HSC quiescence, multipotency and self-renewal and is required for MPP lymphoid specification. In this respect, the absence of such process could account for the lymphopenia in this model and likely in patients.

Les chimiokines (CK) et leurs récepteurs (RCK) régulent l’homéostasie leucocytaire et sont également des partenaires actifs dans la physiopathologie du syndrome WHIM et du lupus systémique (LS).Le syndrome WHIM est un déficit immuno-hématologique rare qui se caractérise notamment par une profonde lympho-neutropénie périphérique. Ce déficit est expliqué par un gain de fonction du RCK CXCR4, qui entraîne un défaut de désensibilisation du récepteur et une hyper-sensibilité à son ligand CXCL12. Malgré la lymphopénie caractéristique, les patients parviennent à générer une réponse immune humorale mais celle-ci n’est pas maintenue dans le temps. Afin de mieux comprendre la physiopathologie du syndrome WHIM, notre laboratoire a développé le modèle murin Cxcr4+/1013 qui présente une mutation gain de fonction de Cxcr4 similaire à celle observée chez certains patients. La première partie de ma thèse s’est intéressée à l’impact de ce gain de fonction de Cxcr4 sur la réponse immune. L’immunisation des souris Cxcr4+/1013 a permis de montrer que la désensibilisation de Cxcr4 limitait la différenciation des cellules productrices d’anticorps (Ac) appelées plasmocytes (PC). De plus, le gain de fonction de Cxcr4 est associé à une migration aberrante des PC et un défaut de leur maintien au long cours dans la moelle osseuse, pouvant ainsi expliquer la réponse vaccinale défectueuse observée chez les patients.La seconde partie de ma thèse a été consacrée à la caractérisation du profil migratoire des PC dans le LS. Le LS est une maladie auto-immune systémique, qui évolue par poussées et rémissions, et qui affecte plusieurs organes (peau, rein, système nerveux central…). L’initiation et l’exacerbation du LS sont médiées par les auto-Ac sécrétés par les PC autoréactifs. A ce jour, de par l’absence d’identification de marqueur spécifique de cette population, aucune thérapie ne parvient à cibler spécifiquement ces cellules. Une stratégie alternative consiste en la dérégulation de la domiciliation des PC autoréactifs dans les tissus enflammés, à l’origine même des dommages tissulaires. Ce projet s’est intéressé à l’identification du code migratoire des PC circulants de patients lupiques. J’ai cherché à savoir si les PC circulants de patients lupiques présentaient un profil d’expression de RCK distinct de ceux d’individus sains, pouvant ainsi expliquer le recrutement aberrant de ces cellules dans les tissus enflammés. Ces études ont été effectuées chez des patients en phases de poussée et de rémission mais également dans le modèle murin lupique NZB/W F1. Ces travaux suggèrent que les patients peuvent être stratifiés selon les RCK exprimés par les PC circulants. / The chemokines (CK) and their receptors (CKR) are essential for leukocyte homeostasis. They are also involved in the pathophysiology of several diseases including the WHIM syndrome and systemic lupus erythematosus (SLE).The WHIM syndrome is a rare immunodeficiency characterised by a severe peripheral lympho-neutropenia. It is caused by a gain-of-function of the CKR CXCR4, leading to a defect in desensitization of this receptor and a hyper-responsiveness to its ligand CXCL12. To better understand the pathophysiology of the WHIM syndrome, our laboratory developed the mouse model Cxcr4+/1013 harboring a natural mutation observed in some patients. Despite the lymphopenia, WHIM patients can mount a potent humoral immune response but that is not sustained over time. The maintenance of long-term antibody (Ab) titers is guaranteed by plasma cells (PCs) in the bone marrow (BM). The first part of my thesis was thus dedicated to the analysis of the role of a gain-of-function of Cxcr4 on PC differentiation and migration. The analysis of humoral response of Cxcr4+/1013 mice revealed a defect in the persistence of specific antibody titres in the absence of Cxcr4 desensitization. Furthermore, this was associated with an abnormal accumulation of a population of immature PCs in the BM.The second part of my work aimed to characterize the migratory potential of circulating PCs from SLE patients. SLE is a systemic autoimmune disease which can affect several organs like the skin, the kidneys or the central nervous system. SLE evolves in flare and remission phases and auto-Ab secreted by autoreactive PCs contribute to its pathophysiology and severity. Today, no specific treatment against autoreactive PCs exist. Targeting their migratory capacity to the inflamed tissues could be an alternative strategy. The objective of this project was to identify the migratory potential of SLE PCs. These studies were processed on samples from SLE patients during flare or remission, and on the lupus mouse model, the NZB/W F1 mice. We observed that the expression of different combinations of surface CKR may stratify several groups of SLE patients.

Waldenström's Macroglobulinemia (WM) is a rare, indolent, non-Hodgkin's lymphoma whose molecular pathology remains poorly understood. This disease is characterized by the accumulation of IgM-secreting lymphoplasmacytic cells in the bone marrow, and is often histopathologically indistinguishable from marginal zone lymphoma, IgM-secreting myeloma, and chronic lymphocytic leukemia with plasmacytic differentiation. To better understand the genomic landscape of this disease, whole genome sequencing was performed on bone marrow samples from thirty WM patients, ten of which were paired with germline tissue. This study identified two genes that are frequently mutated in WM: MYD88 and CXCR4. MYD88 was somatically mutated in 90% of WM samples, which displayed a single nucleotide variant resulting in a leucine to proline substitution at position 265. As prev iously demonstrated in activated B-cell subtype of diffuse large B-cell lymphoma, this mutation results in constitutive activation of the Toll-like receptor pathway and activation of nuclear factor kappa B (NF𝜅B). Highly sensitive allele specific polymerase chain reaction assays were developed to detect MYD88L265P in WM and related hematological malignancies. These studies demonstrated that MYD88L265P could be used to aid in the differential diagnosis, response assessment, and detection of minimal residual disease in WM. Moreover, MYD88L265P was observed in 50% of the precursor condition, IgM monoclonal gammopathy of undetermined significance, suggesting that it is an early event in the pathogenesis of WM. Blocking MYD88 dimerization or the use of downstream IRAK1/4 kinase inhibitors decreased the phosphorylation and nuclear localization of NF𝜅B. Somatic mutations in CXCR4 were only found in the regulatory C-terminal tail and were present in 29% of WM patients. These mutations were similar or identical to those found in the germline of patients with the autosomal dominant disease Warts, Hypogammaglobulinemia, Infection, and Myelokathexis (WHIM) syndrome. CXCR4 somatic WHIM-like mutations were found nearly exclusively in MYD88L265P mutated patients. These mutations impaired receptor internalization, increased signaling downstream of CXCR4, and instilled resistance to several WM directed therapeutics. WM patients who were wild type for both CXCR4 and MYD88 demonstrated inferior overall survival. These studies evidence highly recurring somatic events, and provide a genomic basis for the molecular pathogenesis of WM.

Le récepteur CXCR4 et son ligand chimiokinique CXCL12 jouent un rôle essentiel dans le développement des cellules B et contribuent à la migration des plasmocytes (PCs) vers la moelle osseuse (MO) où ces cellules persistent dans des niches particulières et produisent des anticorps au long cours. Des mutations hétérozygotes du gène codant CXCR4 ont été identifiées dans un déficit immunitaire rare appelé le syndrome WHIM (SW) et récemment dans la macroglobulinémie de Waldenström (MW), un lymphoplasmacytome B caractérisé par l’expansion d’un clone IgM+ qui s’accumule dans la MO. Ces mutations affectent l’étape de désensibilisation du récepteur en réponse à CXCL12 et mènent donc à un gain de fonction. Mes travaux de thèse ont porté sur l’étude de l’impact du gain de fonction de Cxcr4 sur la biologie plasmocytaire par le moyen d’un unique modèle murin porteur de la mutation Cxcr4+/1013 précédemment identifié chez certains patients. Afin de mieux comprendre un défaut de vaccination présent chez les patients atteints du SW, la première partie de ma thèse s’est basé sur l’étude de la réponse humorale Thymo-dépendent du modèle murin Cxcr4+/1013. Nous avons mis en évidence un défaut de maintien de la réponse vaccinale probablement lié à l’absence des PCs spécifiques de l’antigène dans la MO des souris mutantes. En revanche, une population de plasmablastes (PBs) immatures dérivée de la réponse extra-folliculaire (EF), s’accumulent de façon aberrante suggérant une occupation des niches qui pourrait être à l’origine de la réponse vaccinale défectueuse. D’une autre part, dans la MW, les mutations CXCR4 sont toujours retrouvées en association avec des mutations gain de fonction du gène MYD88, la deuxième partie de ma thèse a donc porté sur l’étude de la réponse Myd88-dependante dans le modèle Cxcr4+/1013. Nos résultats révèlent une entrée en cycle accrue des cellules B Cxcr4+/1013 qui s’accompagne d’une augmentation de la différentiation plasmocytaire après activation de Myd88. De plus, nos résultats suggèrent, que le gain de fonction de Cxcr4 affecte la maturation des PBs ainsi que leur code migratoire ce qui pourrait expliquer leur migration exacerbée vers la moelle osseuse. L’ensemble de mes travaux a permis de mettre en évidence que la désensibilisation de Cxcr4 était un mécanisme clé régulant la réponse EF ainsi que la différentiation et la maturation plasmocytaire. / CXCR4 plays an essential role in B cell development and controls partially plasma cell (PCs) homing to the bone marrow (BM). Heterozygous gain-of-function mutations of CXCR4 affecting its desensitization in response to the chemokine CXCL12 have been reported in a severe immune-deficiency disorder called WHIM syndrome (WS) and recently identified in Waldenström’s macroglobulinemia (WM), a B lympho-plasmacytoma characterized by the expansion of proliferative clonal malignant lymphoplasmacytic cells which secrete IgM Abs and mainly persist in the BM. Here we used a unique knock-in mice harboring the mutation Cxcr4+/1013 previously described in patients to assess how a gain-of-Cxcr4-function impacts PC biology and antibody (Ab) production. Following vaccination, WS patients mount a normal immune response but fail to maintain Ab titers over time. Therefore, the first part of my PhD was focused on studying the T-dependent humoral response in Cxcr4+/1013 mice. We showed that a strong reduction of antigen (Ag)-specific long-lived PCs in the BM of Cxcr4+/1013 mice could be the cause of the defective maintenance of Ab titers. Moreover, an aberrant accumulation of extra-follicular (EF) derived immature plasmablasts (PBs) was observed in this tissue potentially hampering the homing or maintenance of the Ag-specific PCs. Interestingly, in WM, mutations of CXCR4 are systematically associated with MYD88 mutations. Thus, the second part of my PhD focused on the study of the MyD88-dependent response in Cxcr4+/1013 mice. We showed that the Cxcr4 gain of function led to an increased cell cycle entry of splenic B cells that was associated with an enhanced PC differentiation. Finally, our findings showed that the desensitization of Cxcr4 is an essential break limiting the EF response as well as PC differentiation and maturation and suggest that an accumulation of mutated PB in the BM is not only due to the gain of function of Cxcr4 but to a more global change in the migratory code of these cells controlled by the exacerbated Cxcr4/Cxcl12 signaling.

Le syndrome WHIM (SW) est un déficit immuno-hématologique rare causé principalement par des mutations autosomales dominantes du gène CXCR4 qui entrainent une troncation du domaine C-terminal (C-Ter) du récepteur. Les formes mutantes de CXCR4 associées au SW génèrent des altérations de la désensibilisation et de l’internalisation du récepteur en réponse à CXCL12, qui se traduisent par une hypersensibilité à l’action chimiotactique du ligand. CXCR4 est un récepteur de chimiokine exprimé sur les leucocytes dont le rôle dans l’hématopoïèse et le trafic leucocytaire à l’état basal suggère que la lympho-neutropénie des patients atteints du SW est due à des défauts de production et/ou de domiciliation périphérique des leucocytes causés par le gain de fonction de CXCR4. Néanmoins, la validation de cette hypothèse est difficile chez les patients. En générant une souche de souris (Cxcr4+/1013), porteuse d’une mutation rapportée chez une famille de patients par une stratégie de knock-in, nous avons mis en évidence le rôle du domaine C-Ter de Cxcr4 dans le développement, la domiciliation périphérique des lymphocytes et l’immunité adaptative à médiation humorale.Les principaux résultats issus de notre travail, obtenus en combinant des approches biochimiques, fonctionnelles, de reconstitution de l’hématopoïèse par compétition, de transferts adoptifs et d’injection d’anticorps anti-CD45 in vivo, sont : 1) La mutation Cxcr41013 tronquant le domaine C-Ter se comporte différemment en terme de signalisation, selon qu’elle soit présente à l’état hétérozygote ou homozygote, et perturbe respectivement les transitions double-négatif (DN) 2-DN3 et proB-preB de la lymphopoïèse dans le thymus et la moelle osseuse (MO). Au contraire, elle ne génère pas d’effets sur le développement des cellules NK et la myélopoïèse ; 2) La lymphopénie qui touche les lymphocytes B (LB) et T (LT) est un processus intrinsèque aux cellules porteuses de la mutation Cxcr41013 et suit un modèle allèle-dose-dépendant ; 3) Le défaut de désensibilisation de Cxcr41013 empêche le relargage des lymphocytes NK et B immatures de la MO et celui des LB et LT matures des ganglions lymphatiques dans le sang. A l’inverse, le gain de fonction exacerbe la migration des LB recirculants et LT matures et leur rétention dans le parenchyme médullaire ; et 4) malgré l’absence de follicules primaires dans les ganglions lymphatiques, les souris mutantes sont capables de mettre en place une réponse immunitaire humorale efficace et spécifique d’un antigène T-dépendant, comme en témoigne l’augmentation des LB du centre germinatif et des plasmocytes ayant effectué une commutation isotypique. En conclusion, nous démontrons que la signalisation fine médiée par Cxcr4 est nécessaire pour le développement, la compartimentalisation périphérique et la fonction des lymphocytes. / The WHIM Syndrome (WS) is a rare combined immuno-hematological disorder caused by inherited heterozygous autosomal dominant mutations in CXCR4, which result in most cases in the distal truncation of the receptor’s Carboxyl-terminal tail (C-Tail). Mutants of CXCR4 associated with WS display impaired desensitization and internalization of the receptor upon CXCL12 exposure, leading to enhanced migratory response. Because CXCR4 is expressed on leukocytes, we hypothesized that circulating pan-leukopenia could arise from altered CXCR4-mediated signalling that would skew tissue distribution and differentiation of leukocytes. This assumption was obviously difficult to address in patients. By generating a knock-in mouse strain (Cxcr4+/1013) that harbors a WS-linked gain-of-Cxcr4-function mutation, we establish that the C-tail domain in Cxcr4-mediated signalling is a pivotal regulator of lymphocyte development, peripheral trafficking and humoral immunity. The essential findings of our work, obtained by combining biochemical, bone marrow (BM)-mixed chimeras, in vivo labelling, adoptive co-transfers and functional approaches, are: 1) the C-tail truncating Cxcr41013 mutation caused differential signalling capacities depending on its heterozygous versus homozygous status and inhibited double-negative (DN) 2-to-DN3 and pro-B-to-pre-B developmental transitions during lymphopoiesis. In contrast, it had no effect on NK lymphopoiesis and granulopoiesis; 2) the resulting circulating B and T lymphopenia was due to hematopoietic cell-intrinsic defects and followed a mutated allele dose-dependent pattern; 3) impaired Cxcr41013 desensitization prevented the release of immature BM NK and B cells and mature lymph node (LN) B and T lymphocytes into the blood. Conversely, it forced homing and retention of mature recirculating B and T cells in the BM parenchyma; and 4) despite the absence of primary B-cell follicles in LNs, mutant mice produced efficient humoral responses upon immunization as illustrated by increased antigen-specific germinal center B cells and isotype-switched plasma cells. Collectively, our findings demonstrate that fine-tuning of Cxcr4 signal strength is required for optimal trafficking, egress and fitness of lymphocytes.

Les papillomavirus humains (HPV), dont on dénombre plus de 300 types différents, infectent spécifiquement les épithéliums. Ces infections sont communes et généralement asymptomatiques. Cependant, lorsqu’elles persistent, elles peuvent donner lieu à des lésions bénignes, telles que les verrues, ou cancéreuses, telles que le cancer du col de l’utérus. Les facteurs de l’hôte impliqués dans la persistance et la pathogénie des infections par les HPV restent largement méconnus. Les premières évidences du rôle de l’axe de signalisation CXCL12/CXCR4 dans la pathogénie virale proviennent d’observations faites dans le contexte d’un déficit immunitaire rare, le syndrome WHIM. En effet, ce syndrome est dû à des dysfonctions de l’axe CXCL12/CXCR4 − causées par des mutations de CXCR4 conduisant à un gain de fonction de l’axe CXCL12/CXCR4 − et est caractérisé par une susceptibilité sélective des patients à des infections sévères, persistantes et parfois malignes par les HPV. Au vu de cette susceptibilité, l’objectif de ma thèse a été d’approfondir cet éventuel lien causal entre les dysfonctions de l’axe CXCL12/CXCR4 et la pathogenèse associée aux infections par les HPV et de caractériser les mécanismes moléculaires en jeu.Afin de répondre à cette problématique, je me suis intéressée dans la première partie de mes travaux de thèse aux conséquences des dysfonctions de l’axe CXCL12/CXCR4 − à travers le gain de fonction de CXCR4 associé au syndrome WHIM − sur le cycle biologique d’HPV18 étudié dans des cultures organotypiques épithéliales tridimensionnelles. Ces travaux nous ont permis de mettre en évidence que les dysfonctions de CXCR4 limitaient la production virale au profit de la mise en place d’un processus de transformation cellulaire. Les mécanismes en jeu impliquent une augmentation de la prolifération cellulaire et un changement du profil d’expression des protéines virales en faveur des oncoprotéines et au détriment de celles impliquées dans la réplication virale.Dans la seconde partie de mes travaux, je me suis attachée à déterminer les effets du blocage de l’axe CXCL12/CXCR4 dans un modèle murin de néoplasie épithéliale induite par HPV16 (souris K14-HPV16). Le traitement de ces souris par l’AMD3100, un antagoniste sélectif de CXCR4, induit une tendance à la normalisation se manifestant par une diminution significative de l’hyperplasie induite par HPV16. Cet effet est associé à une réduction de l’hyperprolifération des kératinocytes et de l’infiltrat de cellules immunitaires dans le derme.En conclusion, ce travail de thèse identifie l’axe CXCL12/CXCR4 comme un facteur de l’hôte impliqué dans la carcinogenèse induite par les HPV, et révèle le bénéfice de stratégies thérapeutiques basées sur le blocage de cet axe. / Human papillomaviruses (HPVs), which encompass almost 300 different types identified so far, specifically infect epitheliums. Most of the time, HPVs are associated with asymptomatic infections suggesting an efficient control by the host immune system. However, when these infections persist, HPVs can cause cutaneous warts but also mucosal lesions that can progress to dysplasia and cancer (e.g. cervical cancers). The host factors involved in HPV persistence and derived-pathogenesis remain quite obscure. The first evidence for a role of the CXCL12/CXCR4 signaling axis in HPV pathogenesis came from observations made in the context of a rare immunodeficiency disorder, the WHIM syndrome. This syndrome is caused by dysfunctions of the axis formed by the chemokine CXCL12 and its receptor CXCR4 – caused by inherited heterozygous mutations in CXCR4 leading to a gain-of-function of the CXCL12/CXCR4 axis – and featured by a high susceptibility to severe, persistent and sometimes malignant HPV infections. In light of this susceptibility, the aim of my thesis was to characterise the molecular mechanisms involved and to find out whether it extend to a more general interplay between the CXCL12/CXCR4 axis and HPV biological cycle and pathogenesis.In the first part of my work, I investigated the consequences of CXCL12/CXCR4 dysfunctions – through the CXCR4 gain-of-function – on the HPV18 life cycle in three-dimensional organotypic epithelial cultures. We found that CXCR4 dysfunctions limited the viral replication at the benefit of cell transformation. The mechanisms included an increased in cell proliferation and a change in viral protein expression profile in favour of oncoproteins and at the expense of proteins involved in viral replication.In the second part of my work, I determined the impact of the CXCL12/CXCR4 blockade on a murin model of HPV16-induced neoplasia (K14-HPV16 mice). Treatment of these mice by AMD3100, a selective antagonist of CXCR4, results in a normalisation of HPV-induced lesions manifested by a significant decrease of skin hyperplasia. This effect is associated with a reduction in keratinocyte hyperproliferation and immune cell infiltration in dermis.To conclude, this thesis work identifies the CXCL12/CXCR4 axis as a new host factor involved in human papillomavirus-induced carcinogenesis, and reveals the benefit of therapeutic strategies based on the blockade of this axis.

Les papillomavirus humains (HPV) sont classés en 5 genres α, β, γ, µ et η. Leur génome comprend six gènes précoces dont deux oncogènes E6 et E7 et deux gènes tardifs codant les protéines de capside. Les β- et γ-HPV constituent une part importante du virome cutané. Généralement asymptomatiques ils peuvent se manifester par des papillomatoses et sont associés à certains cancers de la peau, en particulier chez l’immunodéprimé. Les α-HPV ont un tropisme muqueux ; les α-HPV à haut risque (HR) HPV16 et 18 sont impliqués dans 99% des cancers du col de l’utérus.La détection des α-HR-HPV dans les frottis cervico-utérins (FCU) lors d’atypie cellulaire de signification indéterminée (ASCUS) constitue une information décisive dans le dépistage du cancer du col de l’utérus, bien que les tests de génotypage ne ciblent que les types les plus fréquents. Le génotypage des β- et γ-HPV devient nécessaire pour l’étude du virome notamment dans des contextes de susceptibilité aux pathogénies HPV (syndrome WHIM : Warts, Hypogammaglobulimemia, Infections and Myelokathexis). Cet immunodéficit congénital rare causé par une mutation gain de fonction du récepteur CXCR4 se manifeste dans 70% des cas par des papillomatoses cutanées étendues et ano-génitales évoluant souvent en cancer. Des études du laboratoire ont identifié le rôle intrinsèque de l’axe CXCL12/CXCR4 dérégulé dans la pathogénie virale en démontrant notamment l’action bénéfique du blocage de cet axe par un antagoniste de CXCR4 (AMD3100) in vitro et in vivo sur l’oncogenèse due à HPV.Nos objectifs étaient : (i) d’identifier dans des FCU ASCUS, les HPV dont le génotype n’avait pu être déterminé (HPV-X) par un test classique (INNO-LiPA HPV Genotyping Extra II®), (ii) de caractériser le virome HPV d’un patient atteint de WHIM au cours d’un essai thérapeutique par AMD3100 administré à titre compassionnel pendant 7 mois avec pour objectif d’évaluer son impact sur les anomalies associées à HPV.Dans les deux cas, nous avons mis au point une méthode de génotypage par séquençage haut débit sur Illumina Miseq®. La distribution des génotypes et leur polymorphisme nucléotidique ont été étudiés par analyses comparatives et phylogénétiques. (i) Notre stratégie a permis d’identifier dans 54 ASCUS/HPV-X étudiés une majorité d'HPV bas risque réalisant dans 41% des cas une infection à multiples génotypes (2 à 7), et aussi l’existence de quasi-espèces (41% des FCU) comprenant jusqu’à 17 variants pour un même génotype. Ainsi, de probables compétitions ou défauts d’hybridation des variants minoritaires peuvent expliquer le manque de performance du test INNO-LiPA. (ii) Chez le patient WHIM, le séquençage a été complété par des qPCR spécifiques de types, permettant une étude qualitative et quantitative. L’AMD3100 n’a pas modifié qualitativement le virome HPV cutané composé de 16 types, principalement des β- et γ-HPV, déjà présents 3 ans auparavant dans des verrues cutanées analysées rétrospectivement. En revanche, l’analyse quantitative montre des modifications en proportion relative des génomes viraux suggérant un effet du traitement sur l‘expression de certains types pouvant être associés sélectivement à la papillomatose. A cet égard, un des HPV composant le virome cutané du patient qui se trouve être un des deux seuls types présents dans une biopsie profonde de verrue, étaye l’hypothèse d’une sélection dans le processus lésionnel. De plus, les protéines oncogènes E6 et E7 de ce virus présentent des mutations, en comparaison à la séquence du génome HPV de référence, qui pourraient favoriser le potentiel pathogène de ce varian; hypothèse en cours d’investigation.En conclusion, les techniques de séquençage haut débit que nous avons développées ont permis de mieux caractériser la composition du virome HPV démontrant à la fois sa complexité en génotypes viraux ou en dérivés de ceux-ci (concept de quasi-espèces) et sa dynamique d’évolution qui pourraient sous-tendre le potentiel pathogène de ce virome HPV. / Human papillomaviruses (HPV) are classified into 5 genera α, β, γ, μ and η. Their genome comprises six early genes including two oncogenes E6 and E7, and two late genes encoding the L1 and L2 capsid proteins. β- and γ-HPV constitute an important part of the cutaneous virome; usually asymptomatic, they can manifest as papillomatosis like warts and are associated with certain skin cancers, especially in immunocompromised patients. α-HPV has a mucosal tropism; high-risk (HR) α-HPV16 and 18 are involved in 99% of cervical cancers.Detection of α-HR-HPV in cervical samples guide the management of women whose Pap smear result shows atypical squamous cells of undetermined significance (ASCUS), although genotyping targets only the most common HPV types. Genotyping of β- and γ-HPV becomes necessary for the study of the virome especially in contexts of susceptibility to HPV pathogenesis (i.e. WHIM syndrome (for Warts, Hypogammaglobulimemia, Infections and Myelokathexis)). WHIM syndrome is a rare congenital immunodeficiency caused by a gain-of-function mutation of the CXCR4 receptor of the chemokine CXCL12 and manifests in 70% of cases by extensive cutaneous papillomatosis and ano-genital lesions that often evolve into cancer. Studies in our laboratory have identified the intrinsic role of the dysregulated CXCL12/CXCR4 axis in viral pathogenesis by demonstrating in particular the beneficial action of the blocking of this axis by an antagonist of CXCR4 (AMD3100) in vitro and in vivo on HPV-associated oncogenesis.Our objectives were: (i) to identify HPV whose genotype could not be determined (HPV-X) by a conventional test (INNO-LiPA HPV Genotyping Extra II®) in cervical samples with Pap smear report of ASCUS (ii) to characterize the HPV virome of a patient suffering from WHIM syndrom during a 7-month compassionate AMD3100 clinical trial to assess its impact on HPV-associated abnormalities.In both cases, we have developed a high-throughput sequencing genotyping method on Illumina Miseq®. The distribution of genotypes and their nucleotide polymorphism were studied by comparative and phylogenetic analyzes. (i) Our strategy identified in the 54 investigated ASCUS/HPV-X a majority of low-risk HPV, achieving a multiple infection (2 to 7 genotypes) in 41% of cases, and also the existence of quasi-species (41% of FCU) comprising up to 17 variants for the same genotype. Thus, probable competitions or hybridization defects of the minority variants may explain the lack of performance of the INNO-LiPA test. (ii) In the WHIM patient, sequencing was supplemented with type-specific qPCRs, allowing a qualitative and quantitative study. AMD3100 did not qualitatively modify the cutaneous HPV virome composed of 16 types, mainly β- and γ-HPV. In contrast, the quantitative analysis shows changes in the relative proportions of viral genomes suggesting a treatment effect on the expression of certain types that can be selectively associated with. papillomatosis. In this respect, one of the HPVs belonging to the cutaneous virome of the patient was found to be one of only two types present in a deep wart biopsy. This result supports the hypothesis of HPV selection in the lesion process. In addition, the oncogenic proteins E6 and E7 of this virus have mutations which could promote the pathogenic potential of this viral variant in comparison with the sequence of the reference HPV genome; a hypothesis that is under investigation.In conclusion, the high throughput sequencing techniques that we have developed have made it possible to better characterize the composition of the HPV virome demonstrating both its complexity in viral genotypes or in derivatives (i.e. quasi-species concept). The dynamics of which may underlie the pathogenic potential of this HPV virome.

Le couple CXCL12/CXCR4 joue un rôle essentiel dans le maintien de l’homéostasie des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSPHs) et constitue un axe clé par lequel les niches et les CSPHs communiquent au sein de la moelle osseuse (MO). Des mutations hétérozygotes du gène CXCR4, qui tronquent le domaine C-terminal de la protéine et entraînent un défaut de désensibilisation homologue de CXCR4 et une hypersensibilité à CXCL12, ont été identifiées dans le Syndrome WHIM (SW), une immunodéficience rare caractérisée notamment par une lymphopénie. Les mécanismes sous-jacents de cette anomalie restaient inconnus. Grâce à un modèle murin porteur d’une mutation gain de fonction de Cxcr4 identifiée chez certains patients et phénocopiant la lymphopénie du SW, nous avons exploré la possibilité qu’un défaut de domiciliation, de différenciation ou d’expansion des CSPHs dans la MO soit à l’origine de la lymphopénie circulante. Nous avons mis en évidence que la désensibilisation de Cxcr4 régule la balance quiescence/cycle des CSHs à court terme ainsi que leur différenciation en progéniteurs multipotents et progéniteurs engagés vers le lignage lymphoïde. Nos travaux révèlent donc que la désensibilisation de Cxcr4 est requise à la différenciation lymphoïde des CSPHs et suggèrent que l’absence de ce processus soit à l’origine de la lymphopénie observée chez les souris mutantes et, par extrapolation, chez les patients. Ces altérations lymphoïdes impliquaient à la fois des défauts intrinsèques (CSPHs) et extrinsèques (stroma), ce qui nous a conduit à considérer l’impact de la mutation gain de fonction de Cxcr4 sur le stroma médullaire. Dans ce contexte, l’objectif principal de mon projet de thèse a consisté à investiguer à l’aide du modèle murin du SW le rôle de la désensibilisation de Cxcr4 dans le maintien des composantes mésenchymateuses au sein de la MO. Nos données ont permis de mettre en lumière que la désensibilisation de Cxcr4 est intrinsèquement requise à la régulation de l’équilibre quiescence/cycle des cellules souches mésenchymateuses (CSMs), ainsi qu’à la préservation de leur potentiel ostéogénique en contrôlant l'expression et la biodisponibilité de Cxcl12 de manière autocrine. Par conséquent, nos travaux suggèrent que les actions autocrines et paracrines de l’axe de signalisation Cxcl12/Cxcr4 au sein des CSMs régulent leur différenciation en ostéoblastes tout en contribuant au maintien des niches des CSPHs et au processus d’hématopoïèse. / The CXCL12/CXCR4 signaling axis plays an essential role in the maintenance of hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) homeostasis and constitutes a key pathway through which the niches and HSPCs communicate in the bone marrow (BM). Heterozygous gain-of-function mutations of CXCR4, which engender a truncated receptor and affect its homologous desensitization in response to CXCL12, have been reported in the WHIM Syndrome (WS); a rare immunodeficiency notably characterized by lymphopenia. The mechanisms underpinning this remain obscure. Using a mouse model harboring a naturally occurring WS-linked Cxcr4 gain-of-function mutation, we explored the possibility that the lymphopenia in WS arise from defects at the HSPC level in the BM. We showed that Cxcr4 desensitization is required for proper quiescence/cycling balance of short-term HSCs as well as their differentiation into multipotent progenitors and downstream lymphoid-biased progenitors. Thus, our results suggest that efficient Cxcr4 desensitization is critical for lymphoid differentiation of HSPCs, and its impairment is a key mechanism underpinning the lymphopenia observed in WS mice. The role of Cxcr4 desensitization in regulating such lympho-hematopoiesis process implicated both intrinsic and extrinsic properties, thus raising the question of the impact of a gain-of-Cxcr4-function mutation on BM stroma. Therefore, the main part of my PhD project was dedicated to evaluate using this relevant knock-in model the impact of Cxcr4 desensitization on maintenance of BM mesenchymal elements. We have found unexpectedly that such regulatory mechanism is intrinsically required for regulating quiescence/cycling balance of mesenchymal stem cells (MSCs) and preserving their osteogenic potential through the control of Cxcl12 expression and availability in an autocrine manner. Therefore, these findings support autocrine and paracrine actions of the Cxcl12/Cxcr4 signaling axis within MSCs to regulate osteoblast differentiation while contributing to HSPC niches and hematopoiesis.

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During the quasar era (redshifts between 1 and 3) Radio Galaxies (RGs) have been claimed to have substantially influenced the growth and evolution of large scale structures in the universe. In this dissertation I test the robustness of these exciting claims. In order to probe the impacts in more detail, good theoretical models for such RG systems are required. With this motivation, I seek to develop an essentially analytical model for the evolution of Fanaroff-Riley Class II radio galaxies both as they age individually and as their numbers vary with cosmological epoch. To do so, I first compare three sophisticated semi-analytical models for the dynamical and radio lobe power evolution of FR II galaxies, those given by Kaiser, Dennett-Thorpe & Alexander (1997, KDA), Blundell, Rawlings, & Willott (1999, BRW) and Manolakou & Kirk (2002, MK). I perform multi-dimensional Monte Carlo simulations leading to virtual radio surveys. The predictions of each model for redshift, radio power (at 151 MHz), linear size and spectral index are then compared with data. The observational samples are the low frequency radio surveys, 3CRR, 6CE and 7CRS, which are flux-limited and redshift complete. I next perform extensive statistical tests to compare the distributions of model radio source parameters and those of the observational samples. The statistics used are the 1-Dimensional and 2-Dimensional Kolmogorov-Smirnov (K-S) tests and the 4-variable Spearman partial rank correlation coefficient. I search for and describe the "best" parameters for each model. I then produced modifications to each of the three original models, and extensively compare the original and the modified model performances in fitting the data. The key result of my dissertation is that using the Radio Luminosity Function of Willott et al. (2001) as the redshift birth function of radio sources, the KDA and MK models perform better than the BRW models in fitting the 3CRR, 6CE and 7CRS survey data when using K-S based statistical tests, and the KDA model provides the best fits to the correlation coefficients. However, no pre-existing or modified model can provide adequate fits for the spectral indices. I also calculate the volume fraction of the relevant universe filled by the generations of radio galaxies over the quasar era. This volume filling factor is not as large as estimated earlier. Nonetheless, the allowed ranges of various model parameters produce a rather wide range of astrophysically interesting relevant volume fraction values. I conclude that the expanding RGs born during the quasar era may still play significant roles in the cosmological history of the universe.