Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est un cancer de très mauvais pronostic, disposant de peu d’options thérapeutiques. Il est urgent de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Notre équipe a montré antérieurement que l’expression du récepteur Frizzled-7 (FZD7) dans le CHC jouait un rôle dans le contrôle du phénotype cancéreux. Le but de ma thèse était de développer une stratégie pour inhiber le signal FZD7 et d’étudier l’effet anti-tumoral potentiel d’une telle inhibition. A l’aide d’une approche peptidique inhibitrice de la liaison du récepteur avec son adaptateur cytoplasmique (Dishevelled), j’ai pu démontrer que l’inhibition du signal FZD7 exerce un effet anti-tumoral sur des lignées cellulaires de CHC, mais également in vivo, dans un modèle murin transgénique de CHC. J’ai élucidé une partie des mécanismes de cet effet anti-tumoral en étudiant l’impact du peptide sur les voies qui sont potentiellement activées par FZD7 dans des lignées cellulaires de CHC. Cette approche peptidique m’a permis de valider l’inhibition de FZD7 comme cible thérapeutique pour le CHC. Parallèlement, nous avons développé une collaboration avec l’entreprise IMAXIO qui a mis au point un test double-hybride permettant de cribler des molécules inhibitrices d’une interaction. Nous avons identifié 8 molécules chimiques qui inhibent l’interaction FZD7/Dishevelled. La poursuite de ce projet va permettre d’identifier, parmi ces 8 molécules, celles qui ont un potentiel anti-tumoral comparable à l’approche peptidique que j’ai développée, grâce aux modèles cellulaires et murins disponibles au laboratoire / Hepatocellular carcinoma (HCC) is a very bad prognostic cancer, with few therapeutic options. The development of new therapeutic strategies is an emergency. In previous studies, our team showed that overexpression of Frizzled-7 receptor (FZD7) in HCC plays a role in the control of cancer phenotype. The aim of my thesis was to develop a strategy to inhibit the FZD7 signal and study the potential antitumor effect of such an inhibition. I used a small-peptide approach to inhibit the binding between FZD7 and its cytoplasmic adaptator, Dishevelled, and showed that the inhibition of FZD7 signal display antitumor effects in vitro on HCC cell lines, as well as in vivo, in a murine transgenic model of HCC. I explored the molecular mechanisms of this antitumor effect on a HCC cell line. Thanks to this small-peptide approach, I validated the inhibition of FZD7 signal as a target for HCC therapy. We also developed a two-hybrid high throughput screening with IMAXIO (Lyon) to identify chemicals able to inhibit the FZD/Dvl interaction and we identified 8 compounds. Prospects of this study are to test the potential anti-tumor effect of these compounds on HCC cell lines and HCC in vivo models.

Durant le développement myocardique, les cardiomyocytes s'allongent et se connectent entre eux grâce à une structure spécialisée, le disque intercalaire. Cette organisation des cardiomyocytes est essentielle pour le couplage mécanique et la conduction électrique. Un des éléments responsables de l'insuffisance cardiaque est la perturbation de ces sites de contact intercellulaire. Actuellement, aucun facteur n'est connu pour coordonner l'organisation polarisée des cardiomyocytes. Ici, nous présentons une augmentation importante de Pdzrn3 dans des cardiomyopathies hypertrophiques humaines et dans des myocardes murins, corrélée à une perte de l'élongation polarisée des cardiomyocytes. De plus la délétion spécifique intramyocardique de l'expression de Pdzrn3, dans un modèle murin, protège de la survenue d'une insuffisance cardiaque secondaire à une cardiomyopathie hypertrophique. Nos résultats révèlent une nouvelle voie de signalisation qui contrôle un programme génétique essentiel pour le développement myocardique, le maintien de la géométrie et de la fonction contractile des cardiomyocytes. Cette voie de signalisation implique PDZRN3 et cette molécule constitue une cible thérapeutique potentielle pour la protection de l’insuffisance cardiaque chez l’homme. / During heart maturation, individual cardiomyocytes stretch out and connect some with the others via their extremities by intercalated disk protein complexes. This planar and directionnel organization of the myocyte sis crucial for the machanical coupling and the anisotropic conduction of the electric signal in the heart. One of the hallmarks of heart failure concerns alterations in the contact sites between cardiomyocytes. Yet no factors on its own is known to coordinate cardiomyocyte polarized organization. Here we reported enhanced levels of Pdzrn3 in the diseased hypertrophic human and mouse myocardium, correlated with the loss of cardiomyocyte polarized elongation. Furthermore, mouse cardiac Pdzrn3 deficiency protected against heart failure in a mouse model of hypertrophic cardiomyopathy. Our results reveal a novel signaling that controls a genetic program essential for heart maturation and for maintain of cardiomyocyte overall geometry and contractile function and implicates PDZRN3 as a potential therapeutic target for human heart failure protection.

L’angiogenèse physiologique est un processus clé du développement embryonnaire et chez l’adulte. Une anomalie de la formation des vaisseaux sanguins est à l’origine de nombreuses pathologies. Une meilleure compréhension des mécanismes de l’angiogenèse est un pré-requis essentiel à la mise au point de nouvelles stratégies thérapeutiques ayant pour objectif d’inhiber ou stimuler cette angiogenèse pour mieux traiter l’ensemble de ces pathologies. Au cours de ces dernières années, les voies de signalisation Wnt/Fzd sont apparues comme jouant un rôle fondamental dans le développement vasculaire. Au début de cette thèse, un premier projet nous a permis de montrer le rôle important de Fzd7 dans le contrôle de la perméabilité vasculaire, in vitro et in vivo, via la voie canonique et la régulation des complexes jonctionnels dépendantes de la VE-cadhérine. La deuxième partie de ce travail s’est focalisé sur le rôle de Fzd7 dans la formation des vaisseaux. Nous avons mis en évidence que Fzd7 contrôle la vascularisation post-natale de la rétine chez la souris. La voie de signalisation Fzd7/DVL/β-caténine régule le sprouting et la prolifération des cellules endothéliale (CE) via l’activation de la voie Notch, tandis que la voie de signalisation de Fzd7 contrôle la migration des CE via la régulation de MMP2/9 indépendamment de la voie Notch. Enfin, la troisième partie de cette thèse a eu pour objectif d’étudier l’implication de Fzd7 sur l’angiogenèse pathologique. Nos résultats préliminaires indiquent que Fzd7 participe aux phases de vaso-oblitération et de néovascularisation dans un modèle de rétinopathie induite par l’oxygène chez la souris, suggérant que Fzd7 pourrait être une nouvelle cible dans le traitement des rétinopathies. / Physiological angiogenesis is a key process in embryonic development but also in adult. Abnormal formation of blood vessels is the cause of many diseases. A better understanding of the mechanisms of angiogenesis is an essential prerequisite for the development of new therapeutic strategies aimed to inhibit or stimulate angiogenesis to better address these pathologies. In recent years, the Wnt/Fzd signaling pathways appeared to play a key role in vascular development. At the beginning of this study, a first project allowed us to show the important role of Fzd7 in controlling vascular permeability in vitro and in vivo, through the canonical pathway and the regulation of VE-cadherin junctional complexes. The second and main part of this work focused on the role of Fzd7 in the formation of blood vessels. We have demonstrated that Fzd7 controls postnatal vascularization of mice retina. The signaling pathway Fzd7/DVL/β-catenin regulates the sprouting and proliferation of endothelial cells (EC) through activation of Notch signaling, but also controls EC migration through MMP2/9 but independently of the Notch pathway. Finally, the third part of this work aimed to study the involvement of Fzd7 on pathological angiogenesis. Our preliminary data indicate that Fzd7 regulates vaso-obliteration and neovascularization in a mice model of oxygen-induced retinopathy suggesting that Fzd7 could be a new target for the treatment of retinopathy.

L’obstruction des vaisseaux est responsable d’ischémie tissulaire dans différents territoires périphériques, cardiaques et cérébraux. Un des mécanismes d’adaptation du tissu à l’ischémie est la formation de néo-vaisseaux. Plusieurs données récentes mettent en évidence un rôle de la voie de signalisation Wnt/Frizzled (Fzd) dans le développement vasculaire. Le travail de cette thèse s’est focalisé sur l’étude du récepteur Frizzled7 (Fzd7) et de son rôle dans la formation des vaisseaux. Le modèle des corps embryoïdes, un modèle de différenciation des cellules souches embryonnaires vers le phénotype endothélial, nous a permis de démontrer que Fzd7 était exprimé au cours des différentes étapes de différenciation endothéliale. Des études sur des cellules endothéliales matures nous ont permis de montrer que Fzd7 régulait différentes propriétés des cellules endothéliales dont la migration et la formation de tubes endothéliaux, mais pas la prolifération. De plus, Fzd7 participe à la stabilité des jonctions cellulaires en interagissant avec la VE-cadhérine. Concernant les mécanismes moléculaires mis en jeu par Fzd7, nous avons pu montrer que celui-ci était capable d’activer la voie Wnt/PCP via la phosphorylation de la protéine JNK. Enfin, une étude in vivo dans le modèle du poisson Zèbre, nous a permis de mettre en évidence un rôle de Fzd7 dans la formation des vaisseaux intersomitiques. La deuxième partie de ce travail concerne le rôle de la voie Wnt/Fzd dans les propriétés angiogèniques des cellules souches mésenchymateuses (CSM). L’objectif de cette étude était de définir comment les CSM participaient à la formation des vaisseaux et si le système Wnt/Frizzled était nécessaire. Nous avons pu montrer que sFRP1, un modulateur de la voie Wnt, améliore la fonction cellulaire des CSM et contribue à la maturation des néo-vaisseaux. De plus, nous avons pu montrer que les CSM implantées dans un modèle d’ischémie du membre inférieur amélioraient la réponse angiogénique lorsque celles-ci étaient préconditionnées en hypoxie. Nous avons mis en évidence le rôle de Wnt4 dans ce processus. / The obstruction of the vessels is responsible for ischemia in various outlying areas, heart and brain. One of the mechanisms of tissue adaptation to ischemia is the formation of neo-vessels. Several recent data show a role of Wnt/Frizzled (Fzd) pathway in vascular development.The work of this thesis focused on the study of receptor Frizzled7 (Fzd7) and its role in vessel formation. Using the model of embryoid bodies, a model of embryonic stem cell differentiation toward the endothelial lineage, we demonstrated that Fzd7 was expressed during different stages of endothelial cell differentiation. Studies on mature endothelial cells have shown that Fzd7 regulates endothelial cells properties including migration and endothelial tube formation but not proliferation. In addition, Fzd7 participates in the stability of cell junctions by interacting with VE-cadherin. Regarding the molecular mechanisms involved in Fzd7 signalling, we could show that this receptor was capable of activating the Wnt/PCP pathway via phosphorylation of JNK protein. Finally, an in vivo study in zebrafish model, allowed us to highlight a role of Fzd7 in intersomitic vessel formation.The second part of this work concerns the role of the Wnt/Fzd pathway in the angiogenic properties of mesenchymal stem cells (MSC). The objective of this study was to determine how CSM participated in vessel formation and if the Wnt/Frizzled pathway was necessary. We show that sFRP1, a modulator of the Wnt pathway, improves cellular function of MSCs and contributes to the maturation of neo-vessels. In addition, we have shown that MSCs implanted in a model of lower limb ischemia improved the angiogenic response when they were preconditioned by hypoxia. We have highlighted the role of Wnt4 in this process.

Parmi les récepteurs Frizzled, Frizzled 4 est le seul à avoir un phénotype vasculaire fort. Parcriblage, nous avons identifié l’ubiquitine ligase PDZRN3 en tant que nouveau partenaire de la protéineadaptatrice Dvl3 qui agit en aval de Fzd4. En utilisant des modèles murins inductibles, nous montronsque la délétion de PDZRN3 induit une létalité embryonnaire suite à des défauts de vascularisation dusac amniotique ; et que PDZRN3 est requis pour une vascularisation normale de la rétine. De par sonactivité d’ubiquitine ligase, PDZRN3 induit la prise en charge du complexe Fzd4/ Dvl3 par les vésiculesd’endocytose ce qui permet la transduction du signal après fixation du ligand Wnt5a sur le récepteurFzd4. PDZRN3 régule également le maintien des jonctions des cellules endothéliales et l’intégrité de labarrière hémato-encéphalique. La délétion de PDZRN3 stabilise les microvaisseaux après ischémiecérébrale. PDZRN3 induit la disruption des jonctions serrées et la rupture de la barrièrehématoencéphalique en ubiquitinant la protéine d’échafaudage MUPP1. / Fzd4 is the only Frizzled receptor that is essential for angiogenesis. By using a yeast twohybrid screening, we have identified the ubiquitin ligase PDZRN3 as a potential partner of the adaptorprotein Dvl3 that acts downstream of Fzd4. By using inducible mouse models, we have shown that lossof PDZRN3 leads to early embryo lethality due to vascular defects in the yolk sac when deleted inutero, and is then required during post natal retinal vascularization. PDZRN3 would target the Fzd4/Dvl3 complex to endosome, leading to signal transduction upon binding of Wnt5a to Fzd4. PDZRN3also regulates integrity of the blood brain barrier by acting on tight junctions stability. Loss of PDZRN3stabilizes microvessels after cerebral ischemia. PDZRN3 would induce tight junction disruption andblood brain barrier leakage by ubiquitinylating the scaffolding protein MUPP1.

La thérapie cellulaire suscite de grands espoirs dans le domaine cardiovasculaire. Cependant les premières études humaines sont décevantes. Parmi les explications avancées, citons un mauvais choix de cellules, une méthode de délivrance inadéquate, une préparation des cellules et des tissus hôtes insuffisante ou une trop grande mortalité cellulaire après injection.Durant ce travail nous avons voulu explorer 3 pistes d’optimisation de la thérapie cellulaire à visée pro-angiogénique utilisant les cellules souches mésenchymateuses (MSC) et contribué à l’exploration des mécanismes mis en jeu, en particulier en explorant le rôle du système Wnt/Frizzled.Nous avons tout d’abord étudié un système original de délivrance de cellules utilisant un « patch » musculaire cousu en regard d’un myocarde infarci de souris. Puis nous avons étudié l’effet d’une surexpression de sFRP1, inhibiteur de la voie Wnt, sur un modèle de matrice sous cutanée. Enfin, nous avons testé l’hypothèse qu’un préconditionnement hypoxique des cellules permettrait une meilleure survie cellulaire et améliorerait la réparation vasculaire et tissulaire après ischémie de patte chez la souris.Nos résultats permettent notamment de montrer que les MSC ont des capacités d’invasion des tissus ischémiques et qu’elles se différencient en péricytes en formant un réseau tridimensionnel de soutien aux cellules endothéliales. Par ailleurs, via sFRP1, nous mettons en évidence un rôle du système Wnt/Fzd dans l’effet pro-angiogénique. Enfin, nous montrons l’intérêt du préconditionnement hypoxique dont les effets sont médiés par Wnt4.L’ensemble de ces données permet d’envisager des voies d’optimisation de la thérapie cellulaire. / Some of the challenges facing stem-cell therapy for cardiac disease are which type of stem cell or progenitor cell is the best candidate for therapy, how to survive in the low oxygen environment of ischemic myocardium. Here we studied the potential of mesenchymal stem cells (MSCs) as vascular progenitor cells in vitro and in vivo, and we studied the effects of sFRP-1/Wnt signaling modulation or hypoxia on MSC properties. First, we demonstrated the beneficial effect of MSC application on ischemic heart repair using an original surgical model (patch) to deliver stem cells. This study showed that the contribution of the MSCs in the mouse infarcted myocardium was beneficial either on the scar (increase in angiogenesis, in cell proliferation, reduction in ventricular remodeling) or on the trophicity of the patch.Then we characterized the angiogenic properties of MSC in vitro and in vivo. Our data demonstrate that MSCs could be recruited and formed vascular structures around endothelial tubes. We showed in vivo that the surexpression of sFRP-1 (regulating factor of the Wnt system) in MSCs increased their potential of pericyte-like cells correlated with an increased maturation of the vessels via an intracellular GSK-3 dependent pathway in MSCs. Our next objective was to investigate the effects of hypoxia exposure on MSC before implantation for vascular and tissue regeneration in mice with hind limb ischemia. Our data suggest that hypoxic preconditioning has a critical role on MSC dynamic functions, shifting MSC location in situ to enhance ischemic tissue recovery, facilitating vascular cell mobilization and skeletal myoblast regeneration via a paracrine Wnt dependent mechanism.

Wnt11 is a key signalling molecule that regulates cell polarity/migration during vertebrate development and also promotes the invasive behaviour of adult cancer cells. It is therefore essential to understand the mechanisms by which Wnt11 signalling regulates cell behaviour. The process of vertebrate gastrulation provides an excellent developmental system to study Wnt11 function in vivo. It is known that Wnt11 mediates coordinated cell migration during gastrulation via the non-canonical Wnt pathway that shares several components with a the planar cell polarity pathway (PCP) in Drosophila. However, the mechanisms by which these PCP components facilitate Wnt11 function in vertebrates is still unclear. While in Drosophila, the asymmetric localization of PCP components is crucial for the establishment of cell polarity, no asymmetric localization of Wnt11 pathway components have so far been observed in vertebrates. To shed light on the cellular and molecular mechanisms underlying Wnt11 signalling, I developed an assay to visualize Wnt11 activity in vivo using live imaging of Wnt11 pathway components tagged to fluorescent proteins. This allowed me to determine the sub-cellular distribution of these components and to correlate the effect of Wnt11 activity with the behaviour of living embryonic cells. I found that Wnt11 locally accumulates together with its receptor Frizzled7 (Fz7) at sites of cell-cell contacts and locally recruits the intra-cellular signalling mediator Dishevelled (Dsh) to those sites. Monitoring these apparent Wnt11 signalling centres through time-lapse confocal microscopy revealed, that Wnt11 activity locally increases the persistency of cell-cell contacts. In addition, I found that the atypical cadherin Flamingo (Fmi) is required for this process. Fmi accumulates together with Wnt11/Fz7 at sites of cell-cell contact and locally increased cell adhesion, via a mechanism that appears to be independent of known downstream effectors of Wnt11 signalling such as RhoA and Rok2. This study indicates that Wnt11 locally interacts with Fmi and Fz7 to control cell-contact persistency and to facilitate coherent and coordinated cell migration. This provides a novel mechanism of non-canonical Wnt signalling in mediating cell behaviour, which is likely relevant to other developmental systems. (Die Druckexemplare enthalten jeweils eine CD-ROM als Anlagenteil: 50 MB: Movies - Nutzung: Referat Informationsvermittlung der SLUB)

Wnt11 is a key signalling molecule that regulates cell polarity/migration during vertebrate development and also promotes the invasive behaviour of adult cancer cells. It is therefore essential to understand the mechanisms by which Wnt11 signalling regulates cell behaviour. The process of vertebrate gastrulation provides an excellent developmental system to study Wnt11 function in vivo. It is known that Wnt11 mediates coordinated cell migration during gastrulation via the non-canonical Wnt pathway that shares several components with a the planar cell polarity pathway (PCP) in Drosophila. However, the mechanisms by which these PCP components facilitate Wnt11 function in vertebrates is still unclear. While in Drosophila, the asymmetric localization of PCP components is crucial for the establishment of cell polarity, no asymmetric localization of Wnt11 pathway components have so far been observed in vertebrates. To shed light on the cellular and molecular mechanisms underlying Wnt11 signalling, I developed an assay to visualize Wnt11 activity in vivo using live imaging of Wnt11 pathway components tagged to fluorescent proteins. This allowed me to determine the sub-cellular distribution of these components and to correlate the effect of Wnt11 activity with the behaviour of living embryonic cells. I found that Wnt11 locally accumulates together with its receptor Frizzled7 (Fz7) at sites of cell-cell contacts and locally recruits the intra-cellular signalling mediator Dishevelled (Dsh) to those sites. Monitoring these apparent Wnt11 signalling centres through time-lapse confocal microscopy revealed, that Wnt11 activity locally increases the persistency of cell-cell contacts. In addition, I found that the atypical cadherin Flamingo (Fmi) is required for this process. Fmi accumulates together with Wnt11/Fz7 at sites of cell-cell contact and locally increased cell adhesion, via a mechanism that appears to be independent of known downstream effectors of Wnt11 signalling such as RhoA and Rok2. This study indicates that Wnt11 locally interacts with Fmi and Fz7 to control cell-contact persistency and to facilitate coherent and coordinated cell migration. This provides a novel mechanism of non-canonical Wnt signalling in mediating cell behaviour, which is likely relevant to other developmental systems. (Die Druckexemplare enthalten jeweils eine CD-ROM als Anlagenteil: 50 MB: Movies - Nutzung: Referat Informationsvermittlung der SLUB)