Le virus de l'hépatite C (HCV) infecte environ 180 millions de personnes à travers le monde. De nouveaux antiviraux ont récemment été mis sur le marché mais ils présentent des effets indésirables. La recherche de nouvelles cibles thérapeutiques reste donc d'actualité. Mes principaux travaux ont consisté à développer des approches de biochimie et d'imagerie sur cellules vivantes pour étudier les mécanismes moléculaires d'action des antiviraux silibinine (SbN) et arbidol (ARB) sur HCV. Nous avons montré que SbN et ARB inhibent des vésicules entourées de clathrine et ne sont pas délivrés aux endosomes précoces. SbN et ARB inhibent également l'infection d'autres virus entrant par endocytose clathrine-dépendante, ce qui expliquerait leur activité à large spectre. J'ai également contribué à un projet initié depuis quelques mois au sein de l'équipe. L'hypothèse était qu'un élément présent dans le microenvironnement hépatique (MEH) jouerait un rôle essentiel dans l'infection par HCV. Nous nous sommes intéressés au syndécan-1 (SDC1) car il est fortement exprimé à la surface des hépatocytes. Nos travaux montrent que la déplétion de SDC1 diminue fortement l'infection. SDC1 colocalise à la surface des hépatocytes non infectés avec CD81, un récepteur connu de HCV. Dans les jours suivant l'infection, cette colocalisation est perturbée. Ces données suggèrent que SDC1 serait un co-facteur d'entrée de HCV, agissant en combinaison avec CD81, et que l'infection réorganiserait les molécules du MEH, ce qui pourrait à long terme contribuer à la persistance de l'infection / Hepatitis C virus (HCV) is a global health concern infecting 170 million people worldwide. New antivirals recently received the approval for the treatment against HCV infection but they display many side effects. Research for new therapeutic targets therefore remains an important topic. My main work was to develop approaches in biochemistry and live cell imaging to study the molecular mechanisms of action of antivirals silibinin (SbN) and arbidol (ARB) on HCV infection. We show that SbN and ARB alter clathrin-mediated endocytosis. Viral particles are trapped in clathrin-positive structures and cannot be delivered to the early endosomal compartment, thereby preventing infection. SbN and ARB also prevent cell infection by viruses that enter through clathrin-mediated endocytosis, which could explain their broad spectrum activity. I also contribute to a project initiated for a few months in the lab. We hypothsized that a molecule present in the immediate surrouding of the hepatocyte microenvironment could play a role in HCV infection. We focused on the syndecan-1 (SDC1) because it is essentially anchored on the surface of hepatocytes. We show that SDC1 depletion leads to a drastic decrease of the viral infectivity. SDC1 colocalizes on the unfected hepatocyte surface with the already identified HCV recptor CD81. This colocalization vanished within days in infected cells. These data suggest that SDC1 could act as a cellular co-factor for HCV entry, in combination with CD81; thus infection could reorganized molecules of the hepatocyte microenvironment and contribute to HCV hepatotropism and the peristence of infection

L'utilisation de champs électriques pulsés (PEF) dans les secteurs de la médecine et de la biotechnologie est devenue de plus en plus courante au cours des dernières décennies. La recherche a montré qu'en ajustant la durée du PEF, nous pouvons prédire quels effets seront observés. Alors que les PEF dans la gamme micro - milliseconde ont été utilisés pour perméabiliser la membrane cellulaire et améliorer l'absorption de médicament ou de protéine, le PEF nanoseconde (nsPEF) a démontré des effets uniques sur les organites intracellulaires. Les deux PEF et nsPEF ont démontré un potentiel thérapeutique pour une variété de pathologies humaines, y compris le traitement du cancer. Utilisant l'imagerie des cellules vivantes, cette thèse a étudié in vitro les effets de champs pulsés d'une durée de 10 ns à 10 ms sur des lignées cancéreuses (U87 glioblastome multiforme) et non cancéreuses (neurones hippocampes de souris (HT22) et cellules ovariennes du hamster chinois (CHO)). Des résultats publiés antérieurement ont démontré que les cellules cancéreuses sont plus sensibles aux champs électriques que les cellules saines. Nos résultats sont en accord avec ces résultats, dans la mesure où les cellules U87 ont subi une dépolarisation significativement plus importante de leur potentiel transmembranaire après une seule impulsion électrique à toutes les durées. Dans un ensemble d'expériences parallèles, malgré des seuils de champ électrique similaires pour la perméabilisation membranaire, les cellules U87 ont démontré une absorption significativement améliorée de YO-PRO par rapport aux autres lignées cellulaires. Bien que les cellules U87 aient subi le plus grand changement dans la dépolarisation membranaire et la perméabilisation membranaire, elles ont également montré la constante de rescellement de la membrane la plus rapide, qui était environ 30 secondes plus rapide que les autres lignées cellulaires. Pour élucider certains des mécanismes sous-jacents par lesquels les cellules U87 répondent aux champs électriques, une série d'expériences a examiné le rôle des canaux ioniques transmembranaires. Plusieurs études récentes ont rapporté que les PEF peuvent agir directement sur les canaux ioniques voltage-dépendants. En utilisant divers modulateurs de canaux ioniques pharmacologiques spécifiques et à action large, nous avons démontré que nous pouvions presque entièrement inhiber la dépolarisation membranaire induite par le champ électrique dans les cellules U87 en bloquant certains canaux cationiques. Ces résultats étaient assez spécifiques, tels que le canal de potassium de grande conductance (BK), les canaux calciques de type L et T, et le canal cationique non spécifique, TRPM8, étaient capables d'inhiber la dépolarisation tandis que le blocage d'autres canaux ioniques ne produisait aucun changement significatif. . Les travaux de cette thèse ont montré que la lignée cellulaire maligne U87 présentait une plus grande sensibilité aux champs électriques allant de 10 ns à 10 ms par rapport aux lignées cellulaires non cancéreuses étudiées. Des améliorations potentielles aux protocoles de traitement actuels ont été proposées sur la base des résultats présentés ici. / The use of pulsed electric fields (PEF) in medical and biotechnology sectors has become increasingly prevalent over the last few decades. Research has shown that by adjusting the duration of the PEF we can predict what effects will be observed. Whereas PEF in the micro-to-millisecond range have been used to permeabilize the cell membrane and enhance drug or protein uptake, nanosecond PEF (nsPEF) have demonstrated unique effects on intracellular organelles. Both PEF and nsPEF have demonstrated therapeutic potential for a variety of human pathologies, including the treatment of cancer. Using live-cell imaging, this thesis investigated, in vitro, the effects of pulsed fields ranging in duration from 10 ns to 10 ms on cancerous (U87 glioblastoma multiforme) and non-cancerous cell lines (mouse hippocampal neurons (HT22) and Chinese hamster ovary (CHO) cells). Previously published results have demonstrated that cancerous cells have a greater sensitivity to applied electric fields than healthy cells do. Our results are in agreement with these findings, insofar as the U87 cells underwent a significantly greater depolarization of their transmembrane potential following a single electric pulse at all durations. In a parallel set of experiments, despite having similar electric field thresholds for membrane permeabilization, the U87 cells demonstrated significantly enhanced YO-PRO uptake compared to the other cells lines. Although U87 cells underwent the greatest change in both membrane depolarization and membrane permeabilization, they also showed the fastest membrane resealing constant, which was approximately 30 seconds faster than other cell lines. To elucidate some of the underlying mechanisms by which U87 cells respond to electric fields, a series of experiments looked at the role of transmembrane ion channels. Several recent studies have reported that PEFs can act directly on voltage-gated ion channels. Using a variety of specific and broad acting pharmacological ion channel modulators, we demonstrated that we could almost entirely inhibit the electric field-induced membrane depolarization in U87 cells by blocking certain cationic channels. These results were quite specific, such that the big conductance potassium (BK) channel, L- and T-type calcium channels, and the non-specific cationic channel, TRPM8, were able to inhibit depolarization while blocking other ion channels produced no significant change. The work in this thesis showed that the malignant U87 cell line showed a greater sensitivity to electric fields from ranging from 10 ns – 10 ms when compared to the non-cancerous cell lines that were investigated. Potential improvements to current treatment protocols have been proposed based on the findings presented herein.

La micro-algue verte Chlamydomonas reinhardtii est considérée comme un modèle dans l’étude du stress métallique chez les organismes photosynthétiques. Les mécanismes de tolérance au stress induit par le cadmium ne sont pas encore clairement établis. Afin de déterminer ces mécanismes, la localisation subcellulaire et la spéciation chimique in situ du cadmium ont été déterminées chez trois souches de C. reinhardtii exposées au cadmium en condition mixotrophe (CO2 + Acétate) : (i) une souche de type sauvage (wt), (ii) la souche cell-wall less (cw15) qui est déficiente en paroi cellulaire, (iii) la souche pcs1 qui surexprime la phytochélatine synthase (PCS), enzyme ordinairement cytosolique, directement dans son chloroplaste. Pour ce faire, la toxicité du cadmium a été déterminée en mesurant la croissance ainsi que la teneur en chlorophylle et en amidon des micro-algues. Puis, la localisation du cadmium au niveau subcellulaire a été réalisée par trois techniques complémentaires (fractionnement subcellulaire, µXRF, TEM/X-EDS). La spéciation chimique in situ du cadmium a été effectuée par µXAS et XAS. Enfin, l’imagerie élémentaire et isotopique par nanoSIMS a permis de compléter les distributions élémentaires dans la cellule et de déterminer l’impact du cadmium sur les mécanismes d’assimilation du carbone. (i) Les résultats de ce travail montrent que la souche wt est la plus sensible au cadmium des trois avec une diminution de la croissance et de la teneur en chlorophylle. Lorsqu’elle ne présente pas ces signes de toxicité, le cadmium est séquestré dans l’ensemble de la cellule par des ligands thiolés et de façon mineure par les granules de polyphosphates. Suite à l’exposition à de fortes concentrations en cadmium, le cadmium intracellulaire est lié majoritairement à des ligands carboxylés probablement induits par le stress oxydatif. De plus, la présence du cadmium dans le pyrénoïde bloque l’assimilation du carbone inorganique (CO2), au profit de l’assimilation du carbone organique (acétate), qui est stocké sous forme d’amidon. (ii) La surexpression de la PCS de la souche pcs1 provoque une production d’amidon importante autour du pyrénoïde et protège la chlorophylle du stress lié au cadmium. Bien que la synthèse de phytochélatines soit potentiellement élevée, la moitié du cadmium intracellulaire est séquestrée par les granules de polyphosphates et l’amidon. (iii) La souche cw15 est la plus tolérante des trois souches et n’accumule pas la totalité du cadmium disponible, contrairement aux cellules possédant une paroi cellulaire. Similairement au wt, le cadmium intracellulaire est séquestré majoritairement par des ligands thiolés et de façon mineure par les granules de polyphosphates. L’observation de granules de polyphosphates excrétées par les micro-algues permet l’hypothèse de l’excrétion du cadmium vacuolaire induisant un flux constant de cadmium à travers la cellule. En conclusion, la séquestration du cadmium via des ligands soufre, potentiellement par des polypeptides thiolés, est le mécanisme de tolérance majoritaire mis en place par C. reinhardtii. Néanmoins, la séquestration du cadmium par les granules de polyphosphates semble apporter une plus grande tolérance vis-à-vis du stress lié au cadmium. / The green micro-alga Chlamydomonas reinhardtii is commonly used as a model for the study of the metallic stress in photosynthetic organisms. Tolerance mechanisms against stress induced by cadmium are not well understood. In order to determine these mechanisms, subcellular location and in situ speciation have been determined in three C. reinhardtii strains exposed to cadmium in mixotrophic conditions (CO2 + Acetate) : (i) a wild type strain (wt), (ii) a cell-wall less strain (cw15) which is deficient in cell-wall, (iii) the pcs1 strain which overexpresses the cytosolic enzyme phytochetlatin synthase (PCS) directly in the chloroplast. Cadmium toxicity has been determined by the monitoring of growth and chlorophyll, starch content in micro-algae. Then, cadmium location at subcellular level has been performed using three complementary techniques (subcellular fractionation, µXRF and TEM/X-EDS). In situ cadmium speciation has been studied by µXAS and XAS. Finally, elemental and isotopic imaging by nanoSIMS has allowed to complete elemental distribution in the cells and to determine the impact of cadmium on the assimilation of carbon. (i) The results of this work show that the wt strain is the most sensitive strain to cadmium stress among the three studied strains with a growth and chlorophyll content decrease. When wt cells do not show signs of toxicity, cadmium is mainly sequestered in the whole cell by thiolated ligands and in polyphosphate granules. After an exposure to high concentration of cadmium, intracellular cadmium is mainly bound to carboxylated ligands, probably induced by oxidative stress. Moreover, cadmium located in the pyrenoid blocks inorganic carbon (CO2) assimilation and increases organic carbon (acetate) assimilation which is stored as starch. (ii) The overexpresssion of PCS in the pcs1 strain induces a strong production of starch around the pyrenoid and proctects the chlorophyll against cadmium stress. Although the synthesis of phytocheltins was potentially strong, half of the intracellular cadmium is sequestered in polyphosphate granules and in starch. (iii) Unlike cell-walled cells, the cw15 strain is the most tolerant strain and does not accumulate the totality of available cadmium. Similarly to wt strain, intracellular cadmium is mainly sequestered by thiolated ligands and in polyphosphate granules. The observation of polyphosphate granules excreted by the micro-algae allows the hypothesis of the excretion of vacuolar cadmium, inducing a constant flux of cadmium through the cells. In conclusion, cadmium sequestration by sulfur ligands, potentially by thiolated polypeptides, is the main tolerance mechanism implemented by C. renhardtii. However, cadmium sequestration in polyphosphate granules seems to allow a better tolerance against cadmium stress.

<p>Uvod: Učestalost neželjenih efekata uzrokovanih zračenjem kod pacijenata sa karcinomom glave i vrata zavisi od tehnike planiranja, sprovođenja radioterapije kao i primarne lokalizacije tumora. Cilj: Osnovna uloga na&scaron;eg istraživanja je da se utvrdi učestalost neželjenih efekata tokom zračne terapije kod pacijenata sa tumorom glave i vrata tretiranih 2D konvencionalnom radioterapijom, 3D konformalnom radioterapijom planiranoj samo na osnovu CT-a nasuprot 3D konformalnoj terapiji planiranoj na osnovu fuzije kompjuterizovane tomografije sa magnetno rezontnim imidžingom (CT-MRI). Metode: Prospektivno je analizirano 90 pacijenata sa karcinomom glave i vrata kod kojih je sprovedena zračna terapija. 30 pacijenata sa karcinomom glave i vrata je zračeno 2D konvencionalnom tehnikom, drugih 30 pacijenata je zračeno 3D konformalom tehnikom na osnovu CT-a, a preostalih 30 pacijenata sa fuzijom CT-MRI. Kod svih bolesnika je primenjena standardna frakcionacija sa 2 Gy dnevno, pet dana sedmično. Rezultati: Od ukupno 90 pacijenata lečenih primenom zračne terapije, kod 72 pacijenta (72/90; 64,8%) su zabeleženi neželjeni efekti zračne terapije a učestalost komplikacija je veća kod primene 2D tehnike zračenja (28/72; 38,9% for 2D RT vs 24/72; 33,3% for 3D CT RT vs 20/72; 27,8% for 3D CT-MRI; p=0,015). Zaključak: 3D tehnika radioterapije planirana samo na osnovu CT-a je povezana sa visokom stopom toksičnosti koje znatno utiču na kvalitet života zračenih pacijenata. 3D konformalna tehnika radioterapije planirana sa CT-MRI fuzijom smanjuje pojavu oralnih komplikacija. Slično razvijenim zemljama, trebalo bi razmotriti uvođenje ove tehnike kao standardnu metodu zračenja bolesnika sa tumorom glave i vrata. Za isporuku vi&scaron;ih tumorskih doza uz manju učestalost komplikacija je podesnija tehnika planiranja sa fuzionisanom tehnikom pomoću MR imidžinga. 2D tehnika radioterapije glave i vrata se preporučuje samo za palijativne zračne tretmane.</p> / <p>Introduction: The incidence of radiation-induced side effects in patients with head and neck cancer (H&amp;N) depends on technique of planning and the irradiation dose as well as primary tumor location within the H&amp;N region. Objective: The aim of our research is to establish the incidence of side effects in patients with head and neck cancer treated with 2D- conventional radiotherapy, 3D-conformal radiotherapy planning with computed tomography (CT) or computed tomography fusion with magnetic resonance imaging (CT-MRI fusion). Methods: Prospective analysis was performed on 90 patients with head and neck carcinoma prospectively followed after radiotherapy. 30 patients with H&amp;N cancer were irradiated by using 2D conventional radiotherapy, other 30 patients irradiated with 3D conformal radiotherapy planning with CT, while other 30 patients were treated using 3D conformal radiotherapy planning with CT-MRI fusion. In all cases standard fractionation was used at 2 Gy per day /5 days a week. Results: Of the total number (n=90) of treated patients, 72 patients (72/90; 64,8%) reported a side effect and the incidence of complications was higher in patients irradiated with 2D technique planning radiotherapy (28/72; 38,9% for 2D RT vs 24/72; 33,3% for 3D CT RT vs 20/72; 27,8% for 3D CT-MRI; p=0,015). Conclusion: 3D radiotherapy technique planned solely on the basis of CT is related to high incidence of toxicity which significantly affects the quality of life of irradiated patients. 3D conformal radiotherapy planned with CT-MRI fusion reduces the incidence of oral complications. Following the example of developed countries, this technique should be considered as a standard method for irradiating patients with head and neck cancer. Planning technique with fusion technique using MR imaging is more suitable for delivering higher doses to the tumor with fewer side effects. Recommendation 2D conventional radiotherapy is more for palliative treatments.</p>

Semiconductor quantum dots (QDs) have emerged as a new class of fluorescent probes and labeling agents for biological samples. QDs are bright, highly photostable and allow simultaneous excitation of multiple emissions. Owing to these properties, QDs hold exceptional promise in enabling intracellular biochemical studies and diagnosis with unprecedented sensitivity and accuracy. However, use of QD probes inside living cells remains a challenge due to difficulties in delivery of nanoparticles without causing aggregation and imaging single nanoparticles inside living cells. In this dissertation, a systematic approach to deliver, image and locate single QDs inside living cells is presented and the properties of molecular motor protein driven QD transport are studied. First, spectroscopic and imaging methods capable of differentiating single nanoparticles from the aggregates were developed. These technologies were validated by differentiating surface protein expression on viral particles and by enabling rapid counting of single biomolecules. Second, controlled delivery of single QDs into living cells is demonstrated. A surprising finding is that single QDs associate non-specifically with the dynein motor protein complex and are transported to the microtubule organizing center. Accurate localization and tracking of QDs inside cell cytoplasm revealed multiple dynein motor protein attachment resulting in increased velocity of the QDs. Further, spectrin molecule which is known to recruit dynein motor protein complex to phospholipid micelles was found to associate with the QDs. These results may serve as a benchmark for developing new QD surface coatings suitable for intracellular applications. Since, nanoparticles are similar in size to viral pathogens; better understanding of nanoparticle-cell interactions should also help engineer nanoparticle models to study virus-host cell interactions. (Contains AVI format multimedia files)

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Les associations symbiotiques constituent un moteur majeur de la diversification écologique et évolutive des organismes métazoaires. Chez les insectes, elles ont conduit, au cours de l’évolution, à l’émergence d’un nouveau type cellulaire spécialisé dans l’hébergement des bactéries symbiotiques, les bactériocytes. Ces cellules demeurent une énigme fascinante de la symbiose, les processus déterminant leur développement, leur morphogenèse et leur dégénérescence restant encore méconnus. Dans cette étude, nous avons utilisé la symbiose entre le puceron Acyrthosiphon pisum et son endosymbiote obligatoire, Buchnera aphidicola, comme système modèle. En combinant des approches inédites de cytométrie en flux et d’imagerie cellulaire, nous avons démontré une régulation fine et coordonnée des dynamiques de croissance et de dégénérescence des bactériocytes et des symbiotes bactériens, en accord avec les besoins physiologiques de l’insecte. De l’embryon à l’âge adulte, les cellules symbiotiques croissent de manière exponentielle, répondant aux besoins nutritionnels de l’hôte qui nécessite pour son développement de grandes quantités d’acides aminés essentiels produits par le métabolisme bactériocytaire. Avec la sénescence du puceron, les bactériocytes diminuent en nombre, en taille et subissent une dégénérescence progressive. Ce processus dégénératif ne montre pas les signes classiques de l’apoptose. Il résulte d’une hypervacuolisation cytoplasmique, dérivée du réticulum endoplasmique, déclenchant une cascade de réponses cellulaires dont l’activation des voies autophagique et lysosomale. Ce phénomène de mort cellulaire non-apoptotique en deux étapes, rappelant la paraptosis, n’a jamais été décrit chez les insectes et sa découverte ouvre la voie à l’étude des régulations agissant sur l’homéostasie bactériocytaire. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons procédé à l’étude fonctionnelle du gène PAH, fortement exprimé dans les bactériocytes et potentiellement impliqué dans la régulation de leur homéostasie. Les résultats obtenus n’ont pas révélé de phénotype bactériocytaire, après ARN interférence, mais ont permis de démontrer un rôle essentiel de ce gène dans la morphogenèse des insectes. / Symbiotic associations constitute a driving force in the ecological and evolutionary diversification of metazoan organisms. Over the evolution, they have led to the emergence, in insects, of a novel eukaryotic cell type, the bacteriocytes, specialized in harboring symbiotic bacteria. These cells constitute a fascinating enigma in cell biology, as the processes underpinning their development, morphogenesis and degeneration remain still unsolved. In my PhD thesis, we have used the nutritional symbiosis between the aphid, Acyrthosiphon pisum, and its obligate endosymbiont, Buchnera aphidicola, as a model system. We have first developed a novel approach for counting symbiotic bacteria, based on flow cytometry, and showed that the endosymbiont population increases exponentially throughout aphid nymphal development, with a growing rate that has never been characterized by indirect molecular techniques. Using histology and imaging techniques, we have shown that bacteriocytes also increase significantly in number and size during nymphal development. Once adulthood is reached, the dynamics of symbiont and host cells is reversed: the number of endosymbionts decreases progressively and bacteriocytes start to degenerate. These results show a coordination of the cellular dynamics between bacteriocytes and primary symbionts, and reveal a fine-tuning of aphid symbiotic cells to the nutritional demand imposed by the host physiology throughout development. Interestingly, the degenerative process that bacteriocytes undergo with aging exhibits morphological features distinct from the evolutionary conserved apoptotic cell deaths. It originates from an extensive ER-derived hypervacuolation, triggering a cascade of cellular stress responses including the activation of autophagy and lysosomal pathways. This stepwise non-apoptotic cell death, sharing several features with paraptosis, has hitherto never been characterized in insects and its discovery opens the way to the identification of the molecular mechanisms acting on bacteriocyte homeostasis. In the last part of this PhD project, we have proceeded to the characterization of the PAH gene functions in aphid physiology, using an RNA interference (RNAi) approach. Our results show that, even though this gene is highly expressed in bacteriocytes, it is not involved in the regulation of their homeostasis. Nevertheless, we have demonstrated a new role for this metabolic gene in insect embryonic development and morphogenesis.

Les impulsions de champ électrique nanoseconde de forte intensité (nsPEF) ont été proposées pour le traitement du cancer avec des effets secondaires minimes et peu susceptibles de conduire à une résistance de la tumeur au traitement. Le glioblastome multiforme (GBM) est un cancer du cerveau incurable montrant une résistance aux traitements actuels tels que la chirurgie, la radiothérapie et la chimiothérapie. Dans cette thèse, l'imagerie des cellules vivantes est utilisée pour étudier in vitro les effets de nsPEF sur une lignée de cellules de glioblastome humain (U87-MG), et pour évaluer la pertinence de l'utilisation des nsPEF en tant que nouveau traitement pour le GBM. En accord avec les résultats publiés précédemment, nous montrons que les cellules U87-MG répondent aux nsPEF avec une poration de la membrane plasmique, une augmentation rapide du calcium intracellulaire et une perte progressive du potentiel de membrane mitochondriale. De nouveaux résultats montrent que 100 impulsions de 10 ns délivrées à 44 kV/cm perturbent la dynamique de croissance des microtubules indépendamment du calcium et du gonflement, ces derniers étant connus pour provoquer la dépolymérisation des microtubules. La microscopie à super-résolution nous a permis de visualiser les flexions et ruptures de microtubules après l'application nsPEF suggérant un effet plus direct des impulsions. L'étude des nsPEF sur le calcium a également été menée via des indicateurs de calcium génétiquement encodés (GECIs) qui permettent une comparaison entre les GECIs et les indicateurs chimiques couramment utilisés. En utilisant le GECI GCaMP, le potentiel d'expression des GECIs dans des endroits subcellulaires spécifiques a permis de mettre en évidence une onde de calcium induite par l'application des nsPEF, grâce à une forme de GCaMP fixée à la membrane plasmatique. Ce phénomène, qui n'est pas habituel avec des indicateurs chimiques cytosoliques classiques en raison de la diffusion, permet de confirmer l'origine extracellulaire des pics de calcium post nsPEF. Cette thèse démontre que les nsPEF appliqués à des cellules U87-MG induisent plusieurs effets cellulaires majeurs et potentiellement destructeurs. La perturbation du réseau de microtubules par les nsPEF pourrait éventuellement être exploitée comme un antimitotique, administré localement, pour le traitement de GBM, avec des effets secondaires systémiques réduits et une faible résistance au traitement. / High powered, nanosecond duration pulsed electric fields (nsPEF) have been proposed as a minimal side-effect, electrical cancer therapy that is unlikely to result in tumour resistance. Glioblastoma multiforme (GBM) is an incurable brain cancer showing resistance to current treatments such as surgery, radiotherapy and chemotherapy. This thesis uses live-cell imaging to look in vitro at the effects of nsPEF on a human glioblastoma cell line (U87-MG) in a first step towards assessing its suitability as a novel treatment for GBM. In agreement with previously published results we show that U87-MG cells respond to nsPEF with plasma membrane poration, a rapid increase in intracellular calcium and a gradual loss of mitochondrial membrane potential. We present novel results showing that 100, 10 ns pulses delivered at 44 kV/cm disrupt microtubule growth dynamics in a way that is independent of calcium and swelling, both of which are known to cause microtubule depolymerisation. Super-resolution microscopy allowed us to visualise microtubules bending and breaking following nsPEF application suggesting a more direct effect of the pulse. We look also at the application of genetically encoded calcium indicators (GECIs) to nsPEF calcium studies making a comparison between GECIs and commonly used chemical indicators. Using the GECI GCaMP, we show the advantages of being able to express GECIs in specific subcellular locations by visualising an nsPEF induced calcium wave with a plasma membrane bound form of GCaMP. This event, which is not evident with classic cytosolic chemical indicators due to diffusion, helps confirm the extracellular origin of the post-nsPEF calcium spike. The work in this thesis demonstrates that nsPEF causes several major, and possibly destructive, cellular events when applied to U87-MG cells. The disruption of the microtubule network by nsPEF could potentially be exploited as a locally administered antimitotic, for GBM treatment, with reduced systemic side effects and lower occurrences of resistance.

Mittels Zeitrafferaufnahmen ist es möglich, einzelne Zellen und deren Nachkommenschaft innerhalb bestimmter Zellkulturen zu verfolgen. Fortgeschrittene Bilderverarbeitungsmethoden gestatten es, diesen Prozess der Zellverfolgung über Hunderte von aufeinanderfolgenden Bildern weitgehend zu automatisieren und baumartige Zelltrajektorien zu erzeugen. Allerdings kommt es dabei häufig zu Situationen, in denen die entsprechenden Algorithmen zu ungenau werden und ein Benutzereingriff erforderlich ist. Ziel dieser Arbeit war ein entsprechendes Softwaretool zu entwickeln, dass diesen Benutzereingriff gewährleistet und damit die automatische Zellverfolgung komplementiert. Die entsprechende Software ist in der Lage , die zu Grunde liegenden Bildstapel zu laden und als Bildsequenz darzustellen. Darüber hinaus werden zusätzliche Informationen zu den erkannten Zellobjekten und den automatisch generierten Zelltrajektoren (vor-prozessierte Metadaten aus Mathematica) geladen und repräsentiert. Zentrale Aufgabe der Software ist es, eine Plattform zu schaffen, auf der ein geschulter Nutzer die erkannten Trajektorienabschnitte effizient und benutzerfreundlich erkennen und gegebenenfalls miteinander verknüpfen kann. Die entsprechend ergänzten Trajektorien können anschliessend als Metadaten für die weitere Verarbeitung und Auswertung zur Verfügung gestellt werden. Das Softwaretool stellt einen wichtigen Bestandteil einer Auswertepipline für zeitlich ausgedehnte Videoaufnahmen von Zellkulturen dar und leistet damit einen Beitrag zum Verständnis von Zellorganisation und zellulärer Migration.

Telomeres are nucleoprotein structures that cap the physical ends of eukaryotic chromosomes. They consist of repetitive DNA sequences 5’-TTAGGG-3’ assembled with proteins which form the shelterin complex. This complex protects the ends of chromosomes by inhibiting DNA repair pathways at telomeres and avoid their recognition as double-strand breaks. Telomeres have been identified as a transcriptionally silent zone until 2007 when a noncoding RNA called TERRA (TElomeric Repeat containing RNA) transcribed from telomeres was discovered. This RNA gave rise to many questions: How is TERRA regulated? How is TERRA expressed? Does TERRA interact with proteins, DNA or RNA? After several studies, we know that TERRA is frequently expressed in cancer cells and it interacts with a large proteome. Nevertheless, its specific function remains unknown. In this thesis, we studied this RNA in human cancer cells using live-cell microscopy which allowed us to get information on TERRA’s dynamics, localization and its interactome. Moreover, we used single-molecule imaging on TERRA 15q labeled by the MS2-GFP system, which allowed the visualization of TERRA transcripts. This study resulted in the discovery of two types of TERRA population from telomere 15q: one of the population is characterized by the formation of clusters and a second population is constituted of unique molecules more dynamic in the nucleus. Finally, in order to better understand TERRA’s functions, we developed a new approach which consists on immunoprecipitating TERRA using the MS2 stem-loops as a tag to identify TERRA-interacting proteins such as the telomeric factor TRF2 or RNA-binding proteins like hnRNP -A1 or FUS. / Les télomères forment les extrémités des chromosomes chez les eucaryotes. Ces séquences répétées en tandem 5’-TTAGGG-3’ font partie d’un complexe nucléoprotéique appelé shelterin. En effet, cet assemblage de protéines télomériques permet la protection des extrémités des chromosomes, permettant à celles-ci de ne pas être reconnues comme des cassures dans l’ADN et d’activer les voies de réparation de l’ADN. Les télomères ont longtemps été reconnus comme étant des zones de transcription inactives, ce jusqu’en 2007 lorsqu’une équipe de recherche découvrit un ARN non codant appelé TERRA (Telomeric Repeat containing RNA). Ce dernier a suscité de nombreuses questions : quel est le rôle de cet ARN? Comment est-il exprimé et régulé? Interagit-il avec d’autres facteurs cellulaires? Les différentes recherches menées sur cet ARN ont permis de conclure que celui-ci était fréquemment induit dans les cellules de cancer, que ses partenaires d’interactions sont nombreux, mais que ses fonctions restent encore mal définies. Par ailleurs, ces différentes études ont toujours été ou presque réalisées sur des cellules fixées, sur une population totale d’ARN télomérique TERRA. Afin d’apporter de nouvelles réponses et de mieux caractériser cet ARN, nous avons étudié ce transcrit dans des cellules de cancer humain en utilisant la technique de microscopie en temps réel, qui permet de récolter des données sur la dynamique, la localisation de cet ARN et ses éventuels partenaires. De plus, nous nous sommes intéressés à des molécules uniques de TERRA issues du télomère 15q en exploitant la technique de marquage avec des tiges-boucles MS2 (MS2-GFP). Cette étude de microscopie a permis de découvrir deux types de population de l’ARN TERRA 15q : une population caractérisée par des assemblages d’ARN dit clusters (agrégats d’ARN) et une population plus singulière qui semble avoir une diffusion plus importante dans le noyau de la cellule. Par ailleurs, l’expression de l’ARN TERRA semble être différente d’un type cellulaire à un autre et nous avons donc cherché à connaître le niveau d’expression de cet ARN au sein de la lignée étudiée au cours de ce projet de recherche. Enfin, afin de découvrir de nouveaux rôles pour cet ARN, nous avons développé une approche de co-immunoprécipitation de l’ARN TERRA pour identifier des interactions avec des protéines du complexe shelterin comme TRF2, ou des protéines liant l’ARN comme hnRNP-A1 ou encore FUS.