La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une pathologie récessive liée au chromosome X qui résulte d’une mutation sur le gène de la dystrophine aboutissant à l’absence complète de la protéine. Elle correspond à la plus fréquente des dystrophies musculaires et reste aujourd’hui sans traitement curatif. L’UMR a fait la preuve de concept de l’administration systémique d’une population de cellules souches adultes résidentes du muscle, les cellules MuStem canines chez le chien dystrophinopathe, modèle cliniquement pertinent de la DMD. L’objectif de la thèse a consisté à caractériser la population humaine (hMuStem) en terme de phénotype, myogénicité, immunomodulation et de contexte immunologique d’administration in vivo. La population hMuStem se compose de progéniteurs myogéniques précoces d’origine mésenchymateuse-périvasculaire. Elle se définit par une forte capacité proliférative, une oligopotence et une participation à la régénération musculaire après administration dans un muscle lésé. Elles présentent des propriétés immunomodulatrices en interagissant avec l’immunité adaptative et innée par inhibition de la prolifération lymphocytaire et du complément via un ensemble de molécules de surface et/ou de facteurs sécrétés. Enfin, un traitement immunosuppressif restreint à la période d’injection in vivo de la population allogénique s’avère nécessaire mais suffisant pour éviter une réaction immune de l’hôte. L’ensemble de ces résultats aboutit à une meilleure compréhension de l’identité et des modalités d’action de la population MuStem. / Duchenne Muscular Dystrophy is a X-linked recessive disorder that results from mutation in the dystrophin gene leading to a total lack of the protein. It is the most frequent muscular dystrophy with no curative treatment. The lab made a proof of concept of the systemic delivery of a muscle-derived adult stem cell population called MuStem cells in dystrophic dog, the clinically relevant DMD model. The aim of my Ph.D. was to characterize the human population (hMuStem) in terms of phenotype, myogenicity, immunomodulation and immunological context of in vivo delivery. hMuStem cell population is composed of myogenic progenitors with mesenchymal/perivascular imprint. It exhibits a high proliferative capacity, an oligopotency and a participation to muscle regeneration after transplantation into injured muscle. It displays immunomodulatory properties by interacting with adaptive and innate immunity with inhibition of lymphocyte proliferation and complement thanks to expression of surface molecules and/or secreted factors. At last, an immunosuppressive regimen restricted to the allogeneic injection period is necessary but sufficient to avoid host immune response. Collectively, these results allow a better understanding of identity and action modalities of MuStem cell population.

L’organisation de l’ADN sous forme de chromatine joue un rôle crucial dans la régulation de l’identité cellulaire. De par son rôle clé dans l’assemblage de la chromatine couplé à la synthèse d’ADN, le chaperon d’histone CAF-1 apparaît comme un acteur potentiel dans la transmission de l’information portée par la chromatine au cours des générations cellulaires. Bien que CAF-1 soit essentiel pour la survie au stade larvaire chez la Drosophile, les outils génétiques disponibles chez cet organisme permettent d’analyser sa fonction dans des types cellulaires ciblés. Mon travail montre que la grande sous-unité de CAF-1 (P180) est essentielle pour le maintien de la lignée germinale femelle. L’arrêt précoce de l’ovogénèse induit par la perte de P180 dans les cellules germinales a pu être attribué à l’activation de checkpoints, vraisemblablement en réponse à une accumulation d’ADN simple-brin liée à des défauts de réplication. De façon remarquable, les cellules souches germinales (GSCs) traversent une « crise identitaire » en absence de P180 : elles présentent des caractéristiques de cellules en cours de différenciation, dont une abscission incomplète, tout en conservant des propriétés spécifiques aux GSCs. En revanche, mon analyse n’a pas révélé de défaut d’identité des neuroblastes, une autre population de cellules souches, qui continuent de se diviser de façon asymétrique sans P180. De même, les cellules des disques imaginaux se divisant de façon symétrique prolifèrent en absence de P180, bien que plus lentement. Des analyses complémentaires permettront de déterminer si des mécanismes alternatifs d’assemblage de la chromatine compensent la perte de CAF-1 dans ces cellules. / The organization of DNA into chromatin is dynamic and plays important roles in the establishment and the maintenance of cellular identity. By virtue of its central role in replication-coupled chromatin assembly, the histone chaperone CAF-1 constitutes an interesting candidate in a search for molecular players involved in the inheritance of chromatin states in mitotic cells. In Drosophila, dCAF-1 is essential for viability at the larval stage. Yet, the genetic tools available in the fruit fly allow to analyze the function of dCAF-1 in specific tissues. Mainly, my thesis work shows that the large subunit of dCAF-1 (P180) is essential for oogenesis. I have shown that the early arrest of oogenesis observed upon depletion of P180 in germ cells results from the activation of checkpoints pathways and cell death, possibly in response to the accumulation of single-strand DNA as a consequence of replication defects. Strikingly, P180 plays an essential role in the female germline stem cells (GSCs), which upon depletion of P180 enter an “identity crisis” and harbor features of differentiating cyst cells, including incomplete abscission, while maintaining at the same time some GSCs features. In contrast, the loss of P180 does not seem to alter the identity of larval neuroblasts, another population of stem cells, which continue to divide in an asymmetric fashion in its absence. Finally, the cells of the imaginal discs, which divide symmetrically, are able to proliferate upon loss of P180, albeit at a slower rate. Further analyses are required to determine whether alternative chromatin assembly pathways compensate for the loss of dCAF-1 activity in these cells.

Dans l’optique de produire de maîtriser les conditions d’expansion ex vivo de greffons hématopoïétiques produits à partir de sang périphérique en homéostasie, l’objectif de ce projet a été de caractériser fonctionnellement, métaboliquement et transcriptomiquement les cellules souches hématopoïétiques (CSH). Compte tenu de l’impossibilité technique de sélectionner spécifiquement les CSH humaines, nous avons utilisé un modèle cellulaire enrichi en CSH, le modèle Side Population(SP). Dans un premier temps, nos travaux ont confirmé que les CSH du sang périphérique étaient majoritairement dans la population SP et qu’elles possédaient des caractéristiques fonctionnelles proches des CSH des autres compartiments hématopoïétiques. Nous avons également démontré l’implication des basses concentrations d’O2 sur le maintien des CSH du sang périphérique. Dans un second temps, nos résultats ont prouvé que les CSH du sang périphérique utilisaient à la fois la glycolyse et la phosphorylation oxydative pour produire l’énergie nécessaire à leur maintien. Enfin, ce projet a permis d’apporter des résultats préliminaires concernant les régulations transcriptomiques des CSH du sang périphérique. Ces données montrent donc que le sang périphérique en homéostasie pourrait constituer une source potentielle de cellules pour la production de greffons hématopoïétiques tout en apportant les premiers éléments de compréhension de la physiologie de ces cellules, afin, dans un plus long terme de maîtriser leur maintien ou leur différenciation ex vivo. / To evaluate the possibility to control ex vivo expansion conditions, a key point to produce hematopoietic graft from steady state peripheral blood (SSPB), the objective of this project to characterize the functional properties, the metabolism and the transcriptomic regulations of hematopoietic stem cell (HSC) from SSPB. Due to the lack of strong HSC’s marker in human, we choose to use the Side Population (SP) model, previously described as enriched in HSC in other hematopoietic compartments. In a first part of our work, we showed that HSC from SSPB are mainly inside the SP population. Indeed, SP cells from SSPB exhibit functional properties very closed from HSC. In addition, we found they strongly affected by low O2 concentrations, as HSC from bone marrow. In a second part, our results showed that HSC from SSPB use as much glycolysis as oxidative phosphorylation to produce energy they need to maintain their properties. All together, these data give some interesting information about HSC regulation and needs. They also suggest that HSC from SSPB could be considering as a potential source of hematopoietic graft for therapy.

La première partie de ce travail introduit un nouveau concept d'analyse des enregistrements des essais cliniques et de la dynamique de leur évolution, aussi bien thématique que temporelle. Ce concept a été appliqué à la médecine régénérative, démontrant l'absence de corrélation entre la source de cellules souches et le champ d'application. Les pathologies odonto-stomatologiques sont très peu concernées par les essais cliniques en thérapie cellulaire par cellules souches. Pourtant les parodontites, pathologies immuno-infectieuses responsables de la destruction du tissu de soutien des dents, constituent un enjeu majeur de santé publique. Bien que les auteurs s'accordent sur la responsabilité de l'écologie immunitaire et microbienne dans la physiopathologie de la maladie, les raisons de la dysbiose, de la susceptibilité individuelle sont encore mal connues. La greffe de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) permettrait le retour à l'homéostasie en favorisant l'activation des CSM endogènes. La deuxième partie de ce travail démontre que les parodontites ont été potentiellement associées avec 57 pathologies systémiques ; le registre des essais cliniques de l'Organisation Mondiale de la Santé ayant été analysé. L'efficacité et la sureté de l'utilisation des CSM pour la régénération parodontale dans des modèles animaux ont été également démontrées. Pourtant, les modèles utilisés souffraient de problèmes méthodologiques dont la faible représentativité physiopathologique des lésions parodontales générées. Cette deuxième partie apporte donc des données quant à l'efficacité des ASC (CSM du tissu adipeux) pour améliorer de manière quantitative et qualitative la régénération des tissus de soutien parodontaux dans un modèle murin où les lésions parodontales ont été générées par l'administration répétée de bactéries parodonto-pathogènes. Il s'agit donc d'un modèle dont la physiopathologie est plus proche de celle retrouvée chez l'Homme. Enfin, la deuxième partie démontre un effet antibactérien à large spectre des ASC dont l'effet est à la fois direct (effet macrophage-like) et indirect (via la sécrétion de facteurs antibactériens). / The first part of this work introduces a new concept of analysis of clinical trial records and the dynamics of their evolution, both thematic and temporal. This concept has been applied to regenerative medicine, showing the lack of correlation between the source of stem cells and the fields of application. The stomatognathic diseases are few involved in clinical trials for stem cells therapy. Yet periodontitis, immuno-infectious diseases responsible for the destruction of the tooth supporting tissues, are a major public health issue. While the authors agree on the responsibility of the immune and microbial ecology in the pathophysiology of the disease, the reasons for dysbiosis, individual susceptibilities, are still unclear. Graft of mesenchymal stromal cells (MSCs) would return to homeostasis by promoting the activation of endogenous MSCs. The second part of this work shows that periodontitis were potentially associated with 57 systemic diseases; the clinical trials registry of the World Health Organization have been analyzed. The efficacy and safety of the use of MSCs for periodontal regeneration in animal models have also been demonstrated. Yet the models suffered from methodological problems, periodontal lesions are few representative of the pathophysiology. This second part thus provides data on the effectiveness of ASC (CSM from adipose tissue) to improve quantitative and qualitative regeneration of periodontal supporting tissues in a mouse model where periodontal lesions were generated by repeated administration of parodonto-pathogenic bacteria. It is therefore a model whose pathophysiology is closer to that found in humans. Finally, the second part demonstrates broad antibacterial spectrum of ASC whose effect is both direct (macrophage-like effect) and indirect (via the secretion of antibacterial factors).

Ces dernières années, des thérapies à base de cellules mésenchymateuses ont été développées pour améliorer les thérapies qui visent à réparer l'homme et notamment la pulpe dentaire. Dans ce contexte, la dent apparait comme la source de cellules mésenchymateuses, souches ou progénitrices, permettant de réparer la pulpe dentaire. En effet, la pulpe dentaire est facile d'accès et les cellules pulpaires présentent un fort potentiel de différenciation. Actuellement, les différents organismes de contrôle recommandent d'utiliser des procédures standardisées pour l'isolement, le stockage et l'expansion des cellules en culture pour garantir une sécurité et une reproductibilité optimale lorsque les cellules sont utilisées en culture cellulaire. Cependant, la plupart des procédures utilisées pour la production de cellules à partir de la pulpe dentaire ne sont pas entièrement satisfaisante, car elles peuvent altérer les propriétés biologiques et la qualité des cellules. En effet, les procédures d'isolement cellulaire, d'enrichissement, de cryopréservation et d'amplification pendant de nombreux passages dans des milieux contenant des produits d'origine animale ou humaine sont connues pour affecter le phénotype des cellules, la viabilité, la prolifération et les capacités de différenciation. Ce travail de thèse s'intéresse à compiler les stratégies actuelles de fabrication de produits cellulaires à partir de la pulpe dentaire, puis il propose de nouveaux protocoles pour améliorer l'efficacité, la reproductibilité et la sécurité de ces nouvelles stratégies thérapeutiques. Ainsi nous avons isolé, amplifié et cryopréservé des cellules de la pulpe dentaire. Grace à un travail d'immunophénotypage, nous avons pu étudier différentes souspopulations à l'intérieur de la population totale. Enfin nous avons montré que ces cellules sont capables de rester congelées pendant plus de 500 jours sans présenter d'anomalies du caryotype et de conserver un potentiel de différenciation ostéo/odontogénique / Dental research currently explores the potential of cell-based products and tissue engineering protocols to be used as alternatives to usual pulp/dentin and bone therapies. In this context, stem/progenitor cells appear to be particularly appropriate because of their high expansion ability and differentiation potential both in vitro and in vivo. If bone marrow and adipose tissue are considered potential sources of stem/progenitor cells, painful collection protocols, the decline of the amount of stem/ progenitor cells with age, the necessity of general anesthesia, reduced proliferation capacity, and risk of morbidity at the collection site encourage the search for alternative candidates. Human impacted third molars are frequently removed for therapeutic reasons and the loose connective tissue they contain, the dental pulp, appears to be a valuable source of stem/progenitor cells for pulp/dentin and bone engineering. Indeed, it contains various cell populations that exhibit osteo/odontoblastic differentiation capabilities and that can be cryopreserved for periods of time greater than 6 months. Interestingly, human dental pulp cell (HDPC) populations were recently successfully used for regenerating human pulp/dentin and bone. Cell-based products for tissue engineering are now referred to as human cellular tissue-based products or advanced therapy medicinal products, and guidelines from the American Code of Federal Regulation of the Food and Drug Administration (21 CFR Part 1271) and the European Medicines Agency (European Directive 1394/2007) define requirements for appropriate cell production. These ‘‘good manufacturing practices’’ include recommendations regarding laboratory cell culture procedures to ensure optimal reproducibility, efficacy, and safety of the final medicinal product

Les cellules souches adultes sont des cellules non différenciées, essentielles au le renouvellement constant de nos tissus. Elles produisent des cellules différenciées nécessaires au fonctionnement de nos organes, tout en maintenant un réservoir de cellules souches dans le tissu. Cet équilibre entre prolifération et différentiation cellulaire est crucial pour le maintien d’un état constant du tissu appelé homéostasie tissulaire. Entre identité « souche » et différenciation : Quels programmes génétiques contrôlent ces états ? Cette question suscite un intérêt majeur tant pour la recherche dans le domaine des cellules souches que pour les perspectives thérapeutiques qui en découlent. Dans cette optique, ce travail de thèse a permis de mettre en évidence un nouveau rôle du gène spen dans le contrôle des cellules souches intestinales chez Drosophila melanogaster. Une inactivation du gène spen est à l’origine d’une accumulation aberrante des cellules souches au sein de l’intestin de drosophile. La mise en place d’un protocole de purification par FACS des cellules souches, associé à un séquençage à grande échelle des ARN, a permis de mettre à jour les réseaux de gènes régulés par Spen dans les cellules souches. Ainsi, en combinant des techniques de génétique et d’analyses in vivo, ce travail montre que Spen est un facteur clé du processus de spécification des cellules souches intestinales et de la régulation de leur prolifération. Cette étude participe ainsi à la compréhension de la fonction moléculaire des protéines de la famille SPEN dans les cellules souches et les dérégulations à l’origine des pathologies auxquelles elles sont associées. / Adult stem cells are non-differentiated cells that maintain tissue homeostasis by supplying differentiated cells while at the same time self-renewing. How is this balance between stem cell state and differentiated state controlled? This question became one of the major interests of the Stem cell research and Translation, mostly due to the potential therapeutic perspectives that it gives. Regarding this effort, this thesis work describes a new function of a gene call split-ends/spen in adult stem cell regulation in Drosophila intestine. SPEN familly is composed by essential genes, which codes conserved proteins from Plants to Metazoa. They are involved in key cellular processes such as cell death, differentiation or proliferation, and are associated with various molecular functions controlling transcriptional and post-transcriptional gene expression. We found that a spen inactivation in Drosophila intestine leads to an abnormal increase in adult stem cells. In this work, by combining genetics tools and in vivo stem cell analysis methods, we could show that Spen works as a key factor of intestinal stem cell commitment and plays a role in their proliferation control. How does genetics programs control cellular identity? In order to investigate the molecular signature of intestinal stem cells and progenitor cells knockdowned for spen, we combined genetics, cell sorting and mRNA sequencing analysis to uncovered Spen target genes regulated in intestinal stem cells. Here, we provide a new function of spen in adult stem cell regulation, which may also shed light on its mode of action in other developmental and pathological contexts.

L'utilisation des cellules souches est une approche prometteuse pour le traitement des maladies dégénératives neuromusculaires. De nombreuses études portent actuellement sur les cellules souches embryonnaires (ES) et les cellules pluripotentes induites par reprogrammation (IPs) dont l'utilisation en médecine régénérative reste sujette à caution à cause du potentiel de ces cellules à former des tératomes. Des lors, aussi bien les ES que les IPs nécessitent une différenciation vers un type cellulaire précis. Cette différenciation peut mener à des risques supplémentaires tels que la dérive génique ou diverses sources de contamination.Le muscle squelettique adulte, avec sa grande plasticité et capacité régénératrice, contient une population de cellules souches qui est spécifique de ce compartiment tissulaire et qui a été isolée et étudiée au laboratoire. Les cellules souches du muscle squelettique adulte: skeletal Muscle-Derived Stem Cells, MDSC, repeuplent et réparent en quelques jours le muscle squelettique lésé avec une haute efficacité, même en présence des cellules satellites endogènes. (Arsic et al Exp. Cell Res. 2008). Le laboratoire d'accueil a entrepris de caractériser cette population cellulaire, en particulier par son origine histologique, de tester le potentiel de réparation tissulaire de ces cellules transplantées dans des modèles murins, et de déterminer la bio-distribution de ces cellules en vue d'utilisation thérapeutique.Mon travail de thèse s'est intéressé à cette population de cellules souches issues du muscle qui ont une propriété commune : la faible adhérence au substrat. La faible adhérence est une propriété très intéressante car en plus de définir des cellules plus proches de l'état pluripotent, cette propriété leur confère une grande capacité de migration. Ces cellules seraient donc plus facilement utilisables en médecine régénératrice. Dans cette perspective il est intéressant de disposer de cellules souches multipotentes qui pourrait se comporter comme des cellules pluripotentes en terme de capacité régénératrice, mais sans les inconvénients de ces dernières à savoir ; risque tératogène et prolifération incontrôlée, et manipulation des cultures cellulaires longues et couteuses.Au début de ma thèse je me suis donc intéressée aux différentes populations de cellules présentes dans le muscle et je me suis concentrée sur différents marqueurs connus chez les cellules souches, dont la présence a été établie chez différentes cellules souches y compris chez les cellules souches dérivées du muscle squelettique, mais pas clairement identifiés d'un point de vue histologique. Les cellules souches du muscle expriment le facteur de pluripotence Sox2, mais aussi des marqueurs d'immaturité tels que BCRP1/ABCG2, Sca-1 et SSEA1. J'ai examiné leur potentiel de différenciation in vitro en plusieurs lineages tels que des cellules cardiaques spécifiques (dites pacemakers), des cellules productrices d'insuline et des cellules qui présentent des marqueurs neuronaux. Je me suis également concentrée sur les possibles applications thérapeutiques grâce à l'utilisation de modèles génétiques murins et notamment dans les cas de problèmes du rythme cardiaque, et du diabète insulinodépendant. Pour ces études in vivo du potentiel réparateur des MDSC on procède à une simple injection des cellules souches dérivées du muscle squelettique (MDSC). Le fait de retrouver des MDSC injectées dans les organes cibles des souris modèles pose aussi la question de la biodistribution de ces cellules dans l'organisme. J'ai donc consacré plus d'un an de mon financement doctoral pour examiner cette biodistribution et montré un recrutement ciblé dès 48h après injection, vers les organes ou tissus lésés. / The use of stem cells is a promising approach for the treatment of neuromuscular degenerative diseases. Many studies currently focus on embryonic stem cells (ES) and induced pluripotent stem cells (IPs) for use in regenerative medicine. But some problems remain for their use in cell therapy in particular the potential of these cells to form teratomas. This problem requires both ES and IPs to be differentiated towards a specific cell type. Such induction of differentiation can lead to additional risks such as genetic drift or various sources of contamination.The adult skeletal muscle, has a high plasticity and regenerative capacity, it contains a stem cell population that is specific for muscle, and has been isolated and studied in the laboratory. Adult skeletal Muscle-Derived Stem Cells, MDSC repopulate and repair damaged skeletal muscle with high efficiency in a few days, even in the presence of endogenous satellite cells. (Arsic et al Exp. Cell Res. 2008). The host laboratory is characterizing this cell population and its histological identity and testing the tissue repair potential of transplanted MDSC in mouse models, as well as their bio-distribution for therapeutic use.My thesis work addressed the study of this stem cells population isolated from skeletal muscle showing low adhesion to substrate. Poor/low adherence is an interesting property because in addition to be defined as closer to the pluripotent state, this property is associated with a higher migration capability. This population of muscle stem cells should be easier to use than pre-differentiated stem cells in regenerative medicine. In this perspective it is interesting to use multipotent stem cells that are close to pluripotent cells in terms of differentiation and regenerative capacity, but without the inconveniencies like teratogenic risk and uncontrolled proliferation, as well as expensive and time-consuming cell culture.At the beginning of my thesis I was interested by the different populations of cells present in muscle and I focused my work on known markers of stem cells, whose presence has been established in skeletal muscle, but not clearly identified histologically. Muscle stem cells expressed the pluripotency factor Sox2, but also markers, such as BCRP1/ABCG2, Sca-1 and SSEA1. I have examined the potential of MDSC to differentiate in vitro into several cell types such as cardiac pacemaker-like cells, insulin-producing cells and cells that exhibit neuronal markers. I also focused on the possible therapeutic applications of MDSC, particularly in the case of heart rhythm problems and in the case of insulin-dependent diabetes. For these in vivo studies of the repair potential of MDSC, a single systemic injection is carried out in mouse models of the diseases. The histological recovery of injected MDSC into target organs also raises the question of the biodistribution of MDSC in the body. Therefore I spent more than a year of my doctoral thesis to address this issue and showed a targeted recruitment of MDSC to injured tissue or organs within 48h of their systemic injection.

Les hépatocytes humains adultes en culture primaire (HHCP) ont de nombreuses applications en physiopathologie hépatique, en pharmacologie et en biothérapie, mais sont limitées par leur faible disponibilité. Les cellules souches embryonnaires humaines (hES) sont une source prometteuse pour l'obtention d'hépatocytes en grande quantité. Nous avons développé un modèle in vitro de différenciation de hES en hépatocytes en reproduisant toutes les étapes de l'ontogenèse hépatique. Au cours de la différenciation, l'expression de 41 gènes marqueurs du foie a été étudiée et comparée aux HHCP, au foie fœtal et aux progéniteurs hépatiques issus du foie adulte. Les résultats démontrent qu'au bout de 21 jours de différenciation, les cellules souches embryonnaires différenciées en hépatocytes (hES-Hep) ont atteint un état de maturation équivalente aux hépatocytes fœtaux aux alentours de 20 semaines de gestation. L'expression forcée du xénorécepteur CAR dans les hES-Hep a induit l'expression des gènes de la détoxification et la biotransformation de midazolam, un substrat de CYP3A4. Ces résultats pourront contribuer au développement de cultures de hES-Hep comme alternative aux HHCP pour les études du métabolisme des xénobiotiques et pour la thérapie cellulaire. / Primary cultures of human adult hepatocytes (PCHH) have widespread potential applications in liver physiopathology , pharmacology, and cell-based therapies, but are currently limited by poor availability. Human embryonic stem cells (hES) are a promising source for the generation of hepatocytes in large quantities. In this study, we differentiated hES into hepatocytes by mimicking in vitro the various stages of hepatic ontogenesis. We analyzed the expression of a panel of 41 liver marker genes in hepatocyte-like cells derived from hES (hES-Hep) in comparison with PCHH, fetal liver and progenitors obtained from adult liver. The data revealed that after 21 days of differentiation ES-Hep are representative of fetal hepatocytes at around 20 weeks of gestation. The forced expression of the xenoreceptor CAR in hES-Hep induced the expression of detoxification genes as well as the biotransformation of midazolam, a substrate of CYP3A4. These results may contribute to the development of hES-Hep cultures as an alternative to PCHH for studies of xenobiotic metabolism and for cell-based therapies.

Le LIF (Leukemia Inhibitory factor), une cytokine de la famille de l’Interleukine 6, permet le maintien de la pluripotence des cellules souches embryonnaires murines (CSEm) in vitro. Dans le but de comprendre les mécanismes d’action du LIF dans ce modèle d’étude, une analyse sur puces à ADN a été réalisée et a permis d’identifier trois « signatures LIF » : les gènes « Pluri » (pour Pluripotence), dont le niveau d’expression relatif chute suite au retrait de cette cytokine, et deux catégories de gènes « Lifind » (pour LIF induit) dont le niveau d’expression relatif augmente suite à un ajout de LIF après une culture de 24 ou 48 heures sans cette cytokine. Nous avons mis au point des tests fonctionnels permettant d’étudier la fonction des gènes cibles du LIF dans notre modèle d’étude. Ainsi, nous avons mis en évidence le rôle d’un gène « Pluri », Mras/Rras3, une petite GTPase de la famille Ras, dans la régulation de l’expression d’une part de marqueurs de pluripotence, tels que Oct4 et Nanog et d’autre part de marqueurs de différenciation, tels que Lef1 et Fgf5. / LIF (Leukemia Inhibitory factor), a cytokine Interleukin 6 family, allows maintaining the pluripotency of murine embryonic stem cells (mESC) in vitro. To understand the mechanisms of action of the LIF in this model, a microarray analysis was conducted and identified three « signatures LIF » : the « Pluri » (for Pluripotency) genes, whose the relative level of expression falls following the withdrawal of this cytokine, and two classes of « Lifind » (for LIF induced) genes, whose the relative expression level increases as a result of LIF addition after a culture of 24 or 48 hours without this cytokine. We have developed functional tests to study the function of the target genes of LIF in our study model. Thus, we have investigated the role of a « Pluri » gene, Mras/Rras3, a small GTPase of the Ras family, in the regulation of the expression on the one hand of markers of pluripotency, such as Oct4 and Nanog, and on the other hand of differentiation markers, such as Lef1 and Fgf5.

Le glaucome est une neuropathie optique associée à une augmentation de la pression intraoculaire (PIO). L’élévation de la PIO est due à la dégénérescence progressive du trabéculum. Les traitements antiglaucomateux vise à réduire la PIO, cependant il n’existe aucun traitement ciblant la dégénérescence du trabéculum. Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) sont utilisées comme outils thérapeutiques dans différentes pathologies dégénératives. Elles sécrètent un panel de molécules qui sont décrit comme atténuant les processus dégénératifs. L’objectif de ce travail a été d’évaluer l’intérêt des CSMs dans la prise en charge du glaucome. La caractérisation des CSMs ont été mis au point à partir de culture primaire de moelle osseuse de rat. En parallèle, un modèle expérimental de glaucome par cautérisation des veines épisclérales (EVC) a été réalisé. Nous nous sommes intéressés à l’effet de l’injection intracamérulaire des CSMs dans ce modèle. Les CSMs sont retrouvées incorporées aux tissus autour et dans le trabéculum. Les résultats obtenus in vivo montrent une diminution de la PIO par l’injection des CSMs préservant ainsi les cellules ganglionnaires périphériques de la rétine (CGRs). Par une approche in vitro, nous avons également caractérisé les effets du sécrétome des CSMs sur les cellules impliquées dans la pathologie glaucomateuse: les cellules trabéculaires et les cellules ganglionnaires de la rétine. Ces résultats ont permis de montrer que l’injection intracamérulaire de CSMs permettrait de protéger la fonction de régulation de la PIO et de protéger les CGRs dont la mort est responsable de la diminution de l’acuité visuelle chez le patient glaucomateux. / Glaucoma is a sight-threatening retinal neuropathy associated with elevated intraocular pressure (IOP) due to degeneration and fibrosis of the trabecular meshwork (TM). Glaucoma medications aim to reduce IOP without targeting the specific TM pathology, which could explain treatment failure observed in some cases. Bone-marrow mesenchymal stem cells (MSCs) are used today in various clinical studies to treat various degenerative processes. Here, we investigated the potential of MSC therapy in an ocular hypertension model. We demonstrated a rapid and long-lasting in vivo effect of MSC transplantation that significantly reduced IOP in hypertensive eyes induced by episcleral vein cauterization (EVC). MSCs were found located to the ciliary processes and the TM and are able to survive at these places. Enumeration of retinal ganglion cells (RGCs) on whole flat-mounted retina highlighted a protective effect of MSCs on RGC death. In vitro, the effect of MSC-conditioned medium (MSC-CM) on both the primary human trabecular meshwork (hTM) and RGCs showed that MSC-CM promotes: (i) hTM survival by activating the antiapoptotic pathway, Akt, (ii) hTM decontractibility as analyzed by the decrease in myosin phosphorylation and (iii) inhibition of TGF-β2-dependent profibrotic phenotype acquisition in hTM, (iiii) RGC survival and neuritic outgrowth in vitro. Finally, MSCs injection in the ocular anterior chamber in a rat model of ocular hypertension provides a neuroprotective effect in the glaucoma pathophysiology directly on RGC and indirectly via TM protection. These results originally demonstrate that MSCs represent promising tool for treating ocular hypertension and retinal cell degeneration.