Des études menées sur des modèles animaux ont montré que le métabolisme oxydatif joue un rôle important dans l’hématopoïèse normale et leucémique via le contrôle de l’activation de p38 MAPK. Nous avons établi que les cellules CD34+CD38- médullaires humaines ont un très faible niveau d’H2O2 et une forte expression de GPX3, le gène codant l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase-3 (GPx-3), un déterminant majeur du potentiel souche des cellules hématopoïétiques. De plus, la niche leucémique étant essentielle pour l’auto-renouvellement des cellules souches leucémiques, nous avons étudié, chez l’homme, le rôle des cellules souches/stromales mésenchymateuses (CSM) médullaires primaires, dans la régulation de l’axe GPx-3/H2O2/p38 MAPK des cellules leucémiques et avons montré que les CSM contrôlent cet axe dans les cellules leucémiques humaines KG1a en régulant l’expression de GPx-3. Ces résultats ont bénéficié du développement de deux méthodes originales, l’une quantifiant l’expression des gènes antioxydants par RT-qPCR (« antioxydogramme », brevet) et l’autre permettant une analyse en haute résolution du cycle cellulaire par cytométrie en flux. / Studies in animal models have demonstrated that oxidative metabolism plays an important role in normal and leukemic hematopoiesis by controlling the p38 MAPK activation. We have established that the human bone marrow CD34+CD38- cells have a very low H2O2 level and express GPX3, the gene encoding for the antioxidative enzyme gluthathione peroxidase-3 (GPx-3) which is a major determinant of the stem cell potential of hematopoietic cells. As the niche is essential for the leukemic stem cell self-renewal, we have studied the role of human primary bone marrow mesenchymal stromal/stem cells (MSCs) in regulating the axis GPx-3/H2O2/p38 MAPK in human leukemic cells and we have shown that MSCs control this axis in human KG1a leukemic cells by regulating the expression of GPx-3. These results benefited from the development of two original methods, the first one quantifying the expression of by RT-qPCR of antioxidative genes (“antioxidogram”, patent) and the second one for high resolution analysis of the cell cycle by flow cytometry.

L’objectif de ce travail était de démontrer que les cellules de glioblastomes sont capables de se différencier et de se dédifférencier en fonction de leur environnement, d’explorer les mécanismes biologiques qui sous-tendent ces transitions, et d’évaluer in vivo les capacités de différenciation à distance des CIG par les CIG-miR-302-367 via la sécrétion de microvésicules. A partir de plusieurs glioblastomes fraichement réséqués, nous avons caractérisé les cellules tumorales sur le plan phénotypique et fonctionnel pour l’état souche et différencié. Nous avons extraits et analysés les microvésicules des milieux de culture de 2 lignées de CIG-miR-302-367. Selon les principes de la thérapie cellulaire, des co-injections de CIG+CIG-miR-302-367 ont été réalisées dans le cerveau des souris. La majorité des cellules tumorales avaient un phénotype et étaient fonctionnellement différenciées. Après 48 heures de culture en milieu EGF, elles acquéraient les propriétés souches phénotypiques et fonctionnelles. Ce processus de dédifférenciation était réversible en 4 jours de culture en milieu sérum et inhibé par l’adjonction dans le milieu EGF d’un anti-EGFR (cétuximab), suggérant un rôle primordial de la voie EGF/EGFR/ERK. Les microvésicules produites par les CIG-miR-302-367 ont permis une baisse significative de la tumorigénicité des CIG in vivo, et une augmentation de la survie des souris. Le concept de plasticité cellulaire remet en cause les dogmes établis sur la hiérarchie tumorale unidirectionnelle. La déplétion tumorale en CIG, en les forçant à se différencier, est une stratégie thérapeutique innovante, qui peut s’envisager par une approche de thérapie cellulaire. / There is great interest but little understanding in how cancer stem cells arise. Here we show that tumor cells exhibiting stem-like properties and expression of stemness(CD133) and pluripotency markers (SOX2, NANOG, OCT4), can arise from differentiated tumor cells that are isolated from human glioblastomas. These cells could transit from a more differentiated state that cannot self-renew to a self-renewing stem-like state upon EGF/EGFR signaling. This dedifferentiation process induced expression of pluripotency markers, and restored clonal and tumorigenic properties as well as resistance to temozolomide, the chemotherapy of reference. EGF/EGFR signaling including ERK activation was crucial for this cellular reprogramming. Interestingly, expression of pluripotency markers occurred before the cells re-entered the cell cycle, demonstrating that the cells have the capacity to change and reprogram before the cell division starts. Our findings support a model of tumor homeostasis in which tumor cells driven by environmental cues such as EGF, can spontaneously acquire stem-like properties contributing thus to the enrichment in tumor propagating cells.

Le rein est un organe considéré comme statique, montrant une capacité régénérative très limitée. Les cellules épithéliales du glomérule, appelées podocytes, sont des cellules hautement différenciées qui possèdent des extensions cytoplasmiques indispensables à leur fonction de filtration du sang. Ces cellules sont particulièrement impactées dans les pathologies rénales chroniques, et il apparaît primordial de développer des stratégies thérapeutiques permettant de restaurer leur fonction. Une des approches thérapeutiques qui semble des plus prometteuses consiste en le remplacement des cellules lésées par des cellules fonctionnelles. Dans cette approche de médecine régénérative, les capacités endogènes de régénération des organes sont exploitées et stimulées afin de permettre un rétablissement des tissus constituant les organes. Bien que les podocytes montrent un potentiel de prolifération et de régénération limité, un moyen unique de stimuler ces cellules consiste en la surexpression de la sous-unité protéique TERT de la télomérase. En effet, la surexpression transitoire de TERT dans le rein adulte induit la dédifférenciation et la prolifération des podocytes, suivi par la régénération de ces cellules. L’objectif de mon travail de thèse était d’identifier les voies de signalisation moléculaires ciblées par TERT lors de la reprogrammation des podocytes en cellules dédifférenciées et prolifératives. Le travail réalisé a permis de mettre en évidence les facteurs moléculaires impliqués dans l’initiation de ce processus ainsi que les effecteurs de la reprogrammation ciblés par TERT. De plus, l’analyse des voies de signalisation dérégulées par TERT montre que l’interaction et le remodelage de la matrice extracellulaire représentent des événements très précoces lors de la reprogrammation. Un autre objectif de ma thèse consistait en l’élucidation des mécanismes cellulaires mis en œuvre lors de la régénération des podocytes suite à la surexpression transitoire de TERT. Aussi, les résultats obtenus grâce à l’emploie d’une approche non biaisée de traçage cellulaire a révélé la présence de cellules progénitrices dans le néphron du rein adulte capables de s’amplifier de manière clonale afin de régénérer les podocytes de manière efficace et rapide. Ces résultats présentent un mécanisme cellulaire encore jamais appréhendé, menant à la régénération efficace des podocytes dans le rein des mammifères adultes. Ces données représentent une véritable percée des connaissances au regard de l’existence et de la fonction des progénitures rénaux, ouvrant la voie à des stratégies thérapeutiques permettant d’améliorer la régénération cellulaire de patients souffrant de maladies rénales chroniques. / In mammals, the kidney is considered a static organ with a limited regenerative capacity. Glomerular epithelial cells, named podocytes, are highly differentiated cells harboring cytoplasmic extensions essential for their function of blood filtration. These cells appear to be the weak link in chronic kidney diseases, rising up the necessity to develop therapeutic strategies to restore their function. One promising therapeutic approach consist in the replacement of impaired cells with fully functional cells. The aim of this regenerative medicine approach is to stimulate the endogenous regenerative capacity to reestablish the functionality of tissues within the organ. Although podocytes display a limited regenerative capacity, transient overexpression of the telomerase protein component TERT appears to be an efficient way to stimulate this capacity in vivo. Indeed, TERT exhibits potent effects on kidney podocytes in steady state conditions resulting in acute cell cycle entry and loss of differentiation. Such reprogramming of kidney podocytes is followed by replenishment of those cells by functional podocytes upon TERT withdrawal. TERT effects on kidney podocytes are independent of its role in telomere synthesis, and rather rely on its ability to modulate signaling pathways. My thesis objective was to identify the molecular mechanisms targeted by TERT non-canonical activity upon initiation and progression of podocyte reprogramming. Analysis of the molecular signaling modulated by TERT show that interaction and remodeling of the extracellular matrix represent early events of the reprogramming process. Those results highlighting TERTtarget genes and pathways upon in vivo cellular change of fate provide precious knowledge for unprecedented therapeutic strategies that aim to target TERT non-canonical activity in kidney cancers and other epithelial cancers more broadly. The second objective of my thesis was to elucidate the cellular mechanisms that support podocytes regeneration upon transient overexpression of TERT. Using podocyte lineage tracing approaches, we found that renewed podocytes observed following a TERT pulse are not derived from initially present podocytes. Using an unbiased lineage tracing approach, we further found that clonal amplification of progenitor cells is the source of podocyte replenishment in this system. Those results unveil a cellular mechanism that have never been apprehended previously, which activation lead to efficient podocyte regeneration in the adult mammalian kidney. Those data represent a real breakthrough in knowledge regarding kidney progenitor cells existence and function, and have profound implications for the development of therapeutic strategies that aim to maintain/enhance regeneration in patients with kidney diseases and in the elderly.

La cystinose est une maladie lysosomale héréditaire due à une mutation du gène CTNS codant pour un transporteur de cystine, cystinosin, et est caractérisée par l’accumulation de cystine dans les organes causant leur dégénération.Si le rein est le premier organe affecté par la maladie, sa pathogénèse n’est pas encore totalement comprise. La recherche de nouveaux partenaires de la cystinosine a révélé une interaction avec un membre de la famille des galactines, galectine-3 (Gal3). L’étude de cette interaction a mis en évidence un nouveau rôle de la cystinosine dans l’inflammation chronique impliquée dans la pathogénèse rénale de la cystinose. Dans les reins du modèle murin de la cystinose (Ctns-/-), l’expression de Gal3 est augmentée et de nombreux infiltrats de cellules inflammatoires sont observés. De plus, l’expression de la cytokine pro-inflammatoire Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP1) est augmentée dans le sérum des souris Ctns-/-.Au contraire, peu d’infiltrat et un taux normal de MCP1 sont observés dans les souris Ctns-/-Gal3-/-, ainsi qu’une meilleure structure et fonction rénale.Ce travail pourrait permettre la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques pour la cystinose.Des études antérieures ont montré que la transplantation de Cellules Souches Hématopoïétiques (CSH) saines peut efficacement traiter la cystinose dans les souris Ctns-/-. Toutefois, dû aux risques liés à une transplantation allogénique, une transplantation autologue de CSH génétiquement modifiées ex vivo pour exprimer une copie fonctionnelle du gène CTNS a été développée.Nous résumons ici les études pharmacologiques et toxicologiques ainsi que le développement du protocole de transduction des cellules humaines qui seront inclus dans une application intitulée« Investigational New Drug » qui sera soumise à la FDA afin de débuter un essai clinique de phase I/II. / Cystinosis is an inherited lysosomal storage disorder caused by mutations in the gene CTNS encoding the cystine transporter cystinosin, and is characterized by accumulation of cystine in the tissues leading to multiorgan degeneration.The kidney is the first organ impacted by cystinosis but the pathogenesis is still not fully understood. The study of new partners of cystinosin revealed an interaction with galectin-3, a member of the galectin’s family. The investigation of this interaction unraveled a new role for cystinosin in chronic inflammation associated with kidney pathology in cystinosis. Indeed, the cystinosis mouse model, Ctns-/ mice, had increased expression of Gal3 and abundant pro-inflammatory infiltrates in their kidney, as well as increased expression of Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP1), a proinflammatory cytokine, in their serum.In contrast, few infiltrates and normal MCP1 levels were observed in the Ctns-/- Gal3-/- mice, which also demonstrated better kidney structure and function.This study may lead to the discovery of new drug targets for cystinosis treatment.Previous studies showed that wild-type Hematopoietic Stem Cells (HSCs) transplantation had the potential to rescue cystinosis in Ctns-/- mice.However, due to the risks associated with allogeneic transplant, an autologous transplantation of HSCs genetically modified ex vivo to express a functional CTNS gene has been developed in the laboratory. In this work, we summarized the pharmacology and toxicology studies and manufacturing development that will be included in an Investigational New Drug application to be submitted to the FDA to start a phase I/II clinical trial for cystinosis.

Les infections fongiques sont une complication fréquente des patients d’hématologie et en particulier des patients ayant reçu un greffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH). L’objectif de ce travail était d’identifier les facteurs de risque d’infections fongiques intrinsèques et la transmission.Nous avons d’abord étudié l’aspergillose invasive (AI) qui est l’infection fongique la plus fréquente chez les greffés de CSH en croisant les données du registre européen des greffés ProMise et la base de données de l’étude prospective SAIF. Nous avons mené une étude cas-témoins nichée dans une cohorte de 185 cas et 651 témoins appariés. Les facteurs associés à la survenue d’une aspergillose étaient l’irradiation corporelle totale, une GvH aiguë de grade ≥2 et la rechute de l’hémopathie. Trente-cinq cas étaient précoces (<J40), 33 tardifs (entre J40 et J100) et 117 très tardifs (>J100). Le facteur associé à la survenue d’une AI précoce était l’absence de prise de greffe. Le facteur associé à la survenue d’une AI tardive était la GvH aiguë de grade 3-4. Les facteurs associés à la survenue d’une AI très tardive étaient la GvH aiguë de grade ≥2, la rechute et la neutropénie secondaire. Tous les facteurs pré-greffe étaient effacés par les facteurs post-greffe.Puis nous avons étudié la transmission d’infection fongique par l’étude d’une épidémie de pneumocystose survenue dans le service. Douze cas de pneumocystose sont survenus en 7 mois dans le service soir beaucoup plus qu’au cours des années précédentes. L’analyse moléculaire a permis de montrer que 4 cas appartenaient au même génotype, qui est un génotype rare jamais décrit dans une série de plus de 300 génotypes en Europe. La carte de transmission a permis de constater que ces 4 patients se sont rencontrés uniquement en hôpital de jour. Cette étude est la première démonstration moléculaire d’une épidémie de pneumocystose dans un service d’hématologie. / Fungal infections are a common complication of hematology patients and especially in hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) recipients. The objective of this work was to identify intrinsic risk factors for fungal infections and transmission.We first studied invasive aspergillosis (IA), which is the most common fungal infection after HSCT by crossing data from the European HSCT registry ProMise and the prospective study database SAIF. We conducted a nested case-control study in a cohort of 185 cases and 651 matched controls. Factors associated with onset of aspergillosis were total body irradiation, acute GVHD grade ≥2, and relapse of the underlying disease. Thirty-five IA were early (<D40), 33 late (between D40 and D100) and 117 very late (> D100). The factor associated with the occurrence of an early IA was the absence of engraftment. The factor associated with the occurrence of late IA was acute grade 3-4 GvH. Factors associated with the occurrence of very late IA were acute GVHD grade ≥2, relapse, and secondary neutropenia. All pre-transplant factors were supplanted by post-transplant factors.Then we studied the transmission of fungal infection by studying a pneumocystosis outbreak occurring in the hematology department. Twelve cases occurred within 7 months. Molecular analysis showed that 4 of them belonged to the same genotype, which is a rare genotype never described in a series of more than 300 genotypes in Europe. The transmission map permitted to identify that these 4 patients met only in the daycare center. This study is the first molecular demonstration of a pneumocystis outbreak in a hematology ward.

Un certain nombre de régions du cerveau des vertébrés, y compris chez l’homme, continuent d’être le siège de l’ajout de nouveaux neurones à l’âge adulte. Ces nouveaux neurones sont produits à partir de cellules spécialisées, appelées cellules souches neurales (CSN). Celles-ci sont capables de s’auto-renouveler et sont principalement trouvées dans un état d’arrêt transitoire du cycle cellulaire que l’on appelle quiescence. A l’heure actuelle, les mécanismes cellulaires et moléculaires permettant aux CSN de trouver un équilibre entre maintien et différentiation, ainsi que les règles générales gouvernant l’évolution de leur population, ne sont que partiellement compris. A l’échelle moléculaire, plusieurs facteurs et voies de signalisation apparaissent déterminants pour l’homéostasie des CSN. Notamment, la voie de signalisation du récepteur Notch s’avère essentielle pour maintenir à la fois l’état de quiescence et le caractère souche des CSN. Il demeure néanmoins inconnu si la signalisation Notch affecte ces deux propriétés de manière indépendante ou non. A l’échelle cellulaire, la plupart des modèles actuels suggèrent que les CSN se divisent rarement et principalement de manière asymétrique. Cette dernière propriété permettrait aux CSN de se perpétuer tout en donnant naissance à des cellules filles déterminées à se différencier en neurones. Le pallium du poisson-zèbre abrite une population particulièrement importante de CSN, que l’on appelle glies radiaires (GR), et qui possèdent les mêmes caractéristiques fondamentales que leurs homologues chez les mammifères. Notre laboratoire avait précédemment démontré que le récepteur Notch3 était nécessaire au maintien de la quiescence des GR. Le travail présenté dans ce manuscrit se décompose en deux études complémentaires dont les objectifs respectifs étaient: (1) d’améliorer notre compréhension du rôle de la voie de signalisation Notch3 dans l’homéostasie des GR et (2) d’étudier les schémas de divisions adoptés par les GR afin de maintenir leur nombre sur une longue durée. Dans la première étude, nous démontrons que le rôle de la signalisation Notch3 s’étend au-delà du simple contrôle de la quiescence des GR en contribuant également au maintien de leur caractère souche par l’intermédiaire de son gène cible hey1. Un point important de cette découverte est que l’action du facteur Hey1 sur le caractère souche des GR apparaît indépendante du rôle de Notch3 dans le maintien de leur quiescence. Dans la seconde étude, nous avons réalisé une analyse clonale du devenir des GR exprimant le gène her4.1. Ceci nous a permis de mettre en évidence que leurs choix entre différentiation, amplification et auto-renouvellement apparaissent stochastiques, mais équilibrés, ce qui leur permet de maintenir leur population dans le temps. De façon très intéressante, nous avons aussi observé que le nombre total de GR du pallium augmente au cours de la vie, ce qui, au regard du comportement homéostatique de la population de GR exprimant her4.1, nous amène à proposer que la zone neurogénique du pallium est organisée selon une hiérarchie dans laquelle une population inconnue de progéniteurs produit continuellement de nouvelles GR, qui ensuite se maintiennent grâce à un équilibre probabiliste entre leurs différents lignages. / New neurons continue to be added into discrete brain regions of most adult vertebrate species, including humans. Adult born neurons arise from precursor cells, called neural stem cells (NSCs), endowed with self-renewal potential and mostly found in a state of reversible cell cycle arrest, named quiescence. Currently, the molecular, cellular and population rules allowing NSC to balance maintenance and differentiation remain incompletely understood. At the single cell level, several factors and signalling pathways were demonstrated to be essential for NSC homeostasis. Among them, the Notch signalling pathway is critically involved in the control of NSC quiescence and stemness. However, whether these two properties represent molecularly distinct or overlapping outputs of the Notch signalling pathway remains unknown. At the cellular level, current models state that NSCs divide rarely and mostly asymmetrically, allowing both self-renewal and the generation of a more committed progeny that ultimately exits the cell cycle and fulfils neuronal differentiation. The adult zebrafish pallium harbours NSCs, called radial glia (RG), which share with their mammalian counterparts the same basic properties. Previously, our laboratory demonstrated that Notch3 was necessary to maintain RG quiescence. Here, in two different and complementary works, we took advantage of the widespread neurogenic ventricular zone (VZ) of the adult zebrafish pallium to (1) explore further the role of Notch3 signalling in RG homeostasis and (2) investigate the division pattern and dynamics allowing the RG population to be maintained on the long run. In the first study, we demonstrate that the role of Notch3 signalling extends beyond the simple maintenance of RG quiescence and that Notch3 also contributes to RG stemness. By overlapping the transcriptomic profiles of both notch3 mutant RG and adult pallial VZ progenitors, we identified different sets of Notch3 target genes potentially responsible for its pleitropic effect in RG. Notably, we show that the Notch3 signalling contribution to RG stemness critically relies on the transcriptional activation of its canonical target gene hey1 and this, independently of Notch3 action on RG quiescence. In the second study, we performed a quantitative analysis of the fates of individual her4.1(Hes5)-expressing RG. We demonstrate that these cells adopt balanced stochastic fates, which allows their population to reach homeostasis. We also report that the overall RG population of the zebrafish pallium continues to grow during adulthood and that this expansion is very likely driven by a yet undefined upstream population of progenitors. As a consequence, we propose that the adult zebrafish is organised into a hierarchy of progenitors dominated by an unknown population that fuels the ongoing production of an intrinsically homeostatic population of RG which, itself, follows neutral drift dynamics.

Le cartilage articulaire est un tissu possédant une faible capacité de réparation intrinsèque. Dès lors, la répétition de traumatismes articulaires induit un microenvironnement propice à la dégradation du cartilage et, in fine, l’émergence de l’arthrose. Les traitements utilisés à l’heure actuelle visent uniquement à soulager la douleur, réduire l’inflammation et la progression de l’arthrose. Ainsi, le traitement des lésions chondrales équines revêt une importance majeure puisque les affections locomotrices constituent la première cause de baisse de performances et d’arrêt prématuré de la carrière du cheval sportif. De plus, le cheval est le modèle animal qui possède le cartilage articulaire le plus semblable à celui de l’Homme et, en conséquence, représente un modèle d’étude pertinent pour les lésions chondrales humaines. Dans ce contexte, notre étude s’est attachée à développer de nouvelles stratégies pour le traitement des lésions chondrales basées sur la différenciation chondrogénique de CSM en vue de produire in vitro un substitut cartilagineux implantable en site articulaire. Ainsi, nous avons d’abord isolé et caractérisé des CSM équines à partir de prélèvements de moelle osseuse (MO) et de sang de cordon ombilical (SCO), puis, nous avons réalisé la différenciation en cultivant les CSM durant 14 jours en hypoxie ou normoxie au sein d’un biomatériau (éponges de collagène de types I/III), en présence de BMP-2 et TGF-β1 et de siRNA ciblant le collagène de type I et HtrA1, molécules atypiques du cartilage hyalin. Bien que ce protocole nous ait permis d’obtenir un substitut cartilagineux riche en marqueurs du cartilage hyalin comme le collagène de type II et l’agrécane, la présence du collagène de type I persistait. Nous avons donc tenté d’optimiser le protocole en allongeant le temps de culture, en utilisant le TGF-β3, et en modifiant la stratégie d’interférence par l’ARN. Cette étape nous a permis de conclure sur l’effet bénéfique de l’allongement de la culture à 28 jours et l’efficacité des facteurs chondrogéniques initialement utilisés. Néanmoins, la stratégie d’interférence par l’ARN demeure encore perfectible. Finalement, nous avons comparé la qualité du substitut cartilagineux obtenu après différenciation en fonction de la source de CSM utilisée. Les CSM de MO semblent les plus adaptées mais le protocole que nous avons utilisé n’est probablement pas le plus efficace pour induire la différenciation des CSM de SCO. Dans une partie complémentaire, bien que ces résultats soient préliminaires, nous avons montré que le sécrétome des CSM pourrait être un formidable outil afin d’améliorer le traitement des lésions chondrales. Dans leur ensemble, les résultats obtenus permettent d’avoir un regard optimiste concernant la mise en place de thérapies cellulaire et tissulaire du cartilage, aussi bien en médecine équine qu’humaine. / Articular cartilage is a tissue with low intrinsic repair abilities. Therefore, repeated traumas lead to cartilage degradation and ultimately, to the emergence of osteoarthritis (OA). Current therapies aim to reduce pain, inflammation and to prevent the progression of OA. Thus, treatment of equine chondral lesions is of major importance since locomotor disorders are the main causes of poor performance and early retirement of the athlete horses. In addition, the horse is an animal model with the most human-like articular cartilage and, therefore, represents the best relevant model to study human chondral lesions and arthropathies. In this context, our study focused on developing new strategies for the treatment of chondral lesions based on the chondrogenic differentiation of equine mesenchymal stem cells (MSC) in order to produce an in vitro neo-synthetized cartilaginous substitute, which could be implantable in the chondral lesion site. Thus, we first isolated and characterized equine MSC derived from bone marrow (BM) and umbilical cord blood (UCB). Then, we have differentiated MSC by culturing them for 14 days in hypoxia or normoxia, in a biomaterial (types I / III collagen sponges), in the presence of BMP-2 and TGF-β1 and siRNA targeting type I collagen and HtrA1, two atypical hyaline cartilage molecules overexpressed in OA. Although this protocol allowed us to obtain a cartilaginous substitute composed of large amounts of hyaline cartilage markers such as type II collagen and aggrecan, the presence of type I collagen persisted. We therefore tried to optimize the protocol by extending the culture time, using TGF-β3, and modifying the RNA-interference strategy. We have concluded on the beneficial effect of the lengthening of the culture to 28 days and the effectiveness of the chondrogenic factors initially used. Nevertheless, the RNA-interference strategy still remains perfectible. Finally, we compared the quality of the neo-synthetized cartilaginous substitute according to the source of MSC used. BM-MSC seem to be the most suitable, but the protocol we used is probably not the most effective for inducing UCB-MSC differentiation. In a complementary part, although these results are very preliminary, we have shown that the MSC secretome could be a tremendous tool to improve current therapies of chondral lesions. Overall, the results obtained make it possible to look ahead with optimism, in order to obtain future efficient cartilage tissue engineering therapies, both in equine and human medicines.

Les principales maladies neurodégénératives humaines, qui reposent toutes sur des mécanismes de type prion (auto-propagation d’agrégats protéiques pathogéniques), représentent un risque sociétal majeur avec une augmentation de leur prévalence directement corrélée avec l’augmentation de la longévité de la population mondiale. Il n’existe à ce jour aucun traitement curatif ni aucun modèle expérimental suffisamment pertinent pour ces maladies.L'objectif de ce travail a été d'utiliser le potentiel des mini-cerveaux humains comme modèle in vitro auto-assemblé en trois dimensions (3D) capable de restituer la complexité du cortex cérébral et d’étudier les mécanismes de type prion en développant une méthodologie de validation basée sur la microscopie 3D. Ces nouvelles structures 3D qui peuvent être obtenues à partir de cellules adultes reprogrammées de patients en cellules souches pluripotentes induites (iPSC), offrent des possibilités uniques pour accéder, observer et perturber les processus biologiques dans le cerveau humain sans les biais ni les complications des modèles animaux ou des échantillons de cerveau humain ex vivo. Ce modèle permet notamment d’observer l’apparition d’agrégats d’Aß et de Tau phosphorylée, deux protéines qui s’accumulent et se propagent de cellule en cellule dans la maladie d’Alzheimer.Nous avons été en mesure de rendre le modèle des mini-cerveaux compatible avec une future approche de criblage de molécules thérapeutiques en modifiant la méthodologie de différenciation pour augmenter leur rendement de production. D’autre part, nous avons pu tester différentes modalités de modélisation pour la Maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la Démence Fronto-Temporale et la maladie de Creutzfeldt-Jakob : à l’aide de molécules d’induction chimique, à l’aide de cellules issues de patients, par modification génétique et par mise en contact de matériel infectieux. Ces différentes approches nous ont permis d’établir que le modèle d’organoïde cérébral permet de reproduire des aspects-clés retrouvés dans l’apparition de la pathologie chez les patients. Pour compenser l’hétérogénéité de notre modèle, nous avons réalisé une analyse in toto par imagerie, c’est-à-dire dans sa totalité sans coupes préalables. La modalité retenue pour cette acquisition est la microscopie à feuillet de lumière utilisée après marquage et clarification des mini-cerveaux. Pour ce faire, nous avons évalué et développé différentes stratégies en vue d’obtenir une plateforme d’analyse à haut contenu pour nos organoïdes cérébraux.Cette plateforme centrée autour de l’organoïde cérébral, sous-tendue par l’analyse en microscopie 3D, a été développée dans le cadre du projet « Investissements d’Avenir » 3DNeuroSecure. Ce projet a pour ambition d’apporter des solutions de calcul haute performance au domaine de la biologie, notamment avec la possibilité de traiter des informations de très grand volume, dit « exascale », telles que celles que nous obtenons avec la microscopie 3D. Le développement de cet aspect nous permettrait à terme de pouvoir établir les bases d’un outil de criblage thérapeutique par les organoïdes cérébraux pour les maladies neurodégénératives. Nous avons démontré que les mécanismes de type prion pouvaient être étudiés dans ce modèle de mini-cerveaux humains et de multiples voies de recherche fondamentale et appliquée sont désormais possibles. A plus long terme, une telle plateforme pourrait accueillir tout type d’organoïdes pour modéliser l’ensemble du corps humain et s’inscrire comme un compagnon biologique dans le cadre des futurs développements de la médecine personnalisée. / Human neurodegenerative diseases, which are all based on prion-like mechanisms (self-propagation of pathogenic protein aggregates), represent a major societal risk with the increase of their prevalence directly correlated to the increasing longevity of the world population. There is to date neither any cure nor any pertinent experimental model for their study.The objective of this work was to use the potential of human mini-brains, a self-assembled three-dimensional in vitro model able to restitute the complexity of the cerebral cortex. This model will allow us to study prion-like mechanism by developing a validation methodology based on 3D microscopy. These novel 3D structures can be obtained from reprogrammed adult cells into induced pluripotent stem cells (iPSCs) and offer unique possibilities to access, observe and disrupt biological processes in the human brain without bias nor complications as in animal models and ex vivo human brain samples. This model makes it possible to observe the development of aggregates of Aβ and hyper-phosphorylated Tau, two proteins that accumulate and propagate from cell to cell during Alzheimer’s disease.We have been to able to adapt the cerebral organoid model for a future screening approach by modifying the differentiation methodology to enhance its production ratio. We also have been able to test different modalities for disease modeling for Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, Fronto-Temporal Dementia and Creutzfeldt-Jakob disease: with chemical induction, with patient specific cells, through genetic modification and through contact with infectious material. These different approaches allowed us to validate that the cerebral organoid can indeed reproduce key aspects found during pathological development within patients. To compensate for the heterogeneity of the cerebral organoid, we performed an in toto analysis through microscopy, meaning in its totality without prior slicing. The chosen method of acquisition is fluorescence light-sheet microscopy used after staining and optical clearing of cerebral organoids. To do so, we have evaluated and established different strategies in order to obtain a high content screening platform for our cerebral organoid model.This platform centered around the cerebral organoid model, underpinned by 3D microscopy analysis, was developed during the “Investissements d’Avenir” project 3DNeuroSecure. This project has for ambition to bring high performance computing to the biological sciences, notably with the possibility to deal with large scale data, also called “exascale”, like the ones obtained with 3D microscopy. The development of this aspect would allow us to establish the basis for a therapeutic screening tool based on cerebral organoids for neurodegenerative diseases. We have demonstrated that prion-like mechanisms can be studied in a human mini-brain model and multiple research avenues are now opened for both fundamental and applied research. This platform could in turn become the basis for any kind of organoids derived from patients to model the whole human body and become a biological companion for personalized medicine.

Introduction : Les cellules souche mésenchymateuse (CSM) présentent une puissante activité immunomodulatrice sur les lymphocytes T et les Natural Killer (NK), impliquées dans les réactions allogéniques. Les propriétés immunomodulatrices des CSM dépendent de contacts cellulaires et des facteurs secrétés. Ainsi les exosomes produits par ces cellules pourraient constituer des nouveaux produits thérapeutiques.L’objectif de ce travail est d’étudier, in vitro, l’effet d’exosomes dérivés de CSM sur les lymphocytes B, T et les NK.Méthodologie : Les CSMs utilisées sont issues de foies fœtaux humains. Les exosomes ont été isolés à partir du milieu de culture des CSMs par une série d’ultracentrifugation à 100000g.Résultats : Contrairement aux CSMs qui inhibent la prolifération des lymphocytes T et B, leurs exosomes n'ont pas d'effet sur leur prolifération. Cependant ils inhibent la prolifération, l’activation et la cytotoxicité (expresion CD107a) des NK. Nous avons mit en évidence, par FACS, la présence de TGFbeta; à la surface des exosomes. De plus leur fonction inhibitrice est abrogé en présence d’un anticorps bloquants anti-TGFbeta;. Réciproquement l’exposition de cellules NK à du TGFbeta; inhibe la cytotoxicité et la prolifération de cellules. Enfin, en présence d'exososmes nous avons montré, par IF, une translocation de Smad 2/3 (messager du signal TGFbeta;) dans les noyaux des cellules NK, inhibé par l'ajout d'anticorps anti-TGFbeta;.Conclusion: Ces résultats suggère que les propriétés immunomodulatrices de CSMs sur NK pourraient dépendre de TGFβ présenté ou associé aux exosomes. / Introduction: Mesenchymal stem cells (MSCs) are powerful immunomodulators regulating the function of B and T lymphocytes and natural killers cells (NK) involved in allogeneic reactions. Their immunomodulatory properties depend on cell contact and secretion factors produced by MSCs. Thus exosomes produced by these cells could provide new therapeutic tools.Objective: The objective of this work is to study the effect of MSC derived exosomes in vitro on B and T lymphocytes and NK cells.Method: MSCs used for this study are isolated from human fetal liver. Exosomes were isolated from MSC culture medium by a serie of ultracentrifugation at 100000g.Results: MSCs inhibit the proliferation of T lymphocytes. Unlike MSCs, their exosomes do not abrogate the proliferation of T and B cells. However they inhibit the proliferation, activation and cytotoxicity (CD107a expression) of NK cells. By FACS analysis we showed a surface expression of TGFb; by exosomes. Inhibition of NK cells activation by exosomes is altered by a neutralizing anti-TGFb; antibody. Contrary when NK cells are cultured with TGFb; the same effect qs exosomes is demonstrated. By IF, we found a nuclear translocation of Smad 2/3 (TGFb; signal transducer) in NK cells cultured with exosomes, which is inhibited by the qddition of anti-TGFb; antibody.Conclusion: These results suggest that the immunomodulatory properties of MSCs on NK could depend on exosome presentation or association with TGFb;.

Ce travail s’inscrit dans la caractérisation des cellules radiorésistantes dans les cancers du sein, à l’origine des rechutes après traitement. Si de nombreuses données de la littérature indiquent un lien étroit entre la présence des « Cellules Souches Cancéreuses » (CSC) et la résistance aux traitements anticancéreux, la radiorésistance « intrinsèque » des CSC ainsi que les mécanismes impliqués restent encore mal définis.L’équipe du Dr. Weinberg a développé un modèle cellulaire in vitro permettant la génération de CSC mammaires humaines, « CD24-CD44+ », à la suite d’une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) induite par une exposition au TGF-β1. Basée sur l’utilisation de cellules mammaires humaines saines qui ont été ensuite immortalisées puis transformées, ce modèle a permis d’approfondir la compréhension de nombreux processus tumoraux tels que la TEM.Ainsi, dans ce contexte, mon projet de thèse a consisté à utiliser ce modèle afin de comparer la radiosensibilité des cellules « CD24-CD44+ » à celle des cellules « CD24+CD44- ». Le choix du modèle repose sur le fait qu’il permet la comparaison de cellules à deux stades différents de la progression tumorale.Après un rappel des connaissances nécessaires à la compréhension de ce travail, le manuscrit présente dans un premier temps la caractérisation du modèle cellulaire utilisée puis la réponse à l’irradiation des cellules du modèle. L’étude de la réponse à l’irradiation a permis de décrire le phénotype de radiorésistance des cellules « CD24-CD44+ » à travers un faible blocage en G2/M, une faible proportion de cellules polyploïdes ainsi qu’une capacité accrue à donner une descendance après irradiation (10 Gy).Ensuite, l’implication des mécanismes de mort apoptotique des cellules « CD24-CD44+ » dans le phénotype de radiorésistance a été montré. Ainsi, la mort cellulaire réduite retrouvée dans les « CD24-CD44+ » est liée à une plus faible activation des voies apoptotiques.Dans un dernier temps, l’identification d’une signature transcriptionnelle de gènes de détoxification lors de la caractérisation des cellules de notre modèle a permis de mettre en évidence la modulation radioinduite de deux de ces gènes, SOD2 et HMOX1, après stress radioinduit dans les cellules « CD24-CD44+ ». / This works aims at characterizing radioresistant cells within human breast cancer development that is responsible for treatment failure and cancer recurrences. Although the literature is flourishing with papers tightly linking the presence of "Cancer Stem Cells" to cancer treatment resistance, the intrinsic radioresistance of those "CSC" and the mechanism involved have yet to be established.Dr. Weinberg and his team have developed an in vitro cell model that produces mammary tumor cells noted « CD24-CD44+ » after an epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) induced by TGF-β1. This model is based on healthy human mammary cells that have been immortalized and transformed.Within this context, my Ph.D. project has focused on using this new model in order to compare the radiosensibility of two cell lines: the « CD24-CD44+ » cells and the « CD24+CD44- » one. Underlying this choice is the fact this model allows for a comparison of two cellular populations at distinct stage of the tumor’s development.This work has shed light on apoptotic and detoxification mechanism involved in the radio resistant behavior of the « CD24-CD44+ » cells. After a brief introduction of key concepts required to the understanding of this work, this manuscript will begin by presenting the characterization of the chosen model, then a study of the radiation response that enabled a first description of the « CD24-CD44+ » cell radioresistant phenotype through a mild stop at the G2/M stage of the cell cycle, the presence of polypoid cells and a high progeny generation ability after exposure to radiation.Furthermore, this works shows implications of apoptotic mechanism of « CD24-CD44+ » cells with a radioresistance phenotype. Hence, we were able to show that reduced cell death observed for the « CD24-CD44+ » cells is linked to a lower activation of apoptotic pathways.Finally, the last part will present detoxification mechanism involved in « CD24-CD44+ » radioresistance phenotype, showing an altered transcriptional signature of two detoxication genes SOD2 and HMOX1 after exposure to radiation.