Les cellules T mémoires (Tm) protègent l’organisme contre les réinfections de pathogènes qu’il a déjà combattu. Les Tm possèdent plusieurs propriétés en commun avec les cellules souches hématopoïétiques (CSH), notamment la capacité de se différencier, de s’auto-renouveler et de maintenir une population relativement constante au sein de l’organisme via des mécanismes homéostatiques. Il a été démontré que Hoxb4, un membre de la famille des facteurs de transcription Hox, était capable d’induire l’expansion des CSH in vivo et in vitro de façon rapide. Au vu de ces parallèles, nous avons posé l’hypothèse que la surexpression de Hoxb4 pourrait induire l’expansion de populations de Tm. Nous avons analysé les populations de Tm et lymphocytes T naïfs (Tn) dans les organes lymphoïdes de souris transgéniques surexprimant Hoxb4 et les avons comparées à des souris de type sauvage (wt). Alors que la fréquence des cellules T matures Hoxb4 diminuait avec l’âge, leur phénotype ainsi que leur viabilité demeuraient inchangés. Ensuite, nous avons procédé à des transplantations en compétition de Tm (CD4+CD44hi) Hoxb4 et wt chez des hôtes dépourvus de lymphocytes T (CD3-/-) dans le but d’évaluer leur contribution à la reconstitution du compartiment T après 2 mois. Au final, les Tm wt avait contribué un peu plus que les Tm Hoxb4 à la reconstitution (~60%). Des analyses fonctionnelles et phénotypiques ont montré que les Tm Hoxb4 possédaient une fonctionnalité normale, mais se distinguaient des Tm wt par la présence d’une faible population qui présentait un phénotype « mémoire central » (Tcm), conférant habituellement une longévité accrue. Les cellules des ganglions lymphatiques totaux des hôtes furent transplantées de façon sérielle chez trois générations de nouveaux hôtes. Le phénotype Tcm observés chez les Tm Hoxb4 était récapitulé chez les hôtes secondaires uniquement. Les ratios sont demeurés en faveur des Tm wt lors des deux transplantations suivantes, mais les Tm Hoxb4 ont commencé à montrer un avantage compétitif chez certains hôtes quaternaires. Une transplantation en compétition à court terme de Tm Hoxb4 et wt marqués avec un marqueur cytoplasmique ont démontré la présence chez les Tm Hoxb4 seulement d’une faible population CD62Lhi proliférant lentement. Ainsi, l’expansion préférentielle de Tcm CD4 par le biais d’une sélection ou d’une différenciation induite par la surexpression de Hoxb4 pourrait potentiellement leur permettre de maintenir un état de quiescence leur permettant de persister plus longtemps suite à des transplantations sérielles. / Memory T cells (Tm) protect the organism against reinfection from pathogens they’ve already encountered. Tm share characteristics with hematopoietic stem cells (HSC), such as the capacity to differentiate, self-renew and maintain a relatively constant population via homeostatic mechanisms. Hoxb4, a member of the Hox genes family of transcription factors, has been shown to expand HSCs rapidly in vivo and in vitro. Thus, drawing from these parallels we hypothesise that Hoxb4 overexpression could lead to expansion of Tm populations. Tm and naïve T cell (Tn) populations were analysed in the lymphoid organs of young and aged transgenic mice overexpressing Hoxb4 in comparison with wild type (wt) mice. While the frequencies of mature Hoxb4 T cells in lymphoid organs seemed to decline with age, the phenotype or the cell viability remained unaffected. Next, CD4+CD44hi Hoxb4 Tm were transferred into T cell deficient (CD3-/-) hosts in competition with wt CD4+CD44hi Tm and evaluated for their contribution to T cell reconstitution after 2 months. Engraftment of wt Tm in secondary lymphoid organs was slightly higher than Hoxb4 Tm (~60%). Functional assays and phenotypic analysis showed that Hoxb4 Tm exhibited normal functionality, but in contrast to wt Tm, a fraction of Hoxb4 Tm exhibited a more central memory (Tcm) phenotype, indicative of a longer lifespan. Total lymph nodes from hosts were serially re-transplanted for three generations. The Tcm phenotype of the Hoxb4 Tm present in the primary hosts was recapitulated in the secondary but not in the tertiary hosts. The ratios remained in favor of the wt Tm after two subsequent expansion rounds, but Hoxb4 Tm showed a competitive advantage over wt Tm in some quaternary hosts. Cell tracking of a short term transplantation of Hoxb4 and wt Tm in competition exposed a small population of CD62Lhi cells displaying slow proliferation in the Hoxb4 Tm only. Thus preferential CD4+ Tcm expansion by selection or differentiation could potentially allow Hoxb4 Tm to persist longer following serial transplantations due to a more quiescent state.

Le mécanisme biologique responsable pour l’augmentation de l’expression de la protéine nestin dans les cellules souches neurales (CSN) du cœur après un infarctus du myocarde (IM) demeure inconnu. Des études antérieures ont démontré que le traitement au dexamethasone, un glucocorticoïde aux propriétés anti-inflammatoires, abolit la régulation positive de nestin après un IM. Ceci suggère un lien avec la réponse inflammatoire. Nous avons vérifié dans cette étude l’hypothèse que la cytokine inflammatoire interleukin-1beta (IL-1beta) peut modifier le phénotype de cellules souches neurales. Le deuxième objectif de l’étude fut d’établir l’impact, suivant un IM, de l’inhibition de la signalisation de IL-1beta sur la fonction et la guérison cardiaque. Suite à une ligature complète de l’artère coronaire du rat mâle, le dysfonctionnement contractile du ventricule gauche fut associé à une régulation positive de la protéine nestin dans le myocarde non-infarci. Le traitement avec Xoma 052 (1 mg/kg), un anticorps anti-IL-1beta, 24h, 7 et 14 jours après un évènement ischémique, eu aucun effet sur la taille de l’infarctus ou la contractilité du ventricule gauche. De plus, le traitement avec Xoma 052 après un IM n’a pu supprimer l’augmentation de l’expression de nestin et Bcl-2 malgré une réduction modeste du niveau de la protéine Bax. Pour déterminer directement le rôle de la réponse inflammatoire en l’absence d’ischémie, nous avons injecté des rats mâles avec du LPS (10mg/kg, 18hrs). Dans le coeur du rat-LPS, nous avons noté une augmentation significative du niveau d’ARNm de IL-1beta et de l’expression de la protéine nestin. Le prétraitement avec 10mg/kg de Xoma 052 a aboli l’augmentation de l’expression de nestin dans le coeur des rats-LPS. Ces observations indiquent que les cellules souches neurales pourraient représenter une cible potentielle de l’IL-1beta. / The underlying biological event(s) implicated in the increased expression of nestin in cardiac resident neural stem cells (NSC) following myocardial infarction (MI) remain unknown. Past studies have shown that dexamethasone treatment, a synthetic glucocorticoid with potent anti-inflammatory properties, abolished the upregulation of nestin in the non-infacted left ventricle (NILV) following MI. This suggests an association with the inflammatory response. The present study tested the hypothesis that the inflammatory cytokine interleukin-1beta (IL-1beta) can influence the neural stem cell phenotype. A secondary goal of the study was to assess impact of IL-1beta signalling inhibition on cardiac function and wound healing following MI. Following complete coronary artery ligation of the adult male rat heart, left ventricular contractile dysfunction was associated with the upregulation of the pro-apoptotic protein bax, the anti-apoptotic protein Bcl-2 and nestin in the non-infarcted myocardium. Xoma 052 (1 mg/kg), an IgG antibody directed against IL-1beta, was administred 24 hrs after ischemic injury and subsequently injected 2x over a period of 21 days. Treatment did not alter infarct size or improve left ventricular contractility. In addition, it failed to abolish the increased expression of nestin and Bcl-2, and modestly reduced bax protein levels. To directly assess the relationship between inflammation and the expression of nestin in the absence of an ischemic insult, adult male rats were injected with lipopolysaccharide (LPS) (10mg/kg;18 hrs). In the heart of LPS- treated rats, IL-1beta mRNA levels were significantly increased and associated with elevated nestin protein expression. The pre-treatment with Xoma 052 (10mg/kg) abolished the increased expression of nestin in the heart of LPS-treated rats. These data indicate that neural stem cells may represent a target for IL-1beta. However, futher investigation is required to elucidate the role of IL-1beta on NSC following MI.

Le busulfan (Bu) est un composé clé de la phase de conditionnement chez les enfants subissant une transplantation des cellules souches hématopoïétiques (TCSH). Les différences inter-individuelles de la pharmacocinétique (PK) du Bu pourraient affecter son efficacité et sa toxicité. Le Bu est principalement métabolisé par la glutathion-S-transférase (GST). Nous avons étudié la relation des génotypes GSTA1, GSTM1 et GSTP1 avec la PK de la première dose de Bu et la relation avec les résultats de la TCSH chez 69 enfants recevant un régime de conditionnement myéloablatif. Le génotype GSTM1 nul a corrélé avec une exposition élevée du Bu et une faible clairance (CL) chez les patients âgés de 4 ans (p ≤ 0,04). Dans le respect du rôle fonctionnel suggéré d’haplotype GSTA1 *A2, il a été associé à des niveaux plus faibles de médicaments et des niveaux élevés de CL (p ≤ 0,03). L’effet Gène-dose a également été observé (p = ≤ 0,007). L’haplotype de GSTA1 était associé avec les résultats de la TCSH. Les porteurs de deux copies d’haplotype *A2 avaient une meilleure survie sans événement (p = 0,03). En revanche, les individus homozygotes pour haplotypes * B et *B1 ont un risque plus élevé d’atteindre la maladie veino-occlusive (MVO) (p = 0,009). Les individus porteurs de GSTM1 nul âgés de 4 ans possèdent un risque plus fréquent d’avoir la maladie du greffon contre l'hôte (GvHD) (p = 0,03). En conclusion, nous avons montré que les variantes génétiques de GST influencent la PK du BU et les résultats de la TCSH chez les enfants. Pour l'ajustement de la posologie, un modèle avec l'inclusion des facteurs génétiques et non génétiques devrait être évalué et validé dans une étude prospective. / Busulfan (Bu) is a key compound of conditioning regimen in children undergoing hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). Inter-individual differences in Bu pharmacokinetics might affect Bu efficacy and toxicity. Since Bu is mainly metabolized by glutathione S-transferase (GST), we investigated the relationship between GSTA1, GSTM1 and GSTP1 genotypes with first-dose Bu pharmacokinetics (PK), and relationship with HSCT outcomes in 69 children receiving myeloablative conditioning regimen. GSTM1 null genotype correlated with higher Bu exposure and lower clearance in patients older than 4 years (p≤0.04). In accordance with the suggested functional role GSTA1*A2 haplotype was associated with lower drug levels and higher drug clearance (p≤0.03). Gene-dosage effect was also observed (p=≤0.007). GSTA1 haplotypes were associated with HSCT outcomes Patients with two copies of haplotype *A2 had better event free survival (p=0.03). In contrast, homozygous individuals for haplotypes *B and *B1 had higher occurrence of veno-occlusive disease (p=0.009). GSTM1 null individuals older than 4 years had more frequently graft versus host disease (p=0.03). In conclusion, we showed that GST gene variants influence Bu PK and outcomes of HSCT in children. A model for the dosage adjustment with the inclusion of genetic and non-genetic factors should be evaluated in a future prospective validation cohort.

La recherche scientifique biomédicale dans le domaine des cellules souches et plus largement de la médecine régénérative offre aujourd’hui des promesses d’applications thérapeutiques révolutionnaires pour de nombreuses maladies. Pourtant, il semble que pour certains, ces avancées pourraient servir d’autres desseins, notamment en ce qui concerne l’amélioration biologique de l’humain vers des objectifs de contrôle voire d’inversion du processus de vieillissement. Beaucoup de ceux qui tiennent à ces idées appartiennent à un mouvement, dit transhumaniste, où ils s’accordent sur des idées et valeurs communes concernant l’avenir de l’humain. Plus que cela, certains de ces acteurs transhumanistes prennent activement part à la recherche scientifique et orientent celle-ci vers les valeurs qu’ils soutiennent, touchant ainsi aux frontières de disciplines scientifiques établies et à la démarcation entre science et pseudoscience. En s’appuyant sur les concepts de recherche confinée / recherche de plein air, de forum hybride et de travail aux frontières, la présente recherche explore la place que les chercheurs transhumanistes occupent dans la recherche scientifique institutionnelle et se questionne sur la façon et les moyens qu’ils mettent en oeuvre pour y prendre part. À partir de la constitution et de l’analyse d’un corpus documentaire transhumaniste sur les cellules souches, mais aussi en décrivant le réseau auquel les chercheurs transhumanistes appartiennent, l’étude apporte une perspective nouvelle sur le mouvement transhumaniste. Les résultats obtenus montrent que les chercheurs transhumanistes ne se cantonnent pas à produire des discours et des représentations de leurs idées et de leurs valeurs, mais participent activement à la réalisation de celles-ci en menant eux-mêmes des recherches et en infiltrant la recherche scientifique institutionnelle. / Biomedical research in the field of stem cells and regenerative medicine promise a wide array of revolutionary therapeutic applications for many diseases. Yet for some those advances could serve other purposes, particularly in regards to the biological improvement of humans, means of control and even the reversing of aging process. Many of those who share these ideas belong to a movement called transhumanism. Some of these actors are actively involved in scientific research and steer it in accord with their personal values. Up to a point were they reach the outer limits of science into what we can only describe as pseudoscience. Based on the concepts of confined research / research in the wild, hybrid forum and boundary work, this master thesis explores the role of transhumanist researchers involved in institutional scientific research by questioning their ways and means. For this analysis, we produced a transhumanist documentary corpus on stem cells and studied the relations of transhumanist researchers as a network. This study provides a new perspective on the transhumanist movement. We agrue that transhumanist researchers are not confined to the representations of their ideas and values through discourse, but actively partake in the achievement of transhumanist’s objectives by conducting research within institutional scientific research structures.

La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain. / Endogenous neural-stem progenitor cells (NSPC) have been documented to be found in the subventricular and subgranular zones, the dentate gyrus, and suggestions of the possibility of these cells being found in the spinal cord and neocortex in adult mammalian brain have been postulated. Thiamine deficiency (TD) is the major cause of Wernicke's Encephalopathy, a reversible neurological disorder that results in cerebral dysfunction and impairment. Recent evidence suggests factors involved in neural NSPC proliferation and differentiation are involved during TD. By means of a current approach for profiling metabolic changes occurring in focal areas of the TD rat brain, specifically the thalamus and the inferior colliculus (IC), it was hypothesized that new metabolites that might offer a better understanding into the sequel and/or mechanism of TD could be identified. It was also considered that the use of NSPC transplantation could offer new information into the involvement of NSPC and potential therapeutic benefit in TD. Non-targeted metabolomics analysis, fluorescences microscopy, and scanning election microscopy (SEM) analysis visualization was performed on samples of the focal areas (thalamus and IC) of pyrithiamine induced TD rats (PTD), pair-fed controls (PFC) rats, and NSPC transplanted TD and PFC rats. Various key metabolites were identified in rats with TD, including previous undocumented metabolites such as bile acids, kynurenic acid, and 1,9-dimethyluric acid in the thalamus and taurine and carnosine in the IC. The study also demonstrated a possible involvement of endogenous NSPC in focal areas of the thalamus and IC identifying key metabolites targeting NSPC and showed tissue amelioration (observed through SEM) following NSPC transplantation. The findings suggested that NSPC could offer a therapeutic alternative to alleviate some of symptomatic degeneration of TD.

Afin d’effectuer des études fonctionnelles sur le génome de la souris, notre laboratoire a généré une bibliothèque de clones de cellules souches embryonnaires (ESC) présentant des suppressions chromosomiques chevauchantes aléatoires – la bibliothèque DELES. Cette bibliothèque contient des délétions couvrant environ 25% du génome murin. Dans le laboratoire, nous comptons identifier de nouveaux déterminants du destin des cellules hématopoïétiques en utilisant cet outil. Un crible primaire utilisant la benzidine pour démontrer la présence d'hémoglobine dans des corps embryoïdes (EBS) a permis d’identifier plusieurs clones délétés présentant un phénotype hématopoïétique anormal. Comme cet essai ne vérifie que la présence d'hémoglobine, le but de mon projet est d'établir un essai in vitro de différenciation des ESC permettant de mesurer le potentiel hématopoïétique de clones DELES. Mon hypothèse est que l’essai de différenciation hématopoïétique publié par le Dr Keller peut être importé dans notre laboratoire et utilisé pour étudier l'engagement hématopoïétique des clones DELES. À l’aide d’essais de RT-QPCR et de FACS, j’ai pu contrôler la cinétique de différenciation hématopoïétique en suivant l’expression des gènes hématopoïétiques et des marqueurs de surface comme CD41, c-kit, RUNX1, GATA2, CD45, β-globine 1 et TER-119. Cet essai sera utilisé pour valider le potentiel hématopoïétique des clones DELES candidats identifiés dans le crible principal. Mon projet secondaire vise à utiliser la même stratégie rétro-virale a base de Cre-loxP utilisée pour générer la bibliothèque DELES pour générer une bibliothèque de cellules KBM-7 contenant des suppressions chromosomiques chevauchantes. Mon but ici est de tester si la lignée cellulaire leuémique humaine presque haploïde KBM-7 peut être exploitée en utilisant l'approche DELES pour créer cette bibliothèque. La bibliothèque de clones KBM-7 servira à définir les activités moléculaires de drogues anti-leucémiques potentielless que nous avons identifiées dans le laboratoire parce qu’elles inhibent la croissance cellulaire dans plusieurs échantillons de leucémie myéloïde aiguë dérivés de patients. Elle me permettra également d'identifier les voies de signalisation moléculaires qui, lorsque génétiquement perturbées, peuvent conférer une résistance à ces drogues. / To carry out functional studies on the mouse genome, our laboratory has generated a library of Embryonic Stem Cell (ESC) clones harboring random nested chromosomal deletions – DELES library. This library contains deletions covering ~ 25% of the mouse genome. In the lab, we are interested in identifying novel hematopoietic cell fate determinants using this resource. A primary screen using benzidine to demonstrate the presence of hemoglobin in embryoid bodies (EBs) was able to identify several DELES clones exhibiting abnormal hematopoietic phenotype. Since this assay only tested for the presence of hemoglobin, the goal of my project is to establish a robust in vitro ESC differentiation assay to monitor the hematopoietic potential of DELES clones. My hypothesis is that the hematopoietic differentiation assay published by Dr. Keller can be used to observe hematopoietic commitment of the DELES clones. Using QRT-PCR and FACS assays I was able to monitor the kinetics of hematopoietic differentiation by observing the expression of hematopoietic genes and surface markers including CD41, C-KIT, RUNX1, GATA2, CD45, β-GLOBIN 1 and TER-119. This assay will be used to validate the hematopoietic potential of the candidate DELES clones identified in the primary screen. My secondary project aims to use the same retro-viral Cre-loxP strategy used for the DELES library, in order to generate a library of KBM-7 leukemic cells harboring nested chromosomal deletions. My goal here is to test if the human near haploid KBM-7 cell line can be exploited using the DELES approach to create this library. The library of KBM-7 clones will be used to delineate the molecular activities of potential anti-leukemic drugs that we have identified in the lab to inhibit cell growth in several patient-derived acute-myeloid leukemia specimens. It will also allow me to identify molecular signaling pathways that, when genetically disrupted, can confer resistance to these drugs.

Human hematopoietic stem cells (HSCs) are defined by their capacity to self-renew and to differentiate into all blood lineages during an adult lifetime. Based on these unique properties, HSCs are used in transplantation procedures to treat various hematological diseases. However, the low number of HSCs in a graft limits the use of this treatment. To overcome this restrain, different approaches were established to expand HSCs ex vivo; yet, the absence of a reliable surface maker that correlates with HSC activity in culture made the assessment labor-intensive and time-consuming. Using a library of small molecules, we were able to identify pyrimidoindole derivative named UM171 as an agonist for HSC self-renewal. UM171 promotes ex vivo expansion of hematopoietic and stem cell progenitors (HSPC) independently of AhR suppression- a pathway reported by Boitano et al. to have the greatest effect in HSC expansion. Unlike AhR suppression that targets a hematopoietic population with limited proliferative potential, UM171 targets the long-term HSCs. Transcriptome analysis showed that UM171 reduces the levels of transcripts associated with lineage differentiation and induces the expression of genes encoding for membrane proteins, one of the best differentially expressed being the endothelial protein c receptor (EPCR). Cell sorting and transplantation experiments of EPCR expressing cells showed a high correlation with HSC activity. We demonstrated EPCR as a first reliable marker to enrich for HSC in culture and that it is required for HSPC function in vivo. These findings provide a valuable tool for clinical and research applications to optimize further HSPC expansion protocols and understand the molecular machinery that governs the HSC self-renewal. / Le terme de cellules souches hématopoïétiques (CSH) désigne une population rare de cellules capables de générer l’ensemble des lignages hématopoïétiques. Cette définition implique une capacité d’auto-renouvèlement, ainsi qu'un potentiel de prolifération et de différenciation important. La greffe de cellules souches hématopoïétiques est aujourd'hui une modalité thérapeutique pour le traitement de diverses maladies hématologiques et représente pour de nombreux patients un traitement de dernier recours. Malheureusement, le nombre limité de ces cellules dans une unité de sang de cordon est à l’origine du faible taux de réussite des greffes de sang de cordon chez l'adulte. Plusieurs stratégies sont actuellement mises en place pour permettre la multiplication de ces CSH ex vivo. Cependant, Il n’y a jusqu’à ce jour aucun critère ou marqueur phénotypique fiable permettant spécifiquement d'identifier ou d'isoler ces CSH amplifiées, et leur caractérisation reste un défi majeur pour les chercheurs. Dans le laboratoire, nous avons effectué un criblage à haut débit afin de tester le potentiel d’un grand nombre de molécules chimiques à multiplier des cellules souches dérivées de sang de cordon ombilical et nous avons ainsi identifié la molécule UM171, un dérivé pyrimido-indole, qui permet de multiplier par 10 le nombre de CSH et par 100 leur descendance. Nous avons démontré qu' UM171 permet de multiplier les CSH sans affecter la voie de signalisation de la protéine AhR, récemment impliquée dans l'auto-renouvèlement des CSH. L'analyse du transcriptome des CSH exposées à la molécule UM171 a permis d'identifier le récepteur endothélial à la protéine C (EPCR), comme marqueur de surface permettant de prédire le nombre et l'activité des CSH en culture et par conséquent de les isoler et de mieux les caractériser. En combinant des techniques de cytométrie de flux et d'ARN interférents avec des expériences de transplantation à long terme dans des souris immuno-déficientes, nous avons pu démontrer qu' EPCR peut être considéré non seulement comme un premier marqueur fiable pour enrichir les CSH en culture mais aussi qu'il est nécessaire pour la fonction de ces CSH in vivo. Les résultats de ces travaux représentent une avancée majeure pour accélérer les recherches et les applications cliniques sur l'expansion des CSH ex vivo et permettra de comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent l'auto-renouvèlement des CSH.

La thérapie cellulaire régénératrice offre des perspectives d'applications dans de nombreuses pathologies entraînant une perte cellulaire. Cependant, suite à un infarctus du myocarde et donc une diminution importante du nombre de cardiomyocytes, l'injection de cellules souches n'a permis de mettre en évidence qu'une amélioration légère et transitoire de la fonction cardiaque. Ces résultats suggèrent qu'il est nécessaire d'améliorer l'efficacité des protocoles de thérapie cellulaire cardiaque. Cette amélioration passe par une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu par les cellules souches dans la régénération myocardique. Parmi les hypothèses soulevées, la fusion entre les cellules souches et les cardiomyocytes a été décrite dans plusieurs études mais le rôle physiologique de ce phénomène reste inconnu. Mon travail de thèse a consisté à étudier ce mécanisme in vitro au sein de cocultures entres des cellules souches adultes humaines (cellules hMADS pour human multipotent adipose derived stem cells) et des cardiomyocytes murins adultes. Nous avons pu mettre en évidence un processus de fusion hétérologue entre ces deux types cellulaires, aboutissant à la reprogrammation du cardiomyocyte vers un stade de progéniteur. Les cellules hybrides résultant de cette fusion ont exprimé des marqueurs cardiomyogéniques précoces et de prolifération et ont été montrées comme ayant un génotype exclusivement murin. Ces cellules hybrides ou progéniteurs cardiaques se sont formés préférentiellement par un mécanisme de fusion partielle par l'intermédiaire de structures intercellulaires appelées nanotubes composés de f-actine et de microtubules. En outre, nous avons montré que le transfert de mitochondries des cellules souches vers les cardiomyocytes était indispensable pour la reprogrammation des cardiomyocytes. En conclusion, nos résultats apportent de nouveaux éléments dans la compréhension des mécanismes de régénération médiés par les cellules souches qui est un pré-requis pour optimiser les protocoles de thérapie cellulaire cardiaque / Regenerative cell therapy offers potential applications in many diseases involving cell loss. However, following myocardial infarction and the dramatic decrease in the number of cardiomyocytes, the injection of stem cells led to a poor and transient improvement of cardiac function. Therefore stem cell-based therapy to treat myocardial infarction requires a better understanding of the mechanisms brought into play by stem cells in heart regeneration. Among the different hypothesis raised, cell fusion between stem cells and cardiomyocytes has been described in several studies. However, the respective physiological impact of cell fusion remains unknown. During my thesis, I investigated this cell fusion mechanism in vitro in a coculture model between human multipotent adipose-derived stem cells (hMADS) and murine fully differentiated cardiomyocytes. We showed intercellular exchanges of cytoplasmic and nuclear material between both cell types, followed by a heterologous cell fusion process promoting cardiomyocyte reprogramming back to a progenitor-like state. The resulting hybrid cells expressed early cardiac commitment and proliferation markers and exhibited a mouse genotype. We provided evidence that cardiac hybrid cells were preferentially generated through partial cell fusion mediated by intercellular structures composed of f-actin and microtubule filaments. Furthermore, we showed that stem cell mitochondria were transferred into cardiomyocytes and were required for somatic cell reprogramming. In conclusion, by providing new insights into previously reported cell fusion processes, our results might contribute to a better understanding of stem cell-mediated regenerative mechanisms and thus, the development of more efficient stem cell-based heart therapies

Les faibles capacités régénératives intrinsèques du système nerveux central, après la survenue de lésions traumatiques ou l'apparition de maladies neuro-dégénératives, ont orienté les recherches vers des thérapies basées sur l'utilisation de cellules souches dans le but de régénérer le tissu cérébral. Cependant, des limitations éthiques et techniques associées aux cellules souches embryonnaires, fœtales ou neurales chez l'adulte restreignent leur utilisation en clinique humaine. À la recherche d'une source alternative, nous nous sommes intéressés à des cellules souches adultes peu connues, provenant du chorion d'un tissu nerveux périphérique en perpétuel renouvellement : les cellules souches de la lamina propria olfactive, localisée dans la cavité nasale. Ces cellules multipotentes ont été décrites comme un sous-type de cellules souches mésenchymateuses, présentant de fortes capacités prolifératives et neurogéniques. En utilisant un premier modèle murin d'amnésie induit par lésion excito-toxique des hippocampes, nous avons montré que des cellules souches olfactives humaines, greffées dans les zones lésées ou dans le liquide céphalo-rachidien, i) s'installent et adoptent un phénotype neuronal, ii) rétablissent la circulation d'informations au sein des réseaux neuronaux défectueux et iii) permettent une récupération des capacités d'apprentissage et de mémorisation. Suite à ces résultats très encourageants, le premier objectif de cette thèse a été de mieux faire connaître ces cellules souches adultes auprès de la communauté scientifique. / The brain displaying poor regenerative capacities, exogenous stem cell-based therapy has been proposed as an attractive strategy to regenerate cerebral tissue after acute injuries or neurodegenerative disorders. However, ethical and technical issues, associated with embryonic, fetal or adult neural stem cells, limit their use in human medicine. In search of alternative candidates, we focused our attention on adult stem cells, located in a peripheral nervous tissue: the nasal stem cells sited in the olfactory lamina propria. These multipotent stem cells have been characterized as a member of the mesenchymal stem cell superfamily, displaying strong proliferative and neurogenic properties. Recently, using a mouse model of amnesia induced by excito-toxic lesions of hippocampal neurons, we demonstrated that olfactory stem cells, grafted in lesioned areas or into the cerebrospinal fluid, i) migrate and differentiate into neuron-like cells, ii) contribute to the restoration of local neuronal networks and iii) promote recovery of learning and memory abilities. In line with these promising results, the first aim of the current thesis was to promote the use of these adult stem cells by the scientific community. For this purpose, we published an article and a book chapter in which we demonstrated that they are suitable for autologous cell therapy in humans. Using an audiovisual document, we showed that these cells i) can be safely obtained in humans, under local anesthesia, without any loss of smell and ii) are easily and quickly amplifiable in vitro.

L'ingénierie tissulaire est une discipline récente aux enjeux ambitieux et prometteurs : la régénération de tissus ou d'organes lésés voire détruits en mettant à profit des connaissances et compétences dans différents domaines à l'interface de la chimie et de la biologie. Pour répondre à la demande d'alternatives aux techniques chirurgicales actuelles de réparation du ligament antérieur croisé, nous avons décidé d'appliquer l'ingénierie tissulaire à ce tissu en associant matrices en polymères dégradables et cellules souches mésenchymateuses (CSM). Dans un premier temps, nous avons donc travaillé à la synthèse de polymères adaptés à l'application en cherchant à mettre l'accent sur l'obtention de propriétés élastiques. De nouveaux élastomères dégradables obtenus par des approches originales de photoréticulation chimique de poly(lactide) (PLA) et de poly(ε-caprolactone) (PCL) par voie nitrène ou thiol-yne ont notamment été développés avec des résultats prometteurs. En parallèle, des copolymères thermoplastiques multiblocs à base de PLA et poloxamine ou poloxamère nous ont permis de mener une étude plus appliquée. Ces copolymères ont en effet montré, en particulier au cours d'une étude de dégradation in vitro de 7 semaines, des propriétés, notamment thermiques et mécaniques, qui en font d'eux des candidats intéressants pour le conception d'une matrice ligamentaire. C'est pourquoi ils ont été utilisés pour la conception de prototypes de matrices de régénération textiles dont les propriétés mécaniques se sont révélées être très proches de celles du ligament. Après avoir démontré l'excellente cytocompatibilité de ces matrices avec des CSM, nous avons finalement mené des expériences de différenciation in vitro de ces CSM et sommes parvenus à favoriser leur orientation vers un phénotype ligamentocytaire, notamment grâce à un procédé de stimulation mécanique cyclique des cellules ensemencées sur les matrices textiles. / Tissue engineering is a recent discipline with ambitious and promising stakes: the regeneration of wounded or destroyed tissues or organs by taking advantage of knowledge and skills in various fields at the interface of chemistry and biology. In order to meet the need for alternatives to current surgical techniques of anterior cruciate ligament repair, we decided to apply the tissue engineering approach to this tissue by associating degradable polymer scaffolds and mesenchymal stem cells (MSCs). At first we worked on the synthesis of biodegradable polymers suitable for the application and focused on getting elastic properties. New degradable elastomers obtained by chemical photocrosslinking of poly(lactide) (PLA) and poly(ε-caprolactone) (PCL) were developed by following nitrene or thiol-yne strategies and yielded promising results. In parallel, a more in depth and practical study was performed with PLA based thermoplastic multiblock copolymers embedding poloxamer or poloxamine. These copolymers exhibited properties that make them attractive candidates for the design of ligament regeneration scaffolds, and especially their thermal and mechanical properties during a 7 week in vitro degradation test. That is why they were used to design prototypes of textile scaffolds whose mechanical properties were found to be very close to the ligament's ones. After demonstrating the excellent cytocompatibility of these scaffolds with MSCs, we finally carried out in vitro differentiation experiments on these MSCs and managed to induce their orientation towards a ligamentocyte phenotype, particularly through a process of cyclic mechanical stimulation of cells seeded on the textile scaffolds.