Les cellules souches embryonnaires (ES) et induites à la pluripotence (iPS) portent de grands espoirs pour la médecine régénératrice du fait de leur capacité d’auto-renouvellement et de différenciation. Une question cruciale est de savoir comment ces cellules mettent en place et maintiennent l’épigénome pluripotent. Les cellules ES et iPS ont un cycle cellulaire particulier, avec un temps de doublement rapide, une phase G1 courte et une phase S représentant 60-70% du cycle cellulaire. Au cours de ce projet, nous avons essayé de voir si les chromosomes dans les cellules ES murines et humaines étaient répliqués de façon particulière qui aiderait à maintenir l’état pluripotent.Les chromosomes mammifères sont dupliqués grâce au recrutement de ~20000 origines de réplication qui sont organisés dans des clusters. Ces clusters forment des foyers de réplication qui sont régulés dans le temps pendant la phase S et dans l’espace nucléaire. Certains de ces domaines topologiques changent leur timing de réplication pendant la différenciation ou la reprogrammation. Néanmoins les mécanismes exacts impliqués dans ce processus et leurs conséquences sur l’expression génique ne sont pas connus.Nous avons étudié la dynamique de réplication dans des cellules pluripotentes murines et humaines à l’échelle de molécules individuelles par la technique de peignage moléculaire de l’ADN. Nous avons comparé les vitesses de fourches, les distances inter-origines et la densité de fourches dans des cellules différenciées (MEF) et pluripotentes (mES), ainsi que pendant la différenciation de ces dernières. Les vitesses de fourches de réplication sont légèrement moins élevées dans les cellules souches embryonnaires que dans les fibroblastes (1.8 vs 2.0 kb/min), et les distances inter-origines intra-cluster sont équivalentes. Par contre, la densité globale instantanée de fourches est divisée par deux dans les cellules ES (1 fourche/Mb) par rapport aux fibroblastes. Un résultat similaire est retrouvé dans les cellules souches embryonnaires humaines (H9) comparées aux fibroblastes (BJ).Afin de tester si cette densité de fourches basse est compensée par un allongement de la phase S, nous avons développé une technique basée sur deux marquages aux analogues de la thymidine. Elle permet une mesure de la durée de la phase S sur des populations asynchrones de cellules. Nous avons trouvé que la phase S a la même durée dans les cellules mES et MEF (~8.4h). Une question intéressante est donc comment les cellules ES peuvent répliquer la même quantité de l’ADN, dans la même durée mais en utilisant deux fois moins de fourches ? Nous proposons que la plus faible densité instantanée en origines serait compensée par une fréquence plus élevée de l’activation des foyers de réplication. Cette fréquence élevée pourrait participer au maintien de la structure épigénétique responsable de la pluripotence ou de l’auto-renouvellement. / Embryonic stem (ES) and induced pluripotent stem (iPS) cells have a great potential for regenerative medicine due to their capacity to self-renew indefinitely and to generate multiple cell types, but the key question of how they establish and maintain a pluripotent epigenome is not resolved. Interestingly all ES and iPS cells display a peculiar cell cycle with rapid doubling time, very short G1, and S phase representing 60-70% of the total cell cycle. In this work we tried to see whether chromosomes in mouse and human ES cells are replicated in a special way that might be used to set up the pluripotency state or to define cell identity. Mammalian genomes are duplicated by the firing of ~20,000 replication origins, organized in ~3000 small clusters forming replication foci that are spatially and temporally regulated during S phase. It has been shown that many of these topologically-associated domains change their replication time upon cell differentiation or reprogramming, but the exact mechanisms involved remain poorly understood. Here we used DNA combing to compare fork velocity (FV), local inter-origin distances (IOD) and global instant fork density (GIFD) between pluripotent mouse ES cells and fibroblasts (MEF), as well as during the differentiation of mES cells into embryoid bodies (EB) and neural precursors. We found that FV is slightly reduced (1.8 vs 2.0 kb/min) and IOD basically unchanged in mES compared to MEF. In contrast GIFD, which represents the density of forks active at any moment during S phase, shows a strong reduction from 2 forks/Mb in MEF to 1 fork/Mb in mES cells. We found a similar drop in GIFD in human ES cells (H9) compared to fibroblasts (BJ). To test whether this lower fork density is compensated by an extension of S phase, we developed a dual pulse/chase protocol to measure S-phase length in asynchronous populations by FACS. Using this assay, we found that S-phase length is identical (~8.4 hr) in both mES and MEF cells, despite the GIFD drop in the former. This raises an interesting question: how can ES cells replicate the same amount of DNA, in the same time and with similar fork velocity, but using a 2-fold lower instant fork density? We propose that the lower GIFD (amplitude) is compensated by a higher frequency of replication foci activation, which is not detected by the GIFD pulse protocol. This higher frequency of replication foci activation could play a role in the establishment and/or maintenance of a chromatin structure permissive for pluripotency or self-renewal.

Les cellules souches spermatogoniales (SSCs) constituent la population de cellules germinales initiales support de la production des spermatozoïdes tout le long de la vie d’un individu. Ces cellules caractérisées par leur capacité d’auto-renouvellement et de différenciation maintiennent ainsi une réserve et garantissent la production continue de cellules germinales différenciées. Chez les mammifères, plusieurs marqueurs permettant de reconnaitre cette population cellulaire au sein du testicule ont été identifiés. De plus, parmi ces marqueurs, certains permettent d’isoler et de purifier les SSCs. Ils ont ainsi permis d’aborder les mécanismes de régulation du devenir des SSCs par des expériences menées in vitro et in vivo. En revanche, la biologie de ces cellules est beaucoup moins connue chez les vertébrés non mammaliens, en particulier chez les poissons téléostéens. Notre modèle d’étude, la truite arc-en-ciel (Oncorynchus mykiss) est caractérisée par une spermatogenèse cyclique et fortement saisonnée. La croissance du testicule immature, la prolifération active des spermatogonies à la puberté, et la quiescence de ces dernières en fin de cycle semblent être des étapes clés de régulation du devenir des SSCs. Grâce à l’analyse des profils d’expression au cours du cycle spermatogénétique et dans des fractions de cellules testiculaires isolées, nous montrons la conservation d’expression de gènes décrit comme marqueurs de SSCs chez les mammifères (pou2, plzf, nanos2 et 3, gfra1) dans les populations de spermatogonies A indifférenciées de truite. En particulier, gfra1 et nanos2 identifient tous deux une sous-population de cellules au sein des spermatogonies. Nous proposons donc que les cellules gfra1+ et/ou nanos2+ sont des SSCs au sein du testicule de truite. Par ailleurs, nous montrons que l’orthologue truite de gdnf, ligand de gfra1 et régulateur majeur du maintien des SSCs chez la souris, est exprimé très fortement juste avant la fin de cycle spermatogénétique. Cette expression corrélée avec un pic de sécrétion plasmatique de Fsh suggérait une régulation positive de gdnf par cette hormone. Notre étude in vitro n’a pas permis d’aboutir aux mêmes conclusions, mais cette technique ne reflète pas toutes les régulations réciproques ni le rôle des autres facteurs in vivo. En conclusion, nous avons découvert des marqueurs probables de SSCs chez la truite. En particulier, gfra1 et nanos2 qui permettront une analyse plus approfondie de la biologie des SSCs chez les téléostéens. De plus, l’expression de gdnf et de son récepteur dans le testicule, régulée en fonction du stade du cycle spermatogénétique, nous permet d’envisager cette voie comme régulateur du devenir des SSCs chez la truite. / Spermatozoa production throughout life requires the presence of the initial germ cells, the spermatogonial stem cells (SSCs). Their self-renewal and their ability to differentiate assure to keep a reserve and to produce continuously differentiated germ cell. In mammals, several markers of the SSCs have been identified. Interestingly, some of them allow us to sort the SSCs population and further to analyze their fate in vitro and in vivo. By contrast, only scarce information has been obtained in non-mammalian vertebrates including the teleost fishes. Our model of study, the rainbow trout (Oncorynchus mykiss), presents a seasonal spermatogenesis. The growth of the immature testes, the active spermatogonial proliferation starting at puberty, and their quiescent state at the end of the cycle represent interesting stages to study the regulation on the SSCs fate. Using various testicular stages and purified testicular cell fractions we show that pou2, plzf, nanos2 and 3 and gfra1, all expressed by spermatogonial stem cells in mammals, are specifically expressed in the undifferentiated A spermatogonia population. In particular, gfra1 and nanos2 are expressed in a sub-population of these cells. Thus, we propose that the nanos2+ and/or gfra1+ cells are SSCs. Furthermore, in our study, gdnf, ligand of gfra1 regulating the SSCs fate in mouse, is highly expressed just before the end of the spermatogenetic cycle. Such expression correlates with Fsh peak of secretion. However a stimulation of gdnf expression by Fsh was not observed in our in vitro experiments, but this technique doesn’t represent reciprocal regulations nor the roles of all factors in vivo. To conclude, we discovered potent marker of SSCs in trout. In particular, gfra1 and nanos2 will allow us to investigate further the SSCs biology in teleosts. Moreover, gdnf and its receptor expression in the testis in a spermatogenetic-dependent way lead us to propose this pathway as a potent regulator of the SSCs fate in trout.

La perte de l’organe dentaire entraine une perte de substance de l’os alvéolaire. Les techniques mises en place pour reconstruire l’os alvéolaire préalablement à la pose d’implant utilisent des membranes (seules ou associées à une greffe osseuse), faisant d’une part office de barrière vis-à-vis des tissus mous environnants, et permettant d’autre part le maintien d’un espace nécessaire à l’ostéogénèse. Ce travail de thèse pluridisciplinaire vise à développer des matrices innovantes destinées à la régénération osseuse. Inspirés par la nature hybride du tissu osseux, des revêtements à base de phosphates de calcium et de polymères organiques (chitosane et acide hyaluronique) ont été élaborés par pulvérisation simultanée de solutions d’espèces réactives. La construction de ces revêtements a permis la précipitation d’un composé à base d’apatite carbonatée et de brushite sur des lamelles de verre (preuve de concept), tandis qu’un composé hybride complexe (brushite, phosphate octocalcique et apatite nanocristalline) a été construit sur des membranes de collagène d’origine porcine, utilisées en régénération osseuse. Sur le verre, les revêtements semblent posséder les propriétés intrinsèques (rugosité, élasticité) en faveur d’une différenciation ostéoblastique, ce qui a été confirmé par une différenciation ostéoblastique précoce des cellules souches. Sur la membrane, le revêtement n’induit pas de différenciation mais stimule les propriétés ostéo-immunomodulatrices des cellules souches, nécessaires à la régénération osseuse. De plus, le revêtement a démontré dans les deux cas une activité antibactérienne, le rendant très attractif pour des applications en régénération osseuse. Enfin, le développement d’un dispositif médical de classe II à partir de la gelée de Wharton a été envisagé. Cette source allogénique semble prometteuse en médecine régénératrice osseuse. / Bone loss following tooth extraction requires pre-implantory surgery techniques to regenerate bone. These techniques use an occlusive membrane positioned over a bone graft material or not, providing space maintenance and enabling to seclude soft tissue infiltration to promote bone regeneration. This pluridisciplinary thesis work aims at developing innovative biomaterials for bone regeneration applications. Inspired by bone hybrid composition, coatings made of calcium phosphates and organic polymers (chitosan and hyaluronic acid) were developed using simultaneous spray coating of interacting species process. Coating build-up led to precipitation of a compound made of carbonated apatite and brushite on glass coverslip (proof of concept), whereas a complex hybrid compound (brushite, octacalcium phosphate and nanocrystalline apatite) was formed on collagen membrane. Coating on glass coverslip seems to possess required properties (roughness, elasticity) for osteoblastic differentiation, which was confirmed by stem cells early osteoblast commitment. However, coating on collagen membrane did not induce osteoblastic differentiation, but stimulated stem cells osteo-immunomodulatory properties, required for bone regeneration. Interestingly, coating demonstrated in both cases antibacterial activities, which makes it very attractive for bone regeneration applications. Finally, Wharton’s jelly from umbilical cord was suggested as an innovative source for new biomaterials, to replace xenogeneic membranes.

Le gène H19 est soumis à l’empreinte génomique parentale et ne code aucune protéine. Le produit de ce gène, le long ARN non codant (lncRNA) H19, agit en tant qu’ARN et est impliqué dans le développement embryonnaire ainsi que dans la tumorigenèse. Le lncRNA H19 est le précurseur du miR-675. Mes travaux de thèse ont permis d’identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de la tumorigenèse mammaire par le gène H19. Nous avons mis en évidence que le lncRNA H19 régule négativement la protéine p53 dans les cellules cancéreuses mammaires. Mes travaux ont démontré que le lncRNA H19 interagit physiquement avec la protéine p53 et MDM2 afin d’induire sa dégradation et empêcher sa translocation dans le noyau. Ce nouveau mode d’action d’H19 dans les cancers du sein pourrait expliquer le manque de pertinence clinique de l’étude du statut mutationnel de p53 par immunohistochimie dans ce cancer. J’ai également mis en évidence que non seulement le lncRNA H19 est impliqué dans la régulation des cellules souches cancéreuses, mais également le miR-675-5p. En effet, les tumeurs exprimant des signatures géniques associées aux marqueurs de cellules souches cancéreuses sont des tumeurs qui surexpriment le gène H19. De plus, la modulation de l’expression du lncRNA H19 et de son microARN régule les capacités fonctionnelles associées aux cellules souches cancéreuses mammaires. Pour finir, j’ai initié un projet permettant l’identification, sans a priori, des gènes cibles du lncRNA H19 et de son microARN dans les cellules cancéreuses mammaires. Pour conclure, j’ai mis en évidence l’implication du lncRNA H19 et du miR-675-5p dans différents processus impliqués dans la tumorigenèse mammaire. / The H19 gene is subject to genomic imprinting and does not encode protein. The product of this gene, the long non coding RNA (lncRNA) H19, act as an RNA and is involved in development and the tumorigenesis. The H19 RNA is the precursor of miR-675. My thesis work identified new mechanism involved in the regulation of breast tumorigenesis by H19. We have demonstrated that the lncRNA H19 negatively regulates the p53 protein in breast cancer cell lines. My work revealed that H19 interacts with p53 and MDM2 to induce the degradation of p53 and impedes its nuclear localization. This new mechanism of H19 in breast cancer could explain the lack of clinical relevance of the p53 mutational state measured by immunohistochemistry in breast cancer. My work also revealed that not only the lncRNA H19 is involved in the regulation of breast cancer stem cells but also the miR-675-5p. Indeed, we have shown a correlation between overexpression of H19 and expression of a cancer stem cell phenotype in patient tumors. Furthermore, the modulation of H19 or miR-675 expression regulates the functional capacities associated with breast cancer stem cells. I also initiated a project that will allow the identification of H19 and miR-675 target genes in breast cancer cell lines. To conclude, I highlighted the implication of the lncRNA H19 and miR-675 in different process involved in breast cancer tumorigenesis.

Toutes les cellules de l’organisme relarguent de façon constitutive des nucléotides dans l’espace extracellulaire. Ces nucléotides extracellulaires agissent comme des molécules de signalisation, entre autres, via les récepteurs P2Y (P2YRs) qui sont des récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs). Les P2YRs sont exprimés, pour la majorité, de façon ubiquitaire dans l’organisme. L’analyse phénotypique des lignées de souris knockout pour les P2YRs (P2YR-/-) a permis de confirmer l’importance de cette voie de communication dans différents processus physio/pathologiques. Au sein de notre laboratoire, grâce à l’utilisation de souris P2YR-/-, nous étudions depuis quelques années le rôle de ces récepteurs dans la biologie des cellules stromales mésenchymateuses multipotentes (MSCs). Ces cellules se caractérisent par une faible immunogénicité et surtout par la propriété de multipotence, i.e. capacité de se différencier en plusieurs types cellulaires (adipocytes, chondroblastes, ostéoblastes). Cette dernière propriété suscite l’intérêt de la médecine régénérative qui vise à exploiter la multipotence de ces cellules en thérapie cellulaire. Toutefois, leur utilisation à des fins thérapeutiques est encore limitée, notamment parce que les mécanismes régulateurs de ces processus de différenciation sont encore mal compris. Il est donc fondamental de continuer à étudier les voies de signalisation régulant les processus de différenciation de ces cellules pour leurs applications cliniques.Dans ce travail de recherche, nous avons investigué l’implication de la signalisation dépendant des P2YR dans le modèle expérimental des MSCs dérivées du tissu adipeux sous-cutané inguinal (ATMSCs) murin. D’abord, nous avons montré que parmi les 7 sous-types connus de récepteur P2Ys, les ATMSCs expriment le P2Y2R (récepteur à l’ATP et l’UTP) et le P2Y6R (récepteur à l’UDP) et que ces récepteurs sont fonctionnels. Par une approche combinant l’analyse quantitative de leur expression, l’effet de leur activation pharmacologique et enfin l’effet de l’invalidation de leur gène (P2ry2 ou P2ry6), nous avons montré que ces deux récepteurs influencent à des degrés divers le processus de différenciation adipogénique et ostéoblastogénique des ATMSCs in vitro.Concernant le P2Y2R, nos données montrent que l’expression de son messager diminue dans les ATMSCs différenciées en adipocytes tandis que son activation et que l’invalidation de son gène sont sans effet sur l’intensité de différenciation adipogénique. Par ailleurs, après une différenciation ostéoblastogénique, le niveau d’expression du messager codant P2Y2R n’est pas modifié. Par contre, les ATMSCs P2Y2R-/- ont un potentiel de différenciation ostéoblastogénique diminué par rapport aux WT. Cet effet pourrait être lié à une diminution de l’expression de gènes codant des facteurs de signalisation des voies Wnt et/ou BMP, connues pour contrôler la production d’ostéoblastes à partir des MSCs.Le récepteur P2Y6R semble intervenir à la fois dans l’adipogénèse et l’ostéoblastogénèse des ATMSCs. En effet, l’expression du messager codant P2Y6R n’est pas modulée dans les adipocytes matures et l’activation du récepteur n’a pas d’effet sur le processus de différenciation adipogénique. Par contre, les ATMSCs P2Y6R-/- ont un potentiel de différenciation adipogénique réduit ce qui est corrélé à une diminution de l’expression du messager codant PPARγ2. D’autre part, nous avons constaté que l’augmentation de tissu adipeux est moindre chez les souris P2Y6R-/- âgées sous régime normal ou riche en graisse. Par ailleurs, l’expression du messager codant P2Y6R est diminuée après différenciation ostéoblastogénique. L’activation de P2Y6R par l’UDP altère la maturation complète des ATMSCs en ostéoblastes et l’invalidation du gène P2ry6 augmente l’activité principale de cette phase tardive, c’est-à-dire la production de minéralisation. Ces données suggèrent que la voie UDP-P2Y6R régule négativement le processus de différenciation ostéoblastogénique dans le modèle cellulaire étudié dans ce travail.Avec le modèle pathologique des cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs), modélisant une différenciation ectopique, nous avons montré que l’invalidation des gènes P2ry2 et P2ry6 affecte la transdifférenciation de ces cellules en cellules minéralisantes.En résumé, notre travail a permis de définir les rôles des P2Y2R et P2Y6R dans les processus de différenciation adipogénique et ostéoblastogénique des ATMSCs et de transdifférenciation des VSMCs en cellules calcifiantes. Des études complémentaires devront être réalisées pour établir la signification physio/pathologique de ces données expérimentales. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les mutations affectant la fonction d'enzymes impliquées dans le cycle des purines sont responsables d'une multitude de syndromes pédiatriques, caractérisés par des atteintes neurologiques et comportementales. A ce jour, aucune stratégie thérapeutique n'a été réellement efficace pour contrôler ces symptômes. La maladie de Lesch-Nyhan (MLN), associée à la perte de fonction de l'enzyme de recyclage HGPRT, constitue un bon modèle d'étude. Mon travail a consisté à utiliser la technologie des cellules souches induites à la pluripotence, reprogrammées à partir de fibroblastes de patients atteints des formes sévères de la MLN, pour identifier des phénotypes neuronaux associés à la perte de fonction de l'HGPRT. Ces marqueurs phénotypiques ont ensuite été utilisés pour identifier, par une approche de criblage à haut débit, de nouvelles molécules chimiques capables de corriger ces défauts. Plus de 3000 molécules ont été testées et 6 composés, tous dérivés de l'adénosine, ont pu être identifiés comme compensant le métabolisme par un mécanisme d'action indépendant de l'HGPRT. De manière intéressante, un des composés, la S-adenosylmethionine (SAM) a par le passé déjà démontré des effets bénéfiques sur les symptômes comportementaux typiques de la MLN dans plusieurs études de cas. Cela démontre que la stratégie abordée ici a permis l'identification de cibles thérapeutiques permettant d'améliorer les symptômes neurospychiatriques de cette pathologie et constitue un modèle réplicable pour différentes pathologies touchant le métabolisme cérébral. / Mutations in genes coding for enzymes involved in purine synthesis or recycling lead to dramatic neurological conditions with poor pharmacological options. Lesch–Nyhan disease (LND) is caused by deficiency of the salvage pathway enzyme HGPRT that compromises recycling of guanine and hypoxanthine into GMP and IMP. LND is characterized by severe neuropsychiatric symptoms that are out of reach of pharmacological treatments. Here we use human cortical neural stem cells and neurons derived from iPSC of children affected by severe forms of LND to identify neural phenotypes associated with HGPRT-deficiency and of interest to develop a target-agnostic based drug screening system. We screened more than 3000 molecules and identified 6 compounds, all possessing an adenosine moiety, that corrected LND related neuronal phenotypes by promoting metabolism compensations in a HGPRT-independent manner. One of these compound, S-adenosylmethionine (SAM), has already been reported as providing amelioration of behavioral symptoms in some LND cases, demonstrating that our screening allowed the identification of pathways that can be relevant therapeutic targets to ease the devastating neuropsychiatric symptoms associated with this pathology. Interestingly, these pathways can be activated in LND patients via simple food supplementation. This experimental paradigm can also be easily adapted to other purine associated neurological disorders affecting normal brain development.

Le mélanome est un cancer de la peau dont l’incidence est en continuelle augmentation dans le monde entier. Des progrès récents dans la compréhension des mécanismes cellulaires complexes régulant l’immunité du cancer ont conduit à l’élaboration de nouvelles stratégies visant des checkpoints spécifiques de la régulation des réponses immunes. Ipilimumab est un anticorps thérapeutique dirigé contre la molécule CTLA-4. Il a permis, chez les patients atteints de mélanome métastatique, d’augmenter la survie globale et a fait l’objet d’une approbation de la FDA en 2011. Cependant cette thérapie ne semble bénéficier qu’à un nombre restreint de patients et souvent de manière retardée. L’identification de marqueurs immunologiques précoces associés à la réponse clinique et à la survie s’avère donc être nécessaire afin d’apporter des éléments d’orientation. Dans ce contexte, nous avons suivi de manière longitudinale, prospective et retrospective une cohorte de 77 patients atteints de mélanome métastatique. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux molécules sériques reflétant soit l’importance de l’envahissement tumoral (LDH, S100B et MIA) soit l’implication de mécanismes d’échappement immunitaire (MICA soluble et anticorps anti-MICA). Nous montrons une association entre des faibles concentrations sériques de LDH et S100B, soutenues après première et deuxième dose d’ipilimumab, et la réponse au traitement et la survie. De plus, des niveaux élevés de MICA solubles avant le traitement sont associés à une fréquence plus faible de complications à type d’auto-immunité. Nous avons de plus suivi les populations lymphocytaires avec une attention particulière portée sur les compartiments naïf et mémoires T, les facteurs de transcription impliqués dans la différentiation des lymphocytes T mémoires, les cytokines produites et les récepteurs de chimiokines de lymphocytes T. Nos résultats montrent que le taux de lymphocytes avant l’introduction du traitement est un facteur prédictif de meilleure survie et de réponse positive à la semaine 16, indépendamment du taux de LDH et de la corticothérapie. De plus, un effet global de l'ipilimumab sur l'expansion des cellules T mémoires classiques a été observé, associé à la réponse au traitement. En revanche, les fréquences des cellules souches T mémoires (TSCM) récemment décrites diminuent malgré une augmentation de la prolifération, suggérant un processus de différenciation. L'ipilimumab induit aussi l'expansion de lymphocytes T exprimant CXCR3, CCR4 et CCR6, permettant une migration vers la peau et les tissus inflammés, avec augmentation de leur capacité à produire des cytokines effectrices. Une augmentation précoce des cellules T CD8+ exprimant le facteur de transcription Eomes s’est révélée être associée à un contrôle de la maladie. Enfin, et sur la base des résultats précédents, nous avons étudié la capacité des lymphocytes T mémoires de patients à proliférer après stimulation in vitro. Contrairement aux sujets sains, les patients présentent un défaut dans la capacité de prolifération des TSCM qui pourrait être liée à un défaut dans la régulation d’Eomes et Ki-67. Nous proposons ainsi un modèle permettant de suivre de manière précoce les étapes conduisant à la différentiation des TSCM en sous populations mémoires, associées à une réponse clinique sous ipilimumab, et impliquant le facteur de transcription Eomes. / Melanoma is a skin cancer with incidence increasing at dramatic rates worldwide. Ipilimumab, an anti-CTLA-4 therapy developed in the view of counter-balancing the inhibitory role of CTLA-4 in T lymphocytes, was the first immune checkpoint inhibitor demonstrating to extend overall survival in patients with metastatic melanoma, with FDA approval in 2011. However, biomarkers allowing the identification of the subset of patients that will more likely benefit from this immunotherapy or that may allow a good monitoring of patient clinical management during treatment are lacking. The principal objective of this work was to identify potential and early predictive biomarkers of ipilimumab response and/or survival in a cohort of 77 metastatic melanoma patients. Firstly, serum levels of melanoma markers such as LDH, S100B and soluble MICA (and its counter-part anti-MICA antibody), tumour markers associated with tumour development and/or immune escape, were assessed. A correlation between lower baseline levels of LDH and S100B, sustained after the first and second doses of ipilimumab, and treatment response and survival was observed, suggesting their potential utility in treatment monitoring. In addition, higher baseline levels of soluble MICA were found to be associated with a less frequency of immune-related adverse events, which might provide important information for the management of frequent ipilimumab-related adverse events. Secondly, immune markers with a special focus on transcription factors, cytokine secretion and chemokine receptors of T lymphocytes and memory T subsets were assessed. An association between baseline absolute lymphocyte counts and extended overall survival as well as better treatment response was found. In addition, a global effect of ipilimumab on the expansion of conventional memory T cells was observed, which was associated with treatment response. By contrast, frequencies of the recently described stem-cell memory T cells were shown to decrease despite increased proliferation, suggesting a process of differentiation. Additionally, ipilimumab induced the expansion of CXCR3, CCR4 and CCR6-expressing T lymphocytes and effector cytokines secretion capacity. Early increased levels of Eomes-expressing CD8+ T cells were found to be associated with disease control. Lastly, and based on the previous results, we investigated the ability of patients’ memory T cells to proliferate under in vitro stimulation. We found that, in contrast to healthy subjects, patients possess a defect in the ability of stem-cell memory T cells expansion in vitro, that might be related to a defect in Eomes and Ki-67 regulation.

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La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) constitue une avenue thérapeutique potentiellement curative pour plusieurs cancers hématologiques comme la leucémie. L’utilisation d’une thérapie immunosuppressive pour prévenir la maladie du greffon contre l’hôte (GvHD) est un déterminant majeur du succès de la greffe. Malgré tout, cette complication survient chez 25 à 50% des transplantés et est une cause majeure de mortalité. L’optimisation du régime d'immunosuppression est un facteur facilement modifiable qui pourrait améliorer le pronostic des patients. Particulièrement, les polymorphismes du génome du donneur ou du receveur dans les voies pharmacogénomiques des immunosuppresseurs pourraient influencer l’exposition et l’action de ces médicaments, de même que le pronostic du patient. Le profilage de 20 pharmacogènes prioritaires chez des paires de donneurs-receveurs en greffe de CSH a permis d’identifier des variations génétiques liées au risque de la GvHD aiguë. Principalement, le statut génétique du receveur pour les protéines ABCC1 et ABCC2, impliquées dans le transport du méthotrexate (MTX), ainsi que des cibles moléculaires de ce médicament (ATIC et MTHFR) ont été associées au risque de GvHD aiguë. Similairement, le NFATc1, codant pour une cible moléculaire de la cyclosporine, augmentait lui aussi le risque de la maladie. Les porteurs de deux génotypes à risque et plus étaient particulièrement prédisposés à développer cette complication. Par surcroît, le statut génétique du donneur influençait également le pronostic du receveur après la greffe. Entre autres, des allèles protecteurs ont été identifiés dans les voies liées au transport (SLC19A1) et à l’action du MTX (DHFR). Inversement, NFATc2 a été associé à une augmentation du risque de GvHD aiguë. Afin de mieux comprendre les associations observées entre ces marqueurs génétiques et le risque de GvHD aiguë, une étude prospective innovante est en cours chez des greffés de CSH. Cette étude permettra d’étudier comment la génétique du patient ou du donneur peut influencer la pharmacocinétique et la pharmacodynamie des immunosuppresseurs, de même que leurs liens avec la GvHD aiguë. Ces paramètres sont quantifiés grâce à des approches analytiques que nous avons mises au point afin de répondre aux besoins spécifiques et uniques de cette étude. Les approches proposées dans cette thèse sont complémentaires aux méthodes classiques de suivi des immunosuppresseurs et pourraient aider à optimiser la pharmacothérapie du patient. Une meilleure identification des patients à haut risque de GvHD aiguë avant la greffe, basée sur des marqueurs pharmacogénomiques identitaires, pourrait guider le choix de la prophylaxie immunosuppressive, et ainsi améliorer l’issue clinique de la greffe. / Hematopoietic stem cells transplantation (HSCT) is a potentially curative therapy for several hematological cancers such as leukemia. Following transplantation, effective immunosuppression prophylaxis is mandatory to prevent the graft-versus-host disease (GvHD) and improved the clinical outcome. However, GvHD still occurs in 25-50% of transplanted patient and is associated with high mortality rate. Optimization of immunosuppressive therapy is an easily modifiable factor that can improve the prognosis of patient after HSCT. In particular, polymorphisms of recipient and donor in genes with functions related to drugs transport, metabolism and action might influence the exposure and the efficacy of immunosuppressive therapy, and thus the clinical outcome. The evaluation of 20 candidate pharmacogenes in donor-recipient pairs of HSCT identified genetic polymorphisms associated with the risk of GvHD. Recipient genetic status for ABCC1 and ABCC2, related to methotrexate (MTX) transport, as well as polymorphisms in genes encoding molecular targets (ATIC and MTHFR) of this drug, exhibit a remarkable influence on acute GvHD prevalence. Similarly, the cyclosporin molecular target NFATc1 also increases the risk of GvHD. Importantly, the presence of ≥2 of these SNPs was found to be associated with high risk of developing severe grade of acute GvHD. In donor, we identified protective alleles in pathways related to transport (SLC19A1) and action (DHFR) of MTX. Conversely, NFATc2 enhances the risk of acute GvHD. To improve our understanding of the process behind these associations, we have an ongoing prospective study in HSCT. This innovative study will provide the opportunity to evaluate the influence of such genetic markers on the pharmacokinetic and pharmacodynamic of immunosuppressive drugs, as well as their relation with the risk of GvHD. For the specific needs of our study, we have developed two analytical methods based on mass spectrometry. The approaches we proposed in this thesis are complementary to conventional monitoring method and are promising tools to optimize drug therapy in HSCT. Identification of such biomarkers assessed before transplantation can help personalized patient care in order to prevent GvHD and improve survival.

Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont greffées à des patients dont le système immunitaire est affaibli ou déficient, afin de reconstituer leur système hématopoïétique. En raison de leurs nombreux avantages, les CSH provenant du sang de cordon ombilical sont de plus en plus utilisées. Cette hausse de la demande a mené à l’implantation de plusieurs banques publiques, dont celle d’Héma-Québec, opérant selon les lignes directrices d’organismes réglementaires. Malgré la standardisation des protocoles de mise en banque, certains paramètres ne sont pas règlementés, telle la température d’entreposage des sangs de cordon avant leur cryopréservation. À Héma-Québec, le transport et la conservation des prélèvements avant la mise en banque sont faits à température pièce (TP) en respectant un délai maximal de 48 heures entre le moment du prélèvement et celui de la mise en banque. De récents travaux rapportés dans la littérature ont montré que les CSH provenant de sang de cordon conservé à TP pendant une période de 72 heures avant la mise en banque perdaient complètement leur capacité de reconstitution hématopoïétique alors que celle-ci était préservée si la conservation était faite à 4°C. Nous avons donc entrepris la présente étude afin de déterminer l’impact de l’entreposage à 4oC ou TP allant jusqu’à 48 heures sur plusieurs paramètres fonctionnels des CSH de sang de cordon ombilical, soit la viabilité, la capacité à se différencier et le potentiel de reconstitution hématopoïétique à l’aide d’un modèle animal de greffe. Les essais de différenciation ont permis de prédire les résultats des greffes, et ces derniers ont mis en évidence une grande variabilité entre les différents sangs de cordon. À ce stade, l’impact de la température d’entreposage avant la mise en banque sur le potentiel de reconstitution hématopoïétique des CSH n’est pas encore déterminé et des travaux supplémentaires devront être effectués. / Umbilical cord blood (UCB) has been proven to be an important alternative source of hematopoietic stem cells (HSCs) mostly for pediatric patients suffering from hematologic disorders. Because of its many advantages over other sources of HSCs, such as ease of collection, less stringent HLA restrictions and lower risks of developing GVHD, the use of UCB has expanded in recent years and led to a growing number of public cord blood banks (CBB) that operate under guidelines established by the regulatory organisms such as Netcord FACT, AABB or FDA. Despite the standardization of CBB procedures, some parameters remain unregulated, such as the pre-processing storage temperature. At Héma-Québec Public CBB, the units are kept at room temperature (RT) before being processed and cryopreserved within 48 hours after collection. Recently, a study using a mouse model of engraftment revealed that a pre-processing storage of 72 hours at room temperature might have deleterious effects on the HSC reconstitution capacity. The aim of our study was to evaluate the impact of pre-processing storage temperature on HSCs, by evaluating their viability, differentiation capacity and in vivo hematopoietic reconstitution in a mouse engraftment model. Results show that hematopoietic reconstitution potential measured in NSG mice differed for each of CBUs tested and that, in contrast to the previously published study, the in vivo reconstitution could be predicted by CFU assays. At this stage, the impact of preprocessing temperature on HSCs has not been confirmed, and to do so will require additional experiments.