L’objectif principal de ce projet de recherche doctorale est la mise au point d’approches méthodologiques fiables et reproductibles permettant la caractérisation génétique de cellules rares circulantes isolées par la méthode de filtration ISET® (Rarecells®, France). La première application développée consiste en la détection des mutations du gène suppresseur de tumeur VHL (Von Hippel Lindau) dans les cellules rares circulantes (CRC) uniques isolées du sang de 30 patients atteints de carcinome rénal à cellules claires (CRCC), et réalisée comparativement à l’analyse cytopathologique. L’étude génétique a également été conduite en parallèle dans les 30 tissus tumoraux correspondants. Les résultats ont mis en lumière une potentielle complémentarité de l’approche de génétique moléculaire sur cellules uniques avec l’analyse cytomorphologique de référence et suggèrent que combiner ces approches permettrait d’obtenir une plus grande sensibilité de détection des cellules cancéreuses circulantes chez les patients atteints de CRCC. Une deuxième application a consisté en le développement d’une approche innovante pour le diagnostic prénatal non-invasif des maladies génétiques récessives par analyse de cellules trophoblastiques rares collectées au niveau du col de l’utérus. Enfin, des développements supplémentaires ont permis d’optimiser les analyses de séquençage à haut débit et de les appliquer à des CRC individuelles isolées par ISET®. Cette nouvelle approche, associée à l’isolement de CRC non fixées, est en mesure de fournir des données génétiques élargies à l’exome entier pour des applications à la fois en oncologie prédictive et en diagnostic prénatal non invasif. / The aim of this doctoral research project is the development of reliable and reproducible methodological approaches enabling the genetic characterization of circulating rare cells (CRC) isolated by ISET® filtration (Rarecells®, France). The first application developed consists in detecting mutations of the VHL (Von Hippel Lindau) tumor suppressor gene in single CRC isolated from the blood of 30 patients patients with clear cell renal cell carcinoma (ccRCC), assessed according to the results obtained by cytopathological analysis. In parallel, genetic analysis of VHL mutations was conducted in the corresponding tumor tissues. Results revealed a potential complementarity of the molecular genetic approach targeted to single cells with the reference method of cytopathological analysis and suggested that combining both strategies could improve the sensitivity of circulating cancer cells’ detection in patients with ccRCC. A second application consisted in the development of an innovative approach for non-invasive prenatal diagnosis of recessive genetic diseases by analysis of rare trophoblastic cells collected from the cervix. Finally, further developments allowed to optimize high-throughput sequencing analyses and to apply them to single CRC isolated by ISET®. This approach, combined with the isolation of living CRC, enabled us to obtain broader genetic data from the whole exome and should foster innovative applications to both predictive oncology and non-invasive prenatal diagnosis.