La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie génétique qui touche environ 1 garçon sur 3500. Cette pathologie liée au chromosome X est caractérisée par l’absence de dystrophine au niveau des muscles. Ce manque de dystrophine fragilise le sarcolemme des fibres musculaires menant à une faiblesse progressive du muscle. Les patients décèdent généralement dans la vingtaine et il n’y a pas à l’heure actuelle de traitement curatif pour cette maladie. Une approche pour restaurer la dystrophine chez le patient DMD est d’introduire un transgène codant pour cette protéine dans ses muscles. Cela peut être fait par thérapie génique et particulièrement par la thérapie génique ex vivo et l’électroporation. Bien que ces deux techniques aient fait leurs preuves dans différents modèles animaux, elles n’ont jamais été utilisées chez le chien dystrophique alors que c’est le modèle le plus proche de la DMD en termes de phénotype. Deux versions de la dystrophine de chien ont été utilisées dans nos expériences : une version pleine longueur et une autre plus petite afin qu’elle puisse être incluse dans un lentivirus. La transplantation de myoblastes génétiquement modifiés par ce lentivirus (thérapie génique ex vivo) nous a permis d’obtenir l’expression de micro-dystrophine dans les muscles des souris immunodéficientes greffés. Néanmoins, l’autotransplantation de myoblastes de chien génétiquement modifiés a mené à un rejet spécifique des cellules greffées. L’électroporation, c.-à-d. l’injection de plasmide suivie d’un choc électrique, a également été utilisée pour introduire ce transgène ainsi que celui de la dystrophine pleine longueur dans des muscles de souris et de chien. Ces deux transgènes furent retrouvés avec succès chez la souris et le chien. Cependant, des infiltrations de cellules de l’immunité spécifique furent retrouvées au niveau des fibres exprimant le transgène chez le chien (pour l’utilisation de micro-dystrophine) et chez le chien dystrophique (pour la dystrophine pleine longueur). Bien que les résultats obtenus avec la thérapie génique ex vivo et l’électroporation soient très bons chez la souris, ceux obtenus chez le chien sont plus modérés. Il reste donc encore beaucoup d’améliorations à apporter à ces deux méthodes avant qu’elles puissent être utilisées comme approche thérapeutique dans le cadre de la DMD. / Duchenne muscular dystrophy is a genetic disease affecting 1 out of every 3500 boys. This X-linked pathology is characterised by the absence of dystrophin in myofibers. This lack of dystrophin leads to a progressive muscular degeneration. DMD patients die between 17 and 30 years of age. There are currently no curative treatments for this disease. An approach to restore dystrophin in DMD patients is to introduce a transgene coding for this protein into their muscles. This can be done by gene therapy, particularly by ex vivo gene therapy or by electroporation. Even if these 2 techniques have shown good results in mouse models, they have not been used in the dystrophic dog. Two different isoforms of the dystrophin were used in our experiments: the full length dog dystrophin and a shorter version, the dog micro-dystrophin, introduced in a lentivirus backbone. Myoblasts were transduced with this lentivirus and transplanted successfully in immunodeficient mouse. However, the autotransplantation of genetically modified dog myoblasts led to a specific rejection of the grafted cells. A non viral gene therapy (electroporation, i.e., injection of a plasmid followed by a sequence of electric pulses) was used to introduce these two different isoforms of dystrophin in mouse and (normal and dystrophic) dog muscles. The two transgenes were electroporated with success in these muscles. However, a specific immune response was found in some myofibers expressing the transgene in the normal dog (using micro-dystrophin) and in the dystrophic dog (using full length dystrophin). Although the results obtained with the ex vivo gene therapy and with the electroporation were relatively effective in the mouse model, those obtained with the dog model were much lower. Thus, lots of improvements remain to be made in order to consider these two techniques as potential approaches to restore dystrophin in a large animal model and eventually in DMD patients.

L’immunité végétale est garantie par plusieurs niveaux d’action dont l’interconnexion et les voies signalétiques sont peu élucidées. Deux des trois couches de défenses immunitaires sont constituées par les protéines NB-LRR (Nucleotide-Binding Leucine-Rich Repeat), encodées par les gènes de Résistance (gènes R), et l’interférence à ARN (iARN). L’étude de la voie de signalisation induite par l’activation des NB-LRR en réponse à la reconnaissance (directe ou indirecte) de protéines pathogéniques est très compliquée, car cette réponse culmine, dans la majeure partie des cas, en un phénotype macroscopique de mort cellulaire dénommée Réponse hypersensible (HR), empêchant toute analyse biochimique. Récemment, il a été montré chez Nicotiana benthamiana que la réponse antivirale déclenchée par la protéine NB-LRR N, qui n’induit pas de HR lorsqu’activée, implique la répression de la traduction de l’ARN viral. Dans ce système, la résistance conférée par N est dépendante de la protéine AGO4 dont le rôle dans l’iARN est assez bien défini. En effet, bien que l’ARN viral se multiplie à l’intérieur de la cellule hôte, il n’est pas associé à la machinerie de traduction et ne produit donc plus de virions. Cependant, nous ne connaissons pas à ce jour les évènements de régulation de l’expression génique responsables de ce mécanisme de défense. Les études du transcriptome immunitaire chez Arabidopsis thaliana n’ont révélé que peu de candidats majeurs impliqués dans la réponse NB-LRR, alors que certaines études mettent en lumière l’implication de la régulation de l’expression génique, au niveau traductionnel, dans la réponse immunitaire. En s’appuyant sur les travaux de Bhattacharjee et al. (2009), nous avons entrepris de caractériser, au niveau cellulaire, la répression de la traduction de l’ARN viral pendant la réponse induite par N. Nous observons, dans un système inductible permettant de déclencher la réponse immunitaire après l’établissement de l’infection virale, une large formation de granules à ARN appelés PBs (Processing Bodies), en conséquence de l’inhibition spécifique de la traduction de l’ARN viral. Le mécanisme effecteur de cette répression est différent des mécanismes de répression traductionnelle mis en place en réponse à la perception de stress tel que les UVs, ou de l’induction des mécanismes de répression traductionnelle par l’iARN. De plus, des plantes d’Arabidopsis mutantes pour une protéine fonctionnant dans les PBs sont plus résistantes à des bactéries phytopathogènes. D’une façon intéressante, on détecte un niveau d’expression augmenté de certains gènes de défense dans ce mutant, de manière similaire à des mutants d’Arabidopsis compromis dans l’une des voies de dégradation des ARNm. En parallèle, nous avons développé des outils transgéniques pour déterminer si la régulation de la traduction des ARNm de l’hôte, à l’échelle génomique, joue un rôle dans l’établissement de l’immunité. Nous avons généré une lignée d’Arabidsopsis exprimant sous le contrôle d’un promoteur inductible le facteur d’Avirulence (Avr) AvrRpm1, dont la présence est reconnue par la protéine NB-LRR RPM1; en combinaison avec une protéine ribosomale étiquetée nous permettant d’immunopurifier les ribosomes avec les ARNm en cours de traduction. Le séquençage à haut-débit des ARN totaux et des ARNm engagés dans la traduction a révélé que cinq fois plus de gènes sont régulés au niveau traductionnel par rapport au niveau transcriptionnel, après l’induction de la réponse NB-LRR. Une analyse comparée avec les connaissances précédentes a révélé que la réponse NB-LRR induit l’expression de 20% des gènes NB-LRR totaux, qui sont aussi constitutivement exprimés dans des mutants compromis dans certains processus de dégradations des ARNm. Cependant, la réponse NB-LRR induit l’expression de centaines de gènes précédemment impliqués dans les défenses, ce qui n’est pas le cas dans les mutants de dégradation d’ARNm, soulignant ainsi la spécificité de la réponse NB-LRR. Une analyse bio-informatique a déterminé qu’environ cinq cent gènes sont régulés au niveau traductionnel de manière indépendante de leur abondance totale, fournissant une liste de nouveaux candidats potentiellement impliqués dans l’immunité NB-LRR et spécifiquement régulés au niveau traductionnel. Une analyse génétique de certains mutants de ces gènes candidats dans les défenses a été entreprise, et a révélé que des plantes d’Arabidopsis TOR-déficientes ou mutantes pour les gènes CIPK5, CCT2 et BIG possèdent une résistance altérée positivement pour les TOR-déficientes ou négativement pour les autres, par rapport à une plante sauvage. Dans leur ensemble, ces résultats prouvent une grande implication de la régulation de la traduction dans la mise en place de l’immunité végétale.

La technologie des microarrays est une technique d’analyse d’expression génique à grande échelle qui permet d’analyser simultanément l’expression de milliers de gènes dans différentes cellules et différentes conditions physiologiques, pathologiques ou toxicologiques (Shena et al, 2000). Dans notre étude nous avons employé cette technique pour mieux comprendre deux pathologies thyroïdiennes: les carcinomes papillaires (PTC) et les adénomes autonomes hyperfonctionnels. L’étude des profils d’expression génique de 9 carcinomes papillaires thyroïdiens sporadiques et de 13 carcinomes papillaires post-Chernobyl a été effectuée en utilisant les lames commerciales de Perkin-Elmer (comportant 2400 cDNA) et en les comparant à leurs tissus normaux adjacents. Les PTC post-Tchernobyl constituent une population de cancers à cause bien définie puisqu’ils sont directement reliés à l’exposition du même agent mutagène, pendant une même période. L’étude des profils d’expression indique qu’il n’y a pas de signature génique spécifique permettant de distinguer les carcinomes papillaires sporadiques des post-Tchernobyl. La comparaison de ces profils d’expression à celui obtenu avec 13 adénomes autonomes a permis de mettre en évidence une signature de 6 gènes (créatine kinase B, annexine A1, clusterine, métallothionéine 1x, Fc fragment of IgG binding protein et tissue inhibitor of metalloproteinase 1) séparant les carcinomes papillaires malins des adénomes autonomes bénins. Nous avons également analysé l’expression génique sur des mélanges de tumeurs et de leurs contrôles respectifs sur des lames à 17000 cDNA fabriquées au MAF (VIB Microarray Facility, Leuven). Un mélange de 14 cancers papillaires sporadiques, un mélange de 20 cancers papillaires provenant de la région de Tchernobyl et un mélange de 5 adénomes autonomes ont été analysés par microarray et comparés aux études existantes comme celles effectuées sur les lames Perkin-Elmer ou par d’autres groupes (Huang et al, 2001 ; Wasenius et al, 2003 ; Jarzab et al, 2005 ; Eszlinger et al, 2004). De ces données microarray ont résulté des listes de gènes sur- et sous-exprimés dans les tumeurs comparées à leurs tissus normaux adjacents. Plusieurs gènes différentiellement exprimés ont déjà été confirmés dans différentes études réalisées aussi bien dans notre laboratoire que dans d’autres. Nous avons confirmé la modulation de plusieurs gènes intéressants par RT-PCR en temps réel (Taqman) ainsi que certaines modulations au niveau protéique (par Western Blot ou immunohistochimie). L’étude immunohistochimique nous a donné également des informations sur la distribution cellulaire et tissulaire de ces protéines. La modulation d’expression génique dans ces tumeurs reflète des caractéristiques physiopathologiques connues (comme l’hyperactivité fonctionnelle, la faible augmentation de l’AMPc ou encore la diminution de l’apoptose dans les adénomes autonomes et la dédifférenciation ou l’invasivité dans les carcinomes papillaires), mais elle nous a également permis d’identifier des caractéristiques physiopathologiques jusqu’ici encore inconnues de ces tumeurs (comme la surexpression de la N-cadhérine et la diminution de la cavéoline1, deux marqueurs présumés de malignité, dans les tumeurs bénignes et un changement de population cellulaire aussi bien dans les adénomes autonomes que dans les carcinomes papillaires). Ces études nous ont donc permis de définir des gènes potentiellement importants dans la pathologie des différentes tumeurs étudiées, mais également des nouveaux marqueurs diagnostiques potentiels. Ainsi, l’étude immunohistochimique sur des tissu-arrays nous a permis de confirmer la surexpression de l’annexine A1 dans les carcinomes papillaires et de la créatine kinase B dans les adénomes autonomes et pas dans les autres tumeurs thyroïdiennes étudiées. L’immunomarquage de ces protéines nous a également aidé à définir la malignité d’une série d’adénomes atypiques. L’annexine A1 est un marqueur potentiel particulièrement intéressant car cette protéine n’est fortement exprimée que dans les carcinomes papillaires. Une hypothèse, encore à confirmer, sur sa fonction dans cette pathologie est décrite dans ce travail. Finalement, nous avons émis une hypothèse expliquant la raison pour laquelle les réarrangements Ret/PTC mènent à la formation de carcinomes papillaires, tandis qu’une mutation activatrice de Ras, l’effecteur directe du récepteur à activité tyrosine kinase Ret, mène à la formation de tumeurs folliculaires.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le cancer de la prostate (CaP) est le cancer dont l’incidence augmente le plus vite parmi les hommes. Selon la Société Canadienne du Cancer, en 2015, 24 000 nouveaux cas de cancer de la prostate seront diagnostiqués et 4 100 patients en décèderont. Bien que des techniques cliniques pour la détection, le diagnostique et le traitement du CaP soient disponibles et importantes dans le traitement actuel de la maladie, elles sont cependant limitées. L’exploitation de plusieurs promoteurs dont l’activité est altérée au cours du développement du cancer est un moyen pour surmonter ces limitations. L’ARN non codant PCA3 est un biomarqueur unique du CaP qui a été largement étudié et dont l’expression est 60 fois plus forte dans les cellules de CaP que dans les cellules bégnines de prostate. Le gène de l’APS (PSEBC) est un marqueur important en clinique, il reflète la réponse au traitement par privation androgénique. Ces études ont pour objectif de développer des systèmes d’amplification transcriptionnel avec les promoteurs PCA3 et PSEBC pour non seulement cibler mais aussi caractériser les cellules cancéreuses de prostate lors de la progression de la maladie. Nous avons générés plusieurs systèmes dans des adénovirus contenant différentes constructions avec le promoteur proximal PCA3 de 152 pb, le système d’amplification TSTA et le gène rapporteur de la luciférase. Nous avons testé leur spécificité pour les cellules du CaP par infection transitoire. Nous avons amélioré le système TSTA et généré le PCA3-3STA. Nous avons ensuite intégré le promoteur PCA3 avec le promoteur PSA pour générer un autre nouveau système d’amplification transcriptionnelle qui se nomme le système «Multiple Promoter Integrated Transcriptional Amplification (MP-ITSTA)». Ces systèmes ont ensuite été exploités avec un microscope à bioluminescence pour cibler des cellules de CaP provenant de biopsies liquides de patients. Dans le chapitre deux, nous avons montré que l’activité de PCA3-3STA était hautement spécifique pour les cellules de CaP. Son activité était de 98,7 à 108 fois plus fortes dans les cellules de CaP que dans les cellules primaires bégnines de prostate ou dans les cellules cancéreuses nonprostatiques. Dans des modèles murins de xénogreffes de lignées cellulaires de CaP, nous avons montré que PCA3-3STA pouvait imager de manière très sensible l’activité du promoteur PCA3. De plus, sur des modèles de cultures primaires de biopsies, nous avons montré que le système PCA3-3STA ciblait spécifiquement les cellules épithéliales de CaP sans affecter les cellules stromales. Dans le chapitre trois, nous avons ensuite développé une technique en combinat la microscopie à bioluminescence avec le système TSTA et le promoteur PSA pour cibler les cellules de CaP purifiées de sang de patients et évaluer, cellule par cellule, l’hétérogénéité de leur réponse aux anti-androgènes. Cette technique a aussi montré que la microscopie à bioluminescence est hautement quantitative et a la capacité de détecter les changements moléculaires à l’échelle de la cellule. Le quatrième chapitre présente le système MP-ITSTA. Le système intègre l’activation combinée de deux promoteurs qui contrôlent l’expression d’un seul gène rapporteur. La combinaison du promoteur PCA3 avec celui de l’APS permet d’évaluer, cellule par cellule, la réponse aux anti-androgènes de cellules de CaP prélevés à partir d’urine de patients. C’est pourquoi, les systèmes PCA3-3STA et MP-ITSTA sont des systèmes d’expression spécifiques au cancer de la prostate avec le potentiel de cibler et détecter avec précision les cellules épithéliales de CaP ainsi que leur réponse aux traitements thérapeutiques in vivo et ex vivo. Ces systèmes peuvent jouer un rôle important pour l’imagerie moléculaire, l’immunothérapie et la thérapie génique. / Development Of Transcriptional Amplification Systems To Target and Interrogate Cancer Cells Based On Gene Expression Altered During Cancer Development and Treatment Prostate cancer (PCa) is the fastest rising cancer among the males. According to the Canadian Cancer Society in 2015 it was estimated that 24 000 new cases will be diagnosed with prostate cancer and 4100 patients will die from the disease. Although already available clinical techniques for the detection, prognosis and treatment of PCa play an important role in decision making, they are limited in terms of the ability of detecting PCa cells, prognosis and increasing over all survival of patients. Exploitation of several gene promoters altered during cancer development act as important tool to overcome these limitations. PCA3 noncoding long RNA is a unique PCa biomarker that has been widely studied for its sixty-fold overexpression in PCa cells, compared to benign prostate cells. PSA (PSEBC) gene is of high clinical significance as it can give an account of response to androgen deprivation treatments. These studies aim to develop Transcriptional Amplification Systems that can target as well as characterise cancer cells during disease progression using PCA3 and PSA gene promoters. Various adenovirus constructs incorporating the proximal 152 bp PCA3 promoter, the TSTA system and the Firefly luciferase reporter gene were generated and the specificity of the promoter was tested in PCa cells by transient infection. We have improved the TSTA system and generated the (PCA3-3STA). We further integrated the PCA3 promoter along with the PSA promoter to generate a new transcriptional amplification system that we named the Multiple Promoter Integrated Transcriptional Amplification (MP-ITSTA) system. These systems were further applied to target PCa cells from body fluids of patients using bioluminescence microscopy. In chapter two we show that PCA3-3STA activity was highly specific for PCa cells, ranging between 98.7 and 108.0-fold higher, respectively, than that for benign prostate or non-PCa cells. In PCa cell line mouse xenografts, PCA3-3STA was shown to image PCA3 promoter activity with high sensitivity. Moreover, when primary PCa biopsies were infected with PCA3-3STA, it managed to image PCa epithelial cells but not stromal cells. In chapter three we further developed a bioluminescence microscopy technique using the TSTA system with PSA promoter to target PCa cells from blood of patients and assess heterogeneous single cell response to antiandrogens. This technique also shows that bioluminescence microscopy is highly quantitative and has the ability to detect molecular changes at the cellular level. The fourth chapter presents the MP-ITSTA system. This system integrates the combined activation of two promoters giving a single reporter gene expression. PCA3 when combined with the PSA promoter could assess single cell response to antiandrogens in cells isolated from urine of patients. Hence, PCA3-3STA and MP-ITSTA utilizing the bioluminescence microscopy represent a prostate- and PCa-specific expression systems with the potential to target, with high accuracy, PCa epithelial cells, assess their response to therapy in vivo and ex vivo. This can play an important role for imaging, immunotherapy, or gene therapy.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / L’épidermolyse bulleuse dystrophique récessive (EBDR) est une maladie génétique rare causée par des mutations dans le gène COL7A1, codant pour le collagène de type VII, qui est sécrété par les kératinocytes et les fibroblastes cutanés. Le collagène de type VII forme les fibrilles d'ancrage responsables de l'adhésion à la jonction dermo-épidermique et son absence provoque des décollements de l'épiderme. Il n'y a aucun traitement curatif pour l'EBDR. L’objectif de ce projet est de développer un traitement pour l'EBDR par thérapie génique, en utilisant la peau reconstruite par génie tissulaire produite à partir de fibroblastes et de kératinocytes humains modifiés génétiquement pour exprimer le gène COL7A1. Une méthode de transduction de fibroblastes et de kératinocytes a été optimisée. L'efficacité des facilitateurs EF-C et polybrène à augmenter la transduction des vecteurs rétroviraux pseudotypés avec les enveloppes Ampho, BaeV, Galv ou RD114 a été comparée. Les conditions optimisées ont été utilisées pour délivrer le gène COL7A1 portant une étiquette hémaglutinine dans les cellules utilisées pour reconstruire la peau in vitro par la méthode d'auto-assemblage. Les résultats montrent que le peptide EF-C a augmenté la transduction des fibroblastes et des kératinocytes en comparaison au polybrène. De plus, l’évaluation de l’efficacité de formation des colonies a indiqué que les conditions de transduction optimisées ont permis de préserver des kératinocytes formant des clones typiquement associés aux cellules souches. Lorsque les cellules transduites par le vecteur ont été utilisées pour produire des peaux reconstruites, le collagène de type VII synthétisé à partir du gène inséré s'est localisé à la jonction dermo-épidermique comme le collagène natif. Ces résultats indiquent que le transfert de gènes pour produire la peau reconstruite est une technologie prometteuse pour le traitement de l'EBDR. La greffe de ces tissus autologues sur les patients pourrait offrir une méthode efficace et sécuritaire pour traiter cette maladie. / Recessive dystrophic epidermolysis bullosa (RDEB) is a rare genetic disease caused by mutations in the COL7A1 gene, which encodes type VII collagen. Secreted by keratinocytes and fibroblasts, the type VII collagen forms the anchoring fibrils that ensure dermal-epidermal junction cohesion in the skin. Its absence leads to epidermal detachment. There is no cure for RDEB. The objective of this project is to develop a treatment for RDEB, integrating gene therapy and tissue-engineered skin substitutes produced with human fibroblasts and keratinocytes genetically modified to express the COL7A1 gene. A method to transduce fibroblasts and keratinocytes was optimized. The efficacy of the enhancers EF-C and polybrene to increase the transduction efficiency of pseudotyped retroviral vectors with the Ampho, Baev, Galv or RD114 envelopes was compared. The optimized conditions were used to deliver the COL7A1 gene tagged with hemagglutinin (HA) in the cells used to reconstruct in vitro tissue-engineered skin substitute by the self-assembly method. Results showed that the EF-C-peptide increased transduction of fibroblasts and keratinocytes in comparison to polybrene. In addition, the colony forming efficiency assay indicated that optimized conditions of transduction allowed to preserve keratinocyte clones typically formed by stem cells. When transduced cells were used to produce tissue-engineered skin substitute, type VII collagen synthesized from the newly inserted COL7A1 tagged HA gene was located at the dermal-epidermal junction like in native skin. These results indicate that the combination of gene therapy and tissue engineering is a promising technology for the treatment of RDEB. The transplantation of autologous tissue-engineered skin substitutes genetically corrected with normal COL7A1 gene in RDEB patients could offer a safe and effective method to treat this disease.

Les translocations chromosomiques du gène MLL sont connues pour mener au développement de leucémies aiguës. La translocation avec un de ses partenaires de fusion les plus communs, ENL, peut engendrer des leucémies aiguës de plusieurs types différents pour cette même translocation. Une fois la leucémogenèse initiée par la fusion MLL-ENL, son rôle quant au maintien du phénotype leucémique n’est pas encore bien connu à ce jour. Pour mieux comprendre l’importance de MLL-ENL après la leucémogenèse, des cellules souches/progénitrices de sang de cordon ombilical humain purifiées ont ainsi été transduites par un virus exprimant le gène de fusion MLL-ENL bordé par des sites LoxP ainsi que le marqueur eGFP. Ces cellules infectées ont ensuite été injectées dans notre modèle de souris immunodéficientes irradiées et placées sous observation pendant 24 semaines pour voir le développement de leucémies aiguës. Elles ont alors été sacrifiées et les cellules la moelle osseuse et de la rate ont ensuite été analysées par cytométrie en flux pour déterminer si la xénogreffe a engendré une leucémie dans notre modèle ainsi que le phénotype de celle-ci. Les souris injectées par les cellules infectées par le MLL-ENL ont généré uniquement des leucémies lymphoïdes aiguës de type B. Les cellules de ces leucémies primaires isolées ont été par la suite infectées par un lentivirus exprimant la cre-recombinase et le marqueur BFP afin d’exciser le gène MLL-ENL des cellules leucémiques grâce aux sites LoxP. Les cellules ont ensuite été triées pour le marqueur BFP et injectées dans des souris secondaires pour de voir si les cellules leucémiques souches pouvaient toujours régénérer la leucémie. Les conséquences de l’absence de MLL-ENL dans le maintien du phénotype leucémique n’ont cependant pas pu être vérifiées à cause d’une erreur dans la séquence de la cre-recombinase, mais nous avons observé la régénération des leucémies secondaires. / Chromosome translocations of the MLL gene which fusions with different other genes in hematopoietic stem and progenitors cells are well characterized and known to induce the development of acute leukemias. Translocation with one of its most common fusion partner, ENL, induces different acute leukemias but once the leukemia is fully developped, the role of MLL-ENL regarding the maintenance of the leukemic phenotype/disease is still uncertain. To get a better understanding of MLL-ENL’s long term role in leukemias, stem cells and progenitor cells from human umbilical cord blood purified by negative selection have been transduced by a virus expressing the fusion gene MLL-ENL flanked by LoxP sites and the eGFP marker. These infected cells were then transplanted by intra-femoral injection in sub-lethally irradiated immunodeficient mouse and observed for 24 weeks to see the development of acute leukemias. They were then euthanized and bone marrow/spleen cells were analyzed by flow cytometry to determine whether the xenograft generated leukemia and determine their phenotype. Mice injected with MLL-ENL transduced cells only generated type B acute lymphoblastic leukemias in our model. The primary leukemia cells isolated were subsequently infected with a lentivirus expressing the cre recombinase and a BFP marker, aiming to excise the MLL-ENL gene of leukemic cells through the LoxP sites. The cells were then sorted for the BFP marker and injected into secondary mouse to see if the leukemic stem cells could still regenerate leukemia. Due to an error on the sequence of the cre recombinase, the outcomes of MLL-ENL removal could not be verified, but we still managed to regenerate secondary leukemias in our model.

Les technologies CRISPR-Cas9 révolutionnent la façon dont on interroge les systèmes biologiques et offrent un immense potentiel thérapeutique pour diverses maladies génétiques. Malgré les progrès fulgurants des dernières années, l'ingénierie ciblée du génome des cellules humaines demeure un défi de taille dans certains types cellulaires. La cosélection sans marqueur est une méthode qui consiste à introduire une mutation précise dans un gène endogène pour conférer de la résistance à une molécule toxique pour les cellules non modifiées, permettant l'enrichissement des cellules modifiées par CRISPR-Cas9. Comme deux différents évènements de modifications génétiques ne sont pas statistiquement indépendants au sein d'une même cellule, la sélection des cellules ayant la première modification permet l'enrichissement d'une deuxième modification d'intérêt à un locus distant par cosélection. Dans le cadre du premier chapitre de cette thèse, nous avons développé une méthode de cosélection pour permettre l'enrichissement des cellules modifiées par éditeur de type PE, de l'anglais pour « prime editing ». Nous avons identifié des mutations dominantes avec gain de fonction du gène ATP1A1 qui confèrent différents niveaux de résistance à l'ouabaïne, un inhibiteur de la pompe à sodium/potassium (ATPase Na⁺/K⁺). Ces nouvelles mutations permettent d'effectuer jusqu'à trois étapes successives de cosélection en augmentant la dose d'ouabaïne à chape étape. La cosélection facilite grandement l'enrichissement de populations de cellules hautement modifiées et l'isolement de clones dérivés d'une seule cellule homozygote pour une modification désirée. La caractérisation des clones a révélé que l'utilisation de l'éditeur PE3 génère fréquemment des modifications non voulues et plus difficiles à détecter étant donné leurs plus grandes tailles. En somme, nos méthodes devraient faciliter l'ingénierie ciblée du génome des cellules humaines pour créer des modèles cellulaires pour la recherche biomédicale. Dans le cadre du deuxième chapitre de cette thèse, nous avons développé une méthode de sélection sans marqueur pour l'ingénierie ciblée du génome des lymphocytes T pour diverses applications en thérapie cellulaire. Cette méthode permet de simultanément intégrer un transgène codant pour un récepteur antigénique chimérique (CAR) et une mutation gain de fonction dans le locus MTOR. Cette mutation permet la sélection sans marqueur avec la rapamycine, un inhibiteur de mTOR couramment utilisé en clinique comme immunosuppresseur. Notre approche permet donc d'enrichir les cellules modifiées par CRISPR-Cas9 qui expriment un transgène thérapeutique d'intérêt. À partir d'un rapporteur fluorescent de signalisation mTORC1, nous avons démontré que mTOR demeure fonctionnelle en présence de rapamycine après l'intégration du transgène d'intérêt et de la mutation dominante. Cette méthode permet l'enrichissement efficace de lymphocytes T primaires exprimant un récepteur CD19-CAR. À partir d'essais de cytotoxicité in vitro et d'un modèle murin de leucémie lymphoblastique aiguë, nous avons observé un effet combiné des lymphocytes CAR-T et de la rapamycine en ciblant des lymphocytes B cancéreux (CD19⁺). En somme, notre stratégie devrait faciliter l'ingénierie ciblée du génome des lymphocytes T pour diverses applications en thérapie cellulaire. / CRISPR-based technologies are revolutionizing the way we interrogate biological systems, and offer a diverse array of therapeutic opportunities to treat genetic diseases. Despite significant improvements, genome editing in human cells remains challenging in a variety of cell types. Marker-free co-selection is based on the installation of a specific mutation at an endogenous locus to confer cellular resistance to a molecule that is otherwise toxic for unmodified cells, allowing the enrichment of CRISPR-engineered cells. Considering that two genome editing events at distant loci are not statistically independent within the same cell, selection for the first modification allows the enrichment of a second modification of interest via co-selection. As part of the first chapter of this thesis, we developed a marker-free co-selection method to perform successive rounds of prime editing in human cells. We first identified new ATP1A1 gain-of-function mutations to confer different levels of resistance to ouabain, a plant-derived inhibitor of the essential and ubiquitous sodium-potassium pump (Na⁺/K⁺ ATPase). Introducing these mutations sequentially allowed up to three successive rounds of selection to be performed by increasing the dose of ouabain at each step. Co-selection greatly facilitates the isolation of highly-modified populations of cells and homozygous single cell-derived clones. Characterization of single cell-derived clones revealed that the use of a complementary nick sgRNA (PE3) frequently generates tandem duplications and large deletions at the target site. Overall, our co-selection toolkit should facilitate prime editing in human cells to create cellular models for biomedical research. As part of the second chapter of this thesis, we have developed a marker-free selection method to enrich CRISPR-engineered T cells for cell therapy applications. We devised a strategy to simultaneously introduce a rapamycin resistance mutation and a CAR gene cassette to the MTOR locus via intron nesting to generate rapamycin-resistant CD19-CAR-T cells. Our strategy allows the enrichment of CRISPR-engineered T cells expressing a therapeutic transgene of interest with rapamycin, a widely used immunosuppressant. Using a fluorescent mTORC1 signaling reporter, we confirmed that mTORC1 signaling remained functional in the presence of rapamycin after the installation of the dominant gain-of-function mutation and a therapeutic transgene of interest. Using luciferase-based and FACS-based in vitro cytotoxicity assays, and a mouse model of acute lymphoblastic leukemia, we confirmed that our CAR-T cells could efficiently target CD19⁺ leukemia cells in combination with rapamycin. We foresee that our strategy could both facilitate the enrichment of CRISPR-engineered CAR-T cells and improve tumor eradication.