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.

Le développement d’une thérapie génique pour la dystrophie myotonique de type 1 (DM1) implique l’utilisation d’un système de livraison musculaire efficace. L’évaluation d’oligonucléotides antisens (ASO) en conformation gapmer nous a permis d’identifier deux ASO, un de chimie 2’-O-méthoxyéthyle et l’autre avec des acides nucléiques bicycliques avec éthyle contraint, dont l’efficacité dans les modèles cellulaires et de souris de la DM1 était suffisante pour réduire significativement l’ARNm étendu de la DMPK. Il fut possible d’observer une réduction des foci nucléaires menant à une redistribution d’un régulateur d’épissage séquestré au noyau, ainsi corrigeant des erreurs d’épissage caractéristiques de la DM1. Plus particulièrement chez la souris DMSXL, l’injection systémique bihebdomadaire a mené à une maturation des fibres musculaires ainsi qu’au rétablissement de la force musculaire des sujets. Ce projet est la preuve de principe in vitro et in vivo qu’une thérapie génique par les ASO est concevable pour le traitement de la DM1. / A gene therapy for myotonic dystrophy type 1 (DM1) implies an effective muscular delivery method. The evaluation of antisenses oligonucleotides (ASO) enabled us to identify two gapmer ASOs, one with a 2’-O-methoxyethyl chemisty and the other with a constrained ethyl bicyclic nucleic acid, whose efficacy in DM1 cell and mouse models was sufficient to significantly reduced expanded hDMPK mRNA levels. Furthermore, reduction in DMPK induced nuclear foci resulted in redistribution of a sequestered alternative splicing regulator, leading to correction of mis-splicing events characteristic of DM1. In DMSXL mouse, biweekly systemic injection of ASOs induced muscle fiber maturation and a gain in forelimb strength. This project is the in vitro and in vivo proof of the principle that an ASO gene therapy is conceivable for treatment of DM1.

La dystrophie musculaire est une maladie génétique monogénique récessive liée au chromosome X. Elle atteint 1 garçon sur 3500 naissances mâles. Le garçon atteint de la maladie présente des troubles de la locomotion à l’âge de 3-4 ans et la perd vers l’âge de 11 ans. La mort survient entre 18-30 ans suite à des complications cardio-pulmonaires. Il n’existe pas à ce jour un traitement curatif efficace contre cette grave maladie. Nous avons développé une approche de thérapie génique appelée CRISPR-induced deletion (CinDel) pour corriger le gène DMD muté. Elle utilise deux ARNg qui ciblent les exons précédant et suivant la délétion responsable du décalage du cadre de lecture. La reconnaissance des sites ciblés par les deux ARNg permet le recrutement de la nucléase Cas9 qui génère des coupures double-brin. Les séquences exoniques et introniques situées entre les deux coupures sont ensuite délétées. Les restes des exons sont joints par la recombinaison non homologue (NHEJ) pour produire un exon hybride, rétablir le cadre de lecture et permettre la synthèse d’un edystrophine tronquée ayant une structure correcte des répétitions de type spectrine (Spectrin-Like Repeat: SLR) et des heptades. Cette approche CinDel a été utilisée dans le cadre de ce projet d’abord pour corriger le gène DMD muté dans les myoblastes d’un patient avec une délétion des exons 51-53. Les exons 50 et 54 ont été ciblés avec deux ARNg et la Spcas9 pour produire des coupures double-brin et déléter les séquences situées entre ces deux sites et produire par NHEJ un exon hybride 50-54. L’approche a également permis de corriger in vivo le gène DMD muté dans le modèle animal, la souris transgénique avec un gène DMD humain ayant une délétion de l’exon 52 (del52hDMD) en utilisant un vecteur viralAAV9 contenant le gène SpCas9 et deux ARNgs. Pour vérifier la localisation par rapport au sarcolemme de la dystrophine tronquée avec ou sans une structure correcte des SLR et des heptades, nous avons électroporé les muscles Tibialis anteriorde souris mdx/mdx avec des plasmides codant pour les gènes normal et tronqué de la dystrophine fusionnée avec le gène de l’EGFP. Les résultats de cette expérience montrent que les dystrophines tronquées et normale se localisent correctement sous le sarcolemme. En vue de réprimer efficacement le gène de la SpCas9 et éviter son expression prolongée qui peut être à la base de coupures aléatoires et inattendues (off-target effects) dans le génome, nous avons mis au point une méthode de répression appelée Hara-Kiri moléculaire. Elle utilise la méthode CinDel et consiste à cibler deux régions du gène de SpCas9 avec deux ARNg. Le recrutement de la nucléase permet à celle-ci de couper son propre gène (Hara-Kiri). La séquence située entre les deux sites de coupures est délétée. Par NHEJ, les restes du gène de SpCas9 sont joints en générant un codon stop TAA au point de jonction. Cette approche a permis de réprimer efficacement le gène de SpCas9 in vitro et in vivo / Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is an X-linked genetically recessive genetic disorder. It affects 1 boy out of 3500 male births. The boy with the disorder presents walking disorders at the age of 3-4 years and loses it around the age of 11. Death occurs around 18-30 years of age from cardiopulmonary complications. To date, there is no effective cure for this serious disease. We have developed a gene therapy approach called CRISPR-induced deletion (CinDel) to correct the mutated DMD gene. It uses two gRNAs that target the exons preceding and following the deletion responsible for the frame shift. The recognition of the target sites by the two gRNAs allows the recruitment of the Cas9 nuclease, which generates double-strand breaks. The exonic and intronic sequences located between the two cuts are then deleted and the remains of the exons are fused by Non-Homologous End Joining (NHEJ) to produce a hybrid exon and restore the reading frame and to allow the synthesis of the truncated dystrophin with correct SLR structure and heptads. The CinDel approach was used in this project to correct the mutated DMD gene in the myoblasts of a patient with a 51-53 deletion. Exons 50 and 54 were targeted by SpCas9 and two gRNAs and to produce double strand breaks, delete the sequences between the two cleavage sites and produce a hybrid exon 50-54 by NHEJ. This restored the normal reading frame and allowed the expression of truncated dystrophin in the patient's myotubes. The approach also made it possible to correct in vivo the mutated DMD gene in the animal model, the transgenic mouse with a human DMD gene having a deletion of exon 52 (del52hDMD) using an AAV9 viral vector containing the SpCas9 gene and two ARNgs. To verify the location with respect to the sarcolemma of truncated dystrophin with or without a correct SLR structure and heptads, we electroporated the Tibialis anterior muscles of mdx/mdx mice with the plasmids encoding the normal or the truncated dystrophin gene fused with the eGFP gene. The results of this experiment show that truncated and normal dystrophins were well localized under sarcolemma. In order to effectively repress the SpCas9 gene and avoid its prolonged expression that may be the basis of random and unexpected (off-target effects) cuts in the genome, we have developed a method of repression called molecular Hara-Kiri. It uses the CinDel method and consists of targeting two regions of the SpCas9 gene with two gRNAs. Recruiting nuclease allows it to cut its own gene (Hara-Kiri). The sequence between the two cleavage sites is deleted. The residues of the SpCas9 gene are then joined by NHEJ generating a TAA stop codon at the junction point. This approach effectively repressed the SpCas9 gene in vitro and in vivo.

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 postdorales, 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.

Depuis les dernières décennies, la parentalité est un projet qui se voit pour plusieurs repoussé à un âge plus avancé. Par conséquent, de plus en plus de couples font face à des problèmes d'infertilité lors que vient le temps de fonder une famille. Le recours aux techniques de procréation médicalement assistée, telle que la fécondation in vitro, est donc lui aussi en constante augmentation. Malgré les nombreux progrès réalisés depuis l'introduction de la fécondation in vitro dans les années 80, le taux de succès de cette technique demeure insatisfaisant, avec un taux de grossesse autour de 30%. La réponse des patientes au traitement de stimulation ovarienne précédant la fécondation in vitro est extrêmement variable et difficile à prédire. De plus, lorsqu'un cycle échoue, c'est généralement sans raison apparente. Les travaux de cette thèse reposent sur l'hypothèse qu'il existe une signature moléculaire liée aux différentes réponses/causes d'échec. L'expression des gènes pourrait être utilisée pour caractériser la réponse des patientes à la stimulation hormonale de façon à pouvoir adapter le traitement suivant et potentiellement améliorer les chances de succès. Nous nous sommes donc intéressés à l'expression des gènes dans les cellules de la granulosa provenant principalement de follicules en contexte de stimulation hormonale, durant la période 34 heures post hCG ou encore provenant d'un modèle in vitro de culture cellulaire. Dans un premier temps, des cellules folliculaires provenant de femme ayant recourt à la fécondation in vitro ont été récoltées lors de la ponction ovarienne. Une biopuce fut utilisée afin de comparer l'expression des gènes entre les patientes pour qui le cycle de fécondation in vitro fut un échec (pas de grossesse) et celles pour qui ce fut un succès(grossesse). Nous avons constaté qu'il existe une signature transcriptomique différente chez les patientes pour qui le cycle a échoué. De plus, l'analyse des gènes différentiellement exprimés et des principales voies biologiques y étant associée nous ont renseignés davantage sur les mécanismes physiologiques potentiellement liés à l'échec, notamment un débalancement inflammatoire, une différenciation anormale et une augmentation de l'apoptose. Par la suite, 135 échantillons de cellules folliculaires provenant exclusivement de patientes pour qui la fécondation in vitro fut un échec (pas de grossesse) ont été utilisés. Des gènes liés à différentes causes d'échec potentielles ont été analysés en qRT-PCR, avant de réaliser une analyse de regroupement hiérarchique (clustering). La population de patientes non enceintes fut divisée en trois groupes possédant chacun un modèle d'expression génique particulier lié à une cause d'échec potentielle. Nous avons ainsi pu voir qu'il était possible de distinguer différentes causes d'échec ou différentes réponses folliculaires chez les patientes dont le cycle a échoué. Nous avons finalement utilisé un modèle in vitro de cellules de la granulosa humaine (lignée cellulaire KGN) afin d'étudier la capacité des cellules de la granulosa de répondre, à elles seules, à différents stimuli inflammatoires. Cette étude nous a permis de voir, via l'expression de gènes d'inflammation, que les cellules de la granulosa peuvent créer une réponse inflammatoire et que celle-ci est différente selon le type de stimulus. Globalement, les résultats de ces études améliorent les connaissances et la compréhension de l'échec en contexte de fécondation in vitro. Ils mettent également en lumière le potentiel de l'expression des gènes comme outil de diagnostic de la réponse folliculaire. Finalement, ils confirment également l'importance de l'inflammation et de son contrôle, particulièrement en contexte de procréation assistée. / Since the last few decades, couples tend to postpone parenthood to later in life. As a result, an increasing number of couples are facing infertility problems when it comes to building a family and have children. Consistently, the use of assisted reproductive technologies such as in vitro fertilization is also increasing. Despite all the progress that has been made since the introduction of in vitro fertilization in the 1980s, the success rate of this technique remains low, with a pregnancy rate around 30%. The patient's response to the stimulation treatment that precedes in vitro fertilization is extremely variable and difficult to predict. Moreover, when a cycle fails, most of the time there is no apparent reason. The hypothesis of this thesis is that there is a transcriptomic signature in follicular cells that reflects the ovarian response. Gene expression could be used to characterize the patient's response to the hormonal stimulation in order to adapt the next treatment accordingly and thus potentially improve the chances of success. Our work focuses on the gene expression in granulosa cells coming mainly from stimulated follicles in the context of in vitro fertilization or from an in vitro cell culture model. First, follicular cell samples from women undergoing in vitro fertilization treatment were obtained. We used a microarray to compare gene expression between patients that did not become pregnant following the in vitro fertilization cycle and those that did. We found that there is a different transcriptomic signature in patients who failed to conceive following in vitro fertilization. In addition, the analysis of the differentially expressed genes and the related biological pathways gave us more information on the physiological mechanisms potentially related to IVF failure, such as inflammatory imbalance, abnormal differentiation and increased apoptosis. For the next study, 135 follicular cell samples coming exclusively from patients who failed to conceive following in vitro fertilization (no pregnancy) were used. Genes related to different potential failure causes were analyzed using qRT-PCR and a hierarchical clustering analysis was then performed. The population of non-pregnant patients was divided into three groups, each one having a specific gene expression pattern related to a potential failure cause. The results of this study showed that it is possible to distinguish different failure causes or different follicular responses in patients whose cycle had failed. We finally used an in vitro model of human granulosa cells (KGN cell line) to see if pure granulosa cells were able to respond to different inflammatory stimuli. This preliminary study showed, through the expression of inflammation-related genes, that granulosa cells alone are able to create an inflammatory response and that this response differs depending on the type of stimulus. Taken together, the results of these studies improve the current knowledge and our understanding of in vitro fertilization failure. They also highlight the potential of gene expression to serve as a follicular response diagnostic tool. Finally, they also confirm the importance of inflammation and its control, particularly in the context of assisted reproductive technologies.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles / La complexité et le coût de production à grande échelle des rAAV présentent un sérieux obstacle à la commercialisation des thérapies géniques. Des améliorations dans la fabrication des vecteurs rAAV sont réalisables à l'aide de lignées cellulaires d'empaquetage ou productrices, qui, dans le cas des rAAV, sont difficiles à générer en raison de la toxicité des protéines AAV Rep et des gènes auxiliaires d'adénovirus nécessaires à la production. Le gène AAV REP code pour quatre protéines Rep (Rep -78, -68, -52, -40) qui ont de multiples fonctions et rôles qui se chevauchent dans la production d'AAV. Les gènes auxiliaires adénoviraux utilisés dans la production de rAAV sont E2A, E4 et VA et jouent des rôles uniques dans le cycle de vie de l'AAV. Pour générer une lignée cellulaire d'empaquetage de AAV, tous ces composants doivent être intégrés de manière stable dans le génome des cellules. L'expression doit être étroitement régulée en raison de la cytotoxicité et lorsque l'expression est induite, les niveaux doivent être adéquats pour soutenir la production de rAAV. Une telle lignée cellulaire d'empaquetage serait un point de départ pour créer une lignée cellulaire productrice pour la production d'un sérotype spécifique d'AAV et d'un gène thérapeutique spécifique en intégrant un gène CAP d'intérêt et une séquence thérapeutique flanquée d'ITR. Le travail présenté dans cette thèse décrit le processus de génération et de caractérisation des lignées cellulaires d'empaquetage 293SF-CymR/λR-GyrB AAV exprimant les protéines Rep et les conceptions et tentatives de création d'une lignée cellulaire d'empaquetage Rep/Helper. Nous avons identifié et intégré avec succès une combinaison de deux protéines Rep (Rep68 et Rep40) exprimées à partir de deux promoteurs inductibles par le cumate et la coumermycine. Les lignées cellulaires créées ont démontré leur capacité à produire des titres à des niveaux comparables aux productions par transfection transitoire avec les lignées cellulaires parentales et se sont avérées stables en culture sans sélection. Nous décrivons également notre conception et nos travaux de recherche sur la faisabilité pour générer des lignées cellulaires d'emballage Rep/Helper où les séquences codant pour les protéines E4orf6 et E2A DBP sont également exprimées à partir de promoteurs inductibles par le cumate et la coumermycine. / The complexity and cost of large-scale rAAV production present a serious obstacle in commercialization of rAAV gene therapies. Improvements in rAAV vector manufacturing are achievable using packaging or producer cell lines, which in case of rAAVs are difficult to generate due to the toxicity of AAV Rep proteins and adenovirus helper genes required for production. The AAV REP gene encodes four Rep proteins (Rep -78, -68, -52, -40) which have multiple overlapping functions and roles in AAV production. The adenoviral helper genes used in rAAV production are E2A, E4 and VA and serve unique roles in the AAV lifecycle. To generate an AAV packaging cell line all these components must be stably integrated into the genome of the cells. Expression must be tightly regulated due to cytotoxicity and when expression is induced, the levels must be adequate to support rAAV production. Such a packaging cell line would be a starting point to create a producer cell line for production of a specific serotype of AAV and specific therapeutic gene by integrating a CAP gene of interest and ITR flanked therapeutic sequence. The work presented in this thesis describes the process of generating and characterizing 293SF-CymR/λR-GyrB AAV packaging cell lines expressing the Rep proteins and the designs and attempts of creating a Rep/Helper packaging cell line. We successfully identified and integrated a combination of two Rep proteins (Rep68 and Rep40) expressed from two cumate and coumermycin inducible promoters. The created cell lines demonstrated ability to produce titers at levels comparable to transient transfection productions with the parental cell lines and were shown to be stable in culture without selection. We also describe our design and investigation into the feasibility of Rep/Helper packaging cell line generation where the E4orf6 and E2A DBP protein coding sequences are also expressed from cumate and coumermycin inducible promoters.