La faculté d’adaptation aux conditions environnementales des bactéries provient de lacomplexité de leur réseau de régulation génique, impliquant de nombreux régulateursspécifiques et la machinerie d’expression génique. Nous avons montré que le gène crl, codantun régulateur global d’Escherichia coli, est exprimé de façon transitoire lors de laphase exponentielle. Notre étude a permis d’identifier deux régulateurs responsables dece profil parmi une centaine testés. Ainsi, le complexe CRP-AMPc, réprime de façon indirectel’expression de crl, tandis que la nucléoprotéine Fis se fixe sur le promoteur de crlet active sa transcription directement. Le profil d’expression de crl étant similaire à celuide nombreux régulateurs globaux, nous nous sommes intéressés au rôle de la machinerieglobale d’expression des gènes et à son impact sur la croissance. Dans ce but, nous avonsconstruit un système nous permettant de contrôler la croissance d’E. coli en modulantl’expression des sous-unités _ et _’ de l’ARN polymérase et donc le niveau de transcriptiondans la cellule. Lorsque l’ARN polymérase est en faible concentration, le taux decroissance devient quasiment nul et les cellules filamentent. Ce contrôle de la croissanceest dose dépendant et a été mis en évidence autant à l’échelle de la population qu’à cellede la cellule unique. Nous avons enfin étudié par RNA-seq l’impact du niveau d’ARNpolymérase sur la transcription de l’ensemble du génome de cette souche. Cette étudemontre que toutes les classes fonctionnelles de gènes sont affectées par notre système, àl’exception des gènes qui codent les protéines ribosomales. / Bacteria can adapt to many different environmental conditions. This capacity of adaptationis conferred to the organism by a complex regulatory network, composed of specificregulators and the global gene expression machinery. We have studied the expression dynamicsof Crl, a global regulator of Escherichia coli, and observed a peak of transcriptionduring the exponential phase of growth. In order to identify potential regulators of crlexpression, we have measured the expression profile of crl in about one hundred differentmutant strains. This screen has revealed that CRP-cAMP represses indirectly the transcriptionof crl and the nucleoprotein Fis activates transcription of the crl promoter bybinding to the crl promoter region. We noted that the expression of most global regulatorsof E. coli have an expression profile similar to the one of Crl. We have thereforestudied the relationship between global gene expression machinery and cellular growth.We constructed a bacterium where the transcription of the two large subunits of RNApolymerase, _ et _’, is under external control. A small concentration of RNA polymeraseleads to a small growth rate of this engineered bacterium and the cells start to filament,whereas a high concentration of RNA polymerase produces phenotypically wild-type cells.We have characterized the control of growth rate by our system at the population level andin single cells. An analysis of the global transcription pattern of this strain by RNA-seqshows that the transcription of genes in all functional classes, with the possible exceptionof genes coding for ribosomal proteins, are almost equally affected by the modificationsof the intracellular concentration of RNA polymerase.

Les réseaux hydrographiques sont caractérisés par leur structure hiérarchique de type dendritique (ramifié) et l'hétérogénéité spatio-temporelle du milieu. En effet, l'hétérogénéité de l'habitat sur les cours d'eau varie selon le temps (variations saisonnières), la dimension longitudinale (caractéristiques physico-chimiques et courant) et la dimension latérale (connectivité entre le cours principal et les annexes hydrauliques). Ces variations des paramètres environnementaux sont soit graduelles le long des branches du réseau hydrographique (gradient physico-chimique, courant), soit discrètes entre les branches du réseau (diversité de l'habitat). La structure du réseau hydrographique va, par conséquent, influencer la distribution, les déplacements et le flux génique des organismes inféodés aux cours d'eau. Les objectifs de cette thèse étaient de tester (i) l'effet de la topologie du réseau hydrographique sur la dispersion et le flux de gènes, et (ii) l'effet des variations environnementales sur la distribution et les traits phénotypiques des individus liés à la dispersion. Pour répondre à ces objectifs nous avons utilisé une approche empirique, en menant notre étude sur le bassin moyen de la Loire chez une espèce de demoiselle, le Calopteryx splendens (Odonates : Zygoptères). Parallèlement nous avons développé un modèle théorique permettant de simuler la dispersion et le flux de gènes sur des réseaux hydrographiques artificiels. Ainsi nous avons mis en évidence une distribution discontinue des individus sur le cours d'eau et un cline morphologique sur le bassin de la Loire entre l'amont et l'aval. Ce cline est lié aux caractéristiques physico-chimiques de l'eau. Ces variations morphologiques n'influencent pas les capacités de dispersion, mais affectent la survie des individus. La survie et la densité sont les facteurs déterminants de la dispersion chez C. splendens. Les analyses génétiques ont montré un isolement par la distance et une forte structuration génétique sur le bassin versant, mais l'absence d'entités génétiques clairement définies. Ceci peut être expliqué par la présence de flux de gènes entre les sous-bassins et une structure en métapopulation à l'échelle du réseau hydrographique. Ces résultats sont les premiers obtenus à l'échelle d'un bassin versant tel que la Loire sur des populations naturelles. L'étude a également permis de réaliser le logiciel Gene-Net testant l'effet de la géométrie des réseaux hydrographiques sur la structure génétique des populations d'organismes d'eau douce.

L'administration systémique de gènes représente une voie intéressante pour le traitement par thérapie génique de la mucoviscidose ou des cancers pulmonaires. Dans cette optique, les polyplexes (complexes ADN/polymère cationique) doivent atteindre le poumon et traverser les vaisseaux sanguins pour transfecter les cellules épithéliales mutées ou les cellules cancéreuses. Il existe peu de données sur le passage transendothélial de polyplexes. Afin d'en améliorer les connaissances, nous avons mis au point un modèle d'endothélium microvasculaire pulmonaire et étudié l'influence de la polarisation cellulaire sur les voies d'internalisation de polyplexes formés avec la polylysine histidylée (pLK-His) et la polyéthylènimine (PEI), leur efficacité de transfection, leur capacité à traverser la barrière endothéliale et leur adhésion sur la monocouche de cellules endothéliales en conditions de flux. Les travaux réalisés montrent que la polarisation des cellules endothéliales diminue l'internalisation et l'efficacité de transfection des polyplexes pLK-His mais pas celles des polyplexes PEI. Par contre, la polarisation des cellules épithéliales n'a pas d'influence sur l'efficacité des polyplexes pLK-His. Les polyplexes pLK-His et PEI sont capables de traverser la monocouche de cellules endothéliales et transfecter des cellules épithéliales à la fois par leur côté apical et basolatéral. L'incubation des cellules endothéliales avec des cytokines pro-inflammatoires permet d'augmenter ce passage. Enfin, l'adhésion des polyplexes sur les cellules endothéliales est plus importante dans les conditions de flux des microvaisseaux que dans les conditions de flux des veines. L'adhésion des polyplexes PEI est légèrement supérieure à celle des polyplexes pLK-His. Des polyplexes formés avec une PEI sur laquelle a été greffée des motifs de tétraglucose spécifiques des cellules endothéliales adhèrent trois fois plus que les polyplexes formés avec la PEI ce qui montre un ciblage des cellules endothéliales pulmonaires en conditions de flux. L'ensemble des résultats montre qu'il est indispensable de mieux considérer les effets des conditions physiologiques des cellules (polarisation, effets du flux sanguin, conditions d'inflammation) sur la transfection pour concevoir de nouveaux vecteurs synthétiques afin d'améliorer leur efficacité in vivo.

L'efficacité du transfert de gènes non viral est limitée par les barrières physiologiques qui entravent le cheminement de l'ADN jusqu'au noyau des cellules cibles. <br />Ce travail a permis de concevoir et d'étudier trois outils visant à améliorer cette efficacité. <br />Un premier volet concerne le ciblage du noyau cellulaire. Une banque de plasmides comportant une séquence aléatoire a été construite dans le but d'identifier une séquence nucléotidique permettant l'interaction du plasmide avec une protéine karyophile qui pourrait l'escorter jusqu'au noyau cellulaire. Le caractère aléatoire de la banque a été validé mais les séquences recherchées n'ont pas pu être identifiées grâce aux tests que nous avons employés.<br />Le peptide de localisation nucléaire IBB de l'importine a été couplé de façon covalente au squelette d'un plasmide dans le but de promouvoir la fixation du plasmide aux protéines récepteurs d'import nucléaire. La spécificité de l'interaction entre ce plasmide-IBB et les récepteurs cellulaires n'a pas pu être démontrée, les tests employés n'ont pas permis de mettre en évidence un import nucléaire accru de ces plasmides. En revanche le peptide IBB compacte l'ADN, améliorant la lipofection par modification des caractéristiques physico-chimiques du lipoplexe.<br />Le deuxième volet de ce travail concerne le ciblage extracellulaire, envisagé dans le système modèle du récepteur aux asialoglycoprotéines des hépatocytes. Des liposomes cationiques à têtes de ciblage galactosylées ont permis de définir les caractéristiques structurales et physico-chimiques les plus favorables pour l'accessibilité de la tête de ciblage. L'intégration d'un espaceur polyéthylèneglycol au lipide galactosylé a permis de limiter l'internalisation non spécifique des lipoplexes dans les cellules non visées, nous n'avons pas observé de ciblage des hépatocytes.

Le sujet de cette thèse concerne l'élaboration de vecteurs fonctionnels de transfert de gènes destinés à la thérapie génique de tumeurs.<br />Deux familles de vecteurs synthétiques fonctionnels ont été synthétisées afin d'améliorer d'une part la biodisponibilité des vecteurs dans les applications in vivo et d'autre part leur spécificité de ciblage des tissus tumoraux. <br />La première famille de composés est constituée de télomères et de cotélomères « furtifs » issus des réactions de (co)télomérisation. Le design des télomères est basé sur un squelette « diblock » composé d'une partie polyaminée de degré de télomérisation aléatoire et d'une partie hydrophile (polyéthylène glycol). Le design des cotélomères est basé sur un squelette aléatoire de motifs aminés et de structures hydrophiles (tétraéthylène glycol et trishydroxyméthyl). La deuxième famille de vecteurs synthétiques est issue de la synthèse de lipides et polymères cationiques conjugués à un ligand dérivé de l'antagoniste des récepteurs à chimiokines CXCR-4, l'AMD3100 ou bicyclame.<br />Le potentiel des (co)télomères « furtifs » en tant qu'agents de condensation et de transfert de gènes a été évalué in vitro sur des cellules de carcinome pulmonaire humain A549.<br />Le potentiel des conjugués ciblés lipidiques et polymériques à compacter l'ADN et à transfecter de manière spécifique des cellules par la voie récepteur médiée a été évalué à la fois sur des cellules n'exprimant pas le récepteur CXCR-4 (A549, T98G) et sur des cellules l'exprimant (Jurkat).<br />Certains des (co)télomères « furtifs » testés (PEG2000-[NH2]n) ont démontré des efficacités de transfection comparables à des formulations lipidiques de référence (pcTG90/DOPE) tout en étant moins toxiques. Parmi les conjugués ciblés, le cotélomère iBu-[NH]80-[AMD]4 s'est révélé être un agent de transfert de gènes spécifique sur les cellules Jurkat sous certaines conditions de formulations, par rapport aux lipides et polymères conventionnels.<br />Mots clés : thérapie génique, transfert de gènes, lipoplexes, polyplexes, polyéthylène glycol, biodisponibilité, AMD-3100, ciblage, transfection.<br />Discipline : Chimie.

Le développement des anticorps monoclonaux thérapeutiques est en plein essor notamment à cause de leur bénéfice important pour le traitement des cancers. Cependant, à l'heure actuelle, aucun anticorps monoclonal sur le marché ou en phase III ne cible de RCPGs, en dépit de l'implication grandissante de ces récepteurs dans la carcinogenèse. Parmi les RCPGs les plus pertinents pour l'oncologie, souvent cités dans la littérature et dont certains inhibiteurs chimiques sont en phase clinique avancée, on trouve les deux sous-types de récepteurs des endothélines ETAR et ETBR. Dans ce contexte, mon projet de thèse a consisté à produire des anticorps monoclonaux capables de lier spécifiquement les récepteurs des endothélines, puis à les caractériser dans le but d'évaluer leur potentiel antitumoral. Grâce à une stratégie d'immunisation génique, un ensemble de 27 anticorps monoclonaux, tous spécifiques de la forme native d'ETBR, a été obtenu. Un de ces anticorps, nommé rendomab-B1, a fait l'objet d'une caractérisation précise et s'est révélé être un puissant inhibiteur allostérique d'ETBR. De plus, cette propriété antagoniste a permis de bloquer l'action autocrine antiapoptotique de l'ET-1 sur des cellules endothéliales vasculaires, suggérant ainsi que le rendomab-B1 pourrait être utilisé comme agent thérapeutique afin d'inhiber les effets tumorigènes liés à la suractivation de l'axe ET1/ETBR au niveau de l'endothélium vasculaire tumoral. Par ailleurs, le rendomab-B1 a également été testé sur des lignées de mélanomes humains ; l'absence de fixation de l'anticorps malgré la présence de récepteurs ETB fonctionnels à la surface de ces cellules suggère l'existence d'une forme moléculaire atypique du récepteur, potentiellement spécifique aux mélanomes. A la lumière de ces résultats, le rendomab-B1 apparaît comme un outil prometteur, à la fois pour l'étude structurale et fonctionnelle d'ETBR, mais aussi pour une éventuelle thérapie anticancéreuse. Enfin, les 26 autres anticorps monoclonaux anti-ETBR, actuellement en cours de caractérisation, constituent également des molécules potentiellement intéressantes pour un usage fondamental ou thérapeutique impliquant ETBR. Pour conclure, ces travaux ont démontré l'intérêt de la méthode d'immunisation génique pour la production d'anticorps monoclonaux anti-RCPGs à visée thérapeutique.

Cette thèse a été consacrée à l'évolution du transcriptome de Drosophila simulans, et à son rôledans l'adaptation et la spéciation. L'étude a comporté deux parties. La première utilisant des pucesà ADN pour comparer les transcriptomes de populations de D. simulans, de son espèce jumelleD. sechellia, et de leurs hybrides. La seconde basée sur la quantification des transcrits par séquen-çage haut débit pour comparer une population de la zone d'origine (Afrique), et une populationd'une zone récemment envahie (France métropolitaine). Ces analyses ont mis en évidence plusieursgroupes ou familles de gènes montrant des variations d'expression.Un résultat majeur est l'implication prépondérante de la famille des cytochromes P450 dansl'adaptation. Cette superfamille composée de 85 gènes chez D. simulans est notamment importantepour la détoxi_cation des xénobiotiques. L'expression de plusieurs gènes de cette famille estfortement réduite chez D. sechellia, probablement à cause de la spécialisation de cette espèce surla plante Morinda citrifolia (plante toxique pour les autres drosophiles). On peut s'attendre alorsà un relâchement des contraintes de sélection sur cette famille de gènes, dû à une forte réductionde la diversité des toxines auxquelles cette espèce est exposée.Ces gènes sont également impliqués dans la différenciation entre les populations de la zoneancestrale de D. simulans et les populations dérivées. La zone ancestrale, en Afrique de l'est etdans les îles de l'Océan Indien occidental, est encore peu anthropisée. A contrario, la plupartdes populations dérivées, comme ici notre population de la vallée du Rhône, sont exposées à descontraintes chimiques sous la forme de pesticides utilisés massivement sur les grandes cultures.Ces pesticides contraignent les populations dérivées à s'adapter, ce qui peut se réaliser par uneaugmentation de l'expression. Nous avons détecter une augmentation de l'expression de treizeP450, dont un gène très bien connu pour ses fonctions de détoxifcation : Cyp6g1. Ce gène montreune augmentation d'expression corrélée à une résistance aux pesticides et à l'insertion d'élémentstransposables en 5' ; ceci a été montré en détail chez D. melanogaster, et dans une moindre mesurechez D. simulans. Nous avons mis en évidence chez cette dernière espèce un nouvel évènementd'insertion.Nos résultats montrent également que d'autres familles de gènes impliqués dans les détoxi_-cations sont concernées par ces augmentations d'expression liées à l'anthropisation des milieux,notamment les Glutathion transfèrases (GST).Nous avons également examiné la plasticité d'expression liée au changement de ressource, enélevant une partie de nos populations sur la ressource d'origine (fruits), et une autre partie sur lemilieu axénique, milieu d'élevage standard de laboratoire (stérile). Les drosophiles élevées sur unmilieu "naturel" montrent une forte activation du système immunitaire, et notamment une forteinduction des gènes effecteurs de l'immunité innée, codant les peptides anti-microbiens. Cela estprobablement dû à la présence de microorganismes sur ce milieu (ici, la banane). En conclusion,cette thèse a révélé des familles de gènes fortement impliquées dans les différenciations d'expressionentre populations, espèces, et ressources, posant les jalons d'une meilleure compréhension desmécanismes d'adaptation du transcriptome.

Le système immunitaire est un réseau d'organes, de cellules et de molécules reliés dynamiquement chargé de surveiller l'intégrité de l'organisme. La meilleure connaissance de son fonctionnement est de nature à amener de nouvelles pistes thérapeutiques pour traiter nombre de maladies telles que le cancer, les maladies auto immunes ou les maladies infectieuses. Nos travaux sur la tolérance immunitaire ont montré sans équivoque dans deux modèles différents qu'une population spécialisée de lymphocytes T exprimant le facteur de transcription foxp3 était sélectionnée par l'expression de l'antigène cognitif dans le thymus. La redécouverte de cette population de lymphocytes a rejoint les avancées majeures de l'immunologie moderne. Nous avons montré chez la souris que l'expression de foxp3, tenu pour responsable de la fonction suppressive dans le système immunitaire, était instable et très sensible à l'action d'inhibiteurs " coupant " la voie de signalisation initié par l'IL-2. Nous rechercherons d'autres voies de signalisation spécifique aux lymphocytes T régulateurs chez la souris dans un modèle "naturel " de sélection thymique. Cette étude systémique permettra de définir de nouvelles cibles pour une inhibition pharmacologique ou génétique de foxp3. L'utilisation d'inhibiteur de foxp3 présente un intérêt évident pour l'immunothérapie anti-tumorale où la fonction régulatrice joue contre l'élimination de la tumeur. Nous avons pour projet de transposer nos résultats obtenus chez la souris à l'homme afin de développer une stratégie d'immunothérapie anti-tumorale. Nous prévoyons de développer un modèle du cancer colo-rectal humain chez la souris NOD.SCID.gc-/- afin de pouvoir valider l'idée que la déplétion pharmacologique de lymphocytes T régulateurs avant transfert de lymphocytes T a un vrai impact sur la réponse contre la tumeur autologue. Nous avons par ailleurs montré que dans ce modèle de souris, le transfert de cellules souches hématopoietiques humaines conduisait à la génération de lymphocytes T CD4+ susceptibles à l'infection par le VIH. Nous prévoyons dans un second projet d'utiliser ce nouveau modèle animal de l'infection pour tout d'abord questionner la vision actuelle de l'immunopathologie de l'infection en déterminant (i) si la réponse des lymphocytes T CD8+ est bien responsable de la résolution du pic de virémie durant la phase primaire de l'infection par le VIH et (ii) si la population de lymphocytes T double négatifs est bien la population responsable de la production de la majorité des virions infectieux. Dans un second temps, nous prévoyons d'utiliser les souris humanisées pour valider une stratégie de thérapie génique de l'infection par le VIH. La spécificité des vecteurs lentiviraux envers les lymphocytes T CD4, gage de sécurité et d'efficacité maximum, a été validé chez la souris et chez l'homme. Aussi, nous avons construit des vecteurs exprimant une combinaison de gènes thérapeutiques inhibant la fusion du virion avec la membrane de la cellule, soit en entrant en compétition avec la gp41 virale, soit en modulant l'expression de CCR5 à la surface. Le suivi des souris traitées puis infectées sera réalisée en mesurant la charge virale et la fréquence des lymphocytes T CD4+ afin de juger de la qualité de la reconstitution immunitaire après thérapie génique. L'ensemble de ces travaux et projets vise à transposer les résultats de nos travaux de recherche les plus fondamentaux au service du patient.

La glycogénose de type 1a (GSD1a) est une maladie métabolique rare liée à une absence d'activité glucose‐6 phosphatase (G6Pase). La G6Pase est une enzyme clé de la production endogène de glucose (PEG) catalysant l'hydrolyse du G6P en glucose avant sa libération dans le sang. Cette fonction est restreinte au foie, aux reins et à l'intestin. La GSD1a est caractérisée par des hypoglycémies chroniques, une hépatomégalie associée à une stéatose hépatique et une néphromégalie. A plus longterme, la plupart des patients développent des adénomes. Un modèle murin de GSD 1a existe mais les souris ne survivent pas après le sevrage. Nous avons donc généré un modèle original de GSD1a, en invalidant le gène de la sous‐unité catalytique de la G6Pase spécifiquement dans le foie, grâce à une stratégie CRE‐LOX inductible (souris L‐G6pc‐/‐). Dans ce travail, nous avons montré que les souris L‐G6pc‐/‐ sont viables et reproduisent parfaitement la pathologie hépatique de la GSD1a, y compris le développement d'adénomes hépatiques après 9 mois d'invalidation. La viabilité des souris nous a permis de débuter des traitements par thérapie génique ciblant le foie à l'aide de vecteurs lentiviraux et AAV. La survie de ces souris, qui ne peuvent pas produire du glucose par le foie, repose la question du rôle relatif de la production hépatique de glucose dans la régulation de la glycémie Nous avons montré que les souris L‐G6pc‐/‐ sont capables de réguler leur glycémie, même au cours d'un jeûne prolongé. Ce maintien de l'homéostasie glucidique est due à une induction rapide de la néoglucogenèse rénale et intestinale, principalement par un mécanisme dépendant du glucagon

Deux espèces sauvages de tournesols Helianthus annuus et H. petiolaris ont donné naissance il y a plusieurs milliers d'années à une espèce hybride H. paradoxus inféodée à des marais salins. Ma thèse a consisté à caractériser les bases génétiques de l'adaptation de H. paradoxus à ce milieu extrême.<br />J'ai recherché des signatures de sélection à deux échelles : à l'échelle du génome et à une échelle plus fine comprise entre 20 et 90 cM. Pour cela j'ai analysé les patrons de diversité génétique pour des marqueurs microsatellites dans trois populations naturelles de H. paradoxus et des deux espèces parentales, autour de trois QTL de survie et ailleurs dans le génome. A l'échelle du génome, une baisse de diversité autour de ces QTL a été mise en évidence chez l'espèce hybride et non chez ses parents indiquant qu'il est possible de détecter une signature de la sélection à cette échelle chez cette espèce. A l'échelle plus fine, le patron de diversité est en mosaïque. L'ordre des marqueurs n'étant pas connu avec certitude chez l'espèce hybride, une méthode basée sur le déséquilibre de liaison entre des marqueurs génotypés dans des populations naturelles a été développée. Cette méthode permet de regrouper sur une carte des marqueurs en fort déséquilibre de liaison. La correspondance entre carte de déséquilibre de liaison et carte génétique varie selon les populations et l'échelle génétique.<br />Parallèlement une étude physiologique et d'expression génique visant à comprendre le mécanisme d'adaptation à la salinité de H. paradoxus a été conduite. L'espèce hybride est très plastique, mais se porte mieux en milieu salin, ses feuilles sont plus succulentes, avec une concentration en sodium et sulfate très élevée dans ses tissus. Plusieurs gènes candidats, impliqués dans différentes voies de réponse à la salinité, et dont certains sont cartographiés dans les régions des QTL, sont différentiellement exprimés chez l'espèce hybride et chez ses parents. Ces résultats confirment qu'ils sont des candidats potentiels importants dans l'adaptation de H. paradoxus aux marais salins et donc impliqués dans le processus de spéciation.