L’infarctus du myocarde est une cause majeure de morbidité et mortalité adulte dans les pays développés. Le manque de perfusion myocardique induit la mort des cardiomyocytes notamment par apoptose. Un remodelage moléculaire et cellulaire s’ensuit et comprend une hypertrophie des cardiomyocytes dans la zone péri-infarcie, de la fibrose, une réactivation des gènes fœtaux et des changements métaboliques. Ce remodelage entraîne à terme une diminution de fonction menant à la défaillance cardiaque. Les traitement médicamenteux améliorent la qualité de vie et la survie mais ne peuvent guérir. La thérapie hybride (cellulaire et génique) est une approche thérapeutique nouvelle et prometteuse pour l’infarctus du myocarde. C’est dans ce contexte que s’inscrivent les travaux de ma thèse. <p>Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont des cellules souches adultes de choix pour la thérapie cellulaire. Plusieurs études ont montré qu’elles participent à la cardioprotection et à la régénération du myocarde en sécrétant une myriade de facteurs de croissance et de cytokines aux effets pro-angiogéniques et anti-apoptotiques.<p>Le « stromal-derived factor-1 » (SDF-1) ou CXCL12 est une chimiokine produite par un grand nombre de cellules dont les CSM et les cardiomyocytes. Il est un ligand pour CXCR4 et CXCR7, 2 récepteurs de la famille des récepteurs liés aux protéines G. CXCL12a est un facteur critique pour la migration, la domiciliation et la survie des cellules souches de la moelle osseuse dans le myocarde infarci et pour la survie des cardiomyocytes. Dans l’infarctus aigu du myocarde, un délai entre la fenêtre temporelle d’activation du ligand et de son récepteur rend cet axe peu efficace. Dans les pathologies ischémiques chroniques, une altération de la signalisation CXCL12a/CXCR4 réduit ses effets bénéfiques.<p>Ces observations ont conduit au développement d’approches thérapeutiques ciblant l'axe CXCL12a/CXCR4. CXCL12a peut être administré seul, sa production peut être stimulée par la transplantation de cellules souches, enfin sa synthèse peut être augmentée dans le myocarde par thérapie génique ou par l’association d’une thérapie cellulaire et génique. La majorité des études montrent une amélioration du remodelage et de la fonction cardiaque associée essentiellement à une néovascularisation et un effet antiapoptotique. Cependant, les effets directs de CXCL12a sur les cardiomyocytes ne sont pas encore complètement élucidés.<p>L’objectif général de ce travail était de contribuer à la compréhension des mécanismes d’action de CXCL12a sur les cardiomyocytes néonataux de rat que celui-ci agisse seul ou dans le cadre d’une thérapie hybride.<p>Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les effets non génomiques de CXCL12a en nous focalisant sur l’homéostasie calcique et ses conséquences fonctionnelles. Nous avons investigué la modulation des flux calciques par CXCL12a en chargeant le cytoplasme de cardiomyocytes néonataux de rat en culture avec le Fluo-4 acétoxyméthyl ester, indicateur fluorescent du niveau de calcium. CXCL12a augmente le calcium intracytoplasmique. La réponse calcique dépend de la liaison de CXCL12a à CXCR4 et majoritairement de l’ouverture des canaux calciques dépendants de l’inositol triphosphate (IP3Rs). Le flux calcique induit par la caféine (un agoniste des récepteurs à ryanodine) est diminué lorsque les IP3Rs sont bloqués. Ceci peut s’expliquer par une interaction entre ces 2 canaux. L’incubation avec le CXCL12a augmente in vitro la fréquence de battement des cardiomyocytes et cet effet est additif à celui de la forskoline (un activateur de l’adénylate cyclase). In vivo, l’administration intramyocardique de CXCL12a augmente le dP/dt max (indice de contractilité cardiaque) du ventricule gauche. <p>Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié les effets génomiques de CXCL12a; le but de cette étude était double :(1) identifier de nouvelles voies de signalisation contribuant aux effets de CXCL12a sur les cardiomyocytes et (2) comparer les effets de CXCL12a administré seul aux effets du surnageant de CSM surexprimant CXCL12a. Nous avons construit le lentivirus pWXLd-CXCL12a-IRES-GFP pour transduire des CSM en culture. L’expression protéique de CXCL12a dans le surnageant des CSM transduites a été confirmée par ELISA et l’activité du CXCL12a a été vérifiée par le test à l’aequorine. Pour identifier de nouvelles voies de signalisation modulées à l’étage transcriptionnel, nous avons privilégié le microarray, méthodologie qui permet une approche globale sans à priori. Nous avons ensuite confirmé les résultats par une approche ciblée sur certains gènes par la technique de RTQ-PCR. Pour le microarray, les cardiomyocytes ont été incubés pendant 1 heure avec (a) du CXCL12a commercial &61480;&61493;µ&61517;&61481; dilué dans le milieu des cardiomyocytes sans FBS, (b) le milieu des cardiomyocytes sans FBS (échantillon témoin de a), (c) le surnageant de CSM transduites par le virus pWXLd-CXCL12a-IRES-GFP et (d) le surnageant de CSM transduites par le virus pWXLd-GFP (échantillon témoin de c). Un ensemble discret de 218 gènes correspondant à 0,63% du génome du rat étaient régulés. Parmi les 60 gènes communs rapidement modulés dans les deux conditions (a et c), 34 étaient sur-exprimés alors que 26 étaient sous-exprimés. L’analyse avec le logiciel David suggère que le CXCL12a seul à la dose de 5 μM ou présent dans le surnageant de CSM le surexprimant à la concentration d’environ 2 nM module des voies déjà connues comme la voie des MAPkinases et plusieurs voies liées à l’apoptose comme JAK/STAT, p53 et NOD ainsi que 2 nouvelles voies: le voie des adipocytokines et de PPAR. Par RTQ-PCR, nous avons confirmé la modulation positive par CXCL12a de JAK2 et AKT. De plus, CXCL12a réprime l’expression protéique de la LPL, l’expression génique de la FABP et de l’Angptl-4 et l’expression génique et protéique de l’adiponectine, protéines toutes impliquées dans le transfert des acides gras et leur β oxydation. <p>Nous avons ensuite investigué les effets génomiques de CXCL12a dans le cadre d’une thérapie hybride. L’analyse du microarray et l’analyse ciblée de quelques gènes ont permis de conclure que la modulation de l’expression génique dépend non seulement de la concentration en CXCL12a mais également de la présence d’autres facteurs soit issus directement du milieu de culture commercial des CSM soit issus du milieu conditionné des CSM.<p>Ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour mieux comprendre le rôle de CXCL12a dans l’homéostasie calcique et le métabolisme des lipides et son impact dans la physiopathologie du cœur. De plus, ce travail appuie le fait que le développement clinique des thérapies hybrides doit être précédé d’une investigation complète des effets génomique et non génomiques de cette thérapie sur les cardiomyocytes. Cependant, il faut rester prudent car, à cause de l’environnement du myocarde sain ou malade, aucune étude fondamentale ne permet de prédire l’ensemble des effets in vivo.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The process of specific gene transcription by RNA polymerase II (Pol II) is initiated by the<p>binding of specific transcription factors to DNA. A global understanding of the mechanisms of gene<p>transcriptional regulation of Saccharomyces cerevisiae goes through the description of the targets and<p>the behavior of those transcription factors.<p>The GATA factors are specific transcription factors intervening in the regulation of Nitrogen<p>Catabolite Repression (NCR)-sensitive genes, a mechanism encompassing the transcriptional<p>regulations leading to the preferential use of good nitrogen sources of the growth medium of yeast in<p>the presence of less good nitrogen sources. Those 4 GATA factors involved in NCR comprise 2<p>activators (Gat1 and Gln3) and 2 repressors (Gzf3 and Dal80).<p>Generally speaking, the promoters of genes have always been described like the main place for<p>the integration of the transcription regulation signals relayed by the general and specific transcription<p>factors and the chromatin remodeling factors. Furthermore, the GATA factors have been described as<p>integrating the external signals of nitrogen availability thanks to their specific DNA binding to<p>consensus GATA sequences in the promoter of NCR-sensitive genes. The results presented here<p>introduce many nuances to the model, notably implying new proteins but also new regions in the<p>regulation process of the NCR-sensitive gene regulation. Indeed, the first goal of this work is to<p>discover and understand the mechanisms of NCR-sensitive gene regulation that will explain the<p>variations in their expression levels in the presence of various nitrogen sources and their dependency<p>towards the GATA factors.<p>Strikingly, it appeared that GATA factor positioning was not limited to the promoter, but<p>occurred also in the transcribed region. It seems that the transcription factors may have been driven<p>by the general transcription machinery (Pol II). The binding of a chromatin remodeling complex, RSC,<p>has also been demonstrated in the coding region of NCR-sensitive genes. Moreover, the binding of the<p>histone acetyltransferase complex, SAGA, recruited by the GATA activators, was highlighted along<p>NCR-sensitive genes. The SAGA complex was also implied in their transcriptional regulation.<p>Finally, a ChIP-sequencing experiment revealed an unsuspected number and diversification of<p>targets of the GATA factors in yeast, which were not limited to NCR-sensitive genes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Nitrogen Catabolite Repression (NCR) is the regulatory pathway through which Saccharomyces cerevisiae reduces the expression of genes encoding components involved in the utilization of poor nitrogen sources when rich ones are available. Expression of NCR-sensitive genes is controlled by the negative regulator Ure2 and four DNA-binding GATA-like transcription factors: two activators (Gln3 and Gat1) and two repressors (Dal80 and Gzf3). In the presence of preferred nitrogen sources, Gln3 and Gat1 are sequestered in the cytoplasm in a Ure2-dependent manner, whereas upon growth under non-preferred nitrogen conditions, the GATA activators relocate to the nucleus and mediate the transcription of NCR-sensitive genes. Even though the Target of Rapamycin Complex 1 (TORC1) as well as several phosphatases are involved in regulating Gln3 and Gat1 subcellular localization, a detailed mechanistic understanding of the NCR process is still lacking. <p>In the first part of this work, we have shown that class C and D VPS (vacuolar protein sorting) components, involved in Golgi-to-vacuole vesicular trafficking, are required for intact Gat1 and Gln3 nuclear localization in response to TORC1-inhibiting rapamycin treatment or upon shifting cells from rich to poor nitrogen conditions. The requirements of Vps proteins for Gln3 function are media-specific: a requirement after rapamycin treatment was observed in minimal but not in rich medium. Moreover, we have seen that a significant fraction of Gat1, like Gln3, is associated with light intracellular membranes. These observations support the view that GATA factor regulation in response to nitrogen signals seems to occur at intracellular compartments.<p>In a second step, we confirmed an important role for the anabolic glutamate dehydrogenase (Gdh1) within NCR, through the control of Gat1 function. However, since we observed a strong correlation between the anabolic activity of Gdh1 and its NCR regulatory capacity, we do not exclude that an alteration of Gdh1-substrates or any other metabolite could be responsible for the phenotype exhibited by gdh1 mutants. We also showed that there is no simple and direct link between the intracellular levels of glutamine/glutamate (reported in the literature as signals for NCR), TORC1 activity and NCR. In conclusion, the mechanisms regulating the perception of the quality of the nitrogen sources are still not fully understood. <p>Several screens for multi-copy suppression of mutated phenotypes were conducted during this work and led to the identification of several elements (URE2, BAP2, STP2, GZF3 and KDX1) that could interfere with NCR-sensitive gene expression. Among these, the gene encoding the Kdx1 kinase was identified in two independent screens. <p>In the last part of this work, we uncovered a role for leucine in NCR signaling. We showed that the addition of leucine in the culture medium could impair Gat1-dependent expression of certain NCR genes, while leucine starvation had no effect at this level. The repressive effect of leucine appeared to involve elements of the SPS signaling pathway which is required for the induction of genes encoding amino acid transporters in response to extracellular amino acids. The mechanism(s) by which leucine regulates Gat1 function is still not fully clear and requires further investigation:La levure Saccharomyces cerevisiae adapte l’expression de ses gènes selon la disponibilité en azote dans son environnement au moyen d’un contrôle majeur appelé répression catabolique azotée (NCR, pour « nitrogen catabolite repression ». L’expression des gènes NCR est contrôlée par un régulateur négatif de type prion (Ure2) et quatre facteurs de transcription de type GATA :deux activateurs, Gat1 et Gln3 et deux répresseurs, Dal80 et Gzf3. Bien que le complexe TORC1 et les phosphatases qu’il régule soient impliquées dans la régulation NCR, le mécanisme précis par lequel la NCR se produit est loin d’être compris.<p>Dans la première partie de ce travail, nous avons montré que les composants VPS (vacuolar protein sorting) de classe C et D, impliqués dans le trafic vésiculaire entre le Golgi et la vacuole, sont requis pour que Gat1 et Gln3 rejoignent le noyau en réponse à un traitement par la rapamycine, un inhibiteur de TORC1. En accord avec cette observation, nous avons montré que Gat1, comme Gln3, est associé aux membranes intracellulaires légères. <p>Dans un second temps, nous avons confirmé un rôle important pour la glutamate déshydrogénase anabolique (Gdh1) au sein de la NCR, par l’intermédiaire du contrôle de la fonction de Gat1. Cependant, étant donné qu’il semble exister une forte corrélation entre l’activité anabolique de Gdh1 et sa capacité à réguler la NCR, nous n’excluons pas qu’une altération des substrats de Gdh1 ou de tout autre métabolite pourrait être responsable du phénotype observé du mutant gdh1. Nous avons également montré qu’il n’existait pas de lien simple et direct entre niveaux intracellulaires de glutamine/glutamate, activité de TORC1 et signalisation NCR. En conclusion, les mécanismes conditionnant la perception de la qualité de l’aliment azoté sont encore méconnus à ce jour. <p>Plusieurs cribles de suppression multicopie ont été menés pendant ce travail et ont conduit à l’identification de plusieurs éléments pouvant éventuellement intervenir dans la voie de signalisation NCR. Parmi ceux-ci, le gène codant pour la kinase KDX1 a été identifié à deux reprises. Nous avons caractérisé en détail le rôle qu’elle joue dans la régulation des gènes NCR.<p>Dans la dernière partie de ce travail, nous avons montré que l’addition de leucine dans le milieu de culture pouvait affecter l’expression Gat1-dépendante de certains gènes NCR, alors que par ailleurs une carence en leucine est sans effet à ce niveau. Cet effet de répression par la leucine semble nécessiter des éléments de la voie de signalisation SPS, requise pour l’induction, en réponse aux acides aminés extracellulaires, de gènes codant pour des transporteurs d’acides aminés. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’expression des gènes chez les organismes eucaryotes est un processus hautement régulé dans l’espace et dans le temps. Les ARN messagers, premièrement décrits comme simples intermédiaires entre l’ADN et les protéines, s’avèrent être des éléments centraux de la régulation de l’expression génique :les régulations post-transcriptionnelles vont influencer la stabilité, la traductibilité et la localisation des ARN messagers (ARNm). Le contrôle de la dégradation des ARNm est un moyen efficace d’adapter rapidement la production des protéines en fonction des besoins de la cellule. La dégradation des ARNm est un processus actif qui nécessite soit l’élimination de la coiffe en 5’ ou de la queue polyA en 3’, soit un clivage endonucléolytique. Dans la plupart des cas, le messager est premièrement déadénylé, puis décoiffé avant d’être dégradé dans le sens 5’-3’ ou dans le sens 3’-5’. De plus, les ARNm en cours de dégradation sont relocalisés dans des granules cytoplasmiques appelés Processing Bodies où les facteurs de la dégradation sont concentrés. On trouve dans les messagers codant pour des protéines dont la production doit être finement régulée, une variété importante d’éléments régulateurs (éléments cis) le plus souvent au sein de leur région 3’ non traduite. La régulation de la stabilité d’ARNm porteurs d’éléments riches en adénine et uridine (ARE) dans leur région 3’ non traduite (3’UTR) par les protéines capables de reconnaitre et lier ces éléments (ARE-BP) constitue un des exemples les plus documentés de régulations post-transcriptionnelles de l’expression des gène, mais le mécanisme moléculaire de cette régulation est encore mal compris.<p>Nous avons utilisé le messager codant pour le peptide antimicrobien CécropineA1 lié par l’ARE-BP dTIS11 comme modèle pour étudier les régulations post-transcriptionnelles dépendantes des ARE chez la drosophile. Au cours de ce travail, nous avons démontré que le messager CecA1 subit une déadénylation biphasique. En effet, une déadénylation initiale racourcie la queue polyA sans diminuer la quantité de messager, puis une seconde déadénylation, prise en charge par le complexe de déadénylation CCR-NOT nécessite la présence de la protéine dTIS11 et conduit à la dégradation totale du transcrit. L’observation des intermédiaires de la dégradation nous montre que, après sa déadénylation totale, le messager est décoiffé, puis dégradé dans les deux directions: 3’-5’ et 5’-3’. Contrairement à ce qui a été montré pour ces homologues mammifères, la protéine dTIS11 n’induit pas l’accumulation du messager CecA1 dans les Processing Bodies mais favorise la deuxième phase de déadénylation alors que le messager CecA1 est associé à la machinerie de traduction afin d’induire une dégradation rapide et efficace du transcrit.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Abstract<p>Context: Breast cancer treatment has experienced several changes in the last decades due to the innovation of specific prognostic and predictive biomarkers that facilitate the application of more personalized therapies to different molecular sub-groups. Presently, more women are be- ing treated with neoadjuvant (preoperative) therapy which involves chemotherapy or endocrine agents before surgery, for earlier-stage operable breast carcinoma. Following this mode of pre- operative systemic treatment could improve the surgical option and make inoperable tumors operable. It can also increase the breast conservation rate. Another key benefit of neoadjuvant therapy is monitoring response to the treatment. The good response to neoadjuvant therapy with complete pathological response (pCR) is a surrogate marker for overall survival.<p>Objective: 1) To investigate the association between early changes in several gene expression signatures, recapitulating several biological processes, and neoadjuvant letrozole (endocrine therapy), and to compare those to Ki67 values. 2) To interrogate the association between chemotherapy response (Pathological complete response (pCR) in this case) and gene expres- sion modules, recapitulating important biological processes such as the gene expression grade index (GGI) and ”druggable”oncogenic pathways in different breast cancer subtypes.<p>Data Sources: We collected publicly available gene expression data based on the review of selected literature on breast carcinoma after neoadjuvant therapy with the clinical and patho- logic characteristics.<p>Results: In this work we have shown, 1) Residual proliferation after short-term endocrine therapy can be used as an early surrogate marker of clinical to response to endocrine therapy in this population. 2) Different processes and pathways are associated with pCR in different BC subtypes.<p>Conclusions: Our analysis has several limitations such as: 1) Lacks of statistical power due to small dataset for endocrine treated patients, 2) We have included only anthracycline-based neoadjuvant chemotherapy regimens; therefore, it is not known if the associations between gene modules and pCR are anthracycline specific or indicate general chemosensitivity. More- over, patients with HER2-positive tumors did not receive preoperative trastuzumab, and it is not known how this could modulate the identified associations. But our results generate sev- eral hypotheses that should be tested in BC subtype - focused trials of targeted agents like IGF1, PARP inhibitors, and agents modulating immune response. If results are confirmed by additional validation studies, this may lead to a paradigm shift in early breast cancer treatment. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le métabolisme des cellules souches embryonnaires est étroitement régulé par un équilibre entre<p>auto-renouvellement et différenciation. Ces cellules peuvent proliférer en culture de manière prolongée,<p>tout en restant indifférenciées, mais cela peut engendrer l’apparition d’anomalies karyotypiques, qui<p>accentuent la prolifération de ces cellules au détriment de leur potentiel de différenciation. Ce<p>phénomène d’adaptation à leurs conditions de culture et leurs caractéristiques communes avec les<p>cellules cancéreuses sont deux preuves majeures de la nature tumorigène de ces cellules souches.<p>Le but de ce travail a été d’élucider les voies de signalisation qui contrôlent le métabolisme des<p>cellules souches embryonnaires humaines, et plus particulièrement, leur différenciation. De plus, nous<p>avons souhaité étudier le caractère tumorigène de ces cellules et pour cela, nous avons travaillé en<p>comparant différentes lignées de cellules souches embryonnaires avec une lignée de carcinome<p>embryonnaire humain, leurs correspondantes cancéreuses. Nous avons choisi d’étudier la voie des<p>dérivés de l’inositol, dont la composante PI3K/AKT avait déjà été auparavant associée avec le<p>métabolisme des cellules souches embryonnaires murines, tout comme la composante des inositols<p>phosphates solubles qui avait été impliquée dans le contrôle de l’auto-renouvellement de ces cellules.<p>Nous avons tout d’abord étudié la distribution des inositols phosphates dans ces différents<p>modèles par HPLC et observé que leur profil différait entre les cellules souches embryonnaires normales<p>et cancéreuses, principalement au niveau de la quantité d’InsP5. L’analyse du profil des InsPs en cours de<p>différenciation spontanée a permis par la suite de mettre en évidence des modulations de ces différents<p>métabolites, avec notamment une diminution reproductible d’InsP5. Nous basant sur l’hypothèse que ces<p>modulations devaient se refléter au niveau de l’expression des enzymes régulant la production des<p>inositol phosphates, nous avons entamé une analyse par qPCR des kinases et phosphatases principales<p>impliquées dans cette voie. Nous avons effectivement pu mettre en évidence une augmentation<p>significative de deux isoformes de la triphosphate 3-kinase, ITPKB et ITPKA, en cours de différenciation<p>spontanée. Ces deux enzymes sont également davantage exprimées dans les cellules souches cancéreuses.<p>Ces augmentations d’expression ont ensuite pu être confirmées au niveau protéique pour ITPKB et au<p>niveau de leur activité enzymatique. Par ailleurs, au cours de ce travail, nous avons également mis au<p>point un modèle de différenciation dirigée de nos cellules souches embryonnaires vers des cellules<p>souches mésenchymateuses, que nous avons entièrement caractérisées et dont nous avons pu mettre en<p>évidence les propriétés immunomodulatrices. Des résultats préliminaires sont venus confirmer, dans ce<p>modèle, l’augmentation d’ITPKB préalablement observée en cours de différenciation spontanée.<p>Nous avons également montré que l’expression du gène suppresseur de tumeur PTEN était<p>augmentée en cours de différenciation spontanée des cellules souches embryonnaires humaines. A l’aide<p>de la technique d’immunofluorescence, nous avons mis en évidence une localisation subcellulaire<p>différente de PTEN dans nos cellules souches embryonnaires normales par rapport à leur<p>correspondantes cancéreuses ainsi qu’une plus faible expression de PTEN dans ces dernières, confirmant<p>ainsi nos résultats obtenus précédemment par qPCR. PTEN est le principal inhibiteur de la voie<p>PI3K/AKT dont nous avons également disséqué l’expression des effecteurs majeurs par qPCR. Nous<p>avons notamment mis en évidence une augmentation de l’expression des unités régulatrices p85α et<p>catalytique p110β en cours de différenciation. Ces mêmes enzymes étaient également surexprimées dans<p>les cellules de carcinome embryonnaire préalablement différenciées à l’aide d’acide rétinoïque.<p>En conclusion, l’ensemble de ces résultats met en évidence une modulation des voies de<p>signalisation dérivées de l’inositol en cours de différenciation spontanée et dirigée des cellules souches<p>embryonnaires, suggérant leur implication dans le contrôle de la différenciation de ces cellules. Nous<p>avons également observé des différences entre les cellules souches embryonnaires normales et<p>cancéreuses, dont l’étude devra être approfondie afin d’évaluer l’impact de ces divergences sur le risque<p>de transformation cancéreuse des cellules souches embryonnaires humaines. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Skin cancers are very common in humans. The two most frequent epithelial skin cancers are the basal cell carcinoma (BCC) and the squamous cell carcinoma (SCC). For the vast majority of cancers, the cell at the origin of tumour initiation is still unknown and assumptions concerning their origin rely mainly on morphological and immunohistochemical studies. Recently, adult stem cells (SCs) have been suggested to be at the origin of tumour initiation based on their long term self-renewing capacities. According to these, two important questions arise; do epithelial skin cancers arise from mutations in a specific cell lineage of the epidermis? And are the stem cells more competent to initiate tumors than committed cells?<p>BCCs result from aberrant activation of HH signaling and several mouse models carrying mutations in HH signaling genes are capable to form tumors resembling to human BCCs. <p>To identify the cell lineage at the origin of BCC and to investigate the role of stem cells in tumor initiation, we followed a genetic approach where we conditionally expressed SmoM2 oncogene (a constitutively active Smoothened mutant) in distinct skin epidermal compartments including SCs. Targeting basal epidermis cells, showed that only SmoM2-clones in the inter follicular epidermis (IFE) and the infundibulum can progress into BCC, whereas SmoM2 expression in Bulge SCs or in matrix transit amplifying progenitor cells never leads to BCC formation. Progressively after SmoM2 expression, tumor-initiating cells lose their normal differentiation to adopt a hair placode-like shape and markers, demonstrating that biochemical and morphological tumour features can be misleading in extrapolating their cellular origin.<p><p>The molecular changes occurring in tumor initiating cells and the mechanisms regulating the early steps of cancer development are poorly characterized for the majority of tumors. To address these questions in BCC, we took advantage of our ability to isolate SmoM2 expressing cells at different stages of tumor initiation and progression. Transcriptional profiling of SmoM2-basal IFE cells isolated one week (normal histology) and 4 weeks (dysplastic lesion), suggests that adult IFE cells undergo a reprogramming into embryonic hair follicle (EHFP) like fate. In addition, we showed that Wnt/β-catenin signaling is essential for BCC initiating cell reprogramming into EHFP like fate and for tumor initiation in a cell autonomous manner. Finally, we show that EHFP reprogramming occurs also in human BCCs in addition to the presence of a similar canonical Wnt activation signature to the one revealed in the SmoM2-BCC mouse model.<p><p>SCC is the second most frequent skin cancers after BCC and mutations in p53 and Ras genes has been suggested to be potentially the primary events in this tumour. SCCs present signs of squamous differentiation, suggesting that SCCs may originate from the inter follicular epidermis (IFE). To identify the cell lineage at the origin of SCC and the role of the hair follicle SCs in tumor initiation, we use a genetic tools driving oncogenic KRas (KRasG12D) expression at physiological levels in different epidermal compartments. <p>Targeting KRasG12D expression in bulge SCs and their progeny or in IFE results in benign tumor development with no sign of malignant transformation. In contrast, KRasG12D expression in HF Transit amplifying (TA) matrix cells do not promotes any macroscopic tumors or microscopic defects in the epidermis. Interestingly, papillomas arising from the IFE express follicular markers such as CD34 and K17, indicating that the expression of HF markers by tumor cells does not necessarily reflect their cellular origin. Using a combination of deletion of both p53 alleles together with KRasG12D expression, we showed that bulge SCs and/or their progeny but not HF matrix TA cells, promote SCC formation, suggesting that additional genetic hits such as p53 are required to promote full-blown invasive skin SCC. <p><p>In summary, our work demonstrated the non-follicular origin of BCC resulting from Smo mutation, as well as the implication of the IFE progenitors in tumor initiation. We also revealed the progressive reprogramming of BCC initiating cells towards an EHFP-like fate and the key role of Wnt/β-catenin pathway in this process. In contrast, we showed the competence of several epidermal lineages to initiate benign tumors upon expression of KRasG12D oncogene at physiological levels. We also demonstrated that lineage -specific markers expression within tumor cells does not necessarily reflect their cellular origin. Finally, we demonstrated the requirement of additional hits, such as P53 loss, to promote malignant progression in the context of oncogenic Ras.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Après intégration dans le génome cellulaire de l’hôte, l’expression des rétrovirus dépend d’éléments agissant en cis localisés dans la longue répétition terminale 5’ (LTR5’) et la région leader, de facteurs de transcription cellulaires et viraux agissant en trans ainsi que de l’organisation chromatinienne du provirus intégré. Notre laboratoire a précédemment identifié dans le génome du rétrovirus HIV-1 (Human Immunodeficiency Virus type 1) une région intragénique importante (nt 4079-6026, où nt +1 est le début de U3 dans le LTR5’) composée du fragment 5103, du site hypersensible aux nucléases SH7 et du fragment 5105. Lors de ce travail, nous avons caractérisé physiquement et fonctionnellement différents sites de liaison pour des facteurs de transcription cellulaires localisés dans la région intragénique du virus HIV-1, dont trois sites de liaison pour le facteur inductible AP-1, dans des expériences de retard de migration sur gel et de transfection transitoire. Nous avons montré l’importance de ces trois sites AP-1 pour la réplication virale au niveau transcriptionnel dans des expériences d’infection et d’immunoprécipitation de la chromatine. De plus, nous avons caractérisé l’activité transcriptionnelle associée à la région intragénique du virus HIV-1. D’autre part, la structure nucléosomale du provirus intégré et les modifications épigénétiques associées jouent un rôle crucial pour l’expression des rétrovirus. La répression transcriptionnelle du rétrovirus oncogène BLV (Bovine Leukemia Virus) lui permet d’échapper au système immunitaire de son hôte bovin et favorise ainsi l’apparition de tumeurs. Dans ce contexte, nous avons montré que la méthylation de l’ADN au niveau du promoteur viral permet le maintient de la latence transcriptionnelle. En effet, la méthylation des dinucleotides CpGs localisés dans le LTR5‘ empêche le recrutement in vivo des facteurs de transcription activateurs CREB/CREM/ATF. Nous avons également montré que l’activation transcriptionnelle de l’expression du BLV par la combinaison PMA/ionomycine s’accompagne d’un remodelage chromatinien rapide mais transitoire au niveau du promoteur viral par des expériences de marquage indirect des extrémités et d’immunoprécipitation de chromatine. Nous avons ensuite démontré l’importance du site de liaison pour le facteur de transcription PU.1 et de la E-box 4 qui lie USF-1/-2, tous deux localisés dans la région dont l’accessibilité aux nucléases s’accroît après traitement des cellules, pour l’activation transcriptionnelle de l’expression virale par cette combinaison d’inducteurs. En conclusion, notre travail devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes transcriptionnels et épigénétiques régulant l’expression des rétrovirus HIV-1 et BLV. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Gene transfer to the brain is a promising therapeutic strategy for a variety of neurodegenerative disorders including Parkinson‟s disease (PD). PD is the second most common neurodegenerative disease. Although many drugs have been developed and introduced into the market to provide symptomatic treatment, there is still no cure for PD. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) is a potent survival factor for injured nigrostriatal dopamine neurons and is currently being evaluated as a potential treatment for PD. Gene therapy allows localized, long-term and stable transgene expression after a single intervention to obtain a therapeutic effect. Regulatable promoters for transgene expression furthermore allow optimizing GDNF concentration to avoid undesirable biological activity and clinical side effects. In the first part of the study, an autoregulatory tetracycline-inducible recombinant adeno-associated viral vector (rAAV-pTetbidiON) utilizing the rtTAM2 reverse tetracycline transactivator (rAAV-rtTAM2) was used to conditionally express the human GDNF cDNA. Eight weeks after a single intrastriatal injection of the rAAV-rtTAM2-GDNF vector encapsidated into AAV serotype 1 capsids (rAAV2/1), the GDNF protein level was respectively 15 fold higherand undistinguishable from the endogenous level in doxycycline(Dox) treated and untreated animals. However, a residual GDNF expression in the uninduced animals was evidenced by a sensitive immunohistochemical staining. As compared to rAAV2/1-rtTAM2-GDNF, the rAAV2/1-rtTAM2-WPRE-GDNF vector harboring a woodchuck hepatitis post-transcriptional regulatory element, which increases and stabilizes the transgene transcript, expressed a similar concentration of GDNF in the induced state but a basal level ~2.5-fold higher than the endogenous striatal level. However, the distribution of GDNF in the striatum in induced state was more widespread using the rAAV2/1-rtTAM2-WPRE-GDNF vector as compared to rAAV2/1-rtTAM2- GDNF. As a proof for biological activity, for both vectors, downregulation of tyrosine hydroxylase (TH) was evidenced in dopaminergic terminals of Dox-treated but not untreated animals. In the second part of my study, functional (behavioural) and neurochemical changes mediated by delayed intrastriatal GDNF gene delivery in the partial Parkinson‟s disease rat model were investigated. The rAAV2/1-rtTAM2-WPRE-GDNF vector (3.5 108 viral genomes) was administered unilaterally in the rat striatum 5 weeks after intrastriatal injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) which produces a partial and progressive lesion of the nigro-striatal dopaminergic pathway. Rats were treated with Dox or untreated from the day of vector injection until sacrifice at 4 or 14 weeks (continuous treatment). A sub-group was Dox-treated for 7 weeks (temporary treatment) then untreated until 14 weeks. In the absence of Dox, the GDNF tissue concentration was found to be equivalent to the endogenous level in 6-OHDA-lesioned rats. In the presence of Dox, it was ~10-fold higher. Dox-dependent behavioral improvements were demonstrated 4 weeks post-vector injection. At later time points, spontaneous partial recovery was observed in all rats, but no further improvement was found in Dox-treated animals. Moreover GDNF gene delivery only transiently improved dopaminergic function. Over the long term, TH was more abundant, but not functional, and the increase was lost when GDNF gene expression was switched off. The third part of my study consisted in the evaluation of the respective dose-range of therapeutical and undesirable effects of GDNF. Functional effects appeared after delivery of 3.5 108 viral particles which produced 200-300 pg/mg protein of GDNF in the lesioned rat striatum (see above). In order to evaluate the viral dose producing undesirable effects, we compared two different doses of vector: 3.5x108 and 4.4x109 viral genome. In the low dose group, the GDNF concentration in the striatum was ~300 pg/mg protein in the Dox-treated animals and equivalent to the endogenous level in untreated animals (~20 pg/mg protein). In contrast, in the high dose group, GDNF levels reached ~1200 pg/mg protein in induced animals but up to ~300 pg/mg protein in uniduced animals. In the low dose group, Dox-dependent downregulation of TH but no asymetrical behaviour was evidenced. In the high dose group, TH downregulation was observed in both Dox+ and Dox-rats. In addition, amphetamine-induced rotational behaviour was evidenced in Dox+ but not in Dox-rats. These data suggest that low doses of virus are sufficient to induce therapeutically-relevant but not undesirable functional effects of GDNF. Nevertheless,a neurochemical effect of GDNF (TH down-regulation) did appear at low dose. In order to understand the GDNF-induced motor asymmetry, we investigated the anatomical pattern of TH down regulation in striatum. Strikingly, there was a greater loss of TH labeling in striosomes than in the surrounding matrix. Receptors which are known to be differentially expressed in the striosomes i.e. µ-opioid receptor(MOR-1) and N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptor 1 (NR1) as compared to the matrix were analyzed in the high-dose group of animals. MOR-1 was not affected by GDNF gene delivery. In contrast, NR1 was down regulated. The potential relationship between TH and NR1 down-regulation as well as other previously described neurochemical effects of GDNF (as enhancement of DA release and metabolism, of DA neurons excitability or of TH phosphorylation) and behavioural asymmetry remains to be clarified. As summary, our data suggest that behavioural and neurochemical effects of striatal delivery of GDNF can be controlled by Dox by using the autoregulatory rAAV2/1-TetON- GDNF vector, provided the dose range of gene delivery is carefully adjusted. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La maladie de Parkinson se caractérise entre autres par une dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta (SNpc) qui innervent le striatum. Cette dégénération entraîne une baisse de la sécrétion de dopamine dans le striatum qui est responsable de la majorité des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson. Plusieurs approches ont été étudiées pour le traitement de la maladie de Parkinson :i) restaurer une synthèse de dopamine dans le striatum par une greffe striatale de neurones dopaminergique ou par un transfert striatal de gènes impliqués dans la synthèse de la dopamine ;ii) protéger et stimuler les neurones dopaminergiques survivants dans la substance noire pars compacta des patients ;iii) corriger les déséquilibres de la boucle motrice engendrés par la baisse de stimulation dopaminergique du striatum ;iv) stimuler et recruter des progéniteurs cérébraux pour les faire se différencier en neurones dopaminergiques dans le striatum. Toutes ces approches thérapeutiques peuvent impliquer des transferts de gènes.<p>Les vecteurs dérivés des virus adéno-associés (rAAV) constituent des outils de choix pour le transfert de gènes dans les tissus cérébraux. Par ailleurs, de nombreuses applications nécessitent une régulation de l’expression du transgène. Nous disposons au laboratoire d’un vecteur rAAV inductible à la tétracycline (rAAV-TetON).<p>Nous décrivons dans ce travail :<p> i) le comportement du vecteur rAAV dérivé du sérotype 1 d’AAV utilisant la cassette d’expression TetON (rAAV2/1-TetON) comparé à celui du rAAV2/1 utilisant un promoteur constitutif pour l’expression du transgène (rAAV2/1-pCMV) dans le striatum et le mésencéphale (contenant la substance noire). A l’aide d’un vecteur rAAV2/1-TetON exprimant le GDNF, nous montrons que nous pouvons moduler le niveau d’expression du transgène dans le striatum par la dose d’inducteur administré aux animaux. Par ailleurs, nous montrons que le rAAV2/1-TetON présente dans le striatum une efficacité de transduction moindre que le rAAV2/1-pCMV mais qu’il présente un profil de biosécurité supérieur au rAAV2/1-pCMV car il limite fortement l’expression du transgène hors du striatum. De plus, le rAAV2/1-TetON n’entraîne pas de recrutement de lymphocytes T ni d’activation de la microglie dans le striatum. Lorsqu’il est injecté dans le mésencéphale, le vecteur rAAV2/1-TetON, contrairement au rAAV2/1-pCMV présente une expression préférentielle dans les neurones dopaminergiques de la SNpc et de l’aire tégmentale ventrale (VTA).<p>ii) le comportement des vecteurs rAAV2/1-pCMV et scAAV2/1-pCMV (vecteur « self-complémentaire » permettant une expression du transgène indépendamment de la synthèse du second brin du génome viral) dans la région neurogénique de la zone sous-ventriculaire (ZSV). Nous avons montré que les vecteurs rAAV2/1 infectent efficacement la ZSV et s’y expriment rapidement. Les vecteurs scAAV2/1 s’expriment plus rapidement dans la ZSV que les vecteurs rAAV2/1 (expression maximum à 24h et 48h, respectivement). De plus, les vecteurs rAAV2/1 présentent une efficacité de transfection importante pour les progéniteurs neuraux en prolifération (cellules C, transient amplifying progenitors) et les neuroblastes en migration (cellules A) mais pas pour les cellules souches neurales (cellules B). Nous observons, par ailleurs, que les rAAV2/1 induisent une baisse transitoire de la prolifération de la ZSV. Cet effet est indépendant de l’expression du génome et dépend donc probablement de la capside virale de nos vecteurs. De plus, cette baisse de prolifération n’induit pas d’apoptose. A long terme, nous observons des cellules exprimant le transgène dans la zone granulaire du bulbe olfactif, indiquant que la transduction des progéniteurs de la ZSV n’interfère pas avec leurs capacités de migration et de différenciation.<p>iii) l’efficacité de différents sérotypes de rAAV pour le transfert de gènes dans les cellules progénitrices neurales (NPC) in vitro. Nous avons montré que les rAAV peuvent transduire des NPC mais que l’efficacité spécifique des différents sérotypes testés varie en fonction de la région du cerveau fœtal et de l’espèce dont les NPC sont issues. Par ailleurs, les rAAV induisent une réduction drastique de la prolifération des cultures de NPC dépendante du sérotype de rAAV utilisé mais pas de l’origine fœtale des NPC ou de l’espèce dont elles sont issues.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished