Une meilleure connaissance des déterminants viraux et cellulaires impliqués dans la régulation de l’expression lentivirale est essentielle pour (i) maitriser l’expression d’un transgène dans le cadre d’un transfert de gène et (ii) mieux comprendre l’absence/la perte de l’expression du virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) observé en cas de latence virale après infection. Dans ce contexte, les facteurs cellulaires impliqués dans la reconnaissance et la réparation des cassures de l'ADN, activés dès les étapes précoces du cycle viral, pourraient participer au contrôle de l’expression rétrovirale. Dans la première partie de cette étude, nous avons généré une collection de vecteurs lentiviraux codant le transgène green fluorescent protein (gfp) avec des design variés : promoteur du VIH-1 [long terminal repeat (LTRs)] ou d’origine hétérologue [e.g., promoteur viral CMV (cytomegalovirus), ou humain PGK (phosphoglycerate kinase)], intégrase native ou mutée, LTRs natifs ou self inactivating (SIN). En particulier, nous avons caractérisé l’impact de l’insertion de différentes séquences hétérologues au sein des SIN-LTRs sur l’expression du transgène gfp au cours du temps dans un contexte compétent ou déficient pour l’intégration. Nous avons mis en évidence un phénomène de modulation du niveau d’expression du transgène (d’un facteur 0,3 à 1,8; comparé aux vecteurs sans insertion) qui est dépendant de la séquence insérée et de son orientation. L’expression transgénique résulterait donc d’une balance coûts/bénéfices associés à l’insertion d’éléments aux extrémités des vecteurs qui pourrait déterminer le niveau d’expression du transgène à partir de vecteurs modifiés. Dans la seconde partie, nous avons réalisé une analyse systématique et comparative de l’expression lentivirale au sein des cellules humaines de carcinome de côlon HCT 116 déplétées pour le complexe Ku. Ce complexe, qui est essentiel à la survie chez l’homme et est impliqué dans les processus de réparation de l’ADN, a été identifié comme une cible anti-VIH potentielle. Nous avons mis en évidence que la déplétion en Ku induit une diminution de l’expression précoce du VIH-1 de façon spécifique du LTR et indépendante de Tat. Même si l’action de Ku nécessite l’intégration du VIH-1, sa déplétion ne modifie pas l’efficacité d’intégration virale mais agit plutôt au niveau transcriptionnel. Da façon importante, la réactivation de l’expression du transgène après traitement par l’activateur de NF-κB (Nuclear Factor κB), le TNFα (tumor necrosis factor α) ou un inhibiteur des déacétylases d’histones, la trichostatine A est favorisée par la déplétion en Ku. A l’inverse, en présence d’un niveau normal en Ku, les cellules exprimant le VIH-1 seraient contre-sélectionnées dans le temps. Ainsi, la déplétion en Ku pourrait promouvoir l’établissement d’un état (reactivable) de latence transcriptionelle associé à une moindre contre-sélection des cellules transduites. Les résultats issus de ce travail de thèse démontrent que l’expression lentivirale varie en fonction de nombreux paramètres, dont (i) le design des vecteurs, (ii) le type cellulaire transduit et son fond génétique, et (iii) le temps écoulé depuis la transduction, reflétant ainsi des interactions différentielles entre le vecteur et son hôte. / An improved knowledge of the viral and cellular determinants implicated in the regulation of the lentiviral gene expression is crucial (i) for a better control of transgene expression in strategies designed for gene transfer and (ii) for uncovering the mechanisms of viral latency observed after infection with the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) and accounting for the absence/loss of HIV-1 expression. Cellular factors involved in the mechanism of detecting/repairing DNA lesions are largely activated during the initial steps of viral cycle and, thus, may participate in the control of lentiviral expression. In the first part of this study, we generated a set of lentiviral vectors encoding for the transgene green fluorescent protein (gfp) with various design: the original promoter [long terminal repeat (LTRs)] or of heterologuous origins (e.g., the viral cytomegalovirus, CMV or the human phosphoglycerate kinase, PGK), wild-type or mutated integrase and wild-type or self inactivating (SIN) LTRs. By taking advantage of these constructs, we characterized the impact of the insertion of distinct heterologuous sequences within SIN-LTRs on the expression of gfp over the time in conditions of proficiency or deficiency for the integration. We put in evidence a phenomenon of modulation of the level of the transgene expression due to the insertion (by a factor of 0.3 to 1.8, as compared to vectors without insert) that was dependant from the nature and/or the orientation of the insert. We speculate that a balance between the costs and the benefits associated to insertion at the extremities of lentiviral vectors may dictates the level expression of transgene from this engineered construct.In the second part, we performed a systematic and comparative analysis of the lentiviral expression on human HCT 116 colon carcinoma cells depleted from the complex Ku. This complex, which is essential for the survival in humans and has a described role in DNA repair process, has been previously identified as a potential target against HIV-1. Here, we showed that Ku depletion induced a decrease of the HIV-1 early expression in a fashion that was specific for LTR and independent from Tat. Although Ku action needed HIV-1 integration to host genome, its depletion did not modify the viral integration efficiency but rather acted at transcriptional level. Importantly, the reactivation of transgene expression by administering either the NF-κB (Nuclear Factor κB) activator, tumor necrosis factor α (TNFα) or the histone deacetylase inhibitor named trichostatin A was favored in a condition of Ku depletion. On the contrary, in presence of normal level of Ku, cells expressing HIV-1 displayed a high level of counter-selection over the time. Thus, our observations pleased to favor the hypothesis that Ku depletion promotes the establishment of a state of (reactivable) transcriptional latency associated to a lesser counter-selection of transduced cells. Altogether, the results obtained during this thesis demonstrate that lentiviral expression vary depending on (i) specific vector design, (ii) the transduced cell line and its genetic backbone, and (iii) the time elapse from transduction, as a consequence of modified interactions between the vector and its host.

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Les neuropeptides tels que la vasopressine et l’ocytocine, hormis leurs actions périphériques bien connues, régulent de nombreuses fonctions cognitives et comportementales via une action centrale. Récemment, il a été démontré que la vasopressine régule, par le biais des récepteurs centraux V1A, V1B et OT de l’ocytocine, l’humeur, l’apprentissage et les désordres affectifs évoluant dans le système limbique. Néanmoins, les isoformes V1A et V1B restent les moins étudiées, souffrant d’un manque d’outils pharmacologiques sélectifs. Chez le rat, un modèle animal des plus utilisé en laboratoire, aucun agoniste de haute affinité sélectif du récepteur V1A n’a été caractérisé. De la même façon pour le récepteur V1B, nous manquons d’outils sélectifs permettant sa localisation dans le système nerveux central. D’où la nécessité de développer de nouvelles molécules sélectives pour répondre à ces besoins. Ceci nous a conduit, lors de ce travail de thèse, à privilégier deux axes de recherches ciblant : Le récepteur V1A.Cette partie concerne la caractérisation des propriétés pharmacologiques d’un nouveau composé, le FE 201874. Ce composé, dérivé du F-180 a été présenté comme un agoniste sélectif du récepteur V1A humain à courte durée de vie. Les résultats de cette étude ont confirmé que le FE 201874 est un très bon ligand sélectif V1B/V1A et V2/V1A vis à vis des expériences de liaison et peu sélectif OT/V1A, ce composé ayant une affinité non négligeable pour le récepteur OT. Son caractère, agoniste V1A et antagoniste OT lui confère une sélectivité complète V1A pour toute approche fonctionnelle. La validation des résultats s’est faite également par des approches ex vivo et in vivo qui ont confirmé le caractère agoniste sélectif du FE 201874. Notre étude a permis donc à la caractérisation du premier agoniste sélectif du récepteur V1A chez le rat. Ce peptide sélectif serait particulièrement utile pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques ou pour les études pharmacologiques ayant pour but de mieux comprendre les rôles centraux de ces récepteurs dans les pathologies comportementales et les pathologies liées au stress. Le récepteur V1B Cette partie concerne la caractérisation des propriétés pharmacologiques et de marquage de ligands fluorescents dérivés de la d[Leu4,Lys8]VP, le premier agoniste sélectif du récepteur V1B, en vue d’étudier la distribution centrale des récepteurs V1B chez le rat. Les résultats obtenus ont montré que les 3 analogues testés sont des agonistes sélectifs V1A/V1B et V2/V1B et peu si ce n’est pas sélectif OT/V1B. Leur capacité à marquer les récepteurs V1B en système hétérologue de culture cellulaire et en culture cellulaire primaire a également été évaluée, démontrant que ces ligands fluorescents représentent d’excellents outils pour le marquage et l’étude de la localisation des récepteurs V1B. Ces ligands ont ensuite été utilisés sur coupes fraiches de cerveau de rat pour l’étude de la distribution des récepteurs V1B centraux dans les régions impliquées dans les différents processus comportementaux. Plusieurs sites ont été détectés parmi lesquels l’hippocampe, du cortex, de l’amygdale, de l’hypothalamus le bulbe olfactif Enfin, en tenant compte de la nature agoniste de ces ligands fluorescents, l’activation de la voie MAP kinase au niveau des tranches cérébrale a été également mise en évidence. / Neuropeptides such as vasopressin and oxytocin, apart from their well-known peripheral actions, regulate many cognitive and behavioral functions via central action. Recently, it has been demonstrated that vasopressin regulates, through the central receptors V1A, V1B and OT of oxytocin, mood, learning and affective disorders evolving in the limbic system. Nevertheless, the V1A and V1B isoforms remain the least studied, suffering from a lack of selective pharmacological tools. In the rat, an animal model most used in the laboratory, no agonist of high selective affinity of the receptor V1A was characterized. In the same way for the V1B receptor, we lack selective tools allowing its localization in the central nervous system. Hence the need to develop new selective molecules to meet these needs. This led us, in this thesis, to focus on two axes of research aimed at

L’objectif de la thérapie génique est de guérir des déficiences génétiques et de nombreuses maladies acquises par l'introduction d'acides nucléiques dans les cellules mammifères. Les vecteurs chimiques sont une alternative aux vecteurs viraux pour le transfert de gène, leur immunogénicité est réduite, en plus de leur faible coût et de la facilité de leur production. Jusqu'à présent, les liposomes et les polymères cationiques sont les vecteurs chimiques les plus étudiés et utilisés pour le transfert d'ADN plasmidique (ADNp) thérapeutique. Parmi les multiples barrières biologiques, la diffusion cytosolique limitée de l’ADNp est critique pour le niveau d'expression du transgène. Le but de ce travail de thèse était d'identifier un peptide de liaison à la dynéine, qui serait capable de recruter la protéine motrice dynéine et de faciliter le transport d’ADNp vers le noyau le long des microtubules. Nous avons donc étudié le réseau d'interaction de la protéine adénovirale E3-14.7K. E3-14.7K est indirectement en interaction avec la chaîne légère de la dynéine TCTEL1 par l’intermédiaire de FIP-1. Différentes techniques ont été utilisées pour analyser les interactions de ces différentes protéines telles que Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET), Förster Resonance Energy Transfer (FRET), Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM), immunoprécipitation et Laser Scanning Confocal Microscopy (LSCM). La technique de BRET nous a permis d'identifier un peptide de 20 acides aminés d'E3-14.7K (P79-98) responsable de son interaction avec FIP-1. Associé à des Quantum Dots P79-98 (P79-98-Qdot) colocalise avec les microtubules isolés et dans les cellules HeLa. Nous avons mis au point une méthode de greffage du peptide directement sur l’ADNp. Une fois greffé avec P79-98 l’ADNp est capable d'interagir avec les microtubules dans les cellules HeLa et de migrer activement jusqu’au noyau. P79-98 améliore l'efficacité de la transfection des HeLa jusqu’à 77%. / Gene therapy aims to cure genetic deficiencies and a large variety of acquired diseases by the introduction of nucleic acids into mammalian cells. As an alternative to viral gene delivery vectors, chemical vectors have been developed with reduced immunogenicity, in addition to low cost and ease of production. So far, cationic liposomes and cationic polymers are the most studied and used chemical vectors to transfer therapeutic plasmid DNA (pDNA). Among multiple biological barriers, the limited cytosolic diffusion of pDNA is critical for level of transgene expression. The goal of this work was to identify a dynein-binding peptide which would facilitate the transport of pDNA to the nucleus along microtubules. To this end, we have investigated interaction network of adenoviral protein E3 14.7K. E314.7K is indirectly interacting with Dynein Light Chain TCTEL1 through FIP-1. Different techniques have been used to analyze the protein interactions such as Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET), Förster Resonance Energy Transfer (FRET), Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM), immunoprecipitation and Laser Scanning Confocal Microscopy (LSCM). BRET technique allow us to identify a 20 amino acids peptide of E3 14.7K (P79-98) responsible for its interaction with FIP-1. Associated with Quantum Dots P79-98 (P79-98-Qdot) gave colocalizations with isolated microtubules and microtubules in HeLa cells. We have developed the grafting of the peptide directly on the pDNA. Once grafted with P79-98 pDNA is able to interact with microtubules in HeLa cells and traffick along them toward nucleus. Remarkably transfection efficiency of polyplexes is increased up to 77% in HeLa cells.

L'acide abscissique (ABA) est une phytohormone universellement conservée dans les plantes terrestres qui coordonne plusieurs aspects de la réponse des plantes au déficit hydrique telles que l'architecture de la racine, la dormance des graines et la régulation de la fermeture des stomates. Un mécanisme de transduction du signal de l'ABA a été proposé incluant des récepteurs intracellulaires (ABA PYR/PYL/RCARs) qui coopèrent avec les phosphatases PP2Cs et des protéines kinases SnRK2 régulant ce système tripartite. Le but de cette étude était d'identifier et de caractériser pour la première fois les gènes orthologues de ce système tripartite chez Coffea. Ainsi, les séquences de protéines d'Arabidopsis, de citrus, du riz, du raisin, de la tomate et de la pomme de terre ont été choisis pour la requête des gènes orthologues dans le Coffee Genome Hub (http://coffee-genome.org/). L'expression différentielle dans les tissus tels que les feuilles, les graines, les racines et les organes floraux a été vérifié par le biais des analyses in silico. L'expression des gènes in vivo a été également réalisée par RT-qPCR dans les feuilles et les racines des clones Conilon de C. canephora tolérant (DT 14, 73 et 120) et susceptibles soumis (ou non) à la sécheresse (DS 22). Les profils d'expression des genes du système tripartite CcPYL-PP2C-SnRK2 ont également été analysés dans des feuilles de C. arabica (Ca) et de C. canephora (Cc) cultivées dans des conditions hydroponiques et soumis à un traitement d´ABA exogène (500 uM). Cette approche a permis l'identification et la caractérisation de 24 gènes candidats (9 PYR/PYL/RCARs, 6 PP2Cs et 9 SnRK2s) dans le génome de Cc. Les motifs protéiques identifiés dans les séquences de café ont permis la caractérisation de ces gènes comme des membres de la famille des récepteurs PYL /RCARs, les phosphatases PP2Cs ou kinase SnRK2 de la voie de réponse dépendante d'ABA. Ces familles ont été fonctionnellement annotés dans le génome de Cc. Les analyses in vivo ont révélées que huit gènes étaient surexprimé en condition de sécheresse dans les feuilles et les racines. Parmi eux, trois gènes codant phosphatases se sont exprimés dans tous les clones (DT et DS), suggèrant qu'ils ont été activés comme une réponse générale face au stress de la sécheresse. Cependant, deux autres gènes de la phosphatase de codage n´ont été surexprimé que dans les clones DT, suggèrant qu'ils constituent les principaux gènes de tolérance à la sécheresse chez ces clones. Les clones DT ont également montré des profils d'expression génique différents pour les cinq autres gènes, renforçant ainsi l'idée que des multiples mécanismes biologiques sont impliqués dans la tolérance à la sécheresse en Cc. En réponse à l´ABA exogène, 17 gènes se sont exprimés dans les feuilles des plantes Cc et Ca. Plusieurs gènes se sont exprimés differament chez le clone DT 14, soit en traitement contrôle ou après 24h de traitement avec ABA. En condition contrôle, cinq gènes se sont surexprimés aussi bien chez le Cc que chez le Ca DT. La kinase CcSnRK2.6 a été soulignée comme un gène exprimé spécifiquement chez le Cc (DT et DS) après 72h de traitement avec ABA. En géneral, on a observé que la voie de signalisation de l'ABA est retardée chez le DS Ca Rubi. Ces preuves moléculaires sont confirmées par des analyses de microscopie montrant que le clone DT 14 était plus efficace dans le contrôle de la fermeture des stomates que d'autres plantes de café en réponse au traitement d´ABA. Tous ces évidences nous aideront à identifier le déterminisme génétique de la tolérance à la sécheresse par la voie de l´ABA, essentielle pour obtenir des marqueurs moléculaires qui pourraient être utiles dans les programmes de sélection du café. / Abscisic acid (ABA) is a phytohormone universally conserved in land plants which coordinates several aspects of the plant response to water deficit such as root architecture, seed dormancy and regulation of stomatal closure. A mechanism of ABA signal transduction has been proposed, evolving intracellular ABA receptors (PYR/PYL/RCARs) interacting with PP2Cs phosphatases and SnRK2 protein kinases regulating this tripartite protein system. The goal of this study was to identify and characterize for the first time the orthologs genes of this tripartite system in Coffea. For this purpose, protein sequences from Arabidopsis, citrus, rice, grape, tomato and potato were chosen as query to search orthologous genes in the Coffee Genome Hub (http://coffee-genome.org/). Differential expression in tissues as leaves, seeds, roots and floral organs was checked through in silico analyses. In vivo gene expression analyses were also performed by RT-qPCR in leaves and roots of drought-tolerant (DT 14, 73 and 120) and drought-susceptible (DS 22) C. canephora Conilon clones submitted (or not) to drought. The expression profiles of the tripartite system CcPYL-PP2C-SnRK2 genes were also analyzed in leaves of C. arabica (Ca) and C. canephora (Cc) plants grown under hydroponic condition and submitted to exogenous ABA treatment (500 µM). This approach allowed the identification and characterization of 24 candidate genes (9 PYL/RCARs, 6 PP2Cs and 9 SnRK2s) in Cc genome. The protein motifs identified in the predict coffee sequences enabled characterize these genes as family’s members of PYL/RCARs receptors, PP2Cs phosphatases or SnRK2 kinases of the ABA-dependent response pathway. These families were functionally annotated in the Cc genome. In vivo analyses revealed that eight genes were up-regulated under drought conditions in both leaves and roots tissues. Among them, three genes coding phosphatases were expressed in all (DT and DS) clones therefore suggesting that they were activated as a general response to cope with drought stress. However, two other phosphatase coding genes were up-regulated only in the DT clones, suggesting that they constitute key-genes for drought tolerance in these clones. The DT clones also showed differential gene expression profiles for five other genes thus reinforcing the idea that multiple biological mechanisms are involved in drought tolerance in Cc. In response to exogenous ABA, 17 genes were expressed in leaves of Cc and Ca plants. Several genes were differentially expressed in the DT clone 14 either in control condition or after 24h with ABA treatment. Under control condition, five genes were higher expressed as in the Cc as in Ca DT plants. The kinase CcSnRK2.6 was highlighted as a gene specifically expressed in the Cc plants (DT and DS) after 72h of ABA treatment. Overall, it was observed that ABA signaling pathway is delayed in the DS C. arabica Rubi. Those molecular evidences corroborated with microscopies analyses which showed that the DT clone 14 was more efficient to control the stomatal closure than other coffee plants in response to ABA treatment. All these evidences will help us to identify the genetic determinism of drought tolerance through ABA pathway essential to obtain molecular markers that could be used in coffee breeding programs

La thérapie génique peut être définie comme le transfert du gène thérapeutique dans le tissue d’intérêt à l’aide d’un vecteur. A ce jour, les vecteurs dérivés du virus adéno-associés (AAV) représentent les vecteurs de choix pour le transfert de gène in vivo. Cependant, les réponses immunitaires dirigées contre la capside AAV représentent l’obstacle majeur à l’efficacité du transfert de gène médié par le vecteur AAV. Ce travail de thèse a eu pour objectifs de prévenir et d’inhiber la réponse humorale dirigée contre le vecteur AAV. En administrant des nanoparticules contenant de la rapamycine (ou SVP[Rapa]) avec le vecteur AAV, nous avons démontré une inhibition spécifique des réponses humorale et cellulaire dirigées contre la capside AAV. De plus, cette stratégie nous a permis de re-administrer efficacement le vecteur AAV dans des modèles murins et chez le singe. Nos données ont aussi démontré l’élimination des anticorps préexistants dirigés contre le vecteur AAV en administrant SVP[Rapa] avec le bortezomib. Au cours de travail de thèse, nous avons aussi développée et testée l’efficacité des vecteurs AAV associés aux vésicules extracellulaires (vecteurs exo-AAV) à améliorer l’efficacité des vecteurs AAV. En utilisant les vecteurs exo-AAV, nous avons démontré une expression stable et durable du transgène. De plus, les vecteurs exo-AAV ont montré une résistance aux anticorps neutralisants préexistants. Ainsi, au cours de ce projet de thèse des stratégies efficaces ont été développées afin de prévenir et de contrôler les réponses immunitaires dirigés contre le vecteur AAV, permettant ainsi une re-administration efficace du vecteur AAV. / Gene therapy aims to achieve sustained expression of the therapeutic transgene by the introduction of vector cargo into target tissue. To date, viral vectors based on adeno-associated virus (AAV) represent the leading gene delivery tools in vivo. However, immune responses against AAV vector represent the biggest challenge for the widespread use of AAV-based products. In this PhD project, we aimed at the inhibition and prevention of humoral immune responses to AAV capsid. Using nanoparticles containing rapamycin (SVP[Rapa]) given at the time of vector administration, we demonstrated complete abrogation of anti-capsid humoral and cellular immune responses in antigen-specific manner. Using this strategy, we further demonstrated successful vector re-administration in murine models and in non-human primates. Our data also demonstrated elimination of pre-existing antibodies to AAV vector using a combination of SVP[Rapa] and bortezomib. In this PhD thesis project, we also developed and tested the ability of AAV vectors associated with extracellular vesicles (exo-AAV vectors) to enhance AAV vector potency. Using exo-AAV vectors, we demonstrated higher and sustained transgene expression at low vector doses. Exo-AAV vectors also exhibited resistance to neutralization by pre-existing anti-capsid neutralizing antibodies. Thus in this PhD project, powerful strategies have been developed to prevent and control immune responses against AAV vectors, enabling successful AAV vector re-administration.

Les maladies à prions sont des maladies neurodégénératives fatales, affectant de nombreuses espèces animales, dont l'homme. Elles se caractérisent par l'accumulation, notamment dans le système nerveux central, d'une isoforme anormale d'une protéine membranaire ubiquiste, la protéine prion cellulaire (PrPc). Il n'existe à l'heure actuelle aucun traitement réellement efficace. Ces dernières années, l'immunothérapie, passive et active, basée sur l'utilisation d'anticorps dirigés contre la conformation native de la PrPc et capables de bloquer sa transconformation en forme pathogène, est apparue comme une méthode prometteuse.<br />En vue d'obtenir des anticorps susceptibles d'être utilisés en immunothérapie passive chez l'homme, nous avons développé différents protocoles d'immunisation génique chez des souris de type sauvage, une technique reconnue pour favoriser la production d'anticorps dirigés contre la conformation native de l'antigène, mais souvent décrite comme peu efficace. L'injection intramusculaire par électrotransfert de l'ADNc codant la PrP humaine nous a permis d'obtenir, en augmentant fortement le niveau d'expression in vivo de la protéine, de fortes quantités d'anticorps polyclonaux contre la PrP humaine native. Ces résultats ouvrent la voie à la production d'anticorps monoclonaux puis recombinants, dans un format d'expression qu'il reste à définir pour tester et optimiser leur potentiel thérapeutique in vivo.<br />Dans le cadre d'une approche par immunothérapie active (vaccination), nous avons essayé de rompre la tolérance immunitaire vis-à-vis de la PrPc endogène chez des souris de type sauvage. La potentialisation de la réponse en anticorps spécifiques, induite par l'électrotransfert in vivo de l'ADNc de la PrP humaine, nous a permis de mettre en évidence une réaction croisée de ces anticorps avec la PrPc murine.<br />D'un point de vue général, nos résultats pourraient contribuer à ouvrir de nouvelles perspectives pour l'immunothérapie, passive et active, de nombreuses pathologies, en particulier d'autres maladies neurodégénératives, comme la maladie d'Alzheimer, ou certains cancers caractérisés par une surexpression de protéines membranaires

L'utilisation de la thérapie génique du cancer est limitée actuellement par la faible efficacité de transfection, la durée d'expression du gène et la toxicité des vecteurs. Ces difficultés ont guidé l'orientation de mes travaux dans 3 directions:<br />1/ Utilisation de gènes codant pour des glycoprotéines fusogeniques (FMG) comme gènes suicides à fort effet bystander. <br />2/ La vectorisation de siRNA in vivo par le vecteur polycationiques : polyethylenimine (PEI).<br />3/ La stabilisation de l'expression du transgène à long terme in vivo à l'aide du transposon Sleeping Beauty (SB).<br /><br /> Les résultats de ces travaux montrent que :<br /> 1/ La thérapie génique basée sur l'utilisation de FMG montre un fort intérêt thérapeutique sur des cellules de cancer du poumon humain in vitro et in vivo. En effet, ces protéines FMG ont i/ un fort effet cytotoxique qui passe essentiellement par la fusion entre la cellule transfectée et de nombreuses cellules voisines non-transfectées, ii/ la capacité d'induire une immunité antitumorale induite par la libération des vésicules immunogènes au cours de la mort des cellules fusionnées. Trois FMG ont été testées: GALV, HERV-W et RD. Dans les 3 cas nous avons montré que la transfection de ~1% des cellules in vitro conduit à la formation de large syncytia et à la mort de 25 à 80% des cellules en culture en moins de 5 jours. Le traitement des tumeurs sous-cutanées implantées chez des souris nudes induit une réduction du poids des tumeurs pouvant aller jusqu'à 70% alors que l'efficacité de transfection par injection directe des plasmides dans la tumeur est extrêmement faible (≤1%). Ces résultats démontrent que ces protéines FMG possèdent un potentiel intéressant pour la thérapie génique du cancer. Néanmoins, notre modèle de souris immunodéficient ne nous a pas permis de mesurer l'impact supplémentaire que nous pouvions attendre de la stimulation de la réponse antitumorale activée par la production de syncytiosomes. Cette étude est encore en cours. <br /> 2/ La vectorisation de polyplexes PEI/siRNA in vivo par voie intraveineuse, intrapéritonéale ou sous-cutané avec différentes formulations a montré des résultats faiblement positifs au mieux et souvent peu reproductibles. Nous avons étudié la biodistribution en temps réel de ces complexes en imagerie de fluorescence et mesuré leur capacité à inhiber l'expression d'un gène reporter ou d'un oncogène dans les poumons et/ou les tumeurs des souris. Globalement ces résultats démontrent que le PEI n'est pas un vecteur efficace pour les siRNA dans une approche systémique et que des modifications chimiques sur le PEI et/ou les siRNA devront être envisagées pour augmenter la stabilité et la performance de ces particules.<br /> 3/ L'insertion du transposon SB dans le plasmide vectorisé, complexé à du PEI et injecté en intraveineux, permet de stabiliser l'expression du transgène pendant plus de 4 mois dans les poumons. La mesure en cinétique à long terme du gène reporter dans les poumons montre en effet une forte expression du gène reporter codant pour la luciférase 1 jour après la transfection. Cette expression disparaît rapidement durant les 2 semaines suivantes jusqu'à devenir indétectable. De façon intéressante, le signal luciférase se rétablit ensuite progressivement pour atteindre un plateau 2 mois après la transfection. Le niveau d'intensité du signal de luciférase est alors d'environ 15% de celui mesuré le premier jour. Ces résultats suggèrent que le tansposon SB permet une insertion stable du transgène dans un nombre très restreint de cellules pulmonaires ayant la capacité de se multiplier. Ce résultat est prometteur et offrira une plate-forme d'intérêt qui permettra de vectoriser des gènes codant pour des protéines biologiquement actives, telles que celle codée par le gène CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) pour la thérapie de la mucoviscidose, ou le gène K-Ras pour l'analyse de l'oncogenèse ras-dépendante dans le cancer du poumon. Enfin, les cellules touchées par l'insertion stable du transposon ayant un pouvoir de régénération du poumon important, il semble que nous ayons un moyen de modifier génétiquement des cellules souches pulmonaires. Nous souhaitons donc maintenant les caractériser précisément car cela ouvre des perspectives thérapeutiques importantes.

Le TNF-α est une cytokine pro-inflammatoire jouant un rôle délétère dans de nombreuses pathologies. Nous nous sommes intéressés à l'inhibition du TNF-α à l'aide de variants du récepteur soluble de type I du TNF-α (hTNFR-Is) administrés par thérapie génique non virale. Trois variants ont été étudiés: un monomère hTNFR-Is, correspondant au récepteur soluble physiologique, une protéine chimérique hTNFR-Is/mIgG1, dont l'efficacité par administration protéique est reconnue, et une forme dimérique obtenue par association de deux fragments hTNFR-Is à l'aide d'un espaceur polyglycine. La vectorisation des plasmides codant ces variants a été étudiée par différentes voies afin d'obtenir un effet systémique (électrotransfert intramusculaire, greffe de cellules autologues), ou un effet local (électrotransfert intra-articulaire (genou de souris), électrotransfert intra-oculaire). L'électrotransfert intramusculaire permettait d'obtenir une expression de protéine à long terme (supérieure à 6 mois) et dose-dépendante. La protéine chimérique était très stable dans la circulation, et était sécrétée à un taux élevé. Cette procédure n'induisait pas de réponse immune contre la protéine transgénique. Nous avons démontré l'obtention, par électrotransfert intra-articulaire, d'une expression dosedépendante du transgène durant deux semaines. Le passage de la protéine dans la circulation était faible, ce qui était l'objectif de cette approche locale. Aux fortes doses, une réponse immune contre la protéine chimérique était observée. Nous avons montré la faisabilité de l'électrotransfert dans un muscle lisse, le muscle ciliaire de l'œil. L'expression obtenue était uniquement localisée dans le muscle ciblé, et la procédure était sûre (pas d'inflammation ni de dommages observables). L'expression du transgène était supérieure à un mois, sans passage de la protéine dans la circulation. L'électrotransfert intramusculaire de variants du hTNFR-Is était efficace (forme chimérique principalement) dans un modèle de polyarthrite rhumatoïde (arthrite expérimentale au collagène) sur les signes cliniques et histologiques de la maladie, par un unique électrotransfert à l'apparition des signes cliniques de la maladie. La comparaison de ce traitement à l'injection répétée de protéine recombinante illustrait la potentialité d'une approche par thérapie génique, de part son efficacité à long terme. Les approches locale et cellulaire restent à tester dans ce modèle. L'électrotransfert intramusculaire de plasmide codant les hTNFR-Is ne permettait pas d'améliorer la récupération des fonctions motrices après un traumatisme crânien, dans un modèle murin, même si la protéine était détectée dans le cerveau, et capable d'inhiber le TNF-α. Ces résultats sont cependant très préliminaires. L'électrotransfert intra-oculaire du plasmide codant la forme chimérique hTNFR-Is/mIgG1 permettait d'inhiber efficacement les signes cliniques et histologiques dans un modèle expérimental d'uvéite (uvéite expérimentale aux endotoxines). Nos résultats mettent en évidence l'efficacité de l'électrotransfert pour délivrer un gène thérapeutique et obtenir une production locale ou systémique (selon la stratégie utilisée) de protéine thérapeutique. Nos résultats illustrent le potentiel de nouvelles cibles (articulation, muscle lisse de l'œil) pour cette technologie, ce qui est encourageant pour l'application future de l'électrotransfert à d'autres tissus/organes cibles et à d'autres pathologies.

La recherche de vecteurs non viraux pour la thérapie génique est un domaine très développé. Les systèmes cationiques montrent une forte efficacité de transfection in vitro, mais cette activité est considérablement diminuée in vivo car les complexes ADN/vecteur, du fait de leur charge globale positive, sont rapidement éliminés de la circulation sanguine. Les lipopolythiourées sont des systèmes non cationiques qui représentent une alternative aux lipides cationiques: ils permettent de réduire de moitié l'élimination précoce après une injection intraveineuse. Dans ce mémoire est décrite la synthèse d'une famille de seize lipopolythiourées dont la structure repose sur une tête polaire branchée à deux motifs thiourée. Ces lipides présentent une grande diversité au niveau de l'ancre hydrophobe, de l'espaceur, du répartiteur et des terminaisons. L'évaluation de cette famille a été réalisée de façon systématique et la recherche du mécanisme d'action a été entreprise. Ces études ont permis la mise au point de lipopolythiourées d'une formulation facile et possédant un pouvoir transfectant du même ordre de grandeur que celui des lipides cationiques.