Les HAP sont des polluants ubiquitaires de l'environnement. Certains d'entre eux, comme le benzo[a]pyrène (B[a]P) sont cancérigènes pour l'homme. Il est donc primordial d'évaluer l'exposition des individus au B[a]P. Pour cela, la mesure des adduits de l'ADN est d'un intérêt majeur puisqu'elle permet de quantifier la dose génotoxique. Deux voies métaboliques du B[a]P conduisent à la formation de divers adduits de l'ADN. Afin de définir de nouveaux biomarqueurs d'exposition, nous avons cherché à identifier la nature chimique des adduits majoritairement formés dans des modèles cellulaires de kératinocytes et d'hépatocytes humains exposés au B[a]P. Pour cela, une méthode analytique par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse en mode tandem a été mise au point pour permettre le dosage spécifique de sept adduits, avec une limite de détection de l'ordre de 1 adduit/108 nucléosides normaux. Les adduits majoritaires sont les adduits stables du diol-époxyde du B[a]P (BPDE), et les cinétiques de formation et de réparation sont différentes entre les deux types cellulaires. Chez l'homme, la méthode analytique développée ne nous a pas permis de mettre en évidence ces adduits que ce soit dans l'urine de sujets exposés professionnellement aux HAP ou dans l'ADN lymphocytaire de sujets fumeurs. De plus les nucléosides oxydés dans l'urine s'avèrent ne pas être de bons biomarqueurs d'effet des HAP. Les adduits stables du BPDE apparaissent donc comme des biomarqueurs pertinents de l'exposition au B[a]P, mais il est nécessaire d'améliorer la limite de détection de notre méthode pour permettre leur dosage chez l'homme.

Le diabète de type 2 est aujourd’hui une maladie de plus en plus répandu. En ce sens il est nécessaire de mettre au point de nouveau composé permettant d’inhiber la gluconéogenèse. C’est pourquoi nous nous sommes intéressé à la synthèse du FR225654 1, décaline présentant une activité hypoglycémiante in vivo après administration par voie orale et inhibiteur de la néoglucogenèse in vitro (IC50 = 1,1.10-7 M). Ce composé, isolé en 2005 du champignon Phoma sp N°00144 et jamais encore synthétisé à ce jour, possède un mécanisme d’action inconnu. La nécessité d’une synthèse par voie chimique convergente et flexible, permettant l’accès à des analogues, est donc évidente. La stratégie consistait à préparer une trans-décaline par le biais d’une réaction de Diels-Alder intramoléculaire à partir d’un triène précurseur. La combinaison de ces travaux a constitué une avancée importante dans le cadre de la synthèse du FR225654, un hypoglycémiant potentiel. La mise au point d’une synthèse convergente du précurseur de la réaction de Diels-Alder permettra notamment d’effectuer par la suite des modifications aisées en vue de la préparation d’une vaste gamme d’analogues simplifiés. A ce jour, le produit de cyclo-addition a été isolé et caractérisé, validant ainsi l’étape clé de la stratégie de synthèse. Ainsi, l’accès rapide au FR225654 est rendu possible et la synthèse d’analogues est maintenant envisageable. Les produits synthétisés feront l’objet d’une évaluation biologique, l’objectif ultime étant d’accéder à de nouveaux médicaments pour le traitement du diabète de type 2. / Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a growing worldwide health concern that is expected to afflict over 366 million people by 2030. FR225654 is a novel gluconeogenesis (GNG) inhibitor recently isolated from the culture broth of Phoma sp.. This compound selectively inhibits GNG of primary rat hepatocytes and shows highly hypoglycemic effects in several in vivo mouse models (80% decrease of glycemia). However, to date, the mechanism of action and molecular target remain unknown. From a structural point of view, FR225654 exhibits a highly oxygenated trans-decalin ring substituted by a β-keto-enol moiety and a side-chain bearing a conjugated carboxylic acid and a trisubstituted olefin. Project specific objectives were to design an efficient total synthesis which could also permit a straightforward access to diverse analogues. This feature would constitute a crucial step for the further understanding of Structure Activity Relationship of FR225654. The work consists in synthesizing separately a side chain and a trans-decalin core by means of an intramolecular Diels-Alder reaction from a precursor. To date, synthesis of the precursor has been achieved in 13 steps as well as the side chain. The Intramolecular Diels-Alder reaction has also been validated in order to accomplish the first total synthesis of FR225654.

La transplantation d’hépatocytes est un procédé séduisant pour remplacer les cellules déficientes dans un foie anatomiquement normal. Dans les maladies métaboliques héréditaires hépatiques (MMHH), la thérapie cellulaire présente un potentiel espoir thérapeutique. Le remplacement d'un pourcentage restreint (5-10%) d’hépatocytes déficients par des hépatocytes normaux pourrait rétablir durablement la fonction métabolique. Les résultats des essais cliniques de transplantation d'hépatocytes génétiquement modifiés ou non sont moins concluants, montrent une prise de greffe insuffisante et, dans la plupart des études, un effet thérapeutique transitoire. L’efficacité limitée de la transplantation d’hépatocytes isolés dans le traitement des MMHH semble en partie liée au faible pourcentage de la masse hépatocytaire reconstituée par les hépatocytes définitivement greffés et fonctionnels. De nombreux modèles animaux ont été développés pour étudier les facteurs pouvant augmenter le nombre et le pourcentage d’hépatocytes transplantés et greffés. Cependant, la majorité de ces modèles ne sont pas transposables en clinique car ils présentent des risques importants ou mal évalués pour les patients. Les principaux objectifs de ce travail ont été d’étudier des moyens peu invasifs pour induire une régénération hépatique et une prise de greffe hépatocytaire significatives dans le but de développer une nouvelle approche de transplantation d’hépatocytes génétiquement modifiés ex vivo pour le traitement de l’hypercholestérolémie familiale. L’effet d’une embolisation portale partielle (EPP) réversible sur la prolifération hépatocytaire et la régénération hépatique a été évalué chez le macaque. A la différence de l’EPP par un produit non résorbable, il ne s’agit pas d’une approche potentiellement délétère à long terme. Une obstruction veineuse plus complète a été provoquée en utilisant le Curaspon®, une gélatine biodégradable, en forme de poudre. Nous avons démontré pour la première fois dans la littérature l’efficacité d’une EPP réversible à induire une importante prolifération hépatocytaire et régénération hépatique. Nos données suggèrent qu’une occlusion portale initiale et temporaire est suffisante pour déclencher les mécanismes responsables d’une régénération hépatique dans le foie non-embolisé. L’utilisation du Curaspon® en poudre peut être considérée comme la forme la plus évoluée d’EPP : très distale, résorbable, qui dure suffisamment pour induire l’hypertrophie hépatique. Cette technique pourrait être indiquée dans des situations cliniques nécessitant une régénération hépatique de courte durée (ex. le traitement des cancers du foie en plusieurs étapes) ou dans des cas qui ne nécessitent pas une résection hépatique, comme la transplantation d’hépatocytes pour le traitement de MMHH. Ces résultats nous ont permis d’évaluer cette approche dans notre protocole préclinique de thérapie génique pour le traitement de l’hypercholestérolémie familiale chez le primate, par autotransplantation d’hépatocytes génétiquement modifiés ex vivo par un vecteur lentiviral. Nous avons démontré que l’EPP réversible induit une régénération hépatique du foie non-embolisé et améliore notablement les résultats de la transplantation d’hépatocytes isolés génétiquement modifiés exprimant la GFP. Seize semaines après la transplantation, les hépatocytes transduits et greffés exprimaient le transgène contrôlé par le promoteur apo-AII humain. Notre protocole a montré pour la première fois chez un gros animal que l’EPP par un produit résorbable entraine avec des conditions de sécurité optimales une repopulation hépatique importante par des hépatocytes transduits par un vecteur lentiviral, et ceci même à distance de la transplantation hépatocytaire. Les résultats encourageants de ces travaux nous ont ouvert la voie pour avancer sur notre projet préclinique et envisager la réalisation d’une étude clinique de phase I/II pour le traitement de l’hypercholestérolémie familiale. / Hepatocyte transplantation is an attractive process for replacing deficient cells in an anatomically normal liver. In metabolic liver diseases, cell therapy could be an interesting alternative to orthotopic liver transplantation. The replacement of a small percentage (5-10%) of deficient hepatocytes by normal hepatocytes could restore the metabolic defect at a long term. Data from clinical studies of hepatocyte autotransplantation or allotransplantation, genetically modified or not, provided poor results, insufficient cell engraftment in the liver parenchyma and, in the majority of cases, a transient therapeutic effect. The limited efficacy of hepatocyte transplantation in metabolic liver diseases is mainly due to the poor percentage of engrafted and finally functional hepatocytes. Numerous animal models have been developed in order to study the factors that could increase the number and the percentage of transplanted and engrafted hepatocytes. However, the majority of these models cannot be used in patients since they present important risks for them. The aim of this work was to evaluate less invasive procedures for inducing liver regeneration and significant hepatocyte engraftment in order to develop a new approach of transplantation of ex vivo genetically modified hepatocytes for the treatment of familial hypercholesterolemia. The effect of reversible portal vein embolization (PVE) on liver regeneration and hepatocyte proleferation was evaluated in monkeys. In contrast to PVE by a permanent embolizing agent, reversible PVE has not a long term deleterious effect on embolized liver. A more complete venous occlusion was obtained by using the powdered form of an absorbable gelatin sponge (Curaspon®). We showed for the first time in the literature the safe and successful use of reversible PVE for inducing significant hepatocyte proliferation and liver regeneration. Our data support that an initial occlusion of the portal branch, even if not permanent, is sufficient to start the mechanisms of liver regeneration in the contralateral lobe. Embolization with Curaspon® powder could be considered to be the ultimate form of embolization: very distal, reversible and lasting sufficiently in order to induce substantial liver hypertrophy. Our findings suggest that this method could reliably be used for clinical purposes, particularly in situations in which short-term regeneration is required (i.e. multi-step management of hepatic malignancies) or in cases where resection of the liver is not finally necessary, such as in hepatocyte transplantation for the treatment of metabolic liver diseases. These promising results on reversible PVE allowed us to evaluate this approach in our preclinical study of gene therapy for the treatment of familial hypercholesterolemia in macaques. Our protocol consisted of an autotransplantation of ex vivo genetically modified hepatocytes by a lentiviral vector. We showed that reversible PVE induces liver regeneration of the non-embolized liver segments and improves considerably hepatocyte transplantation of genetically modified cells expressing Green Fluorescent Protein (GFP). Sixteen weeks after transplantation, transduced engrafted hepatocytes expressed the transgene, which was under control of the human apo-AII promoter. Our protocol showed for the first time in a big animal that PVE by an absorbable agent leads safely to an important and long-term repopulation of the liver by lentivirally transduced hepatocytes. The extremely encouraging results of this work opened our way advancing in our preclinical study and preparing a phase I/II clinical trial for the treatment of familial hypercholesterolemia based on our protocol of autotransplantation of ex vivo genetically modified hepatocytes by a lentiviral vector.

La transplantation d'hépatocytes est un procédé séduisant pour remplacer les cellules déficientes dans un foie anatomiquement normal. Dans les maladies métaboliques héréditaires hépatiques (MMHH), la thérapie cellulaire présente un potentiel espoir thérapeutique. Le remplacement d'un pourcentage restreint (5-10%) d'hépatocytes déficients par des hépatocytes normaux pourrait rétablir durablement la fonction métabolique. Les résultats des essais cliniques de transplantation d'hépatocytes génétiquement modifiés ou non sont moins concluants, montrent une prise de greffe insuffisante et, dans la plupart des études, un effet thérapeutique transitoire. L'efficacité limitée de la transplantation d'hépatocytes isolés dans le traitement des MMHH semble en partie liée au faible pourcentage de la masse hépatocytaire reconstituée par les hépatocytes définitivement greffés et fonctionnels. De nombreux modèles animaux ont été développés pour étudier les facteurs pouvant augmenter le nombre et le pourcentage d'hépatocytes transplantés et greffés. Cependant, la majorité de ces modèles ne sont pas transposables en clinique car ils présentent des risques importants ou mal évalués pour les patients. Les principaux objectifs de ce travail ont été d'étudier des moyens peu invasifs pour induire une régénération hépatique et une prise de greffe hépatocytaire significatives dans le but de développer une nouvelle approche de transplantation d'hépatocytes génétiquement modifiés ex vivo pour le traitement de l'hypercholestérolémie familiale. L'effet d'une embolisation portale partielle (EPP) réversible sur la prolifération hépatocytaire et la régénération hépatique a été évalué chez le macaque. A la différence de l'EPP par un produit non résorbable, il ne s'agit pas d'une approche potentiellement délétère à long terme. Une obstruction veineuse plus complète a été provoquée en utilisant le Curaspon®, une gélatine biodégradable, en forme de poudre. Nous avons démontré pour la première fois dans la littérature l'efficacité d'une EPP réversible à induire une importante prolifération hépatocytaire et régénération hépatique. Nos données suggèrent qu'une occlusion portale initiale et temporaire est suffisante pour déclencher les mécanismes responsables d'une régénération hépatique dans le foie non-embolisé. L'utilisation du Curaspon® en poudre peut être considérée comme la forme la plus évoluée d'EPP : très distale, résorbable, qui dure suffisamment pour induire l'hypertrophie hépatique. Cette technique pourrait être indiquée dans des situations cliniques nécessitant une régénération hépatique de courte durée (ex. le traitement des cancers du foie en plusieurs étapes) ou dans des cas qui ne nécessitent pas une résection hépatique, comme la transplantation d'hépatocytes pour le traitement de MMHH. Ces résultats nous ont permis d'évaluer cette approche dans notre protocole préclinique de thérapie génique pour le traitement de l'hypercholestérolémie familiale chez le primate, par autotransplantation d'hépatocytes génétiquement modifiés ex vivo par un vecteur lentiviral. Nous avons démontré que l'EPP réversible induit une régénération hépatique du foie non-embolisé et améliore notablement les résultats de la transplantation d'hépatocytes isolés génétiquement modifiés exprimant la GFP. Seize semaines après la transplantation, les hépatocytes transduits et greffés exprimaient le transgène contrôlé par le promoteur apo-AII humain. Notre protocole a montré pour la première fois chez un gros animal que l'EPP par un produit résorbable entraine avec des conditions de sécurité optimales une repopulation hépatique importante par des hépatocytes transduits par un vecteur lentiviral, et ceci même à distance de la transplantation hépatocytaire. Les résultats encourageants de ces travaux nous ont ouvert la voie pour avancer sur notre projet préclinique et envisager la réalisation d'une étude clinique de phase I/II pour le traitement de l'hypercholestérolémie familiale.

Le virus de l’hépatite C (HCV) infecte les hépatocytes. Il est remarquable par le fait q’ilperturbe fortement le metabolisme lipidique de l’hôte, conduisant à des dysfonctions majeures telles qu’une stéatose ou une résistance à l’insuline. In vivo, les virions sériques présentent une densité faible et variable reflétant leur association aux lipoprotéines de faible et de tres faible densité (LDL et VLDL). Ainsi, l'existence de lipo-viro-particules (LVP), contenant à la fois les constituants viraux et les apolipoprotéines B (apoB) et E (apoE) a été suggerée. Ces LVP joueraient un rôle important dans la persistance virale. Cependant, cette association entre HCV et apoB n'a pas été retrouvée in vitro avec les modeles cellulaires disponibles.Mes travaux de thèse se sont donc concentrés sur la mise en place d'un nouveau modèle deculture cellulaire capable de produire a la fois des VLDL et des particules virales HCV, permettantainsi d’étudier l’interaction entre les deux voies de synthèse. Dans un premier temps, lacaracterisation de la production de lipoproteines par differentes lignees d'hepatocytes a permis demontrer l'existence d'un défaut de secretion de VLDL en cellules Huh7.5, classiquement utiliséespour étudier HCV in vitro, alors que les cellules HepG2 et HepaRG sont capables de produire des VLDL physiologiques. Dans un second temps, des cellules HepG2 repliquant HCV de manière persistante ont été utilisées pour caractériser les particules virales produites. Etonnamment, a l'instar des cellules Huh7.5 et malgré leur capacité a produire des VLDL, les cellules HepG2 ne secreteraient pas de LVP mais des particules virales positives pour apoE et négatives pour apoB. / Hepatitis C virus (HCV) mainly infects hepatocytes. It is unique in its ability to impair host lipidmetabolism, leading to major liver dysfunctions as, for instance, hepatic steatosis or insulinresistance. In vivo, serum virions have a low and variable density, reflecting their association withlow- and very-low-density lipoproteins (LDL and VLDL). Hence, the existence of lipo-viro-particles(LVP), containing both viral components as well as apolipoprotein B (apoB) and E (apoE), has beensuggested. These LVPs could play an important role in viral persistence. However, this associationbetween HCV and apoB has not been observed in vitro, using the currently available cell culturemodels.Therefore, during my PhD, I have worked at setting up a new cell culture model, which wascapable of producing both VLDL and HCV particles, and therefore would enable the study of theinterplay between both synthesis pathways. First of all, we characterized lipoprotein production indifferent hepatocyte cell lines and confirmed that Huh7.5 cells, usually used to study HCV in vitro,were deficient for VLDL secretion, whereas two other cell lines, HepG2 and HepaRG, were able toproduce quasi-physiological VLDLs. Therefore, in a second time, we used HepG2 cells to replicate aHCV strain containing a selection gene and to characterize viral particle production. Surprisingly,VLDL-producing HepG2 cells were also unable to secrete LVPs, but rather secreted apoE-positive andapoB-negative viral particles, which were similar to ones Huh7.5 cells produced. This suggests thatthe ability to produce LVPs does not correlate with the ability to produce VLDL.

La thérapie cellulaire pourrait représenter une alternative à la transplantation hépatique dans certaines pathologies comme les maladies métaboliques sévères. Toutefois, la pénurie de donneurs d’organes implique la nécessité de trouver de nouvelles sources de cellules hépatiques comme les cellules souches pluripotentes qui peuvent être amplifiées extensivement et différenciées en tout type cellulaire. Les cellules souches embryonnaires humaines (hESC) et les cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) générées à partir des cellules somatiques de patients puis différenciées en hépatocytes représentent une source potentielle d’hépatocytes. Ces cellules permettent en outre d’envisager la transplantation d’hépatocytes autologues génétiquement modifiés comme alternative à la transplantation hépatique pour le traitement de certaines maladies génétiques du foie. L’hypercholestérolémie familiale (HF) est une maladie autosomale dominante due à des mutations dans le gène codant le Récepteur aux Low Density Lipoproteins (RLDL) qui est à l’origine d’un taux élevé de cholestérol sanguin de patients HF. Les patients homozygotes doivent épurer leur sérum par LDL-aphérèse en moyenne deux fois par mois dès le plus jeune âge pour éviter les infarctus mortels survenant dès l’enfance. Les hépatocytes différenciées à partir des iPSC de patients et leur correction in vitro, permettent d'évaluer la faisabilité de la transplantation d'hépatocytes autologues génétiquement modifiés pour le traitement de l’hypercholestérolémie familiale.Au cours du développement du foie, des hépatocytes et des cholangiocytes, les deux types de cellules épithéliales hépatiques, dérivent de progéniteurs hépatiques bipotents (les hépatoblastes). Bien que les cholangiocytes formant les canaux biliaires intrahépatiques ne représentent qu'une petite fraction de la population cellulaire totale du foie (3%), ces cellules régulent activement la composition de la bile par réabsorption des acides biliaires, un processus qui est important dans des maladies choléstatiques du foie. Dans la première partie de cette étude nous avons mis au point une approche de différenciation des cellules souches pluripotentes (hESC et hiPSC) en cholangiocytes fonctionnels. Ces cellules serviront à la modélisation des maladies génétiques touchant les cholangiocytes formant des canaux biliaires. Dans la deuxième partie, nous avons généré des iPSC spécifiques de patients HF (HF-iPSC), différenciées en hépatocytes et corrigé le défaut phénotypique par transfert lentiviral de l’ADNc codant le LDLR dans les HF-iPSC. / Cell therapy can be an alternative to liver transplantation in some cases such as severe metabolic diseases. However, the shortage of organ donors implies the need to find new sources of liver cells such as hepatocytes derived from pluripotent stem cells that can be amplified and differentiated extensively into any cell type. Human embryonic stem cells (hESC) and human induced pluripotent stem cells (hiPSC) generated from somatic cells of patients and then differentiated into hepatocytes represent a potential source of transplantable hepatocytes. These cells now make it possible to consider the transplantation of genetically modified autologous hepatocytes as an alternative to liver transplantation for the treatment of genetic diseases of the liver.Familial hypercholesterolemia (FH) is an autosomal dominant disorder caused by mutations in the gene encoding the receptor for Low Density Lipoproteins (LDLR), which is the cause of high blood cholesterol in these patients. Homozygous patients should purify their serum LDL-apheresis on average twice a month starting at a young age to avoid fatal myocardial infarction occurring in childhood.Human hepatocytes differentiated from patient’s induced pluripotent stem cells (iPSCs) allow assessing the feasibility to transplant genetically modified autologous hepatocytes as treatment of familial hypercholesterolemia.During the liver development, hepatocytes and cholangiocytes, the two types of hepatic epithelial cells, derive from bipotent hepatic progenitors (hepatoblasts). Although cholangiocytes, forming intrahepatic bile ducts, represent a small fraction of the total liver cell population (3%), they actively regulate bile composition by secretion and reabsorption of bile acids, a process that is important in cholestatic liver diseases. In the first part of this study we developed an approach to differentiate pluripotent stem cells (hESC and hiPSC) into functional cholangiocytes. These cells could be used for the modeling of genetic biliary diseases. In the second part, we generated FH patient specific iPSCs (HF-iPSC), differentiated them into hepatocytes and tried to correct the disease phenotype by lentiviral introduction of LDLR cDNA cassette in HF-iPSC.

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