Le virus de l’hépatite C (VHC) est l’un des principaux facteurs étiologiques du carcinome hépatocellulaire. Le traitement des hépatites virales C a été récemment amélioré grâce à une trithérapie (interféron, ribavirine et anti-protéase virale). Néanmoins l’importance des effets secondaires et l’émergence de mutants résistants nécessitent de découvrir de nouveaux antiviraux. Dans ce contexte, notre équipe a récemment découvert que les phosphatidylinositol 4-kinases de type III (PI4KIIIα et PI4KIIIβ) étaient indispensables à la propagation du virus dans une lignée hépatique humaine, et ce, à 2 étapes de son cycle biologique : l’entrée et la réplication. L’objectif du présent travail était de poursuivre la validation de ces nouvelles cibles thérapeutiques potentielles, en approfondissant nos connaissances sur la dépendance du virus à l’égard de ces kinases au cours de son entrée. Pour cela, nous avons utilisé le modèle des hépatocytes humains primaires, système in vitro plus proche du contexte physiologique que les modèles utilisés jusqu’à présent et qui étaient basés sur l’exploitation de lignées. Deux axes ont été développés : Vérification de l’importance de l’activité kinase des PI4KIIIs au cours de l’entrée du VHC dans les hépatocytes humains primaires, à travers une approche chimique ; Validation de l’implication de ces kinases et de leur activité enzymatique au cours de l’entrée virale grâce à une approche génétique basée sur l’ARN interférence et la restauration de phénotype. En parallèle, nous avons étudié l’expression de PI4KIIIα au cours de pathologies hépatiques. Nos résultats suggèrent une implication de PI4KIIIα au cours de l’entrée du VHC dans les hépatocytes humains primaires, mais restent à confirmer quant à l’implication de PI4KIIIβ. Par ailleurs, l’analyse de l’expression de PI4KIIIα dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) conduit à proposer cette kinase comme un nouveau marqueur moléculaire, qui pourrait améliorer les modèles de pronostic déjà établis et pourrait conduire au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour les patients atteints d’un CHC, quelque soit l’étiologie. / Hepatitis C virus (HCV) is one of the leading causes of hepatocellular carcinoma. Therapeutic treatment against the virus has been recently improved by a tritherapy including pegylated interferon, ribavirin and antiviral protease. Nevertheless, the importance of side effects and the emergence of resistant mutants require the development of new antivirals. In this context, our team has recently discovered that Type III phosphatidylinositol 4-kinases (PI4KIIIα and PI4KIIIβ) are essential for the propagation of the virus in a human hepatic cell line at the entry and replication steps. To further characterize these potential therapeutic targets, we investigate the implication of these kinases during the HCV entry, using primary human hepatocytes, a model closer to the in vivo conditions. Two lines of research were developed: Verification of the importance of the kinase activity of PI4KIIIs during HCV entry in primary human hepatocytes, through a chemical approach; Validation of the involvement of these kinases and their enzymatic activity during viral entry through a genetic approach based on RNA interference and phenotype rescue. In parallel, we studied the expression of PI4KIIIα in liver diseases. Our results suggest the involvement of PI4KIIIα in HCV entry; the involvement of PI4KIIIIβ needs to be confirmed. The analysis of PI4KIIIα expression in hepatocellular carcinoma led us to propose this kinase as a new molecular marker, which could improve the already established prognosis models and could lead to the development of new therapeutic approaches.

Die evolutionär konservierten morphogenen Signalwege Wnt/β-Catenin und Hedgehog (Hh) spielen vor allem in der Embryogenese, Zelldifferenzierung und Kanzerogenese eine große Rolle. Es ist bekannt, dass es zwischen Komponenten der beiden Signalkaskaden zu verschiedensten Wechselwirkungen und Hintergrundreaktionen in unterschiedlichsten Organismen und Geweben kommt. Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung einzelner mole- kularer, transkriptioneller Prozesse hinter diesen Kreuzreaktionen in primären Hepatozyten und dem Hepatozellulären Karzinom. Dafür sind die beiden Signalwege durch verschiedenste Einflüsse, wie dem Einsatz von siRNAs, transgenen Mausmodellen und rekombinanten Proteinen gegen einzelne Faktoren der Hedgehog, aber auch der Wnt/β-Catenin Kaskade in ihrer Genexpression verändert und die Reaktionen der Signalwegskomponenten mittels der quantitativen Real-Time-PCR untersucht worden. Neben dem Organismus Maus haben einzelne vergleichende Experimente auch auf der humanen Ebene zum Erkenntnisgewinn beigetragen. Durch die Einflussnahme auf den Hedgehog Signalweg in murinen Hepatozyten wird deutlich, dass die Antworten auf die einzelnen Veränderungen in den Signalkaskaden sehr vielschichtig und umfangreich sind. Abhängig vom induzierten bzw. reprimierten Gen, aber auch vom gelenkten Signalweg variieren die Genexpressionen auf unterschiedlichste, und zum Teil gegenläufige Weise. Ferner wird deutlich, dass es zu Unterschieden in der Genantwort bezüglich der verschiedenen Organismen Maus und Mensch, aber auch zu Variationen der Interaktionen in den diversen Gewebe bzw. Zelltypen kommt.

Transdifferentiation induces chromatin reconstructions and epigenetic changes that affect gene expression spectum and cause cell remodeling in general. Direct conversion of mature somatic cell line into another mature cell type occures during the transdifferentiation thereby differences betweeen individual germ layers are eliminated. The aim of the master thesis is transdifferentation of mesenchymal cells - mouse embryonic fibroblast into endodermal cells - hepatocytes in vitro, using combination of transcripion factors Hnf4α and Foxa1. Detection of fibroblasts transformation has been initiated immediately after retroviral transduction and final generation of induced hepatocyte culture was confirmed by morphological and function analysis. The population of mouse induced hepatocytes served as a possible model for human liver disease in case of a pacient whose liver proteins could not be detected immunohistochemically. Genome editing of induced hepatocytes was realized by CRISPR/Cas9 technology which is based on cooperation of guideRNA and Cas9 nuclease followed in addition to generation of DNA-specific double strand breaks. These specific breaks in the Tight junction protein 2 gene were repaired via homologous recombination that induced a missense mutation with amino acid changes in the target...

Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem der Fettlebererkrankung. In der Einleitung wird auf die aktuelle Relevanz der Gesundheitsstörung und Therapiemöglichkeiten eingegangen, insbesondere durch das, in der Therapie des Diabetes mellitus Typ 2 gebräuchliche Biguanid Metformin. Der Bezug zu molekularbiologischen Signalwegen wird hergestellt und verschiedene in vitro Modellsysteme werden vorgestellt. Anschließend wird auf die Herkunft und genetische Besonderheiten der verwendeten primären Maushepatozyten und Hepatomzellen eingegangen, bevor die angewandten Methoden vorgestellt werden. Zum Einsatz kam in dieser Arbeit vor allem die Lipidmessung mittels Fettrot, um das Ausmaß an Steatosis quantifizierbar zu machen. Im Ergebnisteil folgen zuerst Versuche zur Zytotoxizität der einzelnen Chemikalien und deren Einfluss auf intrazelluläre Energieniveaus, bevor der Einfluss auf die hepatozellulären Fetteinlagerungen im Detail untersucht wird. Unterstützt werden die Ergebnisse durch mikroskopische Bilder der Hepatozyten, welche die beschriebenen Effekte verdeutlichen. Insgesamt konnten folgende Thesen aufgestellt werden: • Zwischen primären Hepatozyten von Wildtyp- und Knockout-Mäusen, bestehen nach 24 stündiger Kultivierung Unterschiede bezüglich des intrazellulären Lipidgehaltes, welche sich nach 72 stündiger Kultivierungszeit nivellieren. • Metformin- und Fructoseinkubation senken den intrazellulären ATP-Gehalt, gleichzeitige Anwesenheit von Metformin und Glucose vermindern den Effekt. • Durch 72-stündige Inkubation der primären Hepatozyten und Behandlung mit Metformin konnte der intrazelluläre Lipidgehalt um circa 40% gesenkt werden. • Durch 72-stündige Inkubation der primären Hepatozyten mit Glucose konnte der intrazelluläre Lipidgehalt um circa 100% gesteigert werden. • Bei humanen Hepatomzellen (HuH7) konnte kein Metformin- und kein Glucoseeffekt beobachtet werden. • Der LXR-Agonist TO901317 wirkt auf den intrazellulären Lipidgehalt Metformin entgegen.

Chronic exposure of humans or rodents to high calorie diets leads to hypertriglyceridemia and ectopic lipid deposition throughout the body, resulting in metabolic disease. Cellular lipids are stored in organelles termed lipid droplets (LDs) that are regulated by tissue-specific LD proteins. These proteins are critical for lipid homeostasis, as humans with LD protein mutations manifest metabolic dysfunction. Identification of novel components of the LD machinery could shed light on human disease mechanisms and suggest potential therapeutics for Type 2 Diabetes. Microarray analyses pinpointed the largely unstudied Hypoxia-Inducible Gene 2 (Hig2) as a gene that was highly expressed in obese human adipocytes. Imaging studies demonstrated that Hig2 localized to LDs in mouse hepatocytes and the human SGBS adipocyte cell line. Thus, this work examined the role of Hig2 as a LD protein in liver and adipose tissue. Hig2 deficiency reduced triglyceride deposition in hepatocytes; conversely, ectopic Hig2 expression promoted lipid deposition. Furthermore, liver-specific Hig2-deficient mice displayed improved glucose tolerance and reduced liver triglyceride content. Hig2 deficiency increased lipolysis and -oxidation, accounting for the reduced triglyceride accumulation. Similarly, adipocyte-specific Hig2-deficient mice displayed improved glucose tolerance, reduced adipose tissue weight and brown adipose tissue that was largely cleared of lipids. These improvements were abrogated when the animals were placed in thermoneutral housing and brown adipocyte-specific Hig2-deficient mice also displayed improved glucose tolerance, suggesting that active brown fat largely mediates the metabolic phenotype of Hig2 deletion. Thus, this work demonstrates that Hig2 localizes to LDs in liver and adipose tissue and promotes glucose intolerance.

The Hedgehog signaling pathway regulates many processes during embryogenesis and the homeostasis of adult organs. Recent data suggest that central metabolic processes and signaling cascades in the liver are controlled by the Hedgehog pathway and that changes in hepatic Hedgehog activity also affect peripheral tissues, such as the reproductive organs in females. Here, we show that hepatocyte-specific deletion of the Hedgehog pathway is associated with the dramatic expansion of adipose tissue in mice, the overall phenotype of which does not correspond to the classical outcome of insulin resistance-associated diabetes type 2 obesity. Rather, we show that alterations in the Hedgehog signaling pathway in the liver lead to a metabolic phenotype that is resembling metabolically healthy obesity. Mechanistically, we identified an indirect influence on the hepatic secretion of the fibroblast growth factor 21, which is regulated by a series of signaling cascades that are directly transcriptionally linked to the activity of the Hedgehog transcription factor GLI1. The results of this study impressively show that the metabolic balance of the entire organism is maintained via the activity of morphogenic signaling pathways, such as the Hedgehog cascade. Obviously, several pathways are orchestrated to facilitate liver metabolic status to peripheral organs, such as adipose tissue.

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In vitro liver models allow the investigation of the cell behavior in disease conditions or in response to changes in the microenvironment. A major challenge in liver tissue engineering is to mimic the tissue-level complexity: besides the selection of suitable biomaterial(s) replacing the extracellular matrix (ECM) and cell sources, the three-dimensional (3D) microarchitecture defined by the fabrication method is a critical factor to achieve functional constructs. In this study, coaxial extrusion-based 3D bioprinting has been applied to develop a liver sinusoid-like model that consists of a core compartment containing pre-vascular structures and a shell compartment containing hepatocytes. The shell ink was composed of alginate and methylcellulose (algMC), dissolved in human fresh frozen plasma. The algMC blend conferred high printing fidelity and stability to the core–shell constructs and the plasma as biologically active component enhanced viability and supported cluster formation and biomarker expression of HepG2 embedded in the shell. For the core, a natural ECM-like ink based on angiogenesis-supporting collagen-fibrin (CF) matrices was developed; the addition of gelatin (G) enabled 3D printing in combination with the plasma-algMC shell ink. Human endothelial cells, laden in the CFG core ink together with human fibroblasts as supportive cells, formed a pre-vascular network in the core in the absence and presence of HepG2 in the shell. The cellular interactions occurring in the triple culture model enhanced the albumin secretion. In conclusion, core–shell bioprinting was shown to be a valuable tool to study cell–cell-interactions and to develop complex tissue-like models.

Ce travail examine les mécanismes de l’immunité innée impliqués dans l’hépatite aiguë virale du modèle murin d’infection par le virus de l’hépatite virale murine de type 3 (MHV-3). Afin de déterminer le rôle du TLR2 dans l’aggravation de l’hépatite, des infections avec le virus MHV-3 ont été réalisées in vivo chez des souris C57BL/6 et des souris déficientes pour le gène tlr2 et in vitro dans des macrophages et des hépatocytes infectés avec le virus MHV-3 et le virus moins virulent MHV-A59. Les niveaux de transcription et de traduction des senseurs microbiens, des interférons (IFN) de type I, des cytokines et/ou des chimiokines ont été évalués par qRT-PCR et ELISA. Les cellules ont été traitées avec des petits ARNs interférants (siRNAs) pour le TLR2 et le CEACAM1a ou mises en présence d’inhibiteurs des voies d’endocytose. Les résultats révèlent le rôle stimulateur du TLR2 pour la réplication virale, la production de cytokines pro-inflammatoires IL-6 et TNF-α et des chimiokines CXCL1, CXCL10 et CCL2. Un nouveau mécanisme d’échappement aux senseurs viraux dépendant du TLR2 a également été mis en évidence dans les macrophages et les hépatocytes lors de l’infection de ces cellules avec le virus MHV-3, et non pas avec le virus moins virulent MHV-A59. Ces différents travaux révèlent un nouveau rôle du TLR2 lors d’infections virales dans l'aggravation de la réponse inflammatoire tout en protégeant le virus des autres senseurs de la réponse immune innée. / This work investigates the innate immunity mechanisms involved in the Murine Hepatitis Virus type 3 (MHV-3) acute hepatitis disease model. In the goal of determining the role of the TLR2 receptor in aggravating the hepatitis disease, in vivo infections with the MHV-3 virus were performed on C57BL/6 mice or tlr2-/- gene knockout mice as well as in vitro infections of murine macrophages and hepatocytes with the MHV-3 and less virulent MHV-A59 serotypes. The levels of transcription and translation of different microbial sensors, type I interferons (IFN), cytokines and/or chemokines were measured by qRT-PCR and ELISA tests. Cells were treated with small interfering ARN (siRNA) for the TLR2 and/or CEACAM1a genes or treated with the different endocytosis inhibitors before infection. Our results reveal the stimulatory role of the TLR2 receptor on viral replication, production levels of the IL-6 and TNF-α cytokines and chemokines CXCL1, CXCL10 and CCL2. This study also reveals a new immune evasion mechanism via TLR2 in macrophages infected with MHV-3, but not with the lesser virulent MHV-A59 serotype. These different experiments have revealed a new role for the TLR2 receptor in viral infections wherein inflammatory responses are aggravated whilst shielding viral detection by other pathogens sensors of the innate immunity.

Le fipronil, insecticide largement utilisé, est un perturbateur thyroïdien chez le rat modulant le catabolisme hépatique des hormones thyroïdiennes. Ses effets chez le mouton, considéré comme un modèle plus pertinent que le rat pour étudier une régulation de la fonction thyroïdienne chez l'Homme, sont plus limités. Le but de cette thèse était de caractériser au niveau hépatique le mode d'action du fipronil sur la fonction thyroïdienne en s'intéressant 1) au rôle potentiel du principal métabolite du fipronil formé in vivo, le fipronil sulfone, et 2) aux différences interspécifiques de métabolisme du fipronil et/ou de sensibilité à la perturbation thyroïdienne qui peuvent préjuger de la pertinence des différents modèles animaux pour l'analyse du risque du fipronil pour la santé humaine. L'efficacité du fipronil sulfone à induire l'expression et/ou l'activité d'enzymes responsables du métabolisme hépatique des hormones thyroïdiennes ou du fipronil était la même que celle du fipronil autant in vivo chez le rat que in vitro sur hépatocytes. L'utilisation d'un modèle de souris déficientes pour des récepteurs nucléaires xénosenseurs suggérait fortement une implication des récepteurs nucléaires Constitutive Androstane Receptor et/ou Pregnane X Receptor dans la perturbation thyroïdienne induite par le fipronil / The widely used insecticide fipronil is a thyroid disruptor in rat acting on thyroid hormone hepatic metabolism. In sheep, a more relevant species for the human thyroid regulation, fipronil-induced thyroid-disruption is much more limited. The goal of this thesis was to characterize the mode of action of fipronil on thyroid function at the hepatic level focusing on 1) the potential role of fipronil sulfone, the main fipronil metabolite formed in vivo, and on 2) interspecific differences in terms of fipronil metabolism and/or sensitivity to thyroid disruption that can prejudge of the relevance of the different animal models for the risk assessment of fipronil for human health. Fipronil sulfone was as efficient as fipronil to induce the expression and/or activity of enzymes involved in thyroid hormone or fipronil hepatic metabolism both in vivo in rat and in vitro on hepatocytes. The use of knock-out mice for xenosensors nuclear receptors strongly suggested an implication of the nuclear receptor Constitutive Androstane Receptor and/or Pregnane X Receptor on fipronil-induced thyroid disruption