Les cytokines de la famille γc sont essentielles au développement, à la différenciation thymique et à la survie périphérique des lymphocytes T naïfs. Transmettant leurs signaux par des récepteurs qui ont en commun la chaîne γc, les interleukines -2, -7, -15 et -21 sont des facteurs solubles pléiotropes. De par leur redondance lors d'une réponse immunitaire, le rôle individuel des cytokines γc dans l'homéostasie des lymphocytes T CD8 et dans la réponse anti-virale n'a été que partiellement élucidé. De plus, l'état actuel des connaissances ne permet pas de savoir avec précision à quel moment de la différenciation et selon quels mécanismes ces cytokines interviennent. Afin d'évaluer le rôle des cytokines γc dans l'homéostasie des lymphocytes T CD8 naïfs, nous avons comparé des cellules monoclonales CD8 issues de souris TCR transgéniques P14 γc-compétentes ou γc-déficientes. Nous avons montré que les cellules T CD8 naïves γc -/- ne s'accumulent pas dans les organes lymphoïdes secondaires et que les quelques cellules résiduelles se caractérisent par une petite taille, une diminution de l'expression du CMH de classe I et une augmentation de l'apoptose. Nous avons ensuite corrigé le défaut intrinsèque de survie des cellules T CD8 γc -/-naïves, en surexprimant la molécule humaine Bcl-2, un facteur anti-apoptotique. Cette approche nous a permis de restaurer le nombre de lymphocytes T CD8 naïfs en périphérie, malgré l'absence de chaîne γc. Par contre, tout comme ce qui avait été démontré pour les cellules T CD4, l'expression de Bcl-2 ne permet pas de corriger le défaut de taille et de synthèse protéique des cellules γc-déficientes. Nous concluons donc que les cytokines γc génèrent des signaux Bcl-2-dépendants et Bcl-2-indépendants pour maintenir le phénotype et l'homéostasie des lymphocytes T CD8 naïfs. Afin de définir l'implication précise des cytokines γc au cours de la différenciation des cellules T CD8, nous avons évalué la réponse des cellules T CD8 Bcl-2+ γc +/+ ou γc -/- après infection par le virus de la chorioméningite lymphocytaire. De façon tout à fait étonnante, nous avons démontré que de nombreuses étapes de la réponse anti-virale primaire se déroulent normalement en l'absence de chaîne γc. En effet, l'expansion clonale, les changements phénotypiques associés à une activation et l'acquisition de fonctions effectrices par les lymphocytes T CD8 γc-déficients sont préservés. Par contre, les signaux dépendants de la chaîne γc s'avèrent essentiels à la différenciation et la prolifération des effecteurs tardifs ainsi qu'à la génération et le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires. Nous proposons donc que les cytokines γc-dépendantes ne sont pas indispensables à l'acquisition de fonctions cytotoxiques et à la réponse anti-virale, mais génèrent des signaux Bcl-2-indépendants essentiels à la survie et à la prolifération des cellules T CD8 mémoires.

Les mécanismes moléculaires et cellulaires contrôlant l'homéostasie dans un tissu normal ne sont pas complètement élucidés in vivo même si nombre d'entre eux sont connus in vitro. Ils présentent une telle complexité qu'on parle généralement de réseaux de contrôles. Les simulations sur ordinateur représentent un outil puissant pour étudier les réseaux de contrôle de la prolifération cellulaire. Elles possèdent une puissance de calcul permettant de tester des hypothèses, notamment sur les redondances et les retro contrôle que l'on suppose impliquées dans ces réseaux et d'observer les conséquences de modifications (e.g. mutations) dans un contexte in vivo dynamique simulé. Notre approche combine une représentation spatiale des cellules en 2D par le graphe de Voronoï et un modèle de vie cellulaire. Le graphe de Voronoï associe un polygone à chaque cellule et l'ensemble de ces polygones défini l'architecture du tissu. Le modèle des réseaux de régulation de la croissance, de prolifération, de différenciation et de mort cellulaire inclus des éléments intracellulaires (cyclines, Cyclin Dependent Kinases, pRb, inhibiteurs de CDK) et des éléments extracellulaires (récepteurs membranaires aux facteurs de prolifération, intégrines). L'intégration de la représentation spatiale des cellules permet une modulation quantitative des signaux extracellulaires en fonction du voisinage des cellules et une modélisation du mouvement des cellules dans le temps. Ainsi la caractérisation des cellules du modèle en tant que cellules souches, en transit ou bien engagées dans la différenciation est réalisée en fonction de leur statut moléculaire (e.g. quelle protéine est exprimée, active, inhibée, etc...) à un instant donné. Nos résultats montrent le rôle des inhibiteurs de CDKs (p15 et p27) et de la proportion des récepteurs aux facteurs de croissance et de différenciation (EGFr et TGF?) dans le contrôle du passage de G1 à S. Les simulations en 2D illustrent l'influence de l'environnement et du pattern des cellules souches sur la prolifération dans les couches basales des épithéliaux stratifiés et de l'adhérence différentielle lors de la différenciation et la migration des kératinocytes.

Le sommeil est essentiel pour la consolidation de notre mémoire. Chez l'homme comme chez le rongeur, il est composé de sommeil paradoxal (REM), et de non-REM caractérisé par des oscillations delta (1-4Hz), spindles (8-14Hz) et ripples (150-200Hz), impliquées dans cette consolidation. Les mécanismes fins sous-tendant l'effet bénéfique du sommeil sur la mémoire ont été le plus clairement établis pour la mémoire spatiale chez le rongeur, qui dépend de l'hippocampe. Cette structure contient des cellules de lieu: des neurones dont l'activité est directement corrélée à la position de l'animal. Durant le sommeil, l'activité des cellules de lieu est rejouée au moment des ripples, comme si la trace mnésique se répétait pour consolider l'apprentissage. Par une interface cerveau-machine, nous avons associé les réactivations spontanées d'une cellule de lieu à une stimulation de récompense. Au réveil, la souris se rendait directement dans le lieu associé, prouvant que les cellules de lieu détiennent la même information spatiale durant la navigation et le sommeil. De plus, ce résultat montre le rôle causal des cellules de lieu dans la navigation, et valide la possibilité de créer une mémoire complexe durant le sommeil.Enfin, pour favoriser la transposition à l'homme des résultats sur la consolidation mnésique chez le rongeur, nous avons développé une méthode de différenciation des sous-stades de non-REM chez la souris dont les propriétés sont semblables à l'homme. Cette méthode a permis la description fine des processus de régulation du sommeil et des oscillations cérébrales associées ; le rôle du rythme respiratoire et du bulbe olfactif dans cette régulation étant également discuté. / Sleep is crucial for memory consolidation. In humans as in rodents, sleep is composed of a paradoxical phase (REM), and a non-REM phase, which is characterized by delta oscillations (1-4Hz), spindles (8-14Hz) and ripples (150-200Hz), all implicated in the consolidation process. The fine mechanisms underlying the beneficial effect of sleep in memory consolidation have been further detailed thanks to the model of rodent spatial memory, which depends on the hippocampus. This cerebral structure contains place cells, neurons whose activity is tightly correlated to the animal position. During sleep, place cells activity is replayed during ripples, as if the memory trace was repeated to consolidate spatial learning. Using a brain-machine interface, we triggered rewarding brain stimulation on the spontaneous reactivation of a given place cell during sleep. Upon awakening, the mouse went directly to the associated place field, showing that place cells still convey the same spatial information during sleep than during navigation. Moreover, this result shows the causal role of place cells in navigation, and confirms the feasibility of creating a complex new memory during sleep. At last, in order to facilitate translational research on sleep, we developed a scoring method which distinguishes different non-REM sleep phases as those observed in human sleep. Those substages revealed very similar characteristics to humans’ and this new method allowed the fine description of sleep regulation and associated brain rhythms; the role of respiratory rhythm and olfactory bulb in this regulation is also discussed.

Cette thèse de mathématiques appliquées en physiologie rénale a pour thème principal l'étude de l'homéostasie du calcium à travers le développement d'un modèle mathématique à l'échelle de l'organisme. Nous cherchons à répondre à certaines questions soulevées par les néphrologues dans le cas de pathologies impliquant la formation de calculs rénaux ou de calcifications. Nous examinons notamment les cas de l'hypercalciurie observée durant l'hyperparathyroïdie primaire dont les causes ne sont pas élucidées ainsi que les mécanismes de complexation du calcium et phosphate et notamment les conséquences d'une infusion intraveineuse de phosphate sur l'homéostasie du calcium. Notre modèle est composé d'équations différentielles décrivant la dynamique du calcium dans les compartiments impliqué dans son métabolisme (intestin, os, reins) ainsi que les mécanismes de régulation par l'hormone parathyroïdienne (PTH), la vitamine D3 et le récepteur sensible au calcium (CaSR). Ce modèle est par ailleurs couplé à un modèle de l'homéostasie du phosphate. Les résultats de ce modèle suggèrent que la présence ou non d'une hypercalciurie lors de l'hyperparathyroïdie primaire peut être expliquée par des mécanismes antagonistes dans la branche ascendante large de Henle, avec d'un côté le CaSR inhibant la réabsorption de calcium et de l'autre la PTH diminuant l'excrétion de calcium. Nous concluons que l'infusion intraveineuse de phosphate induit une hypocalcémie majeure, due principalement à la précipitation du calcium et du phosphate dans le plasma et dans l'os. En outre, cette étude suggère un retard dans l'activation de la synthèse de PTH par le phosphate. / This thesis of applied mathematics in renal physiology focuses on the study of calcium homeostasis, through the development of a mathematical model at the organism scale. This model is built based upon recent experimental studies as well as previous models in the field. We aim to answer several questions raised by nephrologists regarding diseases involving calcium stone formation or calcifications. In particular, we are interested in the origins of the hypercalciuria observed during primary hyperparathyroidism, the causes of which remain to be elucidated, the effects of bone resorption inhibition by bisphosphonates on calcium metabolism, as well as the consequences of an intravenous infusion of phosphate on calcium homeostasis. Our model is composed of differential equations describing the dynamics of calcium in the compartments involved in its metabolism (intestine, bone and kidneys), as well as complex feedback mechanisms by parathyroid hormone (PTH), vitamin D3 and the calcium sensing receptor (CaSR). Besides, this model is coupled to a phosphate homeostasis model. This model suggests that the variable presence of hypercalciuria during primary hyperparathyroidism can be explained by counteracting mechanisms in the thick ascending limb of Henle, involving on one hand the calcium sensing receptor, which inhibits calcium reabsorption, and on the other hand PTH which decreases calcium excretion. We conclude that the intravenous infusion of phosphate triggers a major hypocalcemia, mainly due to the precipitation of calcium and phosphate in both bone and plasma. Moreover, this study suggests a delay in the activation of PTH synthesis by phosphate

L'étude des formes de la nature, de leur diversité, de leur reproductibilité ainsi que de leurs origines a toujours suscité un vif intérêt et, en particulier, la forme polygonale des cellules au sein des épithéliums monocouches, depuis leur observation par Hooke en 1665. Le travail de thèse exposé à travers ce mémoire vise une meilleure compréhension de la morphogenèse de ces tissus. Pour y parvenir, trois approches ont été combinées : la biologie expérimentale du développement, l'analyse biostatistique et, principalement ici, la modélisation biomécanique et numérique. L'hypothèse d'une influence des efforts mécaniques dans l'organisation des épithéliums monocouches en formation a conduit au développement d'un modèle bidimensionnel de cellules, basé sur la physique des milieux divisés et permettant une plasticité de forme ainsi qu'une capacité de libre auto-organisation. Les simulations de morphogenèse de tissus constitués de ces cellules ont alors, d'une part, été confrontées aux observations et, d'autre part, permis de faire varier des paramètres difficilement accessibles expérimentalement, principalement ceux régissant l'évolution cellulaire ainsi que les conditions aux limites. Les résultats issus de ces simulations ont ainsi permis de corroborer ceux provenant des expérimentations : les tissus non prolifératifs sont plus organisés que les prolifératifs et l'apoptose semble jouer un rôle stabilisateur de la morphogenèse des épithéliums prolifératifs. En outre, les études numériques montrent que l'organisation des tissus non prolifératifs semble décroître quand leur vitesse de développement augmente. Par ailleurs, les tissus paraissent plus organisés avec une division et une apoptose contrôlées par des critères mécaniques plutôt que lorsque le système prolifère suivant des critères aléatoires. En conclusion, ce travail de thèse montre l'importance des interactions mécaniques dans le processus de morphogenèse épithéliale et représente une première base prometteuse pour des études futures en ce domaine (étude tridimensionnelle, structuration du cytosquelette, tissus hyperprolifératifs, etc.). / The study of natural forms, their diversity, their reproducibility and their origin has always fascinated the scientists, and particularly the polygonal form of cells in monolayer epithelia, since their observation by Hooke in 1665. The present PhD work aims to better understand tissue morphogenesis. To do so, three approaches have been combined: experimental biology, biostatistical analysis and, mainly here, biomechanical and numerical modeling. The hypothesis of the influence of mechanical efforts on the organization of forming monolayer epithelia leads to the development of a 2D cell model based on the physics of divided media, that enables form plasticity and the ability of free auto-organization. The simulations of tissue morphogenesis composed by these cells have been compared to biological observations. Besides, this approach enables the variation of parameters hardly accessible by experiments, mainly those governing the cell evolution as well as boundary conditions. Thus, the results issued from these simulations corroborate experimental data: non-proliferative tissues appear more organized than proliferative ones and apoptosis seems to be a positive regulator in morphogenetic stability. Furthermore, numerical studies show that the organization of non-proliferative tissues seems to decrease as their development speeds increase. In addition, the tissues appear more organized if the proliferation is mechanically controlled than if it is randomly governed. To conclude, this PhD work shows the importance of mechanical interactions in epithelial morphogenesis and constitutes a first promising basis for further studies in this field (3D study, cytoskeleton structuration, hyperproliferative tissue, etc.).

L’homéostasie de la taille des cellules implique l’existence de mécanismes capables de coordonner la croissance (l’augmentation du volume) avec la prolifération (l’augmentation du nombre de cellules). Il est clairement établi que la taille des cellules est affectée par la disponibilité en nutriment du milieu de culture et par la ploïdie, mais les mécanismes sous-jacents demeurent inconnus. Une étude à l’échelle du génome réalisée chez la levure par l’équipe de M. Tyers a révélée que l’inactivation d’environ 400 gènes conduisait à un volume cellulaire moyen significativement différent de celui de la souche sauvage isogénique. Le contrôle de la taille des cellules est ainsi une situation intéressante dans laquelle de nombreux loci contribuent à un caractère quantitatif complexe. La plupart de ces loci demeurant orphelin de voie de signalisation distincte, leur influence respective reste à élucider. Nous avons commencé cette étude en partant de l’observation qu’un mutant sir2 présentait un volume cellulaire augmenté. De manière cohérente, un traitement au nicotinamide (Nam), un inhibiteur de Sir2, reproduit le défaut de taille de sir2 par un mécanisme dépendant de Sir2p. Nous avons alors pu, par une approche d’épistasie chimique, identifier 22 mutants non affectés par le traitement de la Nam, parmi ~200 mutants de petite taille. De manière surprenante, 16 de ces 22 mutants de taille insensibles à la NAM, sont affectés dans la biogenèse de la grande sous unité du ribosome (60S). Une drogue capable de bloquer spécifiquement la biogenèse tardive de la 60S, la diazaborine, mime le phénotype de taille des mutants de la 60S, produisant des cellules sauvages plus petites. Un ensemble de ~200 mutants de grande taille a été traité à la diazaborine et leur volume mesuré. Cette approche chimiogénétique nous a permis d’identifier 31 mutants insensibles à la diazaborine, incluant swi4 et swi6, deux régulateurs majeurs du cycle cellulaire, critiques pour le contrôle de la taille des cellules. Ces résultats furent confirmés par la construction de double mutants. Ce travail montre qu’il est possible d’organiser des mutants de taille au sein de voies spécifiques et de définir des relations d’épistasie claires entre eux. Nos données indiquent que le contrôle de la taille par cette voie “Sir2-60S” est indépendant des effets de la ploïdie et du contrôle nutritionnel sur la taille des cellules. / Cell size homeostasis implies that specific mechanisms are devoted to coordinating growth and proliferation. It is well established that cell size is affected by nutrient availability and ploidy but the underlying mechanisms are not elucidated. A genome wide search for yeast mutants affected for cell volume homeostasis, conducted in the Tyers’lab, revealed that the inactivation of about 400 genes leads to a median cell volume diverging from the isogenic wild-type. The cell size control process is thus a very interesting situation where multiple loci contributing to a complex quantitative trait have been identified but their organisation into distinct pathways and their respective influence remain largely to be elucidated. To address this issue, we started from the observation that a sir2 mutant shows an increased cell size. Consistently, nicotinamide (NAM), a Sir2 inhibitor, mimics the sir2 size defect in a Sir2p-dependent manner. This allowed us to identify among ~200 small size mutants, 22 mutants that were clearly not affected by NAM treatment. Strikingly, 16 out of the 22 NAM unresponsive mutants affected biogenesis of the large ribosomal subunit (named 60S below). Consistently, diazaborine, a drug that blocks the large ribosomal subunit assembly and therefore mimics 60S mutants, rendered wild-type yeast cells smaller. A set of ~200 large mutants were treated with diazaborine and their cell volume was measured. This chemogenetics approach allowed us to identify 31 diazaborine-unresponsive mutants, including swi4 and swi6, two major cell cycle regulators that are critical for cell size control. These results were confirmed by constructing double mutants. This work shows that it is possible to organize cell size mutants in specific pathways and to define clear epistasis relationships between them. Our data indicate that the control of cell size by the “Sir2-60S” pathway is independent of both the ploidy and the nutritional control of cell size.

L'épithélium intestinal, en constant renouvellement, assure de nombreuses fonctions vitales comme l'absorption des nutriments et le maintien d'une barrière entre le milieu extérieur et l'organisme. L'absorption intestinale des sucres est assurée par de nombreux transporteurs au niveau de l'intestin proximal. Parmi eux, GLUT2, localisé dans les entérocytes et les cellules endocrines de l'intestin, transporte le glucose, le fructose et le galactose. Les cellules L entéroendocrines produisent le GLP-1, un puissant stimulateur de la sécrétion d'insuline en réponse au glucose. L'objectif de ma thèse a été d'élucider le rôle de GLUT2 intestinal dans l'absorption des sucres et la fonction entéroendocrine grâce à l'étude d'un modèle murin spécifiquement invalidé pour ce transporteur dans les cellules épithéliales intestinales. La délétion intestinale de GLUT2 entraîne une malabsorption intestinale modérée des sucres associée à une distribution retardée du glucose aux tissus périphériques. Le retard spatial et temporel de l'absorption des sucres provoque une dysbiose intestinale au profit de bactéries ayant un rôle protecteur de l'homéostasie intestinale. De façon surprenante, l'invalidation de GLUT2 intestinal s'accompagne d'une chute de la densité de cellules L entéroendocrines, sans modification des niveaux plasmatiques de GLP-1. Cette étude met en exergue le rôle primordial de GLUT2 intestinal dans l'absorption des sucres et la fonction endocrine de l'intestin. Elle permet d'envisager le criblage de molécules capables d'inhiber l'activité de GLUT2 intestinal, pour atténuer la prise de poids et limiter les perturbations métaboliques induites par des régimes riches en sucres. / The constantly renewing intestinal epithelium handles various essential functions including nutrient absorption and persistence of a barrier between our internal and external environments. Several transporters mediate sugar absorption in the proximal intestine. Among them, GLUT2, a very efficient glucose, fructose and galactose transporter and receptor, is located at the membranes of enterocytes and enteroendocrine cells. The enteroendocrine L-cells produce GLP-1, a strong activator of glucose-induced insulin secretion. This thesis aimed to further decipher the role of intestinal GLUT2 in sugar absorption and enteroendocrine cell function. To address this question, mice lacking GLUT2 specifically in intestinal epithelial cells have been generated and studied. Intestinal GLUT2 invalidation alters intestinal glucose absorption and delays glucose biodistribution to peripheral tissues. This spatial and temporal sugar absorption delay provokes intestinal dysbiosis, favoring gut microbiota having a protective impact on gut homeostasis. Surprisingly, intestinal GLUT2 deletion leads to a strong loss in enteroendocrine L cell density, with no impact on GLP-1 plasma levels. This study highlights critical roles for GLUT2 in sugar absorption and enteroendocrine cell function management. The use of specific GLUT2 inhibitors could be considered to limit body weight gain and metabolic disorders induced by sugar rich diets.

Cette thèse participe à l’étude générale des facteurs environnementaux et périphériques qui contrôlent le développement précoce du système nerveux central. Plus particulièrement, notre objectif a été d’établir quel rôle tient la leptine, hormone de satiété également connue pour sa fonction neurotrophique, dans l’établissement de la séquence développementale GABAergiqueEn combinant des approches électrophysiologiques, morphologiques et moléculaires, nous avons montré que cette séquence était altérée chez la souris déficiente pour la leptine (ob/ob) et pour son récepteur (db/db). En effet, chez ces souris, le GABA hyperpolarise et inhibe les neurones hippocampiques dès le troisième jour de vie post-natale, alors que le GABA induit une dépolarisation pendant la première semaine de vie post-natale chez les animaux sauvages. Grace à une étude in vivo sur les nouveau-nés ob/ob et in vitro sur cultures neuronales, nous avons montré que cette altération du fonctionnement de la transmission GABAergique était due à une expression, prématurée du transporteur du chlore KCC2 tant au niveau traductionnel que transcriptionnel. In vivo, nous avons démontré qu’il était possible de rétablir la séquence développementale GABAergique par injection de leptine chez les souris ob/ob. Nous avons évalué comment l’hyperleptinémie associée à l’obésité maternelle altérait l’homéostasie du chlore, sur la descendance de souris obèses. Ces résultats établissent ainsi l’idée d’un contrôle de l’homéostasie du chlore par la leptine dans l’hippocampe en développement et ouvre de nouveaux horizons sur la prise en charge des troubles neurodéveloppementaux liés à une altération de l’homéostasie du chlore. / This dissertation tackles the general study of external cues (sensory inputs, neuronal activity, neurotrophins, and peripheral factors) controlling early central nervous system development. Our specific aim was to establish the role of leptin in shaping GABAergic developmental sequence, from a depolarizing to an hyperpolarizing action of GABA (D/I shift). Using acute hippocampal slices of newborn rodents, we have shown that this shift was abolished in leptin deficient (ob/ob) mice and in leptin receptor deficient (db/db) mice. In these mice the D/I shift occur as early as post-natal day 3, whereas in wild-type (WT) mice it takes place during the second post-natal week. Using newborn ob/ob mice and neuronal cultures we show that this GABAergic transmission impairment was due a precocious expression of the chloride extruder KCC2. In vivo we have also demonstrated that leptin injections were sufficient to restore the WT phenotype. Finally, we have evaluated how hyperleptinemia associated to maternal obesity alter chloride homeostasis in the offspring of high fat fed mothers. This work establishes therefore the involvement of leptin in the control of chloride homeostasis during development, and will help the management of neurodevelopmental disorders in which altered chloride-homeostasis is part of the pathogenic mechanism. Overall, this dissertation proposes that a peripheral factor, leptin, acts as a relay between the environment and the central nervous system to ensure the proper development of the latter.

L’hypothalamus joue un rôle clef dans la régulation de l’homéostasie énergétique grâce à la présence de circuits neuronaux contrôlant la prise alimentaire. Ces circuits peuvent être remodelés dans le cerveau. Nous avons émis l’hypothèse que la plasticité de ces circuits intervient en conditions physiologiques. Nous avons démontré que les synapses des neurones à pro-opiomélanocortine sont modifiées en fonction de l’alimentation. Ce processus de plasticité est indispensable pour ajuster la prise alimentaire et nécessite la présence d’un polymère glucidique appelé PSA (acide polysialique), se fixant sur les protéines d’adhésion cellulaire NCAM et limitant les contacts synaptiques. Nous avons évalué le lien entre la plasticité cérébrale et la vulnérabilité à développer une obésité chez des souris placées en régime gras pendant 3 mois. La réponse comportementale au régime gras était variable, et prédictive de la prise de poids à terme, et était liée aux taux de PSA hypothalamique. La déplétion chronique de PSA dans l’hypothalamus a accéléré la prise de poids et l’adiposité des animaux. Ces résultats suggèrent qu’une capacité réduite de plasticité synaptique est un facteur de risque de l’obésité. En parallèle, nous nous sommes intéressés à l’homéostasie du cholestérol circulant contrôlée par le système à mélanocortine. Il existe un mécanisme de régulation du cholestérol circulant dépendant de PSA dans l’hypothalamus. Une dérégulation de ce mécanisme a provoqué l’accumulation de dépôts graisseux dans les vaisseaux sanguins. L’ensemble de ces travaux a permis de mettre en évidence le rôle de la plasticité synaptique hypothalamique dans la régulation de l’homéostasie énergétique. / Hypothalamus plays a major role in the regulation of energy homeostasis by the presence of neural circuits controlling food intake. These circuits are plastic and can be rewired during adulthood. We hypothesized that synaptic plasticity can occur during physiological conditions. We have shown that synaptic contact on hypothalamic anorexigen POMC neurons are rewired in mouse upon high fat diet (HFD). This synaptic process is mandatory to adjust energy intake and requires the glycan PSA (polysialic acid). PSA promotes synaptic plasticity in the brain by the weakening of cell-to-cell interaction by addition on NCAM (neural cell adhesion molecule). We hypothesized that a defect in brain synaptic plasticity capacity could be a risk factor in the etiology of metabolic diseases. We show that homeostatic feeding response to HFD ingestion was predictive to weight gain observed three months after HFD introduction. The feeding response to HFD was correlated with the hypothalamus PSA level. We show that chronic depletion of hypothalamic PSA accelerate the onset of diet induced obesity. These results indicate that a low hypothalamic PSA level prone to diet induced obesity. In parallel, we focus on the hypothalamic regulation of circulating cholesterol. Melanocortin system control level of circulating cholesterol. Using our model of diet induced synaptic plasticity; we show that there is a link between hypothalamic PSA and circulating cholesterol. A long term reduction of hypothalamic PSA level, lead to an accumulation of fat deposit in blood vessels. This whole work allows us to underscore the role of diet induced synaptic plasticity in the regulation of energy homeostasis.

Le gène Cdx2 exerce de nombreuses fonctions au cours du développement embryonnaire. Son expression est maintenue spécifiquement dans l’épithélium intestinal adulte. Cdx2 est diminué dans les cancers colorectaux (CCR), favorisant la migration et la dissémination des cellules tumorales. Cette diminution de Cdx2 est réversible, suggérant une dérégulation du gène. Nous avons étudié d’une part les fonctions intestinales de Cdx2 au cours du développement et surtout chez l’adulte, et d’autre part les mécanismes moléculaires associés à la dérégulation de Cdx2 dans les CCR.Une approche d’invalidation conditionnelle de Cdx2 chez la souris a été choisie. Nous montrons que Cdx2 est nécessaire pour l’établissement de l’identité intestinale au cours du développement. De plus, dans l’intestin adulte il contribue au maintien de l’identité des cellules souches et intervient dans la différenciation terminale des cellules épithéliales. Le croisement du modèle murin transgénique pCdx2-9LacZ avec le modèle de cancérogénèse colique spontanée Apc∆14/+ indique que les éléments nécessaires à la diminution d’expression de Cdx2 dans les CCR sont sur le promoteur de 9kb de Cdx2. Par ailleurs, nous montrons une corrélation d’expression entre les protéines HNF4α, régulateur transcriptionnel de Cdx2, et Cdx2 dans des échantillons de tumeurs intestinales humaines et murines. L’invalidation conditionnelle de Hnf4α dans l’intestin est associée à une réduction d’expression de Cdx2 et à une plus grande susceptibilité des animaux à la tumorigenèse colique chimio-induite. HNF4α constitue un facteur important de la dérégulation de Cdx2 dans les CCR et exerce une fonction suppresseur de tumeur dans l’intestin / The Cdx2 gene exerts many functions during embryonic development. Its expression is maintained specifically in the adult intestinal epithelium. Cdx2 expression is reduced in colorectal cancers (CRC); moreover, this reduction promotes migration and the spread of colon tumor cells. The alteration of Cdx2 in CRC is reversible, suggesting a deregulation of the gene. The objectives of my project were to study the functions of Cdx2 during intestinal development and in adults and to study the molecular mechanisms associated with the deregulation of Cdx2 in CRC. An approach of conditional invalidation of Cdx2 in mice has been used. We show that Cdx2 plays a key role in establishing the intestinal identity during development. In addition, at the adult stage Cdx2 is involved in the maintaining of the intestinal stem cells identity and in the control of terminal differentiation of intestinal epithelial cells. Crossing the transgenic mouse model pCdx2-9LacZ with spontaneous colon carcinogenesis model ApcΔ14/+ indicates that the elements necessary for the decrease of Cdx2 expression are located on the Cdx2 promoter of 9kb. Earlier team works have highlighted HNF4α as a transcriptional regulator of Cdx2 expression. In this work, we have demonstrated a correlation between HNF4α and Cdx2 protein expression in samples of human and mouse intestinal tumors. The conditional invalidation of Hnf4α in the intestine is associated with a reduction of Cdx2 expression, and a greater susceptibility for mice to chemo-induced colonic tumorigenesis. HNF4α is an important factor in the deregulation of Cdx2 in CRC and it exerts itself a tumor suppressor function in the gut.