Le raccourcissement télomérique est la source majeure de l'instabilité chromosomique (CIN) au cours de la progression tumorale. Nous avons montré que les cellules humaines embryonnaires de rein (cellules HEK) ayant traversé une période de CIN subissent des vastes changements dans l'expression des microARNs, ce qui induit une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM), un processus permettant aux cellules cancéreuses épithéliales migrer et envahir de nouveaux tissus et former des métastases. Notre travail a aussi suggéré que les cellules ayant subi une TEM étaient capables de former des tumeurs dans un microenvironnement sénescent. De surcroît, cette évolution dans la capacité tumorale était associée à une dérégulation supplémentaire des microARNs et à l'acquisition des propriétés des cellules souches. Afin d'étudier comment ce potentiel est mis en place au cours de l'instabilité chromosomique et au contact avec le microenvironnement sénescent, nous avons modulé les niveaux d'expression de miR-145 et avons démontré que la répression de miR-145 était nécessaire pour le développement des caractéristiques des cellules souches. Afin de mieux comprendre l'impact de CIN sur le programme génétique des cellules épithéliales, nous avons utilisé des approches de haut débit et avons caractérisé les changements des paysages chromatiniens et leur mise en place dans les cellules ayant traversé une période de CIN. Nos résultats révèlent pour la première fois que l'instabilité télomérique modifie profondément la distribution des marques d'histones en conduisant aux changements d'expression des gènes et au processus de transformation des cellules épithéliales pré-tumorales. / Telomere shortening is a major source of chromosome instability (CIN) at early stages during carcinogenesis. However, the mechanisms through which telomere-driven CIN (T-CIN) contributes to the acquisition of tumor phenotypes remain uncharacterized. We have shown that human epithelial kidney (HEK) cells undergo massive microRNA deregulation upon CIN, in particular a miR-200-dependent epithelial-mesenchymal transition (EMT), which is thought to enable epithelial cancer cells to migrate and invade other tissues to form metastases. Our work also indicated that CIN+ cells that underwent EMT were able to form tumors in a senescent microenvironment. Notably, this progression in tumor capacity was associated with further microRNA deregulation and the manifestation of enhanced stem-like properties. To investigate how stem-like properties are acquired in CIN+ cells in the contact with senescent microenvironment we adapted knockdown and overexpression approaches to modulate miR-145 expression, and demonstrated that enhanced stem-like properties depended on miR-145 repression. To fully apprehend the impact of CIN on the genetic program of epithelial cells, we used an unbiased approach to characterize the chromatin state of HEK CIN+ cells and uncover genome wide redistributions that were in direct correlation with gene expression changes. Our results reveal for the first time that T-CIN profoundly modifies the chromatin landscape genome-wide thereby fueling the transformation process of pre-tumor epithelial cells.

La dysautonomie familiale (FD) est une neuropathie causée par une mutation du gène IKBKAP induisant un épissage alternatif du pré-ARNm et une déficience de la protéine IKAP/hELP1. La compréhension des mécanismes moléculaires à l'origine de la spécificité tissulaire et le développement de thérapies curatives nous ont amené à identifier une signature des microARN caractéristique de la FD reliée au facteur d'épissage neurone-spécifique NOVA1, à partir de cellules souches olfactives humaines ecto-mésenchymateuses d'individus sains ou de patients FD. De plus, nous avons identifié le protéasome 26S comme étant suractivé chez les patients et dont le blocage corrige l'épissage aberrant du pré-ARNm d'IKBKAP tout en augmentant l’expression d’IKAP/hELP1. Ainsi, l'ensemble de ce travail apporte des perspectives de recherche novatrices pour de nombreuses pathologies neurodégénératives.Nous avons mené un projet de recherche secondaire concernant l’identification de biomarqueurs sanguins pour une maladie très fréquente, la dépression. Nous avons conduit une étude translationnelle à l'aide d'un modèle animal de stress chronique (UCMS) et identifié des signatures transcriptionnelles communes entre le sang et deux régions cérébrales, le gyrus cingulaire et le gyrus dentelé. Plusieurs biomarqueurs candidats ont été validés sur des échantillons sanguins chez la Souris et l'Homme, avec une corrélation entre la variation d'expression d'ACSL1, RALGPS1 et MPP1 et l'évolution du score clinique des patients. En conclusion, ce travail identifie de nouveaux biomarqueurs potentiels de la dépression et renforce la légitimité d'analyser des tissus périphériques dans le cadre d'une pathologie mentale. / Familial dysautonomia (FD) is a neuropathy caused by a mutation in the IKBKAP gene inducing an alternative pre-mRNA splicing and a deficiency of the protein IKAP/hELP1. The understanding of molecular mechanisms underlying tissue specificity and the development of curative therapies led us to identify a particular microRNA signature in FD associated to the neuron-spécific splicing factor NOVA1, from human olfactory ecto-mesenchymal stem cells of control individuals and FD patients. Moreover, we identified the 26S proteasome as being overactived in patients and whose inhibition corrects aberrant IKBKAP pre-mRNA splicing concomitantly to an increase of IKAP/hELP1 expression level. Taken together, these results bring innovative research perspectives for many neurodegenerative diseases.We conducted a secondary project concerning the identification of blood biomarker for a very prevalent disease, major depression. We conducted a translational study using animal model of chronic stress (UCMS) and identified common transcriptional signatures between blood and two brain regions, cingulate gyrus and dentate gyrus. Several candidate biomarkers were validated as similarly dysregulated in blood of mice and men, with correlation of expression variation of ACSL1, RALGPS1 and MPP1 in relation to clinical score evolution. In conclusion, this work identifies new potential biomarkers for depression and reinforces the legitimacy to analyze peripheral tissues in the context of mental disorders.

Cette thèse cherche à discriminer au niveau génomique entre le développement d'embryons vers un mode de reproduction sexué et le développement vers un mode asexué chez le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum. Cette discrimination passe par la création du réseau de régulation post-transcriptionnelle des microARN et des ARNm qui possèdent des cinétiques d'expression différentes entre ces deux embryogenèses ainsi que par l'analyse des modules d'interactions de ce réseau par l'utilisation de l'analyse de concepts formels. Pour ce faire, une stratégie en plusieurs étapes a été mise en place : la création d'un réseau d'interactions entre les microARN et les ARNm du puceron du pois ; l'extraction et la réduction du réseau aux microARN et ARNm qui possèdent des cinétiques différentes entre les deux embryogenèses à partir des données d'expression tirées du séquençage haut-débit ; l'analyse du réseau d'interactions réduit aux éléments d’intérêt par l'analyse de concepts formels. L'analyse du réseau a permis l'identification de différentes fonctions potentiellement importantes comme l'ovogenèse, la régulation transcriptionnelle ou encore le système neuroendocrinien. En plus de l'analyse du réseau, l'analyse de concepts formels a été utilisée pour définir une méthode de réparation de graphe biparti basée sur une topologie en "concepts" ainsi qu'une méthode de visualisation de graphes bipartis par ses concepts. / This thesis aims to discriminate between embryos development towards either sexual or asexual reproduction types in pea aphids, Acyrthosiphon pisum, at the genomic level. This discrimination involves the creation of a post-transcriptional regulation network between microRNAs and mRNAs whose kinetic expressions change depending on the embryogenesis. It also involves a study of this network's interaction modules using formal concept analysis. To do so, a three-step strategy was set up. First the creation of an interaction network between the pea aphid's microRNAs and mRNAs. The network is then reduced by keeping only microRNAs and mRNAs which possess differential kinetics between the two embryogeneses, these are obtained using high-throughput sequencing data. Finally the remaining network is analysed using formal concept analysis. Analysing the network allowed for the identification of several functions of potential interest such as oogenesis, transcriptional regulation or even neuroendocrine system. In addition to network analysis, formal concept analysis was used to create a new method to repair a bipartite graph based on its topology and a method to visualise a bipartite graph using its formal concepts.

Cette thèse de doctorat est une étude de la biologie et de la dynamique des microARN circulants, démontrant leur potentiel comme biomarqueurs pour l’amélioration de la surveillance et de l’évaluation pronostique dans le cancer. Il s’agit des ARN non codants simple-brin, d'environ 19-25 nt de longueur. Ils jouent un rôle clé dans la régulation de l'expression génomique au niveau post-transcriptionnel, en ciblant et réprimant la traduction des ARNm par complémentarité partielle avec leur 3'-UTR. Ils sont également libérés dans le milieu extracellulaire, la circulation et les liquides biologiques. Leur stabilité remarquable et leur diversité dans la circulation, ainsi que leur provenance maligne ou normale, en font des candidats biomarqueurs intéressants, reflétant potentiellement l'état et la dynamique d’une tumeur. Nous nous sommes focalisés sur les carcinomes ovariens (OvCa) et nasopharyngés (NPC), essayant d'élucider la relation entre les miARN plasmatiques et le pronostique des OvCa après une première ligne de traitement, ainsi que d’évaluer leur utilité dans la détection d’une réponse précoce des NPC au traitement. Le carcinome ovarien séreux est la malignité gynécologique la plus agressive. L'absence de symptômes précoces et l'insuffisance des moyens modernes pour détecter la maladie résiduelle et évaluer les résultats du traitement signalent le besoin de nouveaux biomarqueurs diagnostiques et pronostiques. En utilisant des prélèvements plasmatiques séquentiels OvCa avant et après traitement, nous avons étudié un groupe de miARN, en comparaison à des lésions pelviennes bénignes et des femmes en bonne santé. MiR-200b avait une concentration nettement plus élevée dans les échantillons malins avant traitement par rapport aux deux groupes non cancéreux. L'analyse pré- et post-traitement de miR-200b en parallèle avec le biomarqueur standard CA125 a révélé des variations distinctes et une corrélation significative de la variation de miR-200b avec le temps de rémission (PFS). Nous concluons que miR-200b pourrait éventuellement être utilisé comme biomarqueur supplémentaire pour l'estimation de la rémission à la fin du traitement. Le carcinome nasopharyngé (NPC) d'autre part est une tumeur constamment associée à une infection latente des cellules malignes par le virus d’Epstein-Barr (EBV), présentant une distribution géographique particulière. La position de la tumeur rend difficile l'approche chirurgicale, les biomarqueurs évaluant différentes approches thérapeutiques étant de grande importance. Etudiant une nouvelle forme orale de l'agent démethylant 5-azacytidine, démontrée prometteuse pour un tiers des patients NPC qui l’ont reçue, nous avons essayé d'évaluer son impact sur l'expression des miARN et des protéines virales. Malgré l'infection virale latente, les miARN viraux sont abondamment exprimés. En traitant pendant deux semaines quatre modèles de tumeur NPC développés in vivo, nous avons observé une réponse nette dose-dépendante dans les deux. L'analyse protéique a montré une induction de la protéine activatrice du cycle lytique BZLF1, renforçant les preuves antérieures d'induction partielle du cycle lytique viral par la 5-azacytidine. L'analyse des miARN a confirmé l'expression robuste des miARN BART et l'absence des miARN BHRF1 dans les NPC sans traitement. Lors du traitement, nous avons détecté les miR-BHRF1 à la fois dans la tumeur et le plasma des souris traitées. Cette induction a été validée par un traitement ultérieur d'une semaine qui a aussi mis en évidence l'induction de l’expression de l'ARNm de BHRF1, transcrit par le locus situé parmi les miARN BHRF1. Une induction de ces miARN a été observée après traitement par des agents de chimiothérapie, suggérant une utilité clinique potentielle des miR-BHRF1 comme biomarqueurs pour l’évaluation précoce de l’efficacité du traitement. Notre objectif actuel est de valider cette induction par chimiothérapie et étendre nos études au plasma humain. / This doctorate thesis provides an insight into the biology and dynamics of circulating microRNAs, demonstrating their potential to become crucial biomarkers for a better surveillance and prognosis of cancer. MicroRNAs (miRNAs) are small, single-stranded non-coding RNAs, 19-25 nt long, with a key role in the post-transcriptional regulation of gene expression, repressing the translation of target mRNAs through partial base-pair complementarity with their 3’-UTR. They can be released in the extracellular medium, being protected from RNases by association with various transporters and reach body fluids and circulation, participating in intercellular communication. Their remarkable stability and manageable diversity in circulation, as well as the fact that they derive from both malignant and normal cells make them very attractive biomarker candidates, potentially reflecting tumor state and dynamics. We have been focusing on ovarian (OvCa) and nasopharyngeal (NPC) carcinomas, attempting to elucidate the relation between plasma miRNAs and the prognosis of OvCa after first-line treatment, as well as to evaluate their use in the detection of early response of NPC tumors to treatment. Serous epithelial ovarian carcinoma is the most frequent ovarian and the most aggressive gynecologic malignancy. The absence of early symptoms and the insufficiency of modern means to accurately map residual disease and assess treatment outcome highlight the need for new diagnostic and prognostic biomarkers. Using sequential plasma samples from OvCa patients before and after first-line treatment, we studied a pre-selection of miRNAs, comparing them to samples from benign pelvic lesions and healthy women. MiR-200b exhibited a distinct higher concentration in malignant samples before treatment compared to both non-cancerous groups. Pre- and post-treatment assessment of miR-200b in parallel with the standard biomarker CA125 revealed distinct variations and a significant correlation of miR-200b variation with the progression-free survival (PFS) of the patient. We suggest that miR-200b could eventually be used as a supplementary biomarker for estimation of the remission upon treatment completion. Nasopharyngeal carcinoma (NPC) on the other hand is a tumor consistently associated to latent Epstein-Barr virus (EBV) infection of the malignant cells, presenting a unique geographical incidence pattern. The deep position of the tumor makes it tough to access surgically, with biomarkers assessing different therapeutic approaches being greatly needed. Studying a new oral form of the demethylating agent 5-azacytidine, proven to be promising for one third of NPC patients receiving it as a monodrug, we attempted to identify impact of the drug on the expression of viral miRNAs and proteins. Despite the latent viral infection, viral miRNAs are abundantly expressed, attracting interest in EBV-associated malignancies. Treating four in vivo developed NPC tumor models for two weeks, we observed clear response in two of them, in a dose-dependent manner. Protein analysis showed an induction of the immediate-early lytic protein BZLF1, solidifying previous evidence of partial activation of the viral lytic cycle by 5-azacytidine. MiRNA analysis confirmed robust expression of BART and absence of BHRF1 miRNAs at baseline status of NPC. Upon treatment, we observed an induction of BHRF1 miRNAs in both tumor and plasma of treated mice. This induction was successfully validated in a following one-week treatment and completed by a recorder de novo expression of the BHRF1 mRNA, transcribed within the BHRF1 miRNA loci. A weaker induction of BHRF1 miRNAs was also recorded after treatment with standard chemotherapeutic agents, suggesting a potential clinical utility of these miRNAs as circulating biomarkers for detection of early response to treatment. We are further working to confirm this induction by chemotherapy and extend our study to plasma samples derived from treated patients.

Depuis la découverte fondatrice de la présence de cellules souches neurales (NSCs) multipotentes dans le cerveau des mammifères adultes, plusieurs études ont révélé l'importance de ces cellules pour le maintien de l'homéostasie du cerveau. Notamment, des perturbations dans l'équilibre des NSCs ont été associées au vieillissement et à diverses pathologies neurologiques, ce qui suscite un intérêt croissant pour ces cellules. Les NSCs résident dans des zones germinatives restreintes; dans le rongeur adulte les NSCs sont localisées principalement dans deux niches neurogéniques bien établies dans le télencéphale, ce qui contraste avec la situation chez le poisson zèbre adulte où des niches de NSCs actives ont été identifiées dans tout le cerveau, y compris dans le télencéphale dorsal (pallium). Aussi bien chez les rongeurs que le poisson zèbre, les NSCs adultes présentent les deux propriétés fondamentales des cellules souches: elles sont multipotentes, c’est-à-dire capables de générer de nouveaux neurones et cellules gliales, et ont la capacité d'auto-renouvellement à long terme, permettant leur maintien au long de la vie adulte. A la différence des progéniteurs neuronaux embryonnaires (NPCs), une caractéristique de ces NSCs adultes est qu’elles résident la plupart du temps dans un état d’arrêt réversible du cycle cellulaire appelé quiescence. Cet état, activement maintenu, est censé protéger la réserve de NSCs d’un épuisement prématuré, d’où l'importance de déchiffrer les mécanismes moléculaires de régulation de l’équilibre entre la quiescence et l’activation de ces cellules vers la neurogenèse.Les microARNs constituent une classe de petits ARN régulateurs, qui jouent un rôle crucial dans le contrôle d’états cellulaires et des transitions entre ces états. Ils sont capables de réagir rapidement à des signaux à la fois intra- et extracellulaires, qui peuvent moduler aussi bien leur niveau d’expression que leur impact fonctionnel, leur donnant ainsi la capacité de coordonner diverses signaux pour induire des transitions d'état cellulaire. Un microARN en particulier, miR-9, a été montré comme jouant un rôle clé et conservé au cours de la neurogenèse embryonnaire. L'objectif principal de cette étude était d'étudier, pour la première fois, un rôle potentiel de miR-9 dans le contrôle des NSCs, dans un contexte physiologique dans lequel la majorité des NSCs sont quiescentes - le pallium adulte du poisson zèbre. Nous avons constaté que miR-9 est exclusivement exprimé dans une sous-partie des NSCs, met vraisemblablement en évidence un « sous-état » de quiescence. De plus, nous avons pu montrer que miR-9 ancre les NSCs dans un état de quiescence, en partie via le maintien d’un niveau élevé d’activation de la voie de signalisation Notch. De façon surprenante, nous avons également identifié une modification de la localisation subcellulaire de miR-9 au cours du temps: alors que miR-9 est localisé dans le cytoplasme de tous les NPCs chez l’embryon ou le juvenile, chez le poisson adulte miR-9 est localisé dans le noyau des NSCs en quiescence. En outre, la localisation nucléaire de miR-9 dans ces NSCs quiescentes est fortement corrélée avec la localisation nucléaire des protéines effectrices des microARNs, les protéines Argonaute (Agos), ce qui suggère un rôle fonctionnel de miR-9 dans le noyau. De fait, l'élucidation du mécanisme de transport nucléo-cytoplasmique de miR-9/Agos nous a permis de manipuler leur localisation, et d’observer un impact de cette localisation sur l’état de quiescence vs activation des NSCs. L’ensemble des résultats de cette étude identifient ainsi miR-9 comme un régulateur essentiel de la quiescence des NSCs, fournissent pour la première fois un marqueur moléculaire d’un sous-état de quiescence spécifique du cerveau adulte et suggèrent l'implication d'un mécanisme inédit de régulation par les microARNs dans le maintien de l'homéostasie des réserves de NSCs. / Since the seminal discovery of multipotent neural stem cells (NSCs) in the adult mammalian brain, multiple studies have unravelled the importance of these cells for maintaining brain homeostasis. Notably, disturbances in NSC equilibrium have been linked to physiological aging and various neurological pathologies thus sparkling interest in harnessing them for use in regenerative medicine. NSCs reside in distinct germinal zones; in the adult rodent brain NSCs are found mainly in two well-established neurogenic niches in the telencephalon which contrasts with the situation in the adult zebrafish where NSC niches are widespread throughout the brain, including in the dorsal telencephalon or pallium. In both the rodent and zebrafish brains, adult NSCs display fundamental stem cell properties: they are multipotent, e.g. capable of generating new neurons and glia throughout adult life, and have the capacity for long-term self-renewal. Similar to stem cells in other adult tissues, and in contrast to embryonic neural progenitors, a hallmark of these adult NSCs is their relative proliferative quiescence. Quiescence is an actively maintained, reversible state of cell-cycle arrest and generally thought to protect against exhaustion of the stem cell pool. In line with this, disrupting the balance between quiescent and activated NSCs leads to a premature depletion or permanent cell-cycle exit of these cells highlighting the importance of fully deciphering the mechanisms regulating this equilibrium. microRNAs, a major class of small pleiotropic regulatory RNAs, play crucial roles in reinforcing developmental and transitional states. They are capable of reacting to environmental cues, both cell-intrinsic and -extrinsic, with varying outputs such as changing their regulatory functions and expression levels, thus enabling them to coordinating diverse cues to induce cell-state transitions. One microRNA in particular, miR-9, is a highly conserved master regulator of embryonic neurogenesis and in the embryonic zebrafish brain, it establishes a primed neural progenitor state enabling them to quickly respond to cues to differentiate or proliferate. The primary goal of this study was to investigate, for the first time, a potential role for miR-9 in influencing NSC state in a physiological context in which the majority of NSCs are quiescent – the adult zebrafish pallium. We found that miR-9 is exclusively expressed in quiescent NSCs and highlights a “sub-state” within quiescence. In part by maintaining high levels of Notch signalling, a known quiescence promoting pathway, miR-9 anchors NSCs in the quiescent state. Strikingly, we identified a conserved age-associated change in the subcellular localization of the mature miR-9 from the cytoplasm of all embryonic/juvenile neural progenitors to the nucleus of a subset of quiescent NSCs in the adult brain. Moreover, the nuclear expression of miR-9 in these quiescent NSCs is highly correlated with nuclear localization of the microRNAs effector proteins Argonaute (Agos), suggestive of a functional role for nuclear miR-9. Indeed, the elucidation of the nuclear-cytoplasmic transport mechanism of miR-9/Agos enabled us to manipulate their nuclear to cytoplasmic ratios which directly impacted NSC state. Altogether, these results identify miR-9 as a crucial regulator of NSC quiescence, provide for the first time a molecular marker for an age-associated sub-state of quiescence and suggest the involvement of a novel and unconventional microRNA-mediated mechanism to maintain homeostasis of NSC pools.

Les nouvelles exigences du diagnostic clinique et de la thérapeutique, particulièrement en termes d’examens au chevet du patient et en médecine de précision, ont conduit à une demande croissante d’analyses à la fois multiplexées et présentant un rendement important, et ce d’un grand nombre de biomolécules au sein d’un échantillon unique. La thèse se concentre sur le développement de biosenseurs multiplexés basés sur le transfert d’énergie par résonance de type Förster résolu en temps de complexes de lanthanide vers des colorants organiques ou des boîtes quantiques. Je présente plusieurs techniques novatrices permettant la détection simultanée et multiplexée de protéines biomarqueurs du cancer (récepteur du facteur de croissance épidermique) ou de microARNs (hsa-miR-20a-5p, hsa-miR-20b-5p et hsa-miR-21-5p) avec de très faibles limites de détection. J’ai utilisé différentes stratégies afin d’obtenir des détections multiplexées telles la détection multiplexée spectrale basée sur les différents spectres d’émission de différents luminophores, et la détection multiplexée temporelle basée sur les durées de vie distinctes des états excités des luminophores. Ces travaux ne sont pas seulement une recherche appliquée qui peut être utilisée en diagnostic clinique, mais constituent également une recherche fondamentale sur le FRET résolu en temps qui ouvre de nouvelles perspectives de détection et augmente considérablement le nombre de biomarqueurs pouvant être détectés. / The new mission of clinical diagnostics and therapeutics, especially in point-of-care testing and precision medicine, has led to an increasing demand for multiplex and high throughput analyses of large numbers of biomolecules within a single sample. The thesis focuses on developing multiplexed biosensors based on time-resolved Förster resonance energy transfer from lanthanide complexes to organic dyes or quantum dots. I present several new techniques to simultaneously and multiplexed detect cancer related protein biomarkers (human epidermal growth factor receptor) or microRNAs (hsa- miR-20a-5p, hsa-miR-20b-5p and hsa-miR-21-5p) with very low limits of detections. I have used different strategies to achieve multiplexed detections such as spectral multiplexed detection based on different emission spectra of different luminophores, and temporal multiplexed detection based on distinguishable excited-state lifetimes of luminophores. The work is not only an applied research that can be used in clinical diagnostics but also a fundamental research of time-resolved FRET, which opens a new dimension of detection and greatly increases the number of biomarkers that can be detected.

Le cancer colorectal (CRC) est l'un des cancers les plus agressifs. Afin de rechercher de nouveaux marqueurs de progression de ce cancer, des puces tout transcriptome et épissage, ainsi que des puces microARNs, ont été précédemment utilisées au laboratoire.Dans une première partie, l’analyse des données transcriptomiques a permis de trouver un ensemble de transcrits dérégulés dans les adénomes et dans le CRC, dont la surexpression de TIMP1, associée à la diminution de rétention de l’intron 3, par rapport à la muqueuse normale. Ce transcrit aberrant n’est pas sujet au mécanisme de dégradation active des ARNm («Nonsense-Mediated mRNA Decay »). Nous avons alors analysé les mécanismes d’épissage de TIMP1, ce qui nous a conduits à identifier hnRNPA1 comme un régulateur important, à la fois in vitro et in vivo, de la rétention de l’intron 3 de TIMP1, via sa fixation au début de l’exon 4. Le rôle de TIMP1i3 (+) dans la progression du CRC reste à identifier.Dans une seconde partie, l’analyse des données de la puce microARNs (miRs) a permis de trouver un ensemble de miRs dérégulés dans les CRC. Nous avons sélectionné des gènes codant des facteurs d’épissage dont l’expression était modifiée au cours de la progression cancéreuse, en tant que cibles possibles de certains de ces miRs. Six interactions ont été montrées (PRMT5/miR145; SRSF6/miR375; RBMX/miR23a; RBMX/miR24; RBMX/miR125a5p; SRSF11/miR143).En utilisant la technique de « Luciferase Reporter Gene Assay » couplée à la mutagenèse dirigée, nous avons montré que le miR145 régule négativement l’expression de PRMT5 par interaction avec la région 3’ non traduite du gène. Du fait du contrôle de la machinerie d’épissage des ARN prémessagers par PRMT5, nous proposons que miR145 pourrait être un régulateur général de l’épissage. / Colorectal cancer (CRC) is one of the most vaggressive cancers in the world. In order to look for new markers in progression of this cancer, all transcriptome and splice chips, as well as microRNA chips, have been previously used in the laboratory.In the first part of my thesis, transcriptomic data analysis revealed a set of deregulated transcripts in adenoma and in CRC, including overexpression of TIMP1, associated with the decrease of intron 3 retention, compared to normal mucosae. This aberrant transcript is not subject to the active mechanism of mRNAs degradation ("Nonsense-Mediated mRNA Decay"). Then we analysed the splicing mechanisms of TIMP1, which led us to identify hnRNPA1 as a major regulator, both in vitro and in vivo, of TIMP1 intron 3 retention via its binding in the beginning of exon 4. TIMP1i3 (+) role in the progression of CRC remains to be identified.In a second part, the analysis of microRNA data (miRs) revealed a set of deregulated miRs in CRC. The aim was to identify target genes for these miRs.We selected genes encoding splice factors whose expression was modified during cancer progression as possible targets for some of these miRs. Six interactions were shown (PRMT5/miR145; SRSF6/miR375; RBMX/miR23a; RBMX/miR24; RBMX/miR125a5p; SRSF11/miR143).Using the "Luciferase Reporter Gene Assay" technique coupled with site directed mutagenesis, we have shown that miR145 negatively regulated the expression of PRMT5 by interaction with its 3’untranslated translated region. Due to the control of the premessenger RNA splicing machinery by PRMT5, we propose that miR145 could be a general splicing regulator.

Les microARN (miARN) constituent une classe de petits ARN non-codants qui jouent un rôle clé dans la régulation de l’expression des gènes au niveau post-transcriptionnel. De nombreuses études ont démontré que la surexpression de certains miARN est liée au développement de plusieurs types de cancer. C’est pour cette raison les miARN représentent une nouvelle classe de cibles thérapeutiques à haute potentielle. Dans ce contexte, l’objectif de mon travail de thèse était la découverte de nouveaux inhibiteurs de la production de miARN oncogène. Dans ce but, j’ai suivi deux approches, différentes mais complémentaires : (i) le criblage d’une petite librairie de composés et (ii) la conception et la synthèse de nouveaux conjugués en tant que ligands de précurseurs de miARN (pré-miARN). En particulier, nous avons ciblé les miARN-372 et -373 qui sont oncogènes dans plusieurs cancers, tels que le cancer gastrique. Nous avons ainsi démontré que certains des composés criblés ou synthétisés sont capables de se lier efficacement à la structure secondaire en tige-boucle de pré-miARN avec une haute affinité, conduisant à l’inhibition de la production des miARNs correspondants. Par ailleurs, nous avons montré que certains composés possèdent une activité anti-proliférative spécifique pour les cellules de cancer gastrique et que cette activité est directement liée à une diminution de la production de miARN ciblés et au rétablissement de la traduction de ARN messenger / MicroRNAs (miRs) are a class of small non-coding RNAs that act as regulators of gene expression at the post-transcriptional level. Increasing evidence has indicated that the deregulation of miR expression is linked to various human cancers and therefore, miRs represent a new class of potential drug targets. In this context, my PhD project focused on the discovery of new inhibitors of oncogenic miRs production. Toward this aim, two different but complementary approaches were followed: (i) the screening of small libraries of compounds and (ii) the design and synthesis of new classes of conjugates as binders of miRNA precursors (pre-miRs). In particular, we focused our attention on miR-372 and miR-373, two oncogenic miRs overexpressed in various cancers, such as gastric cancer. We showed that some of the screened or of the newly synthesized compounds are able to efficiently bind to stem-loop structured precursors of the targeted miRs with high affinity, thus inhibiting the production of their corresponding mature miRs at the level of Dicer cleavage. Moreover, we found compounds bearing a specific anti-proliferative activity in gastric cancer cells overexpressing targeted miRs and this activity is directly linked to a decrease in the production of oncogenic miR-372 and -373 and to the restoration of normal mRNA translation.

Les cellules multiciliées (MCC) possèdent à leur surface apicale des centaines de cils mobiles générant un flux directionnel liquidien nécessaire par exemple pour le nettoyage des voies respiratoires. La fabrication de ces cils (multiciliogénèse) requiert une séquence d’évènements cellulaires dont un arrêt du cycle cellulaire, une réorganisation du réseau apical d’actine, une multiplication massive des centrioles suivie de leur migration au pôle apicale et de leur maturation en corps basal, à partir desquels les cils s’allongent.Mon laboratoire d’accueil a mis en évidence le rôle conservé de la famille de microARN miR-34/449 dans le contrôle de la multiciliogénèse en inhibant la voie de signalisation Notch ainsi qu’en induisant un arrêt du cycle. Au cours de ma thèse, j’ai mis en évidence un nouveau niveau de régulation de ces microARN par lequel ils contrôlent la réorganisation apicale du cytosquelette d’actine, en modulant l’expression et l’activité de certaines petites GTPases. Par ailleurs, j’ai identifié et caractérisé des séquences variantes des miR-34/449 canoniques, appelées isomiR. Tandis que ces isomiR partagent des fonctions semblables à celles de leurs homologues canoniques, ils apportent également une complémentarité d’action en modulant des transcrits cibles spécifiques. Enfin, le dernier axe de mon travail a permis d’identifier le rôle de la voie de signalisation BMP dans la multiciliogénèse ainsi que d’élucider certains des mécanismes moléculaires par lesquels elle contrôle ce phénomène. L’ensemble de nos découvertes offre une opportunité inédite pour développer des stratégies thérapeutiques dans le traitement de maladies associées à des désordres ciliaires / Vertebrate multiciliated cells (MCC) project hundreds of motile cilia at their apical surface which coordinately beat to generate a directional fluid flow necessary for many biological functions including airway cleansing. Biogenesis of multiple cilia (multiciliogenesis) follows different key cellular steps corresponding to a cell cycle arrest, a massive multiplication of centrioles which then migrate to the apical surface to form basal bodies, from which cilia elongate. In 2011, my host laboratory evidenced that the miR-34/449 family of microRNAs control vertebrate multiciliogenesis by inducing the cell cycle arrest and by repressing the Notch pathway. My thesis work has revealed a new role of miR-34/449 by demonstrating that they modulate expression and activity of small GTPases to drive the apical reorganization of the actin network, a prerequisite for basal body anchoring. Besides, I have identified and characterized variant sequences of canonical miR-34/449 family, named isomiRs. Whereas these isomiRs share common biological functions with canonical miR-34/449 miRNAs, they may also contribute to a complementary effect by targeting specific transcripts. Finally, the last part of my work has contributed to the identification of the conserved role of the BMP pathway in the control of multiciliogenesis. I have evidenced some molecular mechanisms by which the BMP signal controls this phenomenon. Importantly, I demonstrated that BMP inhibition promotes regeneration of tracheal MCC in vivo in an asthmatic mouse model. Overall, our findings offer an unprecedented opportunity to develop novel therapeutic strategies to treat diseases associated with ciliary disorders

Les maladies fibroprolifératives se caractérisent par l’accumulation de constituants de la matrice extracellulaire en réponse à une agression chronique et répétée conduisant à la destruction de l’architecture tissulaire. Les myofibroblaste, sous l’influence du TGFβ, représentent les cellules effectrices majoritaires dans ce processus. Les miARN, régulateurs négatifs de l’expression génique, interviennent dans de nombreux mécanismes physio-pathologiques dont la fibrose tissulaire mais leur mécanismes d’action et la synergie potentielle entre miARN co-régulés au sein d’un même cluster restent mal compris. Nos travaux ont consisté à caractériser l’implication du cluster miR-199/214 généré à partir du LncARN DNM3os, dans la fibrose pulmonaire. Nous avons montré que les miARN de ce cluster participent à l’activation et à la différenciation des fibroblastes en myofibroblastes via la régulation des voies canoniques et non canoniques du TGF-β. Ce cluster agit également en tant qu’inhibiteur de la réparation épithéliale. In vivo, l’inhibition de l’un de ces « fibromiRs », a permis, dans un modèle murin, de réduire significativement les lésions de fibrose. Par ailleurs, de par leur présence et leur stabilité dans les fluides biologiques, les miARN représentent également une nouvelle classe de biomarqueurs diagnostiques ou pronostiques non invasifs. Nous avons ainsi montré que les niveaux sériques de miR-21-5p étaient augmentés chez les patients présentant une fibrose rénale sévère. Ces travaux soulignent l’importance des miARN dans la pathogénèse des maladies fibroprolifératives et montrent qu’ils représentent de nouvelles cibles thérapeutiques ou des biomarqueurs non invasifs. / Fibrotic diseases are characterized by the accumulation of extracellular matrix components in response to chronic aggression leading to the destruction of tissue architecture. Myofibroblasts, controlled by TGFβ, are central effectors in this process. MiRNAs, negative regulator of gene expression, are involved in many patho-physiological mechanisms, including tissue fibrosis but their mechanisms of action and the potential synergistic activity between co-regulated miRNAs within the same cluster remain poorly understood. Our work consisted in characterizing the involvement of the miR-199/214 cluster, generated from LncRNA DNM3os, in pulmonary fibrosis. We have shown that these miRNAs are involved in the activation and the differentiation of fibroblasts to myofibroblasts through the regulation of canonical and non-canonical TGF-β pathways. This cluster also acts as an inhibitor of epithelial repair. In vivo, the inhibition of one of this “FibromiR”, significantly decrease fibrosis, in a murine lung fibrosis model. In addition, because of their presence and their stability in biological fluids, miRNAs also represent a new class of non-invasive diagnostic or prognostic biomarker. We showed that serum levels of miR-21-5p were increased in patients with severe kidney fibrosis. These studies highlight the importance of miRNAs in pathogenesis of fibrotic disorders and show that they represent new therapeutic targets or non-invasive biomarkers.