Une des causes d’échec les plus importantes dans la prise en charge des cancers est la rechute, reflet de la persistance de cellules souches cancéreuses. Les leucémies aiguës myéloïdes représentent la forme principale de leucémie aiguë chez l’adulte et sont caractérisées par une prolifération excessive de cellules immatures et un défaut d’apoptose. En haut de la hiérarchie clonale, les cellules souches leucémiques (CSL) au travers de leurs capacités fonctionnelles participent à l’initiation et la maintenance de la maladie. Ces cellules sont régulées à la fois de façon extrinsèque au travers du microenvironnement et de façon intrinsèque notamment les facteurs de transcription.Notre équipe travaille sur le récepteur à la vitamine D (VDR) et son ligand la vitamine D (VD) et a mis en évidence une synergie d’action entre chélation martiale et VD afin de lever le blocage de différenciation des LAM avec une toxicité réduite (Callens et al, JEM 2010). Une étude clinique rétrospective a été conduite mettant en évidence qu’un taux de vitamine D élevé chez les patients atteints de LAM avant tout traitement leur confère un meilleur pronostic (Paubelle, Zylbersztejn et al, Plos One 2013) . Nous poursuivons donc ce projet sur l’étude la voie VD/VDR dans la maintenance des cellules souches hématopoïétiques et sa dérégulation dans la LAM. Mon projet doctoral a pour objectif de déterminer l’implication du microenvironnement tumoral (voie des BMP et du VDR) dans le maintien des cellules souches leucémiques de LAM. Notre hypothèse de travail est que le récepteur à la vitamine D en plus de son rôle différenciant connu, aurait un impact sur le maintien des cellules souches hématopoïétiques normales et de LAM et que son mécanisme d’action passerait par la voie des Bone Morphogenetic Protein. Nous avons dans un premier temps démontré l’importance du VDR dans la régulation des CSH et pu tester l’intérêt de l’emploi de son ligand afin de cibler spécifiquement les cellules souches leucémiques dans des modèles pré-cliniques. Enfin nous avons pu confirmer la dérégulation de cette voie dans des cellules primaires de LAM et la régulation de ce récepteur par la voie des Bone Morphogenetic Protein. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension dans la biologie des CSH et de leur dérégulation dans la LAM / One of the most important causes of failure in the management of cancer is relapse, due to cancer stem cells persistence. Acute Myeloid Leukemias (AML) are the major form of acute leukemia in adults and are characterized by excessive proliferation of immature cells and apoptosis defect. At the top of the clonal hierarchy, leukemic stem cells (LSC) through their functional abilities participate in the initiation and maintenance of the disease. These cells are regulated both extrinsically mechanisms through the microenvironment and intrinsically by transcription factors.Our team is working on the Vitamin D Receptor (VDR) and its ligand Vitamin D (VD) and has demonstrated a synergistic action between iron chelation and VD in order to lift the differentiation blocking of AML with reduced toxicity (Callens et al, JEM 2010). A retrospective clinical study was conducted showing that a high vitamin D level in patients with AML before any treatment gives them a better prognosis (Paubelle, Zylbersztejn et al, Plos One 2013). We are continuing this project on the study of the VD/VDR pathway in the maintenance of hematopoietic stem cells (HSC) and its deregulation in AML. My project aims to determine the involvement of the tumor microenvironment (BMP and VDR pathway) in the maintenance of AML-LSC. Our working hypothesis is that the vitamin D receptor, in addition to its known differentiating role, would have an impact on the maintenance of normal HSC and AML and that its mechanism of action would be through the Bone Morphogenetic Protein pathway. We first demonstrated the importance of VDR in the regulation of HSCs and tested the interest of the use of its ligand to specifically target LSC in pre-clinical models. Finally we were able to confirm the deregulation of this pathway in primary AML cells and the regulation of this receptor by the Bone Morphogenetic Protein pathway. These works open up new perspectives in the understanding in CSH biology and their deregulation in AML.

L’implication du microbiote intestinal dans le développement du cancer colorectal (CCR) et dans la réponse aux traitements anti-cancéreux est de plus en plus évidente. Plusieurs études indépendantes ont montré que la muqueuse intestinale de patients atteints de CCR est anormalement colonisée par des souches d’Escherichia coli pouvant présenter des propriétés invasives et ayant acquis des facteurs de virulence. Plus de la moitié de ces souches sont porteuses de l’îlot pks responsable de la synthèse d’une génotoxine : la colibactine, qui peut interférer directement avec l’ADN ou avec le cycle cellulaire des cellules de l’hôte, et générer des mutations. Plusieurs études indépendantes sur différents modèles animaux de CCR ou sur lignées cellulaires ont décrit d’autres mécanismes d’action de ces bactéries qui pourraient jouer un rôle dans la carcinogenèse colique : interactions avec le système immunitaire et l’inflammation et induction de la sénescence cellulaire qui s’accompagne de la libération de facteurs de croissance ayant un effet pro-tumoral sur les cellules épithéliales. Cependant, faute de lien entre ces études physiopathologiques parcellaires, l’étude de l’association des bactéries E. coli avec le CCR doit être poursuivie. Le but de ces travaux de thèse était de préciser l’effet d’une infection chronique par E. coli colibactine-positive, notamment sur le micro-environnement immunitaire colique et son implication sur la carcinogenèse colique, et sur l’efficacité anti-tumorale d’une stratégie d’immunothérapie ciblant le checkpoint immunologique PD-1. Afin d’étudier les interactions microbiote-système immunitaire-hôte, nous avons choisi de travailler sur le modèle APCMin/+, modèle murin de référence du CCR. Dans un premier temps, nous avons développé et validé une nouvelle méthode pour quantifier les cellules immunitaires dans le côlon de ce modèle. Cette méthode, basée sur des marquages immunofluorescents et une analyse numérique d’image dotée d’un apprentissage automatique (dit « machine learning »), nous a permis de distinguer, quantifier et localiser ces cellules dans trois compartiments d’intérêt d’une section colique entière : la muqueuse, les follicules lymphoïdes et les tumeurs. Après validation, cette méthode d’imagerie nous a permis d’obtenir une analyse précise de l’environnement immunitaire colique dans le modèle de souris APCMin/+ chroniquement infectées par une souche E. coli colibactine positive isolée d’une muqueuse de patients CCR. Nous avons montré in vivo que cette bactérie induit un environnement pro-carcinogène dépendant de la présence de la colibactine, avec une augmentation de populations pro-inflammatoires telles que les neutrophiles et d’enzyme pro-inflammatoire (myéloperoxydase), accompagnée de la diminution de cytokines antiinflammatoires. Ce contexte procarcinogène est renforcé par la diminution des Lymphocytes T (LT) anti-tumoraux dans la muqueuse et la tumeur. Cet effet a également été observé chez les patients atteints de CCR porteurs de souches E. coli colibactine-positives avec une baisse de la population des LT CD3+. Enfin, nous avons démontré qu’une infection par E. coli colibactine-positives induit une résistance à une immunothérapie anti-tumorale ciblant le checkpoint immunologique PD-1. Ces résultats suggèrent que la diminution des LT induite par l’infection chronique du tube digestif par des E. coli colibactine-positives pourrait être liée à cette résistance au traitement. Ainsi, les travaux effectués lors de cette thèse permettent de confirmer le rôle clé de certaines bactéries du microbiote intestinal et du dialogue complexe de celui-ci avec le système immunitaire, dans la carcinogenèse colique et la réponse aux traitements anti-cancéreux. (...) / Multiple evidences show the role of microbiota in colorectal cancer (CRC) development and anti-tumor drug responses. Various independent studies demonstrated that Escherichia coli strains with specific invasive properties and virulence factors abnormally colonize CRC patient mucosa. More than half of these strains harboring the pks pathogenic island coding for the synthesis of a genotoxin named colibactin. This genotoxin can impair directly DNA synthesis or cellular cycle and provokes genomic instability. Many different studies highlighted others bacteria-associated mechanisms leading to colorectal carcinogenesis as crosstalk between immune responses, inflammatory events, and/or cell senescence induction. However, the mechanisms by which CRC-associated E. coli promote colorectal carcinogenesis are diverse and some-what specific to the animal models and the microbial status of the animals (germ-free or Specific Pathogen Free). However, modulation of immune response and inflammation seems to play a central role in these mechanisms.The aim of this work was to evaluate the impact of chronic infection by colibactin-positive E. coli in a CRC reference model, the APCMin/+ mice colon focusing on inflammation and immune cells. First, we developed and validated an innovative method to quantify immune cells in APCMin/+ mice, based on immunostainings and digital image analysis. Thanks to the machine learning approach, we succeeded to precisely discriminate, quantify and localize these cells in three regions of interest: mucosa, lymphoid follicle and tumor. After the complete validation of this new method, we accurately examined the impact of a chronic infection with a colibactin-positive E. coli strain isolated from a CRC patient, on the APCMin/+ colon immune microenvironment. Particularly, we demonstrated the induction of a pro-carcinogenic environment by these bacteria in vivo, in a colibactin dependent manner, with both an increase of the pro-inflammatory neutrophil enzyme (myeloperoxydase) and cells, and a decrease of anti-inflammatory cytokines. This carcinogenesis-associated context is emphasized by the decrease of anti-tumor T cells in colon mucosa and tumor. This phenomenon is equally observed in CRC patients, with a decrease of T cells in patient tumors, which are harboring the colibactin-positive E. coli. Finally, we demonstrated for the first time that colibactin-positive E. coli infection induce resistance to an anti-tumor immunotherapy treatment based on PD-1 immune checkpoint blockade. Our results suggest that the decrease of T cells induce by colibactin-positive E. coli chronic infection could lead to the impairment of an immunotherapy response. To conclude, this thesis work confirms the crosstalk between some specific bacteria from intestine microbiota and the immune system in carcinogenesis and anti-tumor drug efficacy. In longer term, these results suggest that the colibactin-positive E. coli presence could be used as a poor prognosis biomarker in CRC and particularly to predict response to anti-PD-1 immunotherapy.

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme et représente un problème de santé publique majeur. L'agressivité des tumeurs mammaires varie notamment en fonction de leurstatut pour le récepteur α des oestrogènes (ERα). Les cancers du sein n'exprimant pas ERα ont unmauvais pronostic, de part leur capacité métastatique plus importante. Cependant, les facteurs sous jacents à cette plus grande agressivité des cancers ERα-négatifs restent mal compris. Il est aujourd'hui admis que la progression tumorale et la dissémination métastatique dépendent, non seulement des propriétés intrinsèques des cellules cancéreuses, mais également des régulations exercées sur ces cellules par le micro environnement tumoral. Les interactions entre les cellules cancéreuses et les cellules présentes au niveau du site tumoral, telles que les cellules leucocytaires,les cellules endothéliales, ainsi que les cellules stromales, sont nécessaires au développement et à l'évolution de la tumeur. Ces interactions sont médiées via la production d'hormones, de cytokines ainsi que de chimiokines. Les cellules stromales mésenchymateuses (MSC) sont de composants essentiels du stroma tumoral. Leur rôle dans la progression des tumeurs reste, pour le moment, très controversé. L'objectif de notre projet a été de comprendre les raisons pour lesquelles les MSC peuvent favoriser ou inhiber le développement tumoral. Nous nous sommes, dans un premier temps,intéressés aux interactions entre les cellules cancéreuses mammaires et les MSC. Nous avons déterminé si le fait que les cellules cancéreuses soit métastatiques ou non modifiait le phénotype des MSC et leur réponse dans les régulations de la croissance tumorale. Nous avons ainsi constaté quel es facteurs sécrétés spécifiquement par les cellules cancéreuses métastatiques ERα-négativesinduisaient la production de certaines chimiokines, dont CXCL5. Ces chimiokines peuvent êtressécrétées par les cellules du microenvironnement mais également par les cellules cancéreuses ellesmêmes.Nous avons donc étudié le rôle de CXCL5 dans l'agressivité des tumeurs mammaires. Nousavons ainsi montré que ces chimiokines induisent, in vitro, une augmentation des propriétésprolifératives, invasives et migratoires des cellules cancéreuses. Cette étude nous à permis demontrer que les chimiokines et les interactions entre les cellules cancéreuses et les MSC pouvaientêtre impliquées dans la progression tumorale ainsi que dans l'agressivité des tumeurs mammaires. / Breast cancer remains in Europe and USA the first cause of death by cancer for women.Breast cancer aggressiveness relies in particular on estrogen receptor α (ERa) status. Breast cancers which do not express ERα are more metastatic and have a poorer prognosis, than ERα-positivetumors. However underlying factors involved in these invasive properties are poorly understood.Today, it is established that tumor progression is regulated by intrinsic cancer cells properties, and byinteractions between cancer cells and surrounding microenvironment. Several evidences suggest thatleukocytes, endothelial cells, fibroblasts and infiltrating cells present in stromal compartment caninteract with tumor cells through the production of hormones, cytokines and chemokines.Mesenchymal stromal cells (MSC) belong also to the stromal compartment. Recent studies havehighlighted their potential role in cancer growth and metastasis. However, the ability of MSC to favor orprevent cancer progression remains controversial. The aim of this work was to understand the roles ofMSC in tumor progression and to explain the differential effects of MSC on cancer cells, depending onthe type of cancer cells involved. First, we were analyzed MSC and cancer cells interactions, anddetermined if metastatic cancer cells could affect MSC phenotypes and its response in terms of tumorgrowth. We observed that metastatic breast cancer cells secreted factors, which could highly enhancethe release by MSC of several chemokines, including CXCL5. CXCL5 can be secreted by stromal cellsbut also by cancer cells themselves. We next showed in vitro that CXCL5 increased proliferative,invasive and migratory properties of breast cancer cells. This study allowed us to demonstrate thatchemokines play a role in the cross-talk between MSC and breast cancer cells, and that they play akey role in tumor proliferation and aggressiveness.

La surface des vignobles mondiaux représente environ 7,9 millions ha, ce qui correspond à une production annuelle de 67 millions de tonnes de baies. La production mondiale annuelle de vins est de l’ordre de 300 millions hl/an. La surface du vignoble français est de 843 000 ha. La viticulture moderne doit affronter trois défis majeurs interdépendants : réduire l’utilisation des produits phytosanitaires, s'adapter au changement climatique, maîtriser la qualité et la typicité pour garder ou conquérir de nouveaux marchés.En 2007, la vigne est devenue la première espèce fruitière pérenne dont le génome a été séquencé. Cette avancée scientifique ouvre de nombreuses perspectives en termes de génomique fonctionnelle (ensemble de méthodes permettant de caractériser la fonction des gènes) et de biologie intégrative (ensemble de méthodes visant à appréhender le fonctionnement global de la plante et ses réponses à l’environnement). Ces perspectives dépendent pour une bonne part de la maîtrise de quantités importantes de données qu’il convient d’organiser et de corréler grâce à des outils informatiques adaptés.Des approches fonctionnelles concernant des gènes candidats et des approches transcriptomiques à haut débit ont permis d’identifier certains gènes ou certaines familles de gènes impliqués dans le développement et la maturation de la baie de raisin, mais au moment où cette thèse a débuté, aucun travail de biologie intégrative n’avait été entrepris.Le travail présenté ici, qui décrit l’obtention et l’analyse de métadonnées transcriptomiques et biochimiques portant sur la réponse de la baie à l’environnement radiatif, s’inscrit dans ce contexte. En procédant à un effeuillage partiel après la véraison, nous avons modulé l’exposition des baies au rayonnement solaire. Ceci a permis d’étudier l’influence du rayonnement (baie exposée, non exposée), de la position de la grappe (est, ouest) et de la position de la baie (à l’extérieur ou à l’intérieur de la grappe). Des baies ont été récoltées à 5 moments différents après l’effeuillage et utilisées pour des analyses métabolomiques et transcriptomiques. Leur contenu en sucres, acides organiques, acides aminés, anthocyanes et flavonols a été analysé par des dosages enzymatiques et par chromatographie liquide à haute performance). L’expression des gènes a été étudiée avec des microarrays représentatifs de l’ensemble du génome de la vigne (29600 gènes) pour les conditions présentant les différences métaboliques les plus marquées (baies exposées, situées à l’ouest et à l’extérieur de la grappe vs baies non exposées, situées à l’est et à l’intérieur de la grappe). Des analyses statistiques et corrélatives ont été conduites pour (a) déterminer les métabolites qui répondent au traitement et les facteurs qui les influencent (b) déterminer les gènes qui répondent aux traitements et ceux qui semblent co-régulés (c) préciser les réseaux de gènes et de métabolites qui semblent reliés. L’effeuillage n’affecte pas la teneur en sucres ou en acide tartrique des baies, il affecte peu les acides aminés, mais il augmente la teneur en flavonols et diminue la teneur en acide malique. Il affecte plus particulièrement les gènes associés au stress abiotique, au métabolisme secondaire, au transport et au métabolisme hormonal. Des expériences complémentaires ont permis d’identifier divers gènes spécifiquement associés à la composante thermique de l’exposition au soleil, parmi lequels des gènes codant pour des HSP, des transporteurs ABC, et des enzymes du métabolisme flavonoïdique. Des réseaux reliant des gènes et des métabolites ont pu être construits, qui associent des métabolites secondaires à des gènes de fonctions connues, ou à de nouveaux gènes candidats dont il conviendra d’étudier la fonction précise. / The total surface of vineyards worldwide is about 7.9 millions ha, which corresponds to an annual production of 67 millions tons berries. The annual world production of wines is about 300 millions hl/year. The French wineyard occupies 843 000 ha, among which 481 000 ha are dedicated to high quality wines (VQPRD) and 362 000 ha to table wines. Modern viticulture must deal with three major and related challenges : reduce the use of organic and inorganic phytochemicals, adapt the vineyard to climatic change and control the quality and the typicity in order to keep or gain new markets.In 2007, the grapevine became the first perennial fruit species whose genome was sequenced. This scientific breakthrough opens new pespectives in terms of functional genomics (set of methods allowing to characterize the function of genes) and integrative biology (set of methods allowing to study the global functioning of the plant and its response to the environment). These perspectives mainly depend on our ability to analyze large sets of data with adequate informatic tools.Functional approaches on candidate genes, and high throughput transcriptomic approaches have allowed to identify some genes or some gene families involved in the development and ripening of the grape berry, but when this Ph. D work started, no paper based on integrative biology was published on grapevine. The present work, which describes the collection and analysis of transcriptomic and metabolomic metadata related to the response of the berry to sun exposure. The exposure of the berries to the sun was controlled through a partial defoliation after veraison. This allowed to study the effects of sun exposure (exposed or shaded berries), of the position of the cluster (east, west) and of the anatomical position of the berry (outside or inside the berry). Berries were collected at 5 different time points after defoliation and used for metabolomic and transcriptomic analysis. Their content in sugars, amino acids, organic acids, anthocyanins and flavonols was analyzed by enzymatic assays and high performance liquid chromatography. For the berries whose metabolic content differed the most (exposed, west and outside berries vs shaded, east and inside berries), gene expression was studied with microarrays bearing a set of probes covering the whole genome of grapevine (29600 genes). Correlative and statistical analysis were conducted in order to (a) determine the metabolites that are the most responsive to the treatment, and the most important factors that control them (b) determine the genes that respond to the treatment and seem to be co-regulated (c) to precise the networks of genes and metabolites which seem related. Defoliation does not affect the sugar and tartaric acid contents, hardly affects amino acids, but it increases flavonol content and decreases malic acid content. It affects more specifically genes associated with abiotic stress, secondary metabolism, transport and hormonal metabolism. Additional experiments allowed us to identify genes that are specifically associated with the thermal component of sun exposure, among which genes encoding HSP, ABC transporters, and enzymes of flavonoid metabolism. Networks relating genes and metabolites could be constructed. These networks associate secondary metabolites with genes of known function and new candidate genes for which the function will have to be precised.

Les récentes avancées dans notre compréhension de la tumorigenèse pancréatique ont montré que la présence d'un compartiment cellulaire non tumoral : le « stroma » ou « microenvironnement intra-tumoral », avait une incidence directe sur la progression de la maladie. Le but de ce travail était de déterminer le rôle du stroma dans la progression de l'adénocarcinome pancréatique. Pour cela, nous avons étudié le profil d'expression génique spécifique du stroma. Ceci nous a permis de mettre en évidence des gènes impliqués dans la régulation du système nerveux, dénommés « facteurs neurogéniques », pouvant être reliés aux phénomènes de remodelage neural observés dans les adénocarcinomes pancréatiques. Ceux-ci sont associés aux douleurs caractéristiques du cancer du pancréas, aux récidives locales, à l'extension locorégionale. Nous avons alors approfondi notre étude sur l'axe SLIT2/ROBO. Nos résultats montrent qu'au travers la sécrétion de Slit2, le stroma a un impact direct sur le remodelage neural. Ces données peuvent permettre d'ouvrir une nouvelle voie thérapeutique dans le cancer du pancréas, ayant pour but de cibler les conséquences du remodelage neural. / Recent progress in our understanding of pancreatic tumorigenesis had shed light on the non tumoral cell compartment of the tumor, so-called "stroma" or "intra-tumoral microenvironment", in the spread of the disease. The goal of our work was to decipher the role of stroma in the spread of this disease. We could analyze the specific gene expression profile of stroma, leading to the discovery of several genes plausibly linked to neural remodeling, called "neurogenic factors". This neural remodeling is clinically correlated with neuropathic pain and locoregional spread. We have next deepened our analysis on the axis SLIT2/ROBO. We could demonstrate that stromal compartment is able to impact on neural remodeling, through secretion of Slit2. These results provide rationale to investigate the disruption of stromal/neural compartment connexion with Slit2/ROBO inhibitors for treatment of pancreatic cancer reccurrence and pain.

Due au champignon Aspergillus fumigatus, l’aspergillose pulmonaire invasive représente une grave menace pour les individus souffrant d’immunodépression sévère. En parallèle d’un diagnostic manquant de spécificité, les traitements actuels présentent une forte toxicité. Ces travaux se sont dans un premier temps intéressés au développement d’anticorps thérapeutiques dirigés contre les protéines pariétales Chitin ring formation du champignon. Le ciblage de ces protéines impliquées dans la croissance fongique a permis la mise en évidence d’effets modérés in vitro, et ont induit, in vivo, un recrutement significatif de cellules immunitaires impliquées dans la défense anti-aspergillaire. Dans un second temps, ces travaux se sont intéressés au ciblage du microenvironnement et de la réponse de l’hôte au cours de l’aspergillose, afin de mieux comprendre les processus physiopathologiques induits au cours de la maladie, et de permettre l’identification de nouveaux biomarqueurs et cibles thérapeutiques. L’utilisation de la spectrométrie de masse iTRAQ®, chez des rats et des manchots, a permis la mise en évidence de plusieurs voies de signalisation surreprésentées. Ces travaux se sont également intéressés à la caractérisation immunologique d’un modèle rat d’API. En plus de la mise en évidence des effets du champignon sur le recrutement de certaines populations de cellules immunitaires, l’utilisation de l’iTRAQ® a permis la mise en évidence de la surexpression de l’interleukine-33 et de son récepteur ST2 au cours de la maladie. Ces travaux ouvrent d’intéressantes perspectives dans la mise en place de nouveaux traitements contre l’API. / Caused by the fungus Aspergillus fumigatus, invasive pulmonary aspergillosis is a serious threat for individuals suffering from severe immunosuppression. In parallel of a diagnosis lacking specificity, current treatments present a high toxicity. This work first focused on the development of therapeutic antibodies directed against cell wall proteins Chitin ring formation of the fungus. Targeting of these proteins involved in fungal growth highlighted moderate effects in vitro, and induced, in vivo, a significant recruitment of immune cells involved in anti-aspergillary defense. In a second time, this work focused on targeting the microenvironment and the host response during aspergillosis, in order to better understand pathophysiological processes induced during the disease, and allow the identification of new biomarkers and therapeutic targets. Use of iTRAQ® mass spectrometry in rat and penguins allowed the identification of several overrepresented signaling pathways. This work also focused on the immune characterization of a rat model of IPA. In addition of highlighting the effects of the fungus in the recruitment of some immune cell populations, use of iTRAQ® exhibited an overexpression of interleukin-33 and its receptor ST2 during the disease. Overall, this work is bringing interesting insights in the establishment of new treatments against IPA.

L’hépatite C est une maladie due à l’infection par le virus de l’hépatite C (VHC), qui se transmet par le sang. On considère que ce virus infecte 3 à 4 millions de personnes chaque année, sa prévalence pouvant aller jusqu’à 22% de la population. Ces dernières années, le développement de thérapies antivirales spécifiques du virus à agents antiviraux directs (AAD) a permis de faire fortement régresser l’infection dans les pays développés. Cependant, les traitements sont encore extrêmement couteux, et les mécanismes de l’infection sont toujours mal compris. En effet, le virus de l’hépatite C appartient au groupe des virus oncogènes, au même titre que celui de l’hépatite B ou le papillomavirus. Il n’a cependant jamais été démontré que le VHC induit des perturbations au niveau génétique des cellules infectées, et les processus viraux qui mènent à la transformation cellulaire sont inconnus. Le VHC est un virus qui infecte les hépatocytes, les cellules épithéliales du foie. Il a précédemment été montré que l’infection induit de fortes perturbations métaboliques dans ces cellules qui participent à la pathogenèse virale. Par ailleurs, l’infection induit également une accumulation anormale de tissu cicatriciel dans le foie (fibrose) pouvant sur le long terme conduire à des dérèglements fonctionnels et architecturaux de l’organe (cirrhose) qui deviennent irréversibles. L’ultime étape dans la progression de l’hépatite C est le carcinome hépatocellulaire (CHC) dans 1 à 5% des cas, et une large partie de ces patients meurent dans l’année suivant le diagnostic. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux étapes précoces de la pathogenèse virale, en particulier l’établissement de la fibrose hépatique. Celle-ci résulte de l’accumulation de composés de la matrice extracellulaire (MEC) dans l’espace intercellulaire du foie, alimentée d’une part par la surproduction de ces composés, et d’autre part par la diminution de leur dégradation par leurs enzymes spécifiques. La MEC est un espace complexe qui contrôle la signalisation entre les cellules. Ceci dépend en grande partie de l’espace situé immédiatement au-dessus de la membrane plasmique, appelé manteau cellulaire ou glycocalyx. Cet espace est majoritairement composé de protéoglycanes comportant un corps protéique sur lequel sont ancrées de nombreuses chaînes de sucres sulfatés capables ou non de fixer les facteurs de signalisation présents dans la MEC pour les rapprocher ou non de leurs récepteurs. Après avoir démontré dans une première étude que l’infection par le VHC induisait une diminution de l’expression d’un composant majeur du glycocalyx dans les cellules infectées, nous nous sommes intéressés plus globalement à l’évolution de cet espace suite à l’infection. Nos travaux reposent sur des approches pluridisciplinaires regroupant biologie moléculaire, biochimie, et biologie cellulaire. Nous avons pu étudier en détail les composés du glycocalyx présents à la surface des cellules infectées ou non par le VHC, ainsi que les facteurs d’une des voies de leur biosynthèse. Ces études ont été réalisées dans un premier temps en modèle d’infection in vitro, mais également sur échantillons biologiques de patients. Nous avons observé un remaniement important des composés du glycocalyx à la surface des cellules infectées, quantitatif et qualitatif, corrélé à des altérations majeures dans la voie de biosynthèse de composants de cet espace. Nous avons constaté que la profondeur de ces altérations descendait à l’échelle du simple sucre (xylose) dont la concentration varie entre les conditions contrôle et infectée. Cette variation de quantité de xylose dans les cellules infectées semble être reflétée dans l’altération d’une importante voie de signalisation contrôlant la destinée cellulaire. Ce travail de thèse permet donc d’éclairer une partie de la pathogenèse virale du VHC encore jamais explorée, soulignant des problèmes majeurs de communication cellulaire dans les organes infectés / Hepatitis C is a chronic liver disease due to the infection by the hepatitis C virus (HCV), through exposure to contaminated blood. An estimated 3 to 4 million people are infected every year, with a viral prevalence rising up to 22% in the general population in Egypt. Over the past years, directacting antivirals (DAA) have emerged on the market, allowing a strong regression of the infection in developed countries. However these treatments are very expensive, and the underlying mechanisms of HCV infection remain ill-defined. HCV is an oncovirus, as are among others, the hepatitis B virus, human papilloma viruses, and herpes viruses. Contrary to those viruses, HCV does not seem to alter the genetic background of infected cells. Therefore, infectious mechanisms leading to cellular transformation are still unknown. HCV infects the epithelial cells of the liver, the hepatocytes. Infection leads to strong disruptions of glucide and lipid metabolism in these cells, contributing to HCV pathogenesis. Moreover HCV infection induces the accumulation of scarring tissue in the intercellular space of the liver, called fibrosis, which can evolve into cirrhosis with irreversible architectural and functional disorders. The ultimate step in hepatitis C progression is the development of an hepatocellular carcinoma (HCC) in 1-5% of cases, and many of these patients die the year following cancer diagnosis. We aimed at studying the early steps of viral pathogenesis, especially the establishment of liver fibrosis. This is the consequence of extracellular matrix (ECM) deposition in the intercellular space of the liver, fueled by both an oversecretion of ECM components and a lack of ECM degradation by specialized enzymes. The ECM is a complex compartment of the liver which controls molecular cellto- cell signaling. This greatly depends on what happens in the area situated right above the plasma membrane, called the cell coat or glycocalyx. This area mainly consists of proteoglycans, composed of a core protein on which long chains of sulfated sugars are anchored. These sugar chains are able to recognize and capture a myriad of signaling molecules in the ECM, in order to bring them closer to their receptors. Our first study demonstrated that one major proteoglycan was downregulated following HCV infection (Grigorov et al, 2017). We then decided to study on a more global scale how the glycocalyx evolved following this infection. Our work here is based on a multi-disciplinary approach combining molecular biology, biochemistry and cellular biology. We studied in details the glycocalyx components present at the surface of cells infected or not, as well as the expression of factors involved in their biosynthesis. This was first done in in vitro cellular models of infection, and extended where possible to biological samples from patients at various stages of chronic hepatitis. We observed a strong quantitative and qualitative reshuffling of the glycocalyx at the surface of infected cells, which correlated with major alterations in the biosynthesis of some proteoglycans. These abnormalities seemed to originate from the amount of a simple sugar, xylose, the main component of the biosynthesis of some proteoglycans. Indeed, intracellular concentrations of xylose were decreased in infected cells. This might bear a link to the observed alterations of a major signaling pathway controlling cell fate, which is partly regulated by xylose. This study sheds light on a previously unexplored aspect of HCV pathogenesis. Our results could contribute to explain the complications linked to this infection, since they underline major cellto- cell communication issues. Since most of the DAA-based therapies work badly once liver cirrhosis has settled, it could be interesting to combine antiviral treatments with anti-fibrotic agents in patients suffering from advanced hepatitis C

Chez les mammifères adultes, les cellules souches et les progéniteurs hématopoïétiques (CSPH) présents dans la moelle osseuse sont à l'origine de la production des cellules sanguines tout au long de la vie. L'auto-renouvellement, la prolifération et la différenciation des CSPH sont sous le contrôle d'un microenvironnement cellulaire spécifique appelé " niche ". Deux niches sont identifiés dans la moelle osseuse : une niche endostéale et vasculaire. Les processus moléculaires contrôlant les communications cellulaires entre les niches et les HSPC sont complexes et demeurent mal connues. Du fait de la conservation des facteurs de transcription et des voies de signalisations entre les mammifères et la drosophile, l'organe hématopoïétique de la drosophile : la glande lymphatique s'est avéré être un excellent modèle pour étudier les communications cellulaires entre les niches et les CSPH. La glande lymphatique est accolée au tube cardiaque (système vasculaire), qui contrôle la morphologie et la fonction du PSC (Posterior Signaling Center), un centre de signalisation contrôlant la différenciation des cellules immunitaires/sanguines dans la glande lymphatique. Au cours de mes travaux de thèse, j'ai réalisé un crible fonctionnel in vivo, pour déterminer si indépendamment de son effet sur le PSC, les cellules du tube cardiaque étaient capables de contrôler directement l'homéostasie de la glande lymphatique. La réalisation de ce crible m'a permis d'identifier quatre ligands produits par les cellules du tube cardiaque et requis au maintien des progéniteurs hématopoïétiques dans la glande lymphatique, notamment le ligand Branchless de la voie de signalisation FGF (Fibroblast Growth Factor). La perte de fonction du ligand FGF/Branchless dans le tube cardiaque ou du récepteur FGF/Breathless dans les progéniteurs hématopoïétiques entraine une différenciation accrue et une diminution du pool de progéniteurs dans la glande lymphatique. Mes résultats indiquent que le tube cardiaque a un rôle équivalent à une niche pour contrôler l'hématopoïèse dans la glande lymphatique et que la voie de signalisation FGF joue un rôle clé dans ces communications cellulaires. [...] / In adult mammals, hematopoietic stem cell and progenitors (HSPC) are present in the bone marrow and produce all blood cell type along the life. Renewal, proliferation and differentiation of the HSPC are tightly control by a specific microenvironment called the "niche", composed by an endosteal and a vascular niche. Molecular processes controlling cellular communications between niches and HSPC are complex and remain poorly understood. Since many transcription factors and signalization pathway are conserved in controlling hematopoiesis both in mammals and Drosophila, the Drosophila hematopoietic organ: the lymph gland became an excellent model to decipher cellular communications between the niche and HSPC. The lymph gland is aligned the cardiac tube (vascular system), which control the size and the function of the PSC (Posterior Signaling Center). The PSC is a signaling center controlling the differentiation of immune/blood cells in the lymph gland. During my PhD, I performed an in vivo functional screen to determine whether independently of its role on the PSC, cardiac cells were able to control directly the lymph gland homeostasis. The realization of this screen, allowed me to identify four ligands produced by cardiac tube cells and required to maintain lymph gland hematopoietic progenitors. One of this ligand is a FGF (Fibroblast Growth Factor) ligand Branchless. Knock down of FGF/branchless ligand in cardiac tube cells or FGF/Breathless receptor in hematopoietic progenitors lead to an increase in immune cells differentiation at the expense of the progenitor pool. My results establish that the cardiac tube plays a role similar to a niche in controlling lymph gland homeostasis and the FGF pathway plays a key role in this cellular communication. [...]

Les syndromes myélodysplasiques (MDS) sont un groupe de pathologies myéloïdes caractérisées par une hématopoïèse inefficace. Le rôle du microenvironnement médullaire (MM) dans l’histoire naturelle de ces pathologies reste incertain. Des anomalies du MM ont été décrites au cours des myélodysplasies et des modèles murins récemment publiés font penser qu’une altération du MM pourrait jouer un rôle dans le déclenchement et/ou l’évolution de ces maladies.Nous avons tenté de développer un modèle in vivo récapitulant l’histoire naturelle des myélodysplasies par des xénogreffes chez des souris NSG et NSG-S. Le faible taux de prise de greffe nous a amenés à développer un modèle in vitro de co-culture en 2D. Ce modèle est une bonne alternative pour les études de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les patients atteints de myélodysplasies.Au cours de ce travail, nous avons également réalisé une étude systématique du stroma médullaire de patients atteints de syndromes myélodysplasiques dans le but d’identifier les anomalies fonctionnelles et moléculaires des cellules souches mésenchymateuses (CSMs), cellules centrales du MM pour leur interaction avec les cellules souches hématopoïétiques (CSHs).Les CSMs de MDS ont une clonogénécité diminuée. Nous n’avons pas observé de modification significative de leurs capacités de différenciation en ostéoblastes, adipocytes et chondrocytes ni dans leur capacité à supporter une hématopoïèse normale. Les CSMs de MDS présentent des modifications au niveau épigénétique et transcriptionnel pouvant expliquer l’altération des relations observées grâce à de l’imagerie enregistrée entre les CSMs de MDS et les CSHs dans un modèle de co-culture en 3D.Ces résultats montrent que les CSMs de MDS ont des modifications fonctionnelles et moléculaires et que ces anomalies perturbent leur relation avec les CSHs. / Myelodysplastic syndromes (MDS) are a heterogeneous group of clonal myeloid pathologies characterized by an impaired hematopoiesis. The role of the bone marrow microenvironment (BMM) remains unclear in the natural history of these diseases. Abnormalities of the BMM have been observed in myelodysplasia and a recent published murine model implies that alterations of the BMM could play a role in the trigger/progression of these diseases.Firstly, we tried to develop an in vivo model of MDS in NSG and NSG-S mice. The low rate of engraftment pushed us to develop a 2D co-culture model in vitro. This model is a good alternative to test new therapeutic strategies for MDS patients.In this study, we analysed mesenchymal stromal cells (MSCs) from the bone marrow of pretreated MDS patients in order to identify the functional and molecular abnormalities in those cells of the BMM, central for their interactions with the hematopoietic stem cells (HSCs).MDS MSCs have an impaired clonogenic capacity. We didn’t observed modifications of their differentiation toward osteogenic, adipogenic and chondrogenic pathways and capacity to support of a normal hematopoiesis. MDS MSCs display epigenetic and transcriptomic modifications that could explain the alteration of the relationships between these cells and HSCs observed in imagery in a 3D co-culture model.These results showed that MDS MSCs have functional and molecular abnormalities and that these alterations could impair their relationship with HSCs.

Dans de nombreux tissus épithéliaux, les cellules ne migrent pas sur des substrats plats mais font au contraire partie d’une monocouche bidimensionnelle courbée. C'est le cas par exemple pour les tubules rénaux, les acini du sein, les alvéoles pulmonaires ou bien les cryptes du côlon et de l’intestin. Cependant, malgré l’omniprésence de cette courbure hors plan in vivo, peu d’études expérimentales s’interrogent sur son influence sur le développement et la migration cellulaire. En effet, le comportement collectif des cellules au sein d’un épithélium à deux dimensions a été principalement étudié sur des substrats plans, négligeant ainsi l'influence de la topologie de l’environnement de culture sur le développement cellulaire. Dans ce manuscrit de thèse, nous exposons les différentes expériences menées afin de caractériser et de quantifier l’influence de cette courbure hors du plan sur le développement, la migration ainsi que les propriétés mécaniques des tissus épithéliaux. Un dispositif expérimental a été mis au point afin d’obtenir des courbures et des conditions initiales reproductibles. Afin de découpler l’effet du à la courbure de ceux dus au confinement latéral, nous avons reproduit les mêmes expériences sur des substrats plats où les cellules sont confinées dans des bandes adhésives de largueurs comparables au périmètre des tubes.En mettant en parallèle nos résultats sur ces deux types de substrats, nous suggérons que forcer les cellules à croître sur des cylindres de diamètre pertinent biologiquement induit de nouvelles propriétés biologiques qui sont à dissocier de l'effet du au confinement latéral du tissu. / That the mechanics of a cell’s microenvironment greatly influences cellular behaviors and phenotypes is well established. For example, the morphology, performance and even fate of a cell adhering to a substrate is highly influenced by the substrate rigidity. Similarly, cytoskeleton organization and cell polarity can be controlled by confining the cell to 2d micro patterns while micro or nano substrate topography influences cell adhesion and orientation. On the other hand, significantly less research exists regarding the effect of out of plane curvature on individual cells and cell assemblies, despite the intrinsic curvature of epithelial sheets which frequently form tubes, cysts, crypts, or villi with radii of curvature on the order of a few cell diameters. This thesis accordingly examines the relationship between the collective properties of epithelial tissue and out of plane curvature by employing micro fabricated environments to deconstruct the response of a cell monolayer to the geometry of its neighborhood. Curved substrates provide a controlled way to study the role of a fixed out of plane curvature on a system otherwise identical to the classic 2D assay. In particular, fibers with curvature radii between 0.5um-100um were populated with MDCK cells from a model epithelial, kidney-derived, cell line and the resulting migration dynamics and cell architecture quantified. The specific cellular behaviors induced by large curvatures provide plausible explanations of certain aspects of tubulogenesis.