Pendant le développement d’un embryon, le remodelage des tissus amène un changement de forme: les tissu peuvent s’allonger, s’envaginer, s’étirer etc. Différentes voies de signalisation règlent ces comportements dans le temps et l’espace à travers le contrôle du cytosquelette d’actine et des tensions produites par ce dernier en interaction avec le moteur moléculaire Myosine-II.Quelle est la distribution des forces subcellulaires qui contrôlent la morphogenèse des tissus? Quelle est la nature des forces engendrée set pour finir, quelle est l’origine de ces forces? Voici les questions pour lesquelles ma thèse cherche des réponses. J’utilise l’élongation de la bande germinale de l’embryon de Drosophile comme système modèle afin d’investiguer la mécanique de la morphogenèse des tissus / During embryonic development tissue remodeling leads to shape changes: for example, tissues can elongate, invaginate, and stretch. Distinct signaling pathways regulate in space and time these behaviors through the control ofthe actin cytoskeleton and of myosin-based tension required for cell shapechange. What is the spatiotemporal pattern of subcellular forcesthat orient tissue morphogenesis? What is the nature of the generated forces and finally, what lies at the origin of such forces? These are the main questions that my thesis tries to illuminate. I use the germbandelongation of the Drosophila embryo as a model system to investigate themechanics of tissue morphogenesis

Les malformations obstructives congénitales de l’uretère sont parmi les défauts les plus fréquents à la naissance chez l’Homme mais leur étiologie reste peu comprise au niveau moléculaire.L’uretère assure la fonction essentielle d’acheminer l’urine du rein à la vessie. Mon projet porte sur l’analyse d’un modèle murin d’obstruction fonctionnelle de l’uretère pour lequel le gène Teashirt 3(Tshz3) a été inactivé. J’ai montré que le phénotype d’hydro uretère (dilatation de l’uretère) de ce mutant résulte d’un défaut de différenciation des progéniteurs des cellules musculaires lisses pendant le développement et par voie de conséquence de l’absence de muscle lisse (ML). Chez le mutantTshz3, les cellules mésenchymateuses de l’uretère n’expriment pas le gène myocardin (Myocd) ni ses gènes cibles codant pour les protéines marqueurs du ML. Le facteur de transcription TSHZ3 est donc nécessaire à l’expression de Myocd et à la mise en place du ML. Afin de comprendre le contrôle moléculaire de la différenciation du ML, un crible double hybride a permis d’identifier parmi les partenaires de TSHZ3, la protéine à domaine HMG : SOX9. Au cours du développement de l’uretère,SOX9 s’exprime de manière similaire à TSHZ3 dans le mésenchyme jusqu’à l’apparition des marqueurs du ML, étape qui voit la perte d’expression de Sox9. Pendant l’étape précoce d’initiation dela différenciation TSHZ3, SOX9 et MYOCD sont co-exprimés. Un modèle cellulaire a permis de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu pendant cette étape. Dans ce modèle, TSHZ3 et SOX9répriment l’activité promyogénique de MYOCD en l’empêchant de former un complexe activateur avec SRF. Dans l’uretère, la présence de TSHZ3 et SOX9 simultanément avec MYOCD suggère que ces facteurs participent au contrôle temporel de l’initiation du programme myogénique à un moment précis du développement de l’uretère. L’ensemble de ces résultats démontre que Tshz3 remplit des fonctions successives au cours du développement de l’uretère / Congenital obstructives disorders of the ureter are amongst the most common human birthdefects but the molecular networks underlying these defects remain unknown. Ureter plays a pivotalrole in propelling urine from kidney down to the bladder. My project aims at understanding a mouse model of functional obstructive ureter which possesses a null allele for the gene Teashirt3 (Tshz3). Ishowed that the hydroureter phenotype (dilated ureter) in the mutant embryos results of a failure ofureteric smooth muscle (SM) formation occurring since early embryonic steps of SM differentiation.Indeed, mutant ureteric mesenchymal cells do neither express the myocardin (Myocd) gene nor theMyocd targeted genes, encoding for contractile proteins of the SM. Thus, the transcription factorTSHZ3 is necessary for the expression of Myocd and subsequent SM differentiation. To understandthe molecular networks underlying the differentiation of SM, we performed a yeast two-hybrid screenthat allowed us to identify the HMG domain protein SOX9 as a TSHZ3 partner. During ureter development, SOX9 is expressed in an overlapping expression pattern with TSHZ3 until expression ofSM markers genes, a step whereby Sox9 is downregulated. An early initiation step of SM differentiation corresponds to the simultaneous expression of MYOCD with TSHZ3 and SOX9. A cellular model allowed to mimic this stage. TSHZ3 and SOX9 act as repressing factors of the myogenic activity of MYOCD by disrupting the MYOCD/SRF complex activator. These results suggest that TSHZ3 and SOX9 influence MYOCD activity and participate to the temporal control ofthe on set of ureteric myogenesis in the developing ureter. Together, these results demonstrate thatTSHZ3 fulfills successive functions during ureter development

Les solitons de cavité sont des pics stationnaires d'intensité qui apparaissent dans le plan transverse d'un résonateur optique non linéaire injecté par un champ électromagnétique cohérent (faisceau de maintien). Ils peuvent être allumés et éteints individuellement par une perturbation locale sous la forme d'un pulse de lumière (faisceau d'écriture). La possibilité de contrôler leur position et leur mouvement par l'introduction d'un gradient de phase ou d'amplitude dans le faisceau de maintien permet leur application comme pixels mobiles de lumière dans un processeur d'information tout optique. D'un point de vue fondamental, les solitons de cavité sont des Structures Localisées à un seul pic en tous points analogues à celles observées dans les milieux granulaire, dans la décharge électrique dans un gaz, dans les instabilités chimique et dans l'hydrodynamique. Ces structures apparaissent en présence d'une instabilité modulationelle de la solution homogène qui se produit de façon sous critique, où il y a donc cœxistence de solutions différentes pour les mêmes valeurs de paramètres. Les solitons de cavité ont donc une nature très différente par rapport aux solitons spatiaux qui sont basés sur un mécanisme de compensation entre diffraction et non linéarité qui se produit lors de la propagation.<br /><br />Dans cette thèse je résumerai les principaux résultats de ma recherche sur les solitons de cavité dans les Lasers à Semi-conducteurs à Cavité Verticale. J'introduirai le concept de Soliton de cavité dans le cadre de la morphogènes en optique et je mettrai en évidence la similitude avec les structures localisées observées dans d'autres systèmes optiques. Je montrerai expérimentalement leur existence et j'analyserai leurs propriétés dans l'espace de paramètres. Je montrerai qu'il est possible de les positionner en forme de matrices qui peuvent être reconfigurées optiquement. Je mettrai en évidence expérimentalement la possibilité d'utiliser les solitons de cavité pour la réalisation d'une ligne de retard tout optique basée sur leur coulissement en présence d'un gradient de phase dans le faisceau de maintien.

L’élongation épithéliale joue un rôle prépondérant au cours du développement. Ce processus morphogénétique peut être décrit schématiquement par trois paramètres : le signal permettant d’orienter l’élongation, la force capable de générer le mouvement et le comportement cellulaire associé. Le follicule ovarien de drosophile, initialement rond s’allonge au cours de son développement résultant en un œuf 2.5 fois plus long que large. J’ai mis en évidence que les follicules traversent au moins trois phases d’élongation successives et je me suis focalisé sur la phase précoce dont les paramètres étaient inconnus. J’ai déterminé que le signal venait d’un groupe de cellules situées aux pôles par la sécrétion du ligand de la voie Jak-Stat puis de l’activation consécutive de cette voie selon un gradient depuis les pôles. La force est apportée par un gradient de pulsations apicales des cellules dépendantes de la voie Jak-Stat générant des forces de traction aux extrémités des follicules. L’élongation est stabilisée par des intercalations cellulaires orientées selon l’axe d’élongation et par un gradient de constriction apicale des cellules. Ces données permettent de proposer un mécanisme où un gradient d’activité d’un facteur de transcription induit une élongation épithéliale indépendamment d’une polarité planaire. / Tissue elongation plays a key role during development. Schematically, this morphogenetic process can be described by three main parameters: the cue orienting the elongation, the movement generating force and the associated cellular behavior. The Drosophila ovarian follicle, initially spherical, elongates as it develops, ending as a 2.5 time longer than wide mature egg. I found that follicles elongate through at least three consecutive phases and I aimed to determine the parameters of the early phase. The signal comes from a cluster of cells located at each pole of the follicle secreting the Jak-Stat pathway ligand and the subsequent activation of the pathway as a gradient from the poles. A pulling force is generated by the Jak-Stat dependent apical pulsations of the cells following the same gradient. The elongation is stabilized by oriented cell intercalations along the elongation axis and a gradient of apical constriction. Our data allow proposing a mechanism where a gradient of transcription factor activity can lead to epithelial elongation without any planar polarity requirement.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les structures pliées intéressent architectes et ingénieurs pour leurs qualités structurelles autant que spatiales et plastiques. En prenant comme point de départ la bande rectiligne pliée, ce travail de recherche aborde non pas la conception de surfaces plissées mais celle de structures réticulées. La conception de structures “à trous” à partir de bandes pliées constitue un angle d’approche original. La notion de continuité induite par le pli transforme la manière de concevoir la structure réticulée, habituellement caractérisée par des nœuds et barres dissociés. L’emploi de bandes continues rectilignes est une approche possible pour rationaliser la conception de formes complexes en minimisant la quantité de chutes de matière. Cette recherche explore de nouvelles méthodes de conception des formes courbes. Les objectifs de cette recherche sont :- la classification des différentes approches possibles dans la conception à partir de bandes rectilignes pliées- l'étude d'éléments modulaires pliés dont l’assemblage permet la génération de surfaces courbes variables: la géométrie de différentes configurations de bandes pliées sera décrite ainsi que les assemblages autorisés / Folded structures are attractive to architects and engineers for their structural qualities as well as spatial and plastic qualities. Taking as a starting point a linear folded stripe, this research does not address the design of pleated surfaces but that of reticular structures. The design of structures with "holes" from folded stripes is an original angle of approach. From a conceptual point of view, the continuity caused by folds transforms the usual conception by separated nodes and bars of reticular structures. The use of continuous linear stripes is one possible approach to make more efficient the design of complex shapes by minimizing the produced offcuts. This research investigates new methods of designing curved shapes. The aims of this research are:- A classification of different possible approaches encountered when conceiving from folded stripes.- The study a modular folded elements which assembly allows the generation of various curved surfaces : the geometry of different configurations of folded stripes and the assemblies allowed will be described

L’émergence récente de nouvelles thérapies antivirales efficaces est une avancée considérable pour lutter contre l'infection chronique par le virus de l'hépatite C (VHC). Cependant, un pic de carcinomes hépatocellulaires, représentant l'atteinte hépatique ultime liée à l'infection, est attendu dans la prochaine décennie. Approfondir les connaissances des différentes étapes du cycle viral et de l’interférence du VHC avec l'hépatocyte hôte permet de mieux comprendre la pathogénèse associée à ce virus. Les travaux présentés dans cette thèse ont eu pour objectif d'identifier le réseau de partenaires cellulaires et viraux de la protéine non-structurale NS2 du VHC et de mieux comprendre les mécanismes d'action et de régulation de cette protéine transmembranaire multi-fonctionnelle, qui est un acteur clé du clivage protéolytique de la polyprotéine virale et de la morphogénèse des virions. Dans une première partie, nous avons analysé comparativement les mécanismes moléculaires de l’activité enzymatique des protéines NS2 du VHC et de plusieurs hepacivirus non-humains, qui infectent des primates du Nouveau Monde (GBV-B) ou qui ont été récemment identifiés chez plusieurs autres espèces animales (NPHV, RHV, BHV et GHV). Des analyses phylogénétiques, des modèles structuraux tridimensionnels et des Études dans un contexte d'expression transitoire de précurseurs polypeptidiques viraux ou dans des modèles d'infection ont montré que l’activité des protéases NS2 de divers hepacivirus (1) s'exerce à la jonction NS2/NS3 sous la forme d'homodimères formant deux triades catalytiques composites ; (2) est régulée dans le contexte de la polyprotéine virale par quelques résidus de surface du domaine N-terminal de NS3 (NS3N) nécessaires à son activation ; (3) est efficace en l'absence complète de NS3N, suggérant un rôle négatif ou régulateur, plutôt qu'activateur de NS3N, contrairement au dogme en vigueur actuellement. Ces travaux soulignent l'importance fonctionnelle des mécanismes protéolytiques de NS2 conservés parmi les différents hepacivirus. Dans une deuxième partie, nous avons identifié un réseau de facteurs cellulaires et viraux interagissant avec NS2 au cours du cycle infectieux par un crible interactomique reposant sur la purification par affinité et l'analyse par spectrométrie de masse des complexes protéiques isolés de cellules hépatocytaires infectées, ainsi que par un test de complémentation enzymatique fonctionnelle. Par une approche d'ARN interférence, nous avons ensuite montré qu'un nombre limité de facteurs cellulaires interagissant avec NS2 sont impliqués dans la production et la sécrétion de particules virales infectieuses, incluant des protéines du complexe de la peptidase signal (SPCS) au sein du réticulum endoplasmique, des protéines chaperonnes (DNAJB11, HSPA5) et une protéine impliquée dans le transport intracellulaire (SURF4). Notamment, nos Études suggèrent que plusieurs membres du SPCS forment un complexe multi-protéique avec NS2, impliquant Également la glycoprotéine virale E2, qui jouerait un rôle dans une Étape précoce de l'assemblage ou lors de l’enveloppement de la particule virale. En conclusion, mes travaux de thèse ont permis d'identifier pour la première fois une série limitée de facteurs hépatocytaires interagissant spécifiquement avec la protéine NS2 du VHC au cours de l'infection et de déterminer parmi ceux-ci les facteurs essentiels la morphogenèse virale. Par ailleurs, nos résultats ont permis d’enrichir les connaissances naissantes des hepacivirus non-humains récemment identifiés et de montrer que ceux-ci partageaient avec le VHC des mécanismes clés mis en jeu au cours du cycle viral, ce qui contribue consolider leur intérêt comme modèles animaux de substitution. / The recent emergence of a panel of direct acting antivirals will certainly help combat chronic hepatitis C in the future. However, in the current context worldwide, a peak of hepatitis C virus (HCV)-induced hepatocellular carcinoma is expected in the next decade. Deepening our understanding of HCV life cycle and HCV interference with host cells may help monitor HCV-associated pathogenesis. The aim of my PhD work was to identify the network of host and viral interactors of HCV nonstructural protein 2 and to unravel the mechanisms of action and regulation of this multifunctional, transmembrane protein, which is key both for the viral polyprotein cleavage and virion morphogenesis.In the first part of the work, we comparatively characterized molecular mechanisms underlying the enzymatic activity of NS2 proteins from HCV and from various non-human hepaciviruses that infect small New World primates (GBV-B) or that were recently identified in the wild in several mammalian species (NPHV, RHV, BHV, GHV). A combination of phylogenetic analyses, tridimensional structural models, and studies relying on the transient expression of viral polypeptide precursors or on infection models showed that NS2 proteases of the various hepaciviruses (1) act as dimers with two composite active sites to ensure NS2/NS3 junction cleavage, (2) are regulated in the polyprotein backbone via a hydrophobic patch at the surface of NS3 N-terminal domain (NS3N) that is essential to activate NS2 protease, and (3) are efficient in the complete absence of NS3N, which is unprecedented and suggests that NS3N has rather a negative or regulating role on NS2 activity. These data underline the functional importance of NS2 proteolytic mechanisms that are conserved across hepaciviruses.In the second part, we identified a network of cellular factors and viral proteins that interact with NS2 in the course of HCV infection using an interactomic screen based on affinity purification and mass spectrometry analysis of protein complexes retrieved form HCV infected hepatoma cells, as well as a split-luciferase complementation assay. Next, using a gene silencing approach, we found that a limited set of NS2 interactors among these host factors were involved in HCV particle assembly and/or secretion. This includes members of the endoplasmic reticulum signal peptidase complex (SPCS), chaperone proteins (DNAJB11, HSPA5) and a factor involved in intracellular transport (SURF4). Notably, our data are in favor of the existence of a multiprotein complex involving NS2, several members of the SPCS, and the viral E2 glycoprotein, which likely plays a role in an early step of HCV particle assembly or during particle envelopment. Altogether, my PhD work allowed us to identify a limited set of hepatocyte factors interacting with HCV NS2 during infection and to pinpoint those that are essential for HCV morphogenesis. Additionally, our results contributed to the molecular characterization of the recently identified non-human hepaciviruses and revealed that these hepaciviruses share with HCV key mechanisms in the course of their infectious life cycles. This highlights the value of non-human hepaciviruses as surrogate animal models of HCV infection.

[Copie de la conclusion de la thèse, en l'absence de résumé disponible] La morphogénèse bronchique est-elle l’œuvre de programmes et sous-programmes ou bien est-elle un phénomène partiellement auto-organisé à la faveur d’une régulation moléculaire parcimonieuse ? L’étude tridimensionnelle in-vivo que nous avons menée au stade pseudo-glandulaire précoce révèle que la structure de l’arbre est moins stéréotypée que ce qui est classiquement décrit et qu’elle ne peut être interprétée indépendamment de la croissance du mésenchyme et des tissus environnants. Ensemble, les variations observées dans le temps, l’espace ou la morphologie des branchements rendent peu probable l’existence d’un programme qui prédéfinirait où, quand, comment chaque branchement doit s’effectuer. Sans compter la complexité d’un tel programme, la manière dont il pourrait être écrit en langage moléculaire demeure obscure. En contexte sauvage, les variations – y compris celles qui ont été considérées comme d’authentiques erreurs – n’entravent jamais le processus de branchement. Celui-ci continue à se dérouler de telle sorte que l’espace est rempli sans conflits ni lacunes. Cela suggère fortement que les tubes épithéliaux sont capables de s’adapter en temps réel à la configuration des bourgeons et du mésenchyme environnant. Intuitivement, il est sans doute beaucoup plus simple de coordonner la croissance épithélio-mésenchymateuse et d’autoriser les bourgeons à remplir l’espace en s’auto-évitant que d’écrire un programme contenant le plan complet de l’organe.Nous montrons qu’un mécanisme simple fondé sur la diffusion d’un facteur de croissance clef (FGF10) permet d’organiser une croissance branchée. La dynamique laplacienne qui se met en place dans une géométrie mouvante provoque spontanément l’apparition de doigts dont l’extrémité se déstabilise de manière itérative pour produire une arborescence. Chaque branche de l’arbre remplit au fur et à mesure l’espace qui se développe dans le mésenchyme en s’auto-évitant. Les deux articles présentés introduisent donc une rupture conceptuelle en proposant que le plan de l’arbre bronchique ne soit pas « préprogrammé ». La morphogénèse de l’arbre bronchique est vraisemblablement régulée en temps réel par instruction réciproque de l’épithélium et du mésenchyme, au moyen d’un nombre réduit de boucle de régulation. / [This abstract is the conclusion of the dissertation] Is bronchial morphogenesis the result of programs and sub-programs or is it a partially self-organized phenomenon thanks to parsimonious molecular regulation? The three-dimensional in vivo study that we conducted at the early pseudo-glandular stage reveals that the structure of the tree is less stereotyped than is conventionally described and that it can not be interpreted independently of the growth of mesenchyme and surrounding tissues. Together, the variations observed in the time, the space or the morphology of the connections make it unlikely the existence of a program that predefines where, when, how each connection must be made. Not to mention the complexity of such a program, the way it could be written in molecular language remains unclear.In the wild context, variations - including those that have been considered genuine mistakes - never hinder the connection process. It continues to unfold so that the space is filled without conflicts or gaps. This strongly suggests that the epithelial tubes are able to adapt in real time to the configuration of buds and surrounding mesenchyme. Intuitively, it is probably much simpler to coordinate the epithelio-mesenchymal growth and to allow the buds to fill the space by self-avoidance than to write a program containing the complete organ plan.We show that a simple mechanism based on the diffusion of a key growth factor (FGF10) allows to organize a trendy growth. The Laplacian dynamics that is set up in a moving geometry spontaneously causes the appearance of fingers whose end is destabilized iteratively to produce a tree. Each branch of the tree gradually fills the space that develops in the mesenchyme by self-avoiding.The two articles presented thus introduce a conceptual break by proposing that the plane of the bronchial tree is not "preprogrammed". Morphogenesis of the bronchial tree is likely to be regulated in real time by reciprocal instruction of the epithelium and mesenchyme, by means of a reduced number of regulation loop.

Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés géométriques, mécaniques et statistiques de la formation de plis dans des structures élastiques contraintes. En particulier, nous nous sommes concentrés sur le cas d'une tige élastique, objet unidimensionnel, confinée dans un espace à deux dimensions. Dans ce cas, il y a une forte interaction entre la contrainte géométrique d'auto-évitement et les propriétés mécaniques de la tige. Après avoir étudié numériquement la formation et les instabilités relatives à l'apparition des tous premiers plis, nous nous sommes penchés sur un régime où le taux de confinement de la tige est plus intense. Grâce à un échantillonage du paysage énergétique des structures plissées générées, nous avons mis en évidence l'existence d'une mesure statistique analogue à la loi de Boltzmann. Inspirés par la théorie d'Edwards des milieux granulaires, cette observation nous a permis de développer une théorie statistique grâce à laquelle nous obtenons le diagramme de phase complet de la tige confinée.

La modélisation des formes naturelles reste un enjeu majeur pour le réalisme en synthèse d'images. Ces formes sont souvent complexes et leur modélisation avec les outils classiques nécessitent généralement une masse de travail considérable pour le graphiste. Les phénomènes de croissance sont très courants dans la nature. Ils engendrent souvent des formes complexes, même quand le mécanisme mis en jeu reste simple. Recréer de telles formes par des simulations physiques n'est pas toujours très pratique, du fait du manque de contrôle sur le résultat. Nous proposons dans cette thèse un nouveau genre de modeleur, basé sur la croissance d'une surface, qui permet de recréer des formes de croissance. Le modeleur présente des contrôles supplémentaires par rapport à un simulateur physique, et il n'est pas uniquement limité à la simulation de phénomènes naturels : il permet de rajouter interactivement des détails à une surface, tel que des plis des cloques, et même des branches.