Le système nerveux est responsable de l’interconnexion interne des animaux multicellulaires. Il leur permet en effet d’intégrer les activités physiologiques de leurs différentes composantes en une seule entité fonctionnelle, capable d’interagir avec son environnement. L’évolution et le développement des systèmes nerveux complexes comptent parmi les questions les plus fascinantes de la recherche en biologie. Afin de mettre en place une diversité de types de cellules neurales et de connexions neurales, les animaux métazoaires ne déploient qu’un nombre étonnamment réduit de signaux développementaux. C’est l’intermodulation dynamique de ces signaux qui va pouvoir induire un patron spatial d’identités et de comportements cellulaires distincts. L’acide rétinoïque (AR) est une petite molécule diffusible dérivée de la vitamine A qui contribue à la mise en place des axes du système nerveux central des vertébrés et est un régulateur crucial de la différentiation neuronale. D’autre part, il a été montré que les signaux à l’AR affectaient le phénotype de neurotransmetteurs exhibé par des sous-populations neuronales et jouent des rôles divers dans la morphogenèse du système nerveux périphérique issu des placodes crâniennes et des cellules des crêtes neurales. Néanmoins, bien que le rôle de l’AR dans la régionalisation du système nerveux central ait été étudié de manière extensive, nous en savons beaucoup moins au sujet de l’action de l’AR sur le développement du système nerveux périphérique, sur l’établissement des différentes identités de neurotransmetteurs, ou quant à comment ces fonctions ont évolué. Bien qu’initialement considéré comme spécifique aux vertébrés, un volume croissant de données indique désormais que l’AR serait impliqué dans le développement du système nerveux de divers taxons, tels que les cnidaires, les mollusques gastropodes ainsi que les cordés invertébrés. En particulier, l’amphioxus, céphalocordé dont l’évolution est lente, est connu pour posséder un système de signalisation à l’AR semblable à celui des vertébrés. Le génome de l’amphioxus présente un haut degré de conservation de sa synténie par rapport à celui des vertébrés et exhibe relativement peu de pertes ou de duplications indépendantes de ses gènes développementaux. Par conséquent, l’embryogenèse ainsi que la morphologie de l’amphioxus ressemble par bien des points à celles des vertébrés, ce qui facilite l’identification des traits ancestraux et dérivés et en fait donc un modèle approprié à la recherche comparative. Cette étude vise à fournir une description détaillée de différentes populations neurales au sein du système nerveux périphérique de l’amphioxus et d’explorer les rôles joués par l’AR dans ce processus. À cette fin, des analyses d’expression de gènes et d’immunohistochimie ont été utilisées, en vue d’identifier les différentes sous-populations de progéniteurs et les différents types de cellules neurales. De plus, les niveaux de signaux à l’AR ont été altérés pharmacologiquement à différents stades de développement de l’amphioxus, pour déterminer leurs effets sur la formation des populations neurales identifiées, ainsi que sur les patrons de prolifération et d’apoptose. Les résultats inclus dans ce travail révèlent la présence de différentes populations de cellules neurales chez l’amphioxus et mettent en lumière leur vraisemblable relation phylogénétique avec les structures leur correspondant chez les vertébrés. Par ailleurs, différents rôles contexte-dépendants de la signalisation à l’AR on été documentés, incluant la mise en place de frontières discrètes dans le système nerveux central et l’ectoderme de l’embryon d’amphioxus, et la régulation du développement des progéniteurs neuraux tardifs dans le système nerveux périphérique de manière spécifique à leur type cellulaire. / The nervous system provides internal interconnection to multi-cellular animals. It enables them to integrate the physiological activities of their different components into one functional entity that can successfully interact with its environment. The evolution and development of complex nervous systems is one of the most fascinating questions of biological research. In order to generate a diversity of neural cell types and neural connections, metazoan animals deploy a surprisingly small number of instructive developmental signals, which crosstalk in a dynamic manner to induce a spatial pattern of cell identities and behaviors.Retinoic acid (RA) is a small diffusible signaling molecule derived from vitamin A that contributes to the axial patterning of the vertebrate central nervous system and functions as a crucial regulator of neuronal differentiation. Moreover, RA signals have been shown to affect the neurotransmitter phenotype of specific neuronal subsets and play distinct roles during the morphogenesis of the peripheral nervous system from cranial placodes and neural crest. However, while the role of RA signaling in the regionalization of the central nervous system has been extensively studied, much less is known about its actions in cranial placodes and neural crest derivatives, in the establishment of different neurotransmitter identities, or how these functions might have evolved.Albeit initially believed to be vertebrate-specific, a growing body of evidence now implicates RA signaling in the nervous system development of various distant taxa, such as cnidarians, gastropod mollusks and invertebrate chordates. In particular, the slow evolving cephalochordates, commonly called amphioxus, are known to possess a vertebrate-like RA signaling system. The amphioxus genome has retained a high degree of synteny with vertebrate genomes and exhibits relatively little losses or independent duplications of developmental genes. Accordingly, amphioxus embryogenesis and morphology also display remarkable similarity with vertebrates, which allows the identification of ancestral as well as newly derived traits and makes these animals attractive models for comparative research.This study aims at providing a detailed description of the development of different neural cell populations in the central and peripheral nervous system of amphioxus and explores the roles played by RA signaling during this process. To this end, gene expression analyses and immunohistochemistry were used, in order to identify distinct subsets of neural progenitors and neural cell types. Furthermore, RA signaling levels were manipulated pharmacologically at different stages of amphioxus development, to assess their effects on the formation of identified neural cell populations as well as on proliferation and apoptosis patterns. The results presented in this work reveal the presence of distinct neural cell populations in amphioxus and highlight their likely phylogenetic relationships with corresponding structures in other chordates. In addition, several context-dependent functions of RA signaling were documented, which include the generation of discrete boundaries in the central nervous system and ectoderm of amphioxus embryos as well as the cell type-specific regulation of late neural progenitor development in the peripheral nervous system. The observed roles of RA signaling in the amphioxus neural tube and peripheral nervous system correspond well to those reported for the vertebrate hindbrain and cranial placodes, supporting the current hypothesis of a close evolutionary relationship between these structures and suggesting that the involvement of RA signals in their development is a conserved feature of chordates.

Le rein est un organe considéré comme statique, montrant une capacité régénérative très limitée. Les cellules épithéliales du glomérule, appelées podocytes, sont des cellules hautement différenciées qui possèdent des extensions cytoplasmiques indispensables à leur fonction de filtration du sang. Ces cellules sont particulièrement impactées dans les pathologies rénales chroniques, et il apparaît primordial de développer des stratégies thérapeutiques permettant de restaurer leur fonction. Une des approches thérapeutiques qui semble des plus prometteuses consiste en le remplacement des cellules lésées par des cellules fonctionnelles. Dans cette approche de médecine régénérative, les capacités endogènes de régénération des organes sont exploitées et stimulées afin de permettre un rétablissement des tissus constituant les organes. Bien que les podocytes montrent un potentiel de prolifération et de régénération limité, un moyen unique de stimuler ces cellules consiste en la surexpression de la sous-unité protéique TERT de la télomérase. En effet, la surexpression transitoire de TERT dans le rein adulte induit la dédifférenciation et la prolifération des podocytes, suivi par la régénération de ces cellules. L’objectif de mon travail de thèse était d’identifier les voies de signalisation moléculaires ciblées par TERT lors de la reprogrammation des podocytes en cellules dédifférenciées et prolifératives. Le travail réalisé a permis de mettre en évidence les facteurs moléculaires impliqués dans l’initiation de ce processus ainsi que les effecteurs de la reprogrammation ciblés par TERT. De plus, l’analyse des voies de signalisation dérégulées par TERT montre que l’interaction et le remodelage de la matrice extracellulaire représentent des événements très précoces lors de la reprogrammation. Un autre objectif de ma thèse consistait en l’élucidation des mécanismes cellulaires mis en œuvre lors de la régénération des podocytes suite à la surexpression transitoire de TERT. Aussi, les résultats obtenus grâce à l’emploie d’une approche non biaisée de traçage cellulaire a révélé la présence de cellules progénitrices dans le néphron du rein adulte capables de s’amplifier de manière clonale afin de régénérer les podocytes de manière efficace et rapide. Ces résultats présentent un mécanisme cellulaire encore jamais appréhendé, menant à la régénération efficace des podocytes dans le rein des mammifères adultes. Ces données représentent une véritable percée des connaissances au regard de l’existence et de la fonction des progénitures rénaux, ouvrant la voie à des stratégies thérapeutiques permettant d’améliorer la régénération cellulaire de patients souffrant de maladies rénales chroniques. / In mammals, the kidney is considered a static organ with a limited regenerative capacity. Glomerular epithelial cells, named podocytes, are highly differentiated cells harboring cytoplasmic extensions essential for their function of blood filtration. These cells appear to be the weak link in chronic kidney diseases, rising up the necessity to develop therapeutic strategies to restore their function. One promising therapeutic approach consist in the replacement of impaired cells with fully functional cells. The aim of this regenerative medicine approach is to stimulate the endogenous regenerative capacity to reestablish the functionality of tissues within the organ. Although podocytes display a limited regenerative capacity, transient overexpression of the telomerase protein component TERT appears to be an efficient way to stimulate this capacity in vivo. Indeed, TERT exhibits potent effects on kidney podocytes in steady state conditions resulting in acute cell cycle entry and loss of differentiation. Such reprogramming of kidney podocytes is followed by replenishment of those cells by functional podocytes upon TERT withdrawal. TERT effects on kidney podocytes are independent of its role in telomere synthesis, and rather rely on its ability to modulate signaling pathways. My thesis objective was to identify the molecular mechanisms targeted by TERT non-canonical activity upon initiation and progression of podocyte reprogramming. Analysis of the molecular signaling modulated by TERT show that interaction and remodeling of the extracellular matrix represent early events of the reprogramming process. Those results highlighting TERTtarget genes and pathways upon in vivo cellular change of fate provide precious knowledge for unprecedented therapeutic strategies that aim to target TERT non-canonical activity in kidney cancers and other epithelial cancers more broadly. The second objective of my thesis was to elucidate the cellular mechanisms that support podocytes regeneration upon transient overexpression of TERT. Using podocyte lineage tracing approaches, we found that renewed podocytes observed following a TERT pulse are not derived from initially present podocytes. Using an unbiased lineage tracing approach, we further found that clonal amplification of progenitor cells is the source of podocyte replenishment in this system. Those results unveil a cellular mechanism that have never been apprehended previously, which activation lead to efficient podocyte regeneration in the adult mammalian kidney. Those data represent a real breakthrough in knowledge regarding kidney progenitor cells existence and function, and have profound implications for the development of therapeutic strategies that aim to maintain/enhance regeneration in patients with kidney diseases and in the elderly.

Les progéniteurs endothéliaux semblent offrir de nouvelles perspectives dans le traitement des pathologies ischémiques. Nos travaux portent sur l'étude des effets d'une transplantation d'une sous population homogène de progéniteurs endothéliaux dits tardifs, les ECFCs, sur un modèle d'occlusion de l'artère cérébrale moyenne (MCAO) transitoire chez le rat. 4x106 ECFCs cultivés à partir du sang de cordon humain ou 1ml de PBS ont été injectés en intraveineuse (IV) 24h après une MCAO d'une durée d'une heure chez les rats appartenant respectivement au groupe greffé et au groupe contrôle. On a pu mettre en évidence le passage des cellules greffées dans l'hémisphère cérébral ischémié par radiomarquage à l'oxinate d'indium 111 (111In) et marquage fluorescent au CM-Dil des ECFCs avant transplantation. Ceci a été confirmé par la visualisation d'ECFCs d'origine humaine en périphérie de la zone infarcie par marquages immunohistochimiques au MAB1281 et CD31. La transplantation d'ECFCs a augmenté significativement le taux de survie et a amélioré la récupération fonctionnelle des animaux. L'effet bénéfique observé est associé à une réduction du nombre de cellules apoptotiques ainsi qu'une augmentation de la densité capillaire et de la neurogenèse en périphérie de la zone lésée. Ces effets semblent corrélés à une surexpression en zone de pénombre de VEGF et IGF1 aux propriétés pro-angiogéniques et neurotrophiques, et à une diminution de l'expression d'un facteur pro-apoptotique proBDNF. De plus, nous avons montré que les ECFCs sont capables de sécréter des cytokines pro-angiogéniques. / Endothelial progenitor cells (EPCs) seem to be a promising option to treat patients with ischemic diseases. Here, we investigated the effects of late EPCs or Endothelial Colony-Forming Cells (ECFCs), a recently defined homogeneous subtype of EPCs, in a rat model of transient middle cerebral artery occlusion (MCAO). Either vehicle or 4.106 ECFCs, isolated from human cord blood, were intravenously injected 24h after 1 hour of MCAO in rats assigned to control and transplanted groups respectively. 111In-oxine-labeled ECFCs specifically homed to ischemic hemisphere and CM-Dil prelabeled ECFCs preferentially settled in the inner boundary of the core area of transplanted animals. The presence of human cells in rat brain sections was detected by immunohistochemical staining (MAB1281, CD31). We demonstrated that ECFCs injected 24h after MCAO improved functional recovery and survival rate. Beneficial effect was associated with an increase in growth factors expression in homogenates from ischemic area (VEGF, IGF-1, proBDNF) and may be related to the secretion by ECFCs of soluble factors that could affect apoptosis, vascular growth and neurogenesis. These findings raise perspectives for the use of ECFCs as a well-characterized cell therapy product for optimal therapeutic outcome after stroke.

Chez les vertébrés, les muscles squelettiques du corps sont dérivés de la partie dorsale dessomites, le dermomyotome, structure transitoire mésodermique. Une première étape demyogenèse aboutit à la formation d’un muscle primitif, le myotome primaire, à partir desbordures du dermomyotome : ces cellules constituent les premières fibres musculaires, et formentl’architecture de base du futur muscle. Dans un second temps, une population de progéniteursmusculaires émerge de la région centrale du dermomyotome. Cette population est primordialedans la constitution du muscle. Elle prolifère, et une partie d’entre elle fusionne aux fibresexistantes pour donner les fibres multinucléées adultes. Finalement, une partie des progéniteursmusculaires reste indifférenciée jusqu’à l’âge adulte et compose la population de cellules souchesmusculaires, les cellules satellites. Ainsi, les progéniteurs musculaires contribuent audéveloppement musculaire tout au long du développement embryonnaire et foetal, mais égalementà la myogenèse post-natale avec les cellules satellites.Lors de ma thèse, je me suis intéressé à cette population de progéniteurs musculaires. Deux souspopulationsde progéniteurs musculaires ont précédemment été identifiées dans notre laboratoireau cours de l’embryogénèse précoce de poulet, l’une exprimant le facteur de transcription Pax7,l’autre co-exprimant Pax7 et le facteur de différenciation myogénique précoce Myf5. Face àl’absence de données concernant les progéniteurs musculaires, et à l’importance de cettepopulation pour la myogenèse, j’ai réalisé une étude systématique des progéniteurs musculairestout au long du développement embryonnaire et foetal de deux organismes modèles : le poulet etla souris. J’ai pu montrer que ces deux sous-populations coexistent tout au long dudéveloppement, depuis l’émergence des progéniteurs de la partie centrale du dermomyotome,jusqu’au moment où ces cellules deviennent des cellules satellites à la fin du développementfoetal. De manière très intéressante, j’ai pu montrer qu’au sein des progéniteurs musculaires, lapopulation principale co-exprime Pax7 et Myf5, et prolifère activement, alors que la populationPax7 est mineure et prolifère à un taux moins élevé. Cette dernière entre de manière importanteen quiescence à la fin du développement embryonnaire. Ces caractéristiques sont semblablesentre le poulet et la souris, et montrent que des stratégies cellulaires et moléculaires similairessont conservées au sein des amniotes. / Duringembryonicandfetallife,skeletalmusclegrowthisdependentupontheproliferationandthedifferentiationofapopulationofresidentmuscleprogenitors,fromwhichderivethemusclestemcellsof theadult,thesatellitecells.Underpoorlydefinedextrinsicandintrinsicinfluences,muscleprogenitorsproliferate,differentiateorenteraquiescentstatetobecomereservesatellitecells.Despitetheir primordialrole,surprisinglylittleisknownonthehomeostasisofresidentprogenitorsduringembryogenesis.Preliminarystudiesinchickandmousedescribingthekeyprogenitorpopulationscontributingtomusclegrowthduringembryogenesishaveledtodifferingresultsthatcouldbeduetotechnicalissuesortofundamentaldifferencesbetweenanimalmodels.Toaddressthisquestion,we haveundertakenacomprehensiveanalysisofthestateofdifferentiationandproliferationofmuscleprogenitorcellsfromthetimeoftheiremergencewithinthedermomyotomeuntillatefetallife,whenthey adoptasatellitecell-likepositionunderthebasallamina.Thiswasdonebyimmunostainingagainstkeyplayersofmyogenicdifferentiation,inmuscleschosenfromdifferentregionsofthebodyintwo modelorganisms,thechickandmouse.This studyidentifiedtwoco-existingpopulationsofprogenitorsduringembryonicandfetallifeinboth chickandmouse:aminor,slow-cyclingpoolofundifferentiatedresidentprogenitorswhichexpress Pax7,co-existingwithamajorfast-cyclingpopulationthatco-expressPax7andtheearlymyogenicdifferentiationmarkerMyf5.Wefoundthattheoverallproliferationrateofbothprogenitorsdrasticallydecreasedwithembryonicage,asanincreasinglylargeportionofslowandfast-cyclingprogenitorsenteredquiescenceduringdevelopment.Together,thisdatasuggeststhatthecellularstrategiesthatdrivemusclegrowthduringembryonicand fetallifeareremarkablyconservedinamniotesthroughoutevolution.Theyrelyonthetightregulationofproliferation,entryinquiescence,andmodulationofthecellcycle’slengthforbothoftheco-existingpopulationsofmuscleprogenitorstomaintainthehomeostasisofgrowingmusclesduringdevelopment.

L’incidence des maladies cardiovasculaires d’origine athéromateuse demeure un problème majeur en santé publique et malgré le développement de techniques curatives endovasculaires, la chirurgie demeure nécessaire chez de nombreux patients. Le remplacement vasculaire se fait par une veine autologue qui reste le « gold standard » ou, lorsque les patients n’ont pas le capital vasculaire suffisant, par une prothèse. Actuellement, si les techniques utilisant des prothèses synthétiques sont satisfaisantes pour le remplacement d’artères de gros calibre, celui des artères de petit calibre demeure toujours un défi du fait du caractère thrombogène des biomatériaux utilisés et de leurs mauvaises propriétés mécaniques. Depuis quelques années, le concept d’ingénierie tissulaire a émergé et évolué. Il pourrait permettre de proposer de nouveaux types de substituts vasculaires hybrides et/ou biologiques, grâce en particulier à l’utilisation de cellules souches et de leurs progéniteurs, ouvrant d’intéressantes perspectives dans le domaine de l’ingénierie vasculaire. Le but de ce travail a été d’obtenir de manière fiable et reproductible des cellules à phénotype endothélial mature à partir de progéniteurs endothéliaux issus de moelle osseuse et sang périphérique humains et de définir leurs réponses dans des conditions proches de celles observées dans un vaisseau natif. Des cellules (PDECs : Progenitor Derived Endothelial Cells) ont pu être amplifiées à partir de progéniteurs, elles présentent les marqueurs membranaires classiquement utilisés pour définir des cellules endothéliales matures. Elles sont capables, sur différents revêtements utilisés cliniquement tels le collagène de type I et la colle de fibrine ainsi que sur un revêtement plus expérimental (Multicouches de PolyElectrolytes), de former une monocouche confluente. Ces PDECs résistent à des contraintes mécaniques de cisaillement de type artériel et l’analyse de gènes et protéines impliqués dans la biologie de l’endothélium a montré qu’elles répondent à ces stimulations par l’expression d’un phénotype en lien avec une activité antithrombogène. De plus, les travaux préliminaires réalisés sur ces PDECs cocultivés avec des progéniteurs ostéoblastiques, ouvrent d’intéressantes perspectives concernant leur utilisation dans le cadre de l’ingénierie du tissu osseux vascularisé. / The incidence of atherosclerotic arterial disease is still a major public health problem and despite endovascular surgery therapies, surgical treatment is necessary for many patients. Vascular bypass is performed with an autologous vein which remains the gold standard, or when patients do not have appropriate blood vessels to be used as replacement, with a synthetic prosthesis. Nowadays, synthetic vascular grafts have been successfully used in the treatment of the pathology of large arteries, but the replacement of the smaller sized arteries is still a challenge because synthetic vascular grafts are known to be highly thrombogenic and have poor mechanical properties. Recently, the tissue engineering concept has emerged and advances. It can allow to propose development of new hybrid or biologic vascular substitutes, using stem cells and progenitor cells, holding great promise for vascular tissue engineering. The aim of the present study was to obtain reliably and reproducibly, cells with mature endothelial phenotype from endothelial progenitor cells isolated from human bone marrow and peripheral blood and investigate cell response in conditions similar to those observed in a native vessel. We were able to expand cells (PDECs: Progenitor Derived Endothelial Cells) from progenitors which exhibit markers conventionally used to define mature endothelial cells. They were able, on scaffolds currently used in clinic like collagen type I and fibrin glue or on more experimental scaffold (Polyelectrolytes multilayers films), to form a confluent monolayer. These PDECs are able to withstand arterial shear stress and analysis of genes and proteins implicated in endothelium biology shows that these cells respond to shear stress stimulation with a phenotype connected to an anti-thrombogenic activity. Moreover, preliminary studies using co-cultures of PDECs and osteoblastic progenitors, open interesting perspectives concerning PDECs to be used in the field of vascularized bone tissue engineering.

L’insuffisance cardiaque (IC) est un problème majeur de santé publique. La pénurie des greffons cardiaques et la résistance de nombreux patients aux traitements conventionnels ont poussé les chercheurs à développer de nouvelles thérapeutiques dont la thérapie cellulaire. Bien que l’idée initiale de la thérapie cellulaire ait été de repeupler la partie nécrosée du cœur par l’administration de cellules viables et fonctionnelles, leur disparition rapide alors que les bénéfices perdurent dans le temps a conduit à l’hypothèse que les cellules agiraient via un mécanisme paracrine. Les vésicules extracellulaires (VE), incluant les exosomes et les microparticules, seraient principalement impliquées dans ce processus. Elles agiraient ainsi comme de véritables navettes transportant des biomolécules actives permettant d’activer des voies de réparation endogènes dans le tissu traité. Ce projet de thèse a pu mettre en évidence : 1) La non-infériorité des VE issues de progéniteurs cardiovasculaires (Pg) dérivés de cellules souches embryonnaires humaines par rapport à leurs cellules d’origine dans un modèle murin d’IC chronique (ICC). Ces VE activeraient des voies de signalisation endogènes impliquées dans la stimulation de la prolifération cellulaire, la survie cellulaire, la réparation de l’ADN et la diminution de la fibrose. Leur contenu moléculaire spécifique, et notamment les microARN, pourrait être impliqué dans ces phénomènes. 2) L’importance du choix du type cellulaire dans la production de VE efficaces sur le plan thérapeutique puisque ni les VE dérivées de cardiomyocytes matures ni celles de cellules souches mésenchymateuses n’ont eu d’effets bénéfiques sur la fonction cardiaque de souris en ICC. 3) L’implication des VE dans l’effet paracrine des cellules, confirmée par l’amélioration de la fonction cardiaque chez des souris présentant une ICC traitées avec des VE issues de Pg dérivés d’iPS. Des tests fonctionnels in vitro ont montré que les VE auraient un rôle pro-angiogénique, pro-prolifératif et amélioreraient la survie des cellules. Une thérapie a-cellulaire aurait une réelle pertinence clinique en réglant une partie des problèmes techniques, immunologiques et sécuritaires associés aux greffes de cellules. Si cette hypothèse est confirmée, il pourrait en résulter une simplification des problèmes réglementaires, une diminution des coûts de production et de ce fait une plus grande diffusion clinique de la méthode. / Heart failure (HF) is a major public health concern. The lack of donor hearts and the resistance of numerous patients to conventional treatments has led scientists to develop new therapies such as cell therapy. The initial goal of cell therapy was to repopulate the infarcted heart by directly injecting viable and functional cells. However, the rapid disappearance of the transplanted cells contrasts with their long term, ongoing functional benefits, suggesting that cells may act through a paracrine mechanism. Extracellular vesicles (EV), including exosomes and microparticles, may be key to this process, acting as shuttles to transport bioactive macromolecules that stimulate endogenous repair pathways in the host tissue. This PhD project demonstrates: 1) The non-inferiority of EV secreted by cardiovascular progenitors (Pg) derived from human embryonic stem cells as compared to their parent cells in a mouse model of chronic HF (CHF). These EV could act by the activation of endogenous signaling pathways implicated in cell proliferation, survival, DNA repair and decreased fibrosis. Their specific content, such as miRNA, could be involved in these benefits. 2) The importance of the cell type in the production of therapeutically effective EV, since EV derived from mature cardiomyocytes and mesenchymal stem cells did not improve cardiac function in mice with CHF. 3) The importance of EV in paracrine effects of cells, confirmed by the improvement of cardiac function in mice with CHF treated with EV secreted by Pg derived from iPS cells. In vitro data shows that EV might have pro-angiogenic, pro-proliferative and pro-survival effects. An acellular therapy should be clinically relevant by reducing technical, immunological and safety problems associated with cell transplantation. If this hypothesis is confirmed, regulatory concerns would be simplified and production costs reduced, facilitating large-scale production.

Les cellules souches neurales adultes (aNSCs) sont définies par des fonctions d’auto-Renouvellement et de multipotence qui leur permettent de générer dans le cerveau adulte tant des neurones que des cellules gliales. Contrairement aux mammifères, le cerveau de poisson zèbre présente de nombreuses zones de neurogenèse adulte dont la plus caractérisée est la zone ventriculaire du pallium. Elle est composée de cellules de glies radiaires qui font office de aNSCs dans cette partie du cerveau. Quels progéniteurs neuraux embryonnaires sont sélectionnés pour être à l’origine de ces aNSCs reste mal connu. Ce travail a pour objectif de déterminer la contribution relative de deux populations de progéniteurs neuraux embryonnaires, les “clusters proneuraux” (impliqués dans la neurogenèse embryonnaire) et les “pools de progéniteurs” (caractérisés par une neurogenèse tardive), dans la formation des aNSCs du pallium de poisson zèbre. Dans un premier temps, à l’aide de techniques génétiques de lignage cellulaire, nous avons pu identifier la population de progéniteurs neuraux embryonnaires à l’origine d’une sous-Population des aNSCs située dans la partie dorso-Médiane du pallium. Des expériences de lignage utilisant la lignée de poisson zèbre her4:ERT2CreERT2 combinées à des traitements inhibiteurs de la voie de signalisation Notch nous ont permis de déterminer que les progéniteurs neuraux donnant naissance aux aNSCs du pallium dorso-Médian expriment le gène « Enhancer of split » her4, qui caractérise les “clusters proneuraux”, ce dès des stades très précoces du développement. Dans un second temps, des analyses clonales ainsi que des recombinaisons spatialement contrôlées par laser nous ont permis de mettre en évidence que les aNSCs de la partie latérale du pallium de poisson zèbre ne proviennent pas de progéniteurs embryonnaires exprimant her4 et maintenus par la voie Notch, mais d’une population restreinte de cellules neuroépitheliales situées dans la plaque du toit du télencéphale embryonnaire. Ces cellules présentent des caractéristiques spécifiques des “pool de progéniteurs”, à savoir l’expression de gènes her non-Canoniques (dont l’expression n’est pas dépendante de la voie de signalisation Notch) tels que her6 et her9, l’expression de ligands de voies de signalisation telles que Wnt, BMP et FGF, et une neurogenèse tardive. Elles génèrent progressivement, à partir du stade juvénile, une grande partie des aNSCs du pallium latéral. De plus, une partie de ces cellules neuroépitheliales persistent dans le pallium latéral postérieur chez l’adulte et continuent de former de novo des aNSCs dans cette région du cerveau. Outre la vision globale que cette étude nous a permis d’avoir sur l’origine embryonnaire de la totalité des aNSCs du pallium de poisson zèbre, elle a aussi délivré des informations sur les étapes de maturation progressive des progéniteurs embryonnaires pour former les aNSCs, et les similitudes et divergences qui existent entre la population dorso-Médiane et latérale à ce sujet. Enfin, en traçant les neurones issus des cellules souches à différents stades, cette étude a pour la première fois mis en évidence la formation progressive des compartiments neuronaux du pallium de poisson zèbre, et ainsi permis d’apprécier les homologies de ces compartiments avec les régions du pallium de souris. / Adult neural stem cells (aNSCs) are defined by their self-Renewal and multipotency, which allow them to generate both neurons and glial cells in the adult brain. Contrary to mammals, the zebrafish brain maintains numerous neurogenic zones in the adult, among which the most characterized is the pallial ventricular zone. It is composed of radial glial cells serving as aNSCs. Which embryonic neural progenitors are at the origin of these aNSCs is still unknown. This work aims to determine the relative contributions of two embryonic neural progenitor populations, the «proneural clusters» (involved in embryonic neurogenesis) and the « progenitor pools » (characterized by a delayed neurogenesis), to the formation of aNSCs in the zebrafish pallium. First, using genetic lineage tracing techniques, we were able to identify the embryonic neural progenitor population at the origin of a subpopulation of aNSCs located in the dorso-Medial part of the pallium. The her4:ERT2CreERT2 transgenic driver line, combined with pharmacological treatments inhibiting the Notch signalling pathway, allowed showing that neural progenitors giving rise to dorso-Medial pallial aNSCs express the « Enhancer of split » her4 gene, specifically expressed in « proneural clusters » from very early stages of development. As a second step, clonal analyses as well as spatially controlled recombinations by laser highlighted that aNSCs of the zebrafish lateral pallium do not derive from her4-Positive embryonic progenitors maintained by the Notch pathway, but from a restricted population of neuroepithelial cells located in the embryonic telencephalic roof plate. These cells display « progenitor pool » specific features, as for instance the expression of non-Canonical her genes (independent of Notch signalling) such as her6 and her9, the expression of components of signalling pathways such as Wnt, BMP, FGF, and a late neurogenesis onset. These progenitors progressively generate, from juvenile stages, the vast majority of the aNSCs of the lateral pallium. Most interestingly, a small population of these neuroepithelial cells persists in the postero-Lateral pallium at adult stage and keeps generating de novo aNSCs of this brain region. In addition to identifying the origin of pallial aNSCs in the zebrafish, this study also delivers information on the progressive maturation steps that embryonic progenitors undergo to generate aNSCs, and highlights similarities and differencies existing between the dorso-Medial and lateral progenitors. Finally, this work also permits tracing the neurons generated by stem cells at different stages. This reveals for the first time the progressive formation of the different zebrafish pallial compartements, and allows appreciating their homologies with the mouse pallial regions.

Le cytosquelette d'actine est une structure dynamique capitale pour la cellule, qui intervient dans les processus de signalisation et génère des forces mécaniques pour compléter des fonctions aussi diverses que l'adhésion, la migration, la division ou la différenciation. Les protéines qui régulent cette structure sont capables de moduler ces fonctions. J'ai identifié une nouvelle famille de protéines régulatrices de l'actine, les protéines Refilines (RefilineA et RefilineB), dont l'expression est corrélée avec l'engagement des cellules dans des programmes de différenciation. La RefilineA est induite lors de la différenciation des cellules précurseurs neurales multipotentes en cellules progénitrices gliales. La RefilineB est stabilisée dans les cellules épithéliales lors de la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) induite par le TGF-β. Dans ces cellules, les Refilines agissent en se complexant à la FilamineA, une protéine qui se lie aux filaments d'actine et forme le maillage. Des syndromes génétiques de mutations sur le gène de la FilamineA entrainent d'importants défauts développementaux, cependant la fonction précise de la protéine reste à ce jour obscure. Le complexe Refiline/FilamineA induit la formation de câbles d'actine et génère également une nouvelle structure d'actine périnucléaire appelée coiffe d'actine (« actin cap ») ou « ligne TAN» qui s'ancre à l'enveloppe nucléaire pour réguler les mouvements et la morphologie du noyau. Les Refilines sont les seules protéines identifiées à ce jour capables de catalyser la formation de structures périnucléaires d'actine. Ces résultats ouvrent donc de nouvelles perspectives pour appréhender les fonctions de la FilamineA ainsi que la biologie et les fonctions des structures périnucléaires d'actine. / The actin cytoskeleton is a highly dynamic structure involved in cell signaling and that creates mechanical force for the completion of diverse functions such as adhesion, migration, division or differentiation. Proteins that regulate this structure can modulate its function. We identified a new protein family that regulates the actin cytoskeleton, Refilin proteins (RefilinA and RefilinB), and whose expression correlates with differentiation switches. RefilinA is induced during differentiation of neural multipotent precursors into glial progenitors, while RefilinB is stabilized in epithelial cells during epithelial-mesenchymal transition (EMT) induced by TGF-β. In cells, Refilins interact with FilaminA, a protein that binds actin filaments to organize them into a network. Genetic syndromes where the FilaminA gene is mutated lead to important developmental defects, The Refilin/FilaminA complex generates actin cables as well as a new perinuclear structure called « actin cap » or «TAN line» that interacts with the nuclear envelope to regulate nuclear movement and shape. Refilin proteins are the only proteins identified so far that induce the formation of perinuclear actin structures. These results open up new perspective for the understanding of FilaminA's function as well as for the biology and functions of perinuclear actin structures.

Parmi leurs applications prometteuses, les lignées de cellules souches embryonnaires humaines (hES) présentent un potentiel inestimable pour améliorer la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de maladies monogéniques. Cette application de modélisation pathologique est devenue possible grâce à l'utilisation de lignées hES porteuses de la mutation causale d'une maladie monogénique, obtenues au cours d'un diagnostique pré-implantatoire. L'équipe dans laquelle j'ai effectué mes travaux de thèse a démontré que des lignées hES et leurs progénies, porteuses de la mutation causale de la dystrophie myotonique de type 1 (DM1), exprimaient des défauts moléculaires caractéristiques de la pathologie, permettant ainsi leur analyse de façon plus pertinente par rapport à des cultures primaires dérivées de biopsies de patients et validant l'utilisation de ce modèle cellulaire. Dans ce contexte, dans la première partie de mon travail de thèse, mon objectif a été de mettre au point des conditions de culture permettant la différenciation des cellules hES normales et mutantes vers le lignage neural afin d'obtenir des populations homogènes de progéniteurs neuraux et de cellules souches neurales, puis de les caractériser sur le plan phénotypique et fonctionnel. Par une étude transcriptomique, j'ai ensuite comparé le profil d'expression de ces progéniteurs neuraux à une autre population homogène de précurseurs mésenchymateux. J'ai ainsi identifié des gènes et des voies de signalisation spécifiques à chacune de ces populations. (Article 1). Dans la seconde partie de mes travaux, ma contribution au projet de modélisation pathologique de DM1 a été d'utiliser ces progéniteurs neuraux et les cellules souches neurales mutés pour explorer les mécanismes physiopathologiques responsables des symptômes neurologiques observés dans cette pathologie. J'ai ainsi identifié une anomalie dans une voie de signalisation cellulaire perturbée, la voie la voie mTORC1, basée sur l'observation selon laquelle les cellules NSC porteuses de la mutation DM1 proliféraient plus lentement que les cellules contrôles (Article II). J'ai également étudié l'expression la protéine Tau, connue pour son implication dans la maladie d'Alzheimer, et mis en évidence des modifications suggérant une altération du transport axonal dans les neurones issus des lignées hES mutantes. Ces résultats, associés à ceux réalisés dans l'équipe, permettent d'apporter la preuve de concept de l'intérêt d'un tel modèle cellulaire pour la modélisation pathologique des maladies monogéniques.

Les données cliniques supportent le concept et offrent l’espoir que la thérapie cellulaire trouvera sa place parmi les stratégies thérapeutiques des pathologies hépatiques. Cependant deux obstacles majeurs limitent l'étendue de son application clinique: la faible disponibilité d’hépatocytes humains de qualité et en quantité importante, et une faible efficacité de greffe conduisant à une survie et une fonctionnalité seulement à court terme. L’objectif de ce travail était de développer des modèles animaux d’insuffisance hépatique après hépatectomie et d’analyser la réponse régénérative après transplantation de progéniteurs hépatiques humains isolés et caractérisés dans 2 laboratoires de recherche (INSERM U1040 Montpellier et laboratoire PEDI UCL Bruxelles), en comparaison à des hépatocytes fraichement isolés.Le premier modèle consistait à réaliser une hépatectomie de 30% chez des souris NOD SCID, associée à l’injection préalable de rétrorsine (blocage de la prolifération cellulaire endogène) et d’injecter dans le même temps directement dans le parenchyme 1 million de cellules progénitrices exprimant constitutivement le gène rapporteur Luciférase. Les résultats ont montré la bonne implantation des cellules jusqu’à 1 mois après l’injection avec une différenciation fonctionnelle des cellules mise en évidence par la sécrétion d’albumine humaine dans le sang circulant des animaux.Le deuxième modèle consistait à réaliser une hépatectomie large de 70% chez des souris immunodéprimées RAG 2-/- γ-/- pour augmenter la souffrance hépatocellulaire et à comparer deux timing d’injection (voie intrasplénique) des cellules progénitrices génétiquement marquées avec la Green Fluorescent Protein. Les résultats ont montré une meilleure tolérance clinique (moins de mortalité) et une plus grande quantité de cellules implantées lorsque l’injection était réalisée 48h après l’hépatectomie. La régénération hépatique endogène était plus importante et plus rapide chez les souris injectées avec les progéniteurs qu’avec les hépatocytes primaires, suggérant un effet paracrine bénéfique de ces cellules.Ces travaux ont mis en évidence la possibilité d’utiliser ces cellules progénitrices comme alternative aux hépatocytes avec des propriétés régénératrices certaines mais soulèvent les problèmes d’implantation de ces cellules qui reste faible dans des foies hépatectomisés remaniés. Définir le meilleur environnement pour favoriser la survie, la fonctionnalité et éventuellement l’intégration effective des cellules transplantées reste une question clé pour avancer dans cette voie.En parallèle de ces travaux de recherche, un projet de recherche clinique de biothérapie a été développé et accepté pour transplanter des hépatocytes frais humains en intrahépatique chez des patients ayant une insuffisance hépatocellulaire terminale (hépatite alcoolique aigue, cirrhose grave, après résection hépatique large). Il devrait débuter fin 2013. / Clinical data support the concept and offer the hope that cell therapy will find its place among the therapeutic strategies in liver diseases. However, two major obstacles limit the scope of its clinical application: the limited availability of human hepatocytes quality and in large quantities, and low efficiency leading to graft survival and only a short-term functionality. The objective of this work was to develop animal models of liver failure after hepatectomy and analyze the regenerative response after transplantation of human hepatic progenitors isolated and characterized in two research laboratories (INSERM U1040 Montpellier laboratory PEDI UCL Brussels) compared to freshly isolated hepatocytes.The first model was to achieve a 30% hepatectomy in mice NOD SCID associated with prior injection retrorsine (blocking of endogenous cellular proliferation) and injected at the same time directly into the parenchyma 1 million progenitor cells constitutively expressing the luciferase reporter gene. The results showed good cell implantation until 1 month after injection with a functional differentiation as evidenced by secretion of human albumin in the circulating blood cells of animals.The second model was to achieve a wide 70% hepatectomy in mice immunocompromised RAG 2 - / - γ-/ - to increase the suffering hepatocellular comparing two injection timing (channel intrasplenically) progenitor cells genetically marked with the Green Fluorescent Protein. The results showed better clinical tolerance (less mortality) and a greater amount of implanted when the injection was performed 48 hours after hepatectomy cells. Endogenous hepatic regeneration was greater and faster in mice injected with the progenitors with primary hepatocytes, suggesting a beneficial paracrine effect of these cells.These studies have highlighted the possibility of using these progenitor cells as an alternative to hepatocytes with regenerative properties but raise some problems implementing these cells remains low in hepatectomized livers reworked. Define the Define the best environment to promote the survival, function and possibly the effective integration of transplanted cells remains a key issue for progress in this direction.In parallel with this research, a clinical research project biotherapy was developed and agreed to transplant human hepatocytes in intrahepatic costs in patients with terminal liver failure (acute alcoholic hepatitis, severe cirrhosis, after extensive liver resection). It should begin in late 2013.