Le gène TP63 fait partie de la famille du gène suppresseur de tumeur TP53. Il code plusieurs isoformes. L’une d’entre elles, tronquée dans la région amino-terminale et appelée ΔNp63, présente des propriétés oncogéniques. Elle est impliquée dans la progression tumorale et la chimiorésistance. Sa surexpression est fréquente dans certains types de cancers. La première partie de mes travaux a consisté à identifier les facteurs de transcription impliqués dans la régulation du promoteur de ΔNp63. J’ai montré que l’expression de cette isoforme est inhibée par p53 et activée par ΔNp63 elle-même et par la β-caténine, dans des lignées de carcinome hépatocellulaire et de carcinome épidermoïde de l’œsophage. Dans des conditions physiologiques, un des types cellulaires dans lequel ΔNp63 est exprimée est la cellule basale mammaire. Il est admis que les tumeurs mammaires dites basal-like sont issues des cellules basales. Certaines de ces tumeurs présentant une surexpression de ΔNp63, nous avons émis l’hypothèse que ΔNp63 serait impliquée dans la tumorigenèse des cellules basales. Dans la deuxième partie, j’ai montré que l’expression de ΔNp63 peut être augmentée en cultivant les cellules mammaires en présence de surnageant de fibroblastes embryonnaires humains. L’identification de facteurs solubles responsables est en cours. D’autre part, j’ai caractérisé les conséquences biologiques de cette augmentation en termes de prolifération, de motilité et de survie des cellules immatures mammaires normales et tumorales. Les plus grandes modifications observées concernent (i) l’état de différenciation, les cellules surexprimant ΔNp63 présentant un phénotype plus immature ; (ii) la balance entre migration et adhésion qui penche en faveur de cette dernière. ΔNp63 semble donc être au carrefour des mécanismes de prolifération, d’adhésion, de différenciation et de motilité, processus impliqués dans la formation et l’homéostasie des tissus, mais dont l’altération peut conduire à l’initiation et à la progression tumorale ainsi qu’à la dissémination métastatique. Mes travaux apportent des informations sur le rôle de cette protéine dans ces processus et devraient, à terme, permettre de mieux comprendre la genèse de certains cancers, en particulier les carcinomes basal-like / TP63 gene belongs to the TP53 tumor suppressor gene family. It encodes several isoforms. One of these, truncated in its amino-terminal end and called ΔNp63, displays oncogenic properties. It is involved in tumor progression and chemoresistance and is overexpressed in some tumor types. The first part of my work consisted of identifying the transcription factors involved in the regulation of the ΔNp63 promoter. I have shown that ΔNp63 expression is inhibited by p53 and activated by ΔNp63 itself and by β-catenin in hepatocellular carcinoma and esophageal squamous cell carcinoma cell lines. Under physiological conditions, one of the cell types in which ΔNp63 is expressed is the mammary basal cell. The “basal-like” mammary tumor sub-type seems to stem from basal cells. As some of these tumors exhibit overexpression of ΔNp63, we hypothesized that this isoform could be involved in the genesis of basal-like tumors. In the second part, I have shown that ΔNp63 expression can be increased in mammary cells cultivated in the presence of human embryonic fibroblast supernatant. Identifying the soluble factors responsible for this increase is in progress. In parallel, I have evaluated the biological consequences of ΔNp63 overexpression in terms of proliferation, cell motility and survival of normal and malignant immature mammary cells. The main modifications relate to (i) the differentiation status, ΔNp63-overexpressing cells exhibiting a more immature phenotype; (ii) the balance between migration and adhesion that is in favor of this latter. ΔNp63 seems to be at the crossroads of proliferation, adhesion, differentiation and motility, processes implicated in tissue formation and homeostasis, but whose alteration may lead to tumor initiation and progression and to metastatic dissemination. My work provides information on the role of this isoform in these processes and should allow better understanding of the genesis of some tumor types, in particular basal-like breast carcinomas

Les progéniteurs bronchioloalvéolaires situés aux jonctions bronchioloalvéolaires peuvent être impliquésdans l'embryogenèse ou la régénération. Ces cellules non décrites chez les gros animaux peuventparticiper au développement de nouvelles thérapies contre les maladies pulmonaires aiguës ouchroniques. Dans cette étude, nous avons établi la présence de progéniteurs bronchioloalvéolaires dansles poumons des ovins nouveaux nés. Ces cellules ont été identifiées par leur co-expression desprotéines CCSP, SP-C et CD34. Une population mineure de cellules CD34pos/SP-Cpos/CCSPpos (0,33% ±0,31) était présente ex vivo. Le tri magnétique des cellules CD34pos a permis l’isolement des progéniteursSP-Cpos/CCSPpos (> 80%). Ces cellules étaient maintenues et amplifiées in vitro en interfaceliquide/liquide. De même, ces progéniteurs étaient capables de se différencier soit en cellules de Clarasoit en AEC II dans différents milieux de cultures synthétiques et diverses matrices extracellulaires. Enoutre, les progéniteurs bronchioloalvéolaires obtenus ex vivo et in vitro exprimaient les gènes NANOG,Oct4 et BMI1 spécifiques aux cellules souches. Nous rapportons ainsi, pour la première fois dans ungrand animal, l’existence de cellules progénitrices bronchioloalvéolaires à fort potentiel de doubledifférenciation et d’expression de certains gènes de cellules souches. / Bronchioloalveolar stem cells located at the bronchiolar/alveolar junction may be involved inembryogenesis or regeneration. These cells have not yet been described in large animals, and they mayenable the development of new therapeutics to treat acute or chronic lung disease. In this study, weaimed to establish the presence of bronchioloalveolar stem cells in ovine lungs and to characterize theirstemness properties. Lung cells were studied using immunohistochemistry on frozen sections of the lung,and immunocytochemistry and flow cytometry were conducted on derived cells. The stem cells wereidentified by co-expression of CCSP, SP-C and the CD34 hematopoietic stem-cell marker. A minorpopulation of CD34pos/SP-Cpos/CCSPpos cells (0.33% ± 0.31) was present ex vivo in cell suspensions fromdissociated lungs. Using CD34 magnetic positive cell sorting, undifferentiated SP-Cpos/CCSPpos cellswere purified (>80%) and maintained in culture. Using synthetic media and various extracellular matrixes,SP-Cpos/CCSPpos cells differentiated into either Clara cells or alveolar epithelial type-II cells. Furthermore,bronchioloalveolar stem cells obtained ex vivo and in vitro expressed the stem cell-specific genesNANOG, OCT4 and BMI1. We report for the first time in a large animal the existence ofbronchioloalveolar stem cells with dual differentiation potential and the expression of stem cell-specificgenes.

There is a basic rule to mammalian neocortical expansion: as it expands, so does it fold. The degree to which it folds, however, cannot strictly be attributed to its expansion. Across species, cortical volume does not keep pace with cortical surface area, but rather folds appear more rapidly than expected. As a result, larger brains quickly become disproportionately more convoluted than smaller brains. Both the absence (lissencephaly) and presence (gyrencephaly) of cortical folds is observed in all mammalian orders and, while there is likely some phylogenetic signature to the evolutionary appearance of gyri and sulci, there are undoubtedly universal trends to the acquisition of folds in an expanding neocortex. Whether these trends are governed by conical expansion of neocortical germinal zones, the distribution of cortical connectivity, or a combination of growth- and connectivity-driven forces remains an open question. But the importance of cortical folding for evolution of the uniquely mammalian neocortex, as well as for the incidence of neuropathologies in humans, is undisputed. In this hypothesis and theory article, we will summarize the development of cortical folds in the neocortex, consider the relative influence of growth- vs. connectivity-driven forces for the acquisition of cortical folds between and within species, assess the genetic, cell-biological, and mechanistic implications for neocortical expansion, and discuss the significance of these implications for human evolution, development, and disease. We will argue that evolutionary increases in the density of neuron production, achieved via maintenance of a basal proliferative niche in the neocortical germinal zones, drive the conical migration of neurons toward the cortical surface and ultimately lead to the establishment of cortical folds in large-brained mammal species.

L’appareil digestif est un organe vital qui assure la digestion des aliments, l’absorption des nutriments et l’élimination des déchets. Une des propriétés essentielles du tube digestif est la motricité digestive qui est définie comme l’ensemble des contractions nécessaires au transit du bol alimentaire depuis la bouche jusqu’à l’anus. Les acteurs de la motricité digestive sont le système nerveux entérique, les cellules interstitielles de Cajal, et les cellules musculaires lisses. Les cellules musculaires lisses et les cellules interstitielles de Cajal ont pour origine un progéniteur mésenchymateux commun. Les cellules dérivées du mésenchyme présentent une certaine plasticité et sont capables de transiter d’un état différencié contractile et fonctionnel à un état prolifératif et immature. Toutefois, un déséquilibre de cette balance au profit de l’état d’immaturité est à l’origine de désordres de motricité digestive. Les travaux de recherches développés par l’équipe ont pour objectifs d’étudier les mécanismes qui gouvernent la différenciation des progéniteurs mésenchymateux digestifs afin d’étudier ces mécanismes en conditions pathologiques. Dans cet optique, l’équipe a identifié le gène LIX1 (LImb eXpression 1) comme le premier marqueur moléculaire de l’immaturité du muscle lisse digestif et a mis en évidence son rôle dans le contrôle de la différenciation des progéniteurs mésenchymateux au travers de la régulation de l’oncogène YAP1 (McKey et al, 2016). Dans ce contexte, le travail de recherche que j’ai réalisé s’est principalement concentré sur l’étude de LIX1 et de ses protéines partenaires dans le contrôle de la différenciation des cellules musculaires lisses gastriques et leur plasticité en conditions pathologiques.Dans un premier temps, j’ai étudié la fonction de LIX1 dans un cancer mésenchymateux du tube digestif, les GISTs (GastroIntestinal Stromal Tumor). J’ai mis en évidence le rôle et la fonction de LIX1 dans l’agressivité et dans l’immaturité des GISTs. Dans un deuxième temps, j’ai participé à la caractérisation moléculaire de cellules dérivées de patients POIC (Pseudo Obstruction Intestinale Chronique) pour lesquelles nous avons mis en évidence un défaut de différenciation associé à une expression anormale de PDGFR-A. Dans un troisième temps, j’ai développé un modèle de cellules musculaires lisses gastriques humaines dont la différenciation est maîtrisable pour étudier le métabolisme au cours de la différenciation. L’ensemble des travaux montre que LIX1 et sa mécanistique participent à la plasticité des SMCs. / The digestive tract is a vital organ ensuring food digestion, nutrient absorption and waste excretion. One of the main properties of digestive tract is the motricity which is defined as the set of contractions that allows the transition of the food from the mouth to the anus. Cells involved in the regulation of digestive plasticity are the enteric nervous cells, the interstitial cells of Cajal and the smooth muscle cells. The interstitial cells of Cajal and smooth muscle cells derived from a common mesenchymal progenitor. Mesenchyme-derived cells have the unique capacity to switch from the contractile and functional state to an immaturity state. This plasticity is responsible for motricity disorders. Our work aims to identify the mechanisms involved in the differentiation of the mesenchymal progenitors and to study those mechanisms in pathological conditions. The team previously identified the LIX1 gene (LImb eXpression 1) as the first molecular marker of the digestive smooth muscle immaturity and demonstrated its role on the differentiation of mesenchymal progenitors through the control of YAP1 (McKey et al., 2016). In this context, during my thesis, I focused on LIX1 and the mitochondrial remodeling as a putative regulatory mechanism of mesenchymal-derived cells differentiation. First, I investigated and demonstrated the role and function of LIX1 in the aggressiveness and the immaturity of the GastroIntestinal Stromal Tumor (GIST) cells. In parallel, I participated to the characterization of cells derived from CPIO (Chronic Pseudo Intestinal Obstruction) patients. Finally, I developed a new model of human gastric smooth muscle cells to evaluate the metabolism during the SMC differentiation. Altogether, we showed that LIX1 and its downstream pathways control SMC plasticity.

La surdité neurosensorielle est définie par une atteinte de l’oreille interne, il résulte principalement d’une perte de cellules ciliées (CC). Chez les mammifères, ce processus est malheureusement irréversible. Le développement de la thérapie cellulaire a fait naître de nouveaux espoirs pour le traitement des surdités neurosensorielles. Les cellules souches d’origine embryonnaire ou adulte seraient capables de se différencier in vitro en progéniteurs otiques et de restaurer partiellement les fonctions auditives in vivo après transplantation. Cependant, les protocoles de différenciation in vitro des CC à partir de cellules souches sont insatisfaisants, et les signaux qui contrôlent ce phénomène restent mal connus. Ainsi, l’objectif de ce travail de thèse était d’étudier in vitro la différenciation des CC à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC). Nous nous sommes intéressés à deux voies de signalisation majeures impliquées dans le développement de l’oreille interne in vivo, la voie Notch et la voie Wnt. Dans une première partie, nous avons montré que l’inhibition tardive de la voie Notch favorise la différenciation des hiPSC en CC. Dans une seconde partie, nous avons étudié le rôle de la voie Wnt dans la différenciation des hiPSC en cellules otiques. Nos résultats indiquent que l'inhibition de la voie Wnt durant la première phase d’induction favorise l'expression des marqueurs de la placode otique et initie la spécification des CC.Les travaux présentés dans cette thèse améliorent ainsi les protocoles de différenciation des hiPSC et suggèrent que ce type de cellules serait parfaitement adapté pour traiter les surdités neurosensorielles. / Neurosensory hearing loss is associated to inner ear disorders and degeneration of hair cells (HCs). Unfortunately, this process is irreversible in mammals. Currently, no curative treatment allows these cells to regenerate. For this reason, the development of cell therapy arose new hopes for the treatment of neurosensory hearing loss. Stem cells, either of embryonic or adult origin, seem able to differentiate in vitro into otic progenitors and to partially restore auditory functions in vivo. However, current protocols for in vitro differentiation of stem cells into HCs are unsatisfactory, and the signals that control this phenomenon remain poorly understood. Thus, the objective of this thesis was to study in vitro HC differentiation from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). We were particularly interested in two major signaling pathways involved in vivo in inner ear development, the Notch and Wnt signaling pathways.In a first part, we demonstrated that Notch inhibition during late otic differentiation enhances hiPSC differentiation into hair cell-like cells. In a second part, we studied the role of the Wnt signaling pathway during otic induction and HC specification. Our results indicate that Wnt inhibition during early otic induction promotes the expression of otic placode markers and initiate HC specification. The work presented here thus propose improved protocols to obtain HCs from hiPSCs, and suggest that this cell type is perfectly adapted for the treatment of neurosensory hearing loss.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23602号 / 医博第4789号 / 新制||医||1055(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 長船 健二, 教授 川口 義弥, 教授 大森 孝一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Bones are essential vertebrate structures that arise during embryonic development from mesenchymal condensations. In the skull vault, bones arise from condensations above the eye, which later expand to cover the brain. Contrarily to most bones in the axial skeleton, which develop through an intermediate cartilage template, the skull vault develops from the direct differentiation of mesenchymal progenitors into bone cells, or osteoblasts. The molecular details of this process have however remained elusive, since systems allowing the dynamical observation of cells while they undergobone differentiation have been lacking. Recent data in the Tabler lab, acquired by imaging skull caps ex vivo, has uncovered that differentiation takes place during expansion stages, and that a progressive wave of differentiation underlies the presence of intermediate states between progenitors and osteoblasts. In this thesis, we focused on the cranial mesenchyme to study the differentiation trajectory of skull bone progenitors at single cell resolution. By harnessing single cell RNA-Sequencing, we elucidated the heterogeneity of cells in the cranial mesenchyme, describing in molecular terms meningeal, dermal, osteoblastic and progenitor populations. By modelling dynamics from single cell RNA-Seq data, we inferred that a population expressing intermediate levels of cartilage specific genes, such as Col2a1, underlies differentiation towards dermal, meningeal and bone fate. Using single cell resolution in situ RNA hybridisation, we mapped the anatomical location of progenitors in a layer between the meninges and the bone. To better understand the relationship between the phenotype of these progenitors and differentiated cartilage, we examined the presence of cartilage-like ECM in the tissue. Finally, we asked whether similar progenitors may be present in other intramembranous bones outside the skull by re-applying these tools on the clavicle. Taken together, our data lead us to hypothesise a mechanism for differentiation of the cranial mesenchyme, which can explain previous phenotypes reported in the literature and supports a role for cartilage-like cells in intramembranous ossification.

Description of the cell cycle features of neural progenitors during late stages of neurogenesis in a gyrencephalic mammal, the ferret.

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L’expansion des cellules souches hématopoïétiques ex vivo représente une option des plus intéressante afin d’améliorer les greffes de moelle osseuse. Le facteur de transcription HOXB4 semble être le candidat ayant le plus de potentiel jusqu’à présent. Cependant, la très courte demi-vie de la protéine représente un obstacle majeur dans l’élaboration de protocoles cliniques. Par contre, la substitution d’un acide aminé (3 mutations individuelles) dans la partie N-terminale de la protéine augmente de près de 3 fois la stabilité intracellulaire de HOXB4. Nous avons comparé l’activité biologique de ces mutants à celle de HOXB4 natif (« wt ») dans des essais in vitro et in vivo. Nous avons démontré que la surexpression de HOXB4 muté par infection des cellules souches hématopoïétiques n’affectait pas leur pouvoir de reconstitution hématopoïétique à long terme dans des souris transplantées. Par ailleurs, nous avons noté que dans les essais de reconstitution hématopoïétique en compétition et en non compétition, les cellules surexprimant les protéines mutées ont une expansion supérieure in vitro et reconstituent le sang et la rate avec une répartition de cellules lymphoïdes et myéloïdes plus près de souris non-transplantées comparativement aux cellules exprimant HOXB4 « wt ». De plus, les cellules surexprimant la protéine HOXB4 mutée apparaissent beaucoup plus rapidement et en plus grande proportion dans le sang comparativement aux cellules surexprimant la forme native. Une des protéines HOXB4 mutées (1426) ne permet pas l’expansion des progéniteurs myéloïdes immatures (CMP) contrairement à la protéine « wt ». Et finalement, par les études de modulation intracellulaire protéique, nous avons démontré que les comportements des protéines HOXB4 « wt » et mutées envers les cellules souches hématopoïétiques et progéniteurs n’étaient pas complètement dus à un effet de concentration protéique. / Ex vivo hematopoietic stem cell expansion represents a most appealing option to improve bone marrow transplantation. Utilization of the unique hematopoietic stem cell (HSC) expansion abilities of the transcription factor HOXB4 for clinical applications is hampered by its short intracellular half-life. To overcome this difficulty, 3 different single amino-acid substitution mutants of HOXB4 with 3-4 fold increased half-life were generated and their biologic activity compared to that of wild type (wt) HOXB4 using in vitro and in vivo assays. We have shown that overexpression of mutated HOXB4 in HSC using an infection strategy did not impair their long term hematopoietic reconstitution potential in transplanted mice. We have found that cells overexpressing mutant HOXB4 had greater expansion in vitro in competitive and non-competitive designs than wt HOXB4. Moreover, in vivo peripheral blood and spleen repopulation had lymphoid and myeloid contributions closer to untransplanted animals with mutant than wt HOXB4. In addition, cells overexpressing mutant HOXB4 protein were detected much more rapidly and in greater proportion in peripheral blood than cells overexpressing the wt form. One of the mutated HOXB4 proteins (1426) did not promote the expansion of common myeloid progenitors in comparison to wt HOXB4. Finally, using intracellular protein modulation studies, we have shown that the effects of mutated and wt HOXB4 proteins in hematopoietic stem and progenitor cells were not completely due to a HOXB4 concentration effect.