L'hétérochromatine péricentromérique semble jouer un rôle dans la régulation de l'expression génique et par conséquent dans le potentiel de développement des embryons. Nous avons fait l'hypothèse qu'une marque épigénétique, H3S10P, pourrait être un nouveau marqueur permettant le suivi des régions péricentromériques dans l'embryon préimplantatoire de souris. Par des techniques d'immunofluorescence et d'immuno-FISH couplées à de la microscopie en haute résolution, nous avons montré que la distribution de H3S10P dans les embryons de souris est différente de celle observée dans les cellules somatiques. Durant les stades 1 à 4-cellules, H3S10P est détectée en interphase autour des précurseurs des nucléoles (NPB), où elle colocalise avec les sondes ADN reconnaissant l'hétérochromatine péricentromérique, puis marque les bras chromosomiques sur toute la durée des phases de mitose. Après le stade 4-cellules, la distribution de H3S10P redevient similaire à ce qui est connu dans les cellules somatiques, avec un marquage au niveau des chromocentres seulement en fin d'interphase et sur les chromosomes mitotiques seulement jusqu'à la télophase. Cette cinétique particulière observée semble liée à l'absence de la kinase Aurora B aux stades les plus précoces. Nous avons également comparé la localisation de H3S10P avec celle d'autres marqueurs associés à l'hétérochromatine péricentromérique comme H3K9me3, HP1 β et la double modification H3K9me3S10P et en avons conclu que H3S10P est un meilleur marqueur pour l'hétérochromatine péricentromérique des deux génomes parentaux. Enfin, comme les embryons clonés obtenus par transfert nucléaire à partir de cellules somatiques (SCNT) montrent une redistribution anormale de l'hétérochromatine péricentromérique ainsi qu'un développement altéré, nous avons utilisé H3S10P pour détecter les remaniements de l'hétérochromatine après SCNT. Nos résultats montrent que, contrairement aux autres marqueurs, H3S10P n'est présente que sur la portion de l'hétérochromatine qui est correctement remaniée, tandis que l'hétérochromatine incorrectement reprogrammée conserve la signature épigénétique de la cellule donneuse. / Pericentromeric heterochromatin appears to be involved with gene regulation and therefore with the developmental potential of embryos. We hypothesized that an epigenetic modification, H3S10P, could be a new marker to follow pericentromeric heterochromatin in preimplantation mouse embryos. Using immunofluorescence, immunoFISH and high resolution microscopy, we observed that H3S10P shows a different distribution pattern in mouse embryos than in somatic cells. It is detected early in interphase around the Nucleolar-Precursor Bodies from 1- to 4-cell, in co-localization with the DNA probes for pericentromeric heterochromatin, and is seen in the chromosome arms throughout mitosis. In fact, H3S10P shows a similar kinetic as seen in somatic cells only after the 4-cell stage: being solely observed in the chromocenters during late interphase and on the mitotic chromosomes until telophase. This distribution seems related to the absence of Aurora B kinase in the earlier stages. We have also compared H3S10P to other related pericentromeric heterochromatin markers such as H3K9me3, HP1β and the double modification, H3K9me3S10P, and concluded that H3S10P is a better marker for pericentromeric heterochromatin of both parental origins. Finally, as cloned embryos often show abnormal pericentromeric heterochromatin remodelling and impaired development after Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT), H3S10P was used to track down heterochromatin reprogramming after SCNT. Our results show that H3S10P underlines only the portion of heterochromatin which is remodelled when compared with the other related markers and that the unremodelled portion maintains the epigenetic signature of the donor cell.

L'hétérochromatine péricentromérique semble jouer un rôle dans la régulation de l'expression génique et par conséquent dans le potentiel de développement des embryons. Nous avons fait l'hypothèse qu'une marque épigénétique, H3S10P, pourrait être un nouveau marqueur permettant le suivi des régions péricentromériques dans l'embryon préimplantatoire de souris. Par des techniques d'immunofluorescence et d'immuno-FISH couplées à de la microscopie en haute résolution, nous avons montré que la distribution de H3S10P dans les embryons de souris est différente de celle observée dans les cellules somatiques. Durant les stades 1 à 4-cellules, H3S10P est détectée en interphase autour des précurseurs des nucléoles (NPB), où elle colocalise avec les sondes ADN reconnaissant l'hétérochromatine péricentromérique, puis marque les bras chromosomiques sur toute la durée des phases de mitose. Après le stade 4-cellules, la distribution de H3S10P redevient similaire à ce qui est connu dans les cellules somatiques, avec un marquage au niveau des chromocentres seulement en fin d'interphase et sur les chromosomes mitotiques seulement jusqu'à la télophase. Cette cinétique particulière observée semble liée à l'absence de la kinase Aurora B aux stades les plus précoces. Nous avons également comparé la localisation de H3S10P avec celle d'autres marqueurs associés à l'hétérochromatine péricentromérique comme H3K9me3, HP1 β et la double modification H3K9me3S10P et en avons conclu que H3S10P est un meilleur marqueur pour l'hétérochromatine péricentromérique des deux génomes parentaux. Enfin, comme les embryons clonés obtenus par transfert nucléaire à partir de cellules somatiques (SCNT) montrent une redistribution anormale de l'hétérochromatine péricentromérique ainsi qu'un développement altéré, nous avons utilisé H3S10P pour détecter les remaniements de l'hétérochromatine après SCNT. Nos résultats montrent que, contrairement aux autres marqueurs, H3S10P n'est présente que sur la portion de l'hétérochromatine qui est correctement remaniée, tandis que l'hétérochromatine incorrectement reprogrammée conserve la signature épigénétique de la cellule donneuse.

Le virus de l'hépatite B (HBV) infecte chroniquement plus de 250 millions de personnes. Des traitements existent permettant de contrôler la production de particules infectieuses. Cependant, aucun des traitements actuels ne permet d'éradiquer complètement l'infection. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques, incluant des approches immunothérapeutiques pour permettre un meilleur contrôle immunologique des infections HBV. Dans une étude récente menée au sein du laboratoire, il a été montré que l'IL-1ß est la cytokine ayant le plus fort effet antiviral contre la réplication d'HBV dans les hépatocytes. Dans le foie, la cytokine IL-1ß est principalement produite par les macrophages résidents (les cellules de Kupffer) ou infiltrant (monocytes inflammatoires différenciés en macrophages). De nombreuses études récentes ont montrés qu'HBV était capable de bloquer partiellement l'induction des réponses immunitaires innées. Il est donc important de déterminer si HBV est capable d'empêcher la production d'IL-1ß par les différents types de macrophages. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'effet du virus sur le phénotype des macrophages et les implications de ces modifications phénotypiques sur l'établissement de l'infection dans les hépatocytes. Des monocytes du sang ou des macrophages du foie ont été purifiés, respectivement, du sang périphérique ou de résections hépatiques, et ont été exposés au virus pendant leur différentiation et/ou leur activation pour les monocytes, ou seulement pendant leur activation pour les macrophages hépatiques déjà différenciés. Il a été démontré que le virus de l'hépatite B est capable d'inhiber la sécrétion d'IL-6 et d'IL-1ß par les macrophages pro-inflammatoires. De plus, HBV est capable d'inhiber la sécrétion d'IL-1ß par les macrophages hépatiques stimulés par différents ligands. Finalement, les surnageants de macrophages pro-inflammatoires sont capables de bloquer l'établissement de l'infection, ce qui n'est pas le cas quand les macrophages ont été exposés au virus. Il apparait donc qu'HBV est capable de modifier le phénotype des macrophages pour favoriser l'établissement et la persistance de l'infection. La compréhension des mécanismes de subversion du phénotype des macrophages par le virus de l'hépatite B serait un premier pas vers le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques / Hepatitis B virus (HBV) chronically infects over 250 million people worldwide. Several treatments can be used to prevent the formation of de novo particles. However, they do not allow the total eradication of the infection. Therefore, it is necessary to develop new therapeutic strategies, including immune-therapeutic ones, which would be more likely to lead to an immunological control of HBV infections. We have recently shown that IL-1ß is the most effective antiviral cytokine against the replication of HBV in vitro. In the liver, IL-1ß is mainly produced by resident macrophages (also called Kupffer cells) or infiltrating cells (inflammatory monocytes differentiated into macrophages). Recent studies have shown that HBV is able to partially inhibit the induction of innate immune responses. Hence, it was necessary to determine if HBV was also able to block the production of IL-1ß by the different types of macrophages.The objective of this thesis was to study the effect of HBV on macrophage phenotypes and the impact of those modifications on the establishment of HBV infection in hepatocytes.Blood monocytes and liver macrophages were purified, respectively, from peripheral blood or hepatic resections, and were exposed to HBV during their differentiation and/or activation for monocytes, or only during activation for liver macrophages which are already in a differentiated state. HBV was able to partially inhibit the secretion of IL-6 and IL-1ß by pro-inflammatory macrophages. Moreover, HBV was able to inhibit IL-1ß secretion by liver macrophages stimulated by different ligands and, conditioned medium of pro-inflammatory macrophages could inhibit the establishment of infection in hepatocytes. This effect was reverted when macrophages were exposed to HBV, concomitantly with a lower production of IL-6 and IL-1ß.In summary, HBV is able to modify macrophage phenotypes to favour the establishment and persistence of HBV infection. The full understanding of the mechanistic basis of how HBV phenotypically modifies macrophages will be a first step towards the development of new therapeutic strategies

Dans ce travail, nous démontrons que l’expression ectopique de Pax4 dans les cellules glucagon+ adultes induit, indépendamment de l’âge, leur néogenèse et transformation en cellules «bêta-like», ce qui entraîne une hypertrophie des îlots et une néogenèse inattendue des îlots. Par l’utilisation de plusieurs approches de traçage, nous démontrons que la conversion des cellules alpha en cellules «bêta-like» médiée par l’expression de Pax4, induit également la mobilisation de précurseurs situés dans ou à proximité des canaux pancréatiques. Ces cellules ré-expriment le gène développemental Ngn3 et adoptent successivement une identité de cellules glucagon+ puis de cellules «bêta-like», suggérant le réveil des mécanismes embryonnaires. Il et à noter que ces processus sont capables de régénérer la totalité de la masse de cellules bêta après plusieurs séries d’induction chimique du diabète. Ces résultats offrent ainsi des perspectives prometteuses pour concevoir de nouvelles stratégies thérapeutiques et régénératrices dans le contexte du diabète du type I. Dans un deuxième chapitre, ce travail décrit nos résultats d'analyse par puce à ADN de pancréas transgénique d’animaux exprimant conditionnellement le gène Pax4 dans les cellules alpha adultes. Cette approche nous permis d'identifier de potentiels gènes cibles de Pax4, qui pourraient jouer un rôle important dans les processus de régénération de la masse de cellules bêta. L’analyse de la fonction de l’un de ces gènes, le facteur de croissance indépendante 1 (Gfi1) est décrite. / In this work we demonstrate that the inducible misexpression of Pax4 in glucagon+ cells age-independently provokes their conversion into beta-like cells and their glucagon shortage-mediated replacement, this process resulting in islet hypertrophy and in an unexpected islet neogenesis. Taking advantage of several lineage-tracing approaches, we show that, upon Pax4-mediated alpha-to-beta-like cell conversion, pancreatic duct-lining precursor cells are mobilized, re-express the developmental gene Ngn3, and successively adopt a glucagon+ and a beta-like cell identity through a mechanism involving the reawakening of the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). It is worth mentioning, that these processes can repeatedly regenerate the entire beta-cell mass, and thereby reverse several rounds of streptozotocin-mediated chemically-induced Type I diabetes. This approach thereby provides promising perspectives to design novel therapeutic regenerative strategies. Aiming to gain further insight into the molecular mechanisms underlying these regeneration and reprogramming processes, and thereby identify new putative targets of interest, a thorough micro array analysis was performed using pancreata from transgenic mice conditionally misexpressing Pax4 in adult alpha-cells. We thereby identified several promising candidate genes, whose gene expression was significantly altered in induces animals. Among these was Growth factor independent 1 (Gfi1): its expression pattern and putative function in the murine pancreas will be described in this work.

Les cellules somatiques peuvent être reprogrammées en cellules pluripotent en sur-exprimant 4 facteurs de transcriptions: OCT4, SOX2, KLF4 et c-MYC. Ce processus nécessite en théorie un remodelage des organelles et un changement drastique du métabolisme. De plus, la reprogrammation cellulaire possède une composante stochastique qui est peu comprise et conduit à une faible efficacité. Nous avons fait l'hypothèse que cette variabilité est en partie due aux variations de la régulation de l'homéostasie protéique. Nous nous attendons à ce que la première phase de reprogrammation active les voies de stress qui régulent l'homéostasie protéique, ce qui impacterait l'efficacité de reprogrammation. Notre attention s'est dirigée vers le rôle de la réponse aux protéines dépliées du réticulum endoplasmique. Nous avons découvert que cette voie est active pendant la reprogrammation cellulaire et que son activation peut augmenter l'efficacité de ce processus. Par ailleurs le niveau d'activation de cette voie peut prédire l'efficacité de reprogrammation. Ces résultats suggèrent que la faible efficacité de reprogrammation cellulaire est en partie due à l'incapacité des cellules à activer cette voie de stress afin de pouvoir correctement répondre à la nouvelle charge de protéines synthétisées qui changera l'état de cette cellule. / Somatic cells can be reprogrammed into a pluripotent stem cells state and is achieved by the forced expression of 4 transcription factors: OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC. This process theoretically requires a global remodeling of the organelles and a drastic change in metabolism. Furthermore, reprogramming has an inherent property of stochastic variation that is limiting and largely unknown. We hypothesize that this variation is due, in part, by variable regulation of the protein homeostasis network. We therefore postulated that the early steps of reprogramming would result in the activation of a variety of stress pathways that regulate the protein homeostasis network, which might in turn impact the efficiency of reprogramming. We focused in particular on the endoplasmic reticulum unfolded protein response (UPRER). We find that the UPRER is activated during reprogramming and that its activation can increase the efficiency of this process. We find that stochastic activation of the UPRER can predict reprogramming efficiency. These results suggest that the low efficiency of cellular reprogramming is partly the result of the cell’s inability to initiate a proper stress response to cope with the newly expressed load of proteins that will eventually change the fate of this cell.

En 2006 et 2007, les équipes de Yamanaka et Thomson réalisent la reprogrammation de cellules somatiques murines et humaines en cellules souches pluripotentes à partir de deux cocktails de gènes : OCT4, SOX2, KLF4, cMYC (OSKM) et OCT4, NANOG, SOX2, LIN28 (ONSL). Les cellules souches à pluripotence induite générées (iPS) partagent les propriétés fondamentales des cellules souches embryonnaires : l’auto-renouvèlement, le maintien de la pluripotence et la capacité de différenciation. Ces cellules laissent entrevoir des applications considérables tant en recherche fondamentale (compréhension des mécanismes de développement et de pathologies, développement de modèles) qu’en recherche appliquée (médecine régénérative, toxicologie prédictive, criblage de médicaments). L’avantage majeur de l’utilisation des iPS réside dans leur origine non embryonnaire. Les contraintes d’ordre éthique sont écartées et une grande diversité de types cellulaires à partir de n’importe quel donneur a priori est disponible pour une reprogrammation. L’établissement d’une banque d’hiPS issus de donneurs sains ou de patients, serait d’une grande utilité pour la communauté scientifique se consacrant à l’étude des mécanismes physiopathologiques ou de développement et une source considérable pour la dérivation à des fins de thérapie cellulaire. Dans le but de mettre en place une telle banque, nous avons développé avec la société Vectalys des rétrovirus de reprogrammation contenant les cassettes polycistroniques ONSL et OSKM. Dans un premier temps, nous avons établi un protocole de reprogrammation robuste à l’aide des rétrovirus RV-ONSL. Nous avons ensuite mis en évidence la synergie entre les facteurs ONSL et OSKM, la combinaison équimolaire de RV-ONSL et RV-OSKM permettant d’atteindre 2% d’efficacité de reprogrammation. Nous avons également entrepris la reprogrammation propre par transfections d’ARNm polycistroniques ONSL et OKM mettant à profit cette incroyable synergie. / In 2006 and 2007, Yamanaka and Thomson teams achieved the reprogramming of mouse and human somatic cells into pluripotent stem cells through the transfection of two cocktails of genes: OCT4, SOX2, KLF4, cMYC (OSKM) and OCT4, NANOG, SOX2, LIN28 (ONSL). The generated cells, called induced Pluripotent Stem Cells (iPSC) share the same fundamental properties of ESC : self-renewing, pluripotency maintenance and capacity of differentiation into the three germ layers and suggest the same application potential in basic research (developmental and epigenetic biology) as well as in therapy (regenerative medicine, disease modeling for drug development). One of the major advantages of iPSC lies in their non-embryonic origin. Indeed, the use of iPSC resolves the ethical constraints and offers the possibility to work with extensive cell types directly from the patient to treat. Stéphane Viville’s research team aims to develop a hiPSC bank from patient suffering from genetic or other diseases which will be available for the scientific community. We are experienced in human primary fibroblasts reprogramming especially with the use of two polycistronic cassettes: ONSL encoding Thomson’s cocktail and OSKM encoding Yamanaka’s cocktail separated with 2A peptides. Thanks to the combination of RV-ONSL and RV-OSKM retroviral vectors (developed with Vectalys) we are yielding more than 2% of reprogramming efficiency in a highly reproducible way. Indeed, we demonstrated the reprogramming synergy of ONSL and OSKM combination. We are now focusing our effort on non-integrative strategies (ie mRNA) which are more appropriate for clinical usage.

La réplication de l'ADN, qui doit assurer à chaque cycle cellulaire une copie fidèle du génome pour que les cellules filles héritent du même génome, est un processus hautement régulé, faisant intervenir son organisation en chromatine mais aussi sa dynamique au sein de l'architecture nucléaire. Le vieillissement cellulaire, qu'il soit physiologique, pathologique ou induit in vitro par des conditions de culture sub-optimales, est accompagné de modifications de l'organisation du génome en chromatine, susceptibles de modifier la régulation spatiotemporelle du programme de réplication. Dans quelle mesure ces modifications sont réversibles et s'accompagnent d'une restauration du programme de réplication sont des questions que nous avons abordées. Notre étude a donc consisté dans un premier temps à analyser les modifications du programme de la réplication, dans différentes situations de vieillissement cellulaire, afin de vérifier notre hypothèse. Nous avons analysé sur l'ensemble du génome l'organisation spatiale (le long du génome) et temporelle des domaines de réplication, le timing, de cellules prolifératives ou approchant de la sénescence réplicative, de donneurs jeunes, âgés ou encore atteints de vieillissement accéléré ou progéria. Nous avons pu observer que certains domaines de timing permettent de distinguer des cellules jeunes de cellules âgées, ou des cellules prolifératives de pré-sénescentes. Afin d'explorer la réversibilité de ces processus, nous avons utilisé la reprogrammation en cellules souches pluripotentes induites ou iPS, suivie d'une redifférenciation fibroblastique. Nous avons pu démontrer que les iPS produites présentaient toutes les mêmes profils de timing, correspondant à celui d'une cellule pluripotente, indiquant que les modifications liées à l'âge ou à la sénescence pouvaient être reprogrammées. Ceci a ensuite été confirmé par une redifférenciation de ces iPS en cellules fibroblastiques dont les profils de timing de réplication ont pu être associés à ceux de fibroblastes jeunes. Cette étude nous a permis de mettre en évidence l'extrême plasticité de l'organisation spatio-temporelle de la réplication, révélant la possibilité de restaurer une dynamique de réplication altérée avec le vieillissement et l'entrée en sénescence, en manipulant le destin cellulaire vers un état indifférencié. Cette étude de la dynamique des domaines de réplication qui accompagne les modifications épigénétiques de la vie cellulaire a été complétée par l'étude à l'échelle moléculaire du rôle d'une histone déméthylase, Jarid1C/KDM5C, dans la réplication au sein des clusters d'origines. Ensemble, ces résultats apportent de nouveaux éléments sur l'interdépendance des dynamiques chromatiniennes et de réplication au cours de la vie cellulaire. / DNA replication allows at each cell cycle the exact copy of the genome that will be transmitted to daughter cells. Thus, the replication process is highly regulated in concert with its chromatin organization but also its dynamics in the nuclear architecture. Cellular ageing, be it physiologic, pathologic or induced in vitro by sub-optimal culture conditions, is accompanied by modifications of the chromatin organization of the genome. This could lead to spatio-temporal modifications of the replication program. We studied to what extent these modifications are reversible and could lead to the recovery of the replication program. In a first step, we analyzed modifications of the replication program upon several ageing situations to test our hypothesis. We analyzed the whole genome spatio-temporal organization of replication domains, the timing, of proliferating or near-senescent cells, of young, old or progeria (a premature ageing disease)-affected donors. We observed that young cells could be distinguished from old cells, and proliferative from near-senescent, by looking at some particular timing domains. To explore the reversibility of these processes, we used reprogramming to induce pluripotent stem cells (iPS cells) followed by fibroblastic re-differentiation. We were able to demonstrate that the derived iPS cells have similar timing profiles corresponding to pluripotent cells profiles: ageing- and senescence-related modifications of the replication timing could be reprogrammed. It was confirmed by re-differentiating these iPS into fibroblastic cells which timing profiles could be associated to young fibroblasts ones. By manipulating cell fate toward an undifferentiated state, this study shows the extreme plasticity of the DNA replication spatio-temporal organization and highlights a chance to restore the replication dynamics when altered by ageing and senescence. This study of the replication dynamics linked to the epigenetic modifications of cells life was completed by a study at the molecular scale of the Jarid1C/KDM5C histone demethylase influence on replication within origin clusters. Together, these results bring new insights into the interdependency of chromatin and replication dynamics during cell fate modifications.

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 maladies complexes comme le Cancer et la maladie d'Alzheimer sont causées par des perturbations moléculaires multiples responsables d'un comportement cellulaire pathologique.Un enjeu majeur de la médecine de précision est l'identification des perturbations moléculaires induites par les maladies complexes et les thérapies à partir de leurs conséquences sur les phénotypes cellulaire.Nous définissons un modèle des maladies complexes,appelé la reprogrammation comportementale,assimilant les perturbations moléculaires à des altérations des fonctions dynamiques locales de systèmes dynamiques discrets induisant une reprogrammation de la dynamique globale du réseau. Ce cadre de modélisation s'appuie d'une part, sur les réseaux Booléens contrôlés, qui sont des réseaux Booléens dans lesquels sont insérés des paramètres de contrôle modélisant les perturbations et, d'autre part, sur la définition de modes (Possibilité, Nécessité) permettant d'exprimer les objectifs de cette reprogrammation.A partir de ce cadre, nous démontrons que le calcul des noyaux, i.e., des ensembles minimaux d'actions permettant la reprogrammation selon un mode s'exprime comme un problème d'inférence abductive en logique propositionnelle. En nous appuyant sur les méthodes historiques de calcul d'impliquants premiers des fonctions Booléennes,nous développons deux méthodes permettant le calcul exhaustif des noyaux de la reprogrammation. Enfin, nous évaluons la pertinence du cadre de modélisation pour l'identification des perturbations responsables de la transformation d'une cellule saine en cellule cancéreuse et la découverte de cibles thérapeutiques sur un modèle du cancer du sein. Nous montrons notamment que les perturbations inférées par nos méthodes sont compatibles avec la connaissance biologique en discriminant les oncogènes des gènes suppresseurs de tumeurs et en récupérant la mutation du gène BRCA1. De plus, la méthode récupère le phénomène de létalité synthétique entre PARP1 et BRCA1, qui constitue un traitement anticancéreux optimal car il cible spécifiquement les cellules tumorales. / Complex diseases such as cancer and Alzheimer's are caused by multiple molecular perturbations responsible for pathological cellular behavior. A major challenge of precision medicine is the identification of the molecular perturbations induced by the disease and the therapies from their consequences on cell phenotypes. We define a model of complex diseases, called behavioral reprogramming, that assimilates the molecular perturbations to alterations of the dynamic local functions of discrete dynamical systems inducing a reprogramming of the global dynamics of the network. This modeling framework relies on the one hand, on Control Boolean networks, which are Boolean networks containing control parameters modeling the perturbations and, on the other hand, the definition of reprogramming modes (Possibility, Necessity) expressing the objective of the behavioral reprogramming. From this framework, we demonstrate that the computation of the cores, namely, the minimal sets of action allowing reprogramming is a problem of abductive inference in propositional logic. Using historical methods computing the prime implicants of Boolean functions, we develop two methods computing all the reprogramming cores.Finally, we evaluate the modeling framework for the identification of perturbations responsible for the transformation of a healthy cell into a cancercell and the discovery of therapeutic targets ona model of breast cancer. In particular, we showthat the perturbations inferred by our methods a recompatible with biological knowledge by discriminating oncogenes and tumor suppressor genes and by recovering the causal of the BRCA1 gene. In addition, the method recovers the synthetic lethality phenomenon between PARP1 and BRCA1 that constitutes an optimal anti-cancer treatment because it specifically targets tumor cells.

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