Dissertationen zum Thema „Voie des BMP“

La myogenèse correspond à la formation de fibres musculaires multinucléés à partir de progéniteurs mononucléés. Les progéniteurs musculaires sont responsables de croissance musculaire au cours du développement (myogenèse embryonnaire et fœtale), de la période périnatale et lors du processus de régénération chez l’adulte. Les cellules progénitrices musculaires, exprimant le facteur de transcription Pax7, sont responsables de la croissance musculaire pendant la myogenèse fœtale. On ne connaît pas la nature et la source des facteurs régulant ces progéniteurs. Ce travail de thèse met en évidence qu’une sous-population de progéniteurs musculaires fœtaux localisée aux extrémités des muscles, proche des tendons répondent à la voie Bmp «Bone morphogenetic protein». Des expériences de gain et de perte de fonction de la voie de signalisation Bmp, chez l’embryon de poulet, en utilisant le système rétroviral RCAS, montre que la voie Bmp est impliquée dans la régulation de la myogenèse fœtale. La surexpression du ligand Bmp4 ou d’une forme constitutivement active du récepteur BmpRIA dans les membres de poulet conduit à une augmentation du nombre des progéniteurs fœtaux et des fibres musculaires fœtales. Inversement, le blocage de la voie Bmp en surexprimant l’antagoniste Noggin réduit le nombre de progéniteurs et de fibres musculaires. Cet effet de la voie Bmp est différent de celui observé au cours de la myogenèse embryonnaire et déduit des études in vitro. Cette étude souligne les différences entre les progéniteurs embryonnaires et progéniteurs fœtaux. Cette étude indique que la voie Bmp est impliquée dans la croissance longitudinale des muscles au cours du développement du membre.

Les lamines A et C sont deux composants majeurs de la lamina nucléaire, réseau de filaments intermédiaires situé sous la membrane nucléaire interne. Les mutations du gène LMNA, codant les lamines A/C, ont été associées à de nombreuses pathologies humaines, appelées laminopathies, et affectant un ou plusieurs tissus dont le muscle. Les mécanismes physiopathologiques sous-jacents ne sont encore que partiellement élucidés. Les lamines A/C jouant un rôle crucial dans l’architecture nucléaire et l’organisation de la chromatine, l’hypothèse d’une altération de l’expression de facteurs de transcription ou de gènes tissus-spécifiques a été formulée. De plus, au niveau musculaire, il a été décrit que les lamines A/C jouent un rôle majeur dans la mise en place d’une différenciation musculaire efficace.Afin d’identifier des altérations potentielles au sein des voies de signalisation régulant la différenciation musculaire, nous avons utilisés un modèle de myoblastes murins conditionnellement immortalisés et comparés le profil d’expression entre les myoblastes sauvages et inactivés pour le gène Lmna (Lmna-/-). Nous avons donc identifiés deux altérations majeures de la voie BMP (Bone Morphogenetic Pathway) : la diminution de l’expression du ligand Bmp4 et l’augmentation de celle de Smad6, un inhibiteur intracellulaire de la voie. Cette surexpression de Smad6 est responsable d’une séquestration cytoplasmique des Smads 1, 5 et 8 phosphorylées et d’une diminution de l’expression des gènes cibles, Id1 et Id2. Les myoblastes Lmna-/- montrent une différenciation myogénique prématurée, phénotype réversible par des expériences d’ARN interférent ciblant Smad6. Enfin, nous avons montré que ces défauts sont retrouvés dans des myoblastes humains porteurs hétérozygotes de la mutation LMNA R310X.Ces résultats apportent un nouveau mécanisme physiopathologique des laminopathies musculaires et identifient une nouvelle cible thérapeutique potentielle
LMNA gene encodes lamins A and C, two major components of the nuclear lamina, a network of intermediate filaments underlying the inner nuclear membrane. LMNA mutations have been associated with a wide spectrum of human diseases collectively called “laminopathies” affecting one or several tissues, such as muscles. The physiopathological mechanisms underlying laminopathies remain unclear. Given the crucial role of lamins A/C in nuclear architecture and chromatin organization, the “gene regulation” hypothesis have been proposed. It suggests that LMNA mutations could alter in a tissue-specific manner transcription factors and/or genes expression. Moreover, lamins A/C have been described as important regulators in muscle differentiation regulation.To identify potential alterations in signaling pathways regulating muscle differentiation in LMNA-mutated myoblasts, we used a previously described model of conditionally immortalized murine myoblasts and compared gene expression profiles in wild-type and Lmna-/- H-2K myoblasts. We identified two major alterations of the Bone Morphogenetic Protein (BMP) pathway in Lmna-/- myoblasts: Bmp4 downregulation and Smad6 overexpression. We demonstrated that Smad6 overexpression lead to Smad1/5/8 sequestration in the cytoplasm and to the downregulation of their target genes, Id1 and Id2. As a consequence, Lmna-null myoblasts displayed a premature differentiation which could be rescued by downregulating Smad6 expression. Finally, we showed that these defects are relevant for human laminopathies as they are also present in myoblasts from a human patient carrying a LMNA+/Q310X mutation.Taken together, these results provide a potential mechanism for the muscle stem cell exhaustion and muscle atrophy observed in muscle laminopathies and identify a new therapeutical target likely to reverse pathological phenotypes

Les "Bone Morphogenetic Proteins" (BMPs) jouent un rôle clef dans la régulation de cellules précurseurs du muscle prénatal et de cellules souches musculaires adultes dénommées "cellules satellites". Les objectifs principaux de ma thèse étaient d'une part de déterminer si la signalisation BMP joue un rôle pendant la phase de croissance du muscle postnatale/juvénile dépendante des cellules satellites, et d'autre part d'investiguer si cette voie est impliquée dans la maintenance de la masse musculaire squelettique adulte. J'ai trouvé que les composants de cette voie de signalisation sont exprimés dans les cellules satellites de souris néonatales, juvéniles et adultes. Par ailleurs, j'ai utilisé des lignées de souris transgéniques pour surexprimer, de manière conditionnelle, l'inhibiteur Smad6 de la cascade de signalisation BMP dans les cellules satellites ou dans le muscle squelettique. J'ai pu ainsi démontrer que cette signalisation est requise pour une prolifération correcte des cellules satellites et pour leur différentiation en myonuclei, assurant que les fibres musculaires en croissance atteignent une taille finale normale. Par ailleurs, mes travaux révèlent que le nombre final de cellules satellites est établis pendant la phase de croissance postnatale/juvénile et que celle-ci dépend de la cascade de signalisation BMP. Enfin, je fournis des preuves montrant que la signalisation BMP est un puissant signal hypertrophique dans le muscle squelettique adulte et que sa présence est indispensable pour le maintien du tissu musculaire. En résumé, mes résultats de recherche démontrent que les BMPs sont des facteurs de croissance essentiels pour le muscle squelettique postnatal
Bone Morphogenetic Proteins (BMPs), a subfamily of TGF-β growth factors, have been shown to be key signals that regulate embryonic and fetal muscle precursors during prenatal myogenesis, as well as the stem cells of adult muscle, termed ‘satellite cells’, when activated during muscle regeneration. The main aims of my thesis were to elucidate whether BMP signaling plays a role during postnatal/juvenile satellite cell-dependent muscle growth as well as for maintenance of adult muscle mass. I found that components of BMP signaling pathway are expressed in muscle satellite cells of neonatal, juvenile and adult mice. I used transgenic mouse lines to conditionally overexpress the BMP signaling cascade inhibitor Smad6 in muscle satellite cells and in differentiated skeletal muscle. I show that BMP signaling is required for correct proliferation of muscle satellite cells and their differentiation into myonuclei, thereby ensuring that the growing muscle fibers reach the correct final size. Moreover, I demonstrated that the final number of muscle stem cells is established during the postnatal/juvenile growth phase and this also depends on the BMP signaling cascade. Finally, I provide evidence that BMP signaling is a strong hypertrophic signal for the adult skeletal muscle and its presence is indispensable for muscle tissue maintenance. In summary, my findings demonstrate that BMPs are essential growth factors for postnatal skeletal muscle

Les "Bone Morphogenetic Proteins" (BMPs) jouent un rôle clef dans la régulation de cellules précurseurs du muscle prénatal et de cellules souches musculaires adultes dénommées "cellules satellites". Les objectifs principaux de ma thèse étaient d'une part de déterminer si la signalisation BMP joue un rôle pendant la phase de croissance du muscle postnatale/juvénile dépendante des cellules satellites, et d'autre part d'investiguer si cette voie est impliquée dans la maintenance de la masse musculaire squelettique adulte. J'ai trouvé que les composants de cette voie de signalisation sont exprimés dans les cellules satellites de souris néonatales, juvéniles et adultes. Par ailleurs, j'ai utilisé des lignées de souris transgéniques pour surexprimer, de manière conditionnelle, l'inhibiteur Smad6 de la cascade de signalisation BMP dans les cellules satellites ou dans le muscle squelettique. J'ai pu ainsi démontrer que cette signalisation est requise pour une prolifération correcte des cellules satellites et pour leur différentiation en myonuclei, assurant que les fibres musculaires en croissance atteignent une taille finale normale. Par ailleurs, mes travaux révèlent que le nombre final de cellules satellites est établis pendant la phase de croissance postnatale/juvénile et que celle-ci dépend de la cascade de signalisation BMP. Enfin, je fournis des preuves montrant que la signalisation BMP est un puissant signal hypertrophique dans le muscle squelettique adulte et que sa présence est indispensable pour le maintien du tissu musculaire. En résumé, mes résultats de recherche démontrent que les BMPs sont des facteurs de croissance essentiels pour le muscle squelettique postnatal
Bone Morphogenetic Proteins (BMPs), a subfamily of TGF-β growth factors, have been shown to be key signals that regulate embryonic and fetal muscle precursors during prenatal myogenesis, as well as the stem cells of adult muscle, termed ‘satellite cells’, when activated during muscle regeneration. The main aims of my thesis were to elucidate whether BMP signaling plays a role during postnatal/juvenile satellite cell-dependent muscle growth as well as for maintenance of adult muscle mass. I found that components of BMP signaling pathway are expressed in muscle satellite cells of neonatal, juvenile and adult mice. I used transgenic mouse lines to conditionally overexpress the BMP signaling cascade inhibitor Smad6 in muscle satellite cells and in differentiated skeletal muscle. I show that BMP signaling is required for correct proliferation of muscle satellite cells and their differentiation into myonuclei, thereby ensuring that the growing muscle fibers reach the correct final size. Moreover, I demonstrated that the final number of muscle stem cells is established during the postnatal/juvenile growth phase and this also depends on the BMP signaling cascade. Finally, I provide evidence that BMP signaling is a strong hypertrophic signal for the adult skeletal muscle and its presence is indispensable for muscle tissue maintenance. In summary, my findings demonstrate that BMPs are essential growth factors for postnatal skeletal muscle

Le système hématopoïétique est composé de nombreux types cellulaires, tous générés à partir d’un seul type de cellule, la cellule souche hématopoïétique (CSH). Les premières CSH sont produites dans le sac vitellin, puis dans la région aortique. Ce dernier site hématopoïétique est particulièrement important, car c’est là que sont générées les CSH retrouvées chez l’adulte. Les CSH aortiques sont produites à partir de l’endothélium aortique ventral. Les cellules endothéliales (CE) subissent un changement phénotypique radical. Elles perdent leur morphologie et leurs marqueurs endothéliaux, pour acquérir une identité hématopoïétique, et émerger dans la lumière aortique sous forme de clusters hématopoïétiques. Au cours de ma thèse je me suis intéressée aux signaux régulant l’hématopoïèse aortique et la transition endothélio-hématopoïétique. Cela m’a conduit à étudier la voie TGFβ/BMP. L’étude systématique des différents acteurs de cette voie nous a permis de montrer que les Smads 1/5/8 sont activées dans les CE, mais pas dans les clusters hématopoïétiques. Notre hypothèse, basée sur le niveau d’expression des différents récepteurs de cette signalisation, est que les récepteurs Alk1/TgfβR2/Endogline sont responsables de cette activation des Smads, et que leur perte est nécessaire à la production de cellules hématopoïétiques à partir de CE
Hematopoietic system is composed of many cell types, all generated from one cell type, the hematopoietic stem cell (HSC). The firs HSC are produced in the yolk sac, then in the aortic region. The adult HSC are generated in this last hematopoietic site. Aortic HSC are produce from ventral aortic endothelium. The endothelial cells (ECs) undergo a radical modification of their phenotype. They loose theirs endothelial markers, acquire a hematopoietic identity, and emerge in the aortic lumen in the shape of clusters. During my PhD, I study the signaling pathways regulating hematopoiesis and the endothelium to hematopoietic transition. I focus on the TGFβ/BMP pathway. The systematic study of all this pathway actors shows that Smads 1/5/8 are activated in the ECs, but not in hematopoietic clusters. Our hypothesis, based on the level of expression of all TGFβ/BMP receptors, is that Alk1/TgfβR2/Endogline are responsive for the Smads activation, and their loss in necessary to the hematopoietic production in the aorta from ECs

Ce travail suggère l'existence d'une voie Hedgehog (hh) fonctionnelle dans le cerveau adulte. Il décrit l'identification et la localisation des transcrits des gènes codant pour les protéines hh, leur récepteur Ptc/Smo, le facteur de transcription Gli1 et d'autres composantes de la voie dans le cerveau et les tissus périphériques de rat adulte. Des cartographies détaillées de la localisation des cellules exprimant Shh, Ptc et Smo ont été établies dans le cerveau et la moelle épinière de rat adulte ainsi que dans le cervelet postnatal. Leur co-localisation dans un nombre limité d'aires cérébrales suggère que le modèle ternaire Shh/Ptc/Smo classiquement reconnu chez l'embryon n'est pas l'unique modèle de fonctionnement de la voie chez l'adulte, où Shh et Ptc pourraient fonctionner indépendamment de Smo, tandis que Smo lui-même pourrait transmettre l'activité d'un ligand encore non identifié. Dans le cervelet post-natal, mes travaux décrivent l'expression de Shh, Ptc, Smo et Gli1 dans la couche des cellules de Purkinje et dans les zones de prolifération des neuroblastes cérébelleux, suggérant un rôle de la voie Shh dans la prolifération et/ou la différenciation des précurseurs du cervelet ainsi que dans la genèse de médulloblastomes. L'injection intrastriatale de la protéine recombinante myrShhN induit la transcription du récepteur Ptc au niveau de la zone sous- ventriculaire, une aire de neurogenèse persistant chez l'adulte. Ces observations suggèrent un rôle de la voie Shh dans la neurogenèse chez l'adulte. Les gènes codant pour des protéines morphogènes de l'os (BMP), impliquées dans le développement du tube neural durant l'embryogenèse, sont exprimés dans le cerveau adulte suggérant que la voie des BMP pourrait, chez l'adulte, interagir avec la voie Shh, comme précédemment décrit chez l'embryon. La modulation de la transcription du récepteur BMPRII dans un modèle d'ischémie cérébrale supporte l'idée que cette voie est fonctionnelle dans le système nerveux adulte
This work suggests the existence of the functional Hedgehog (hh) signaling pathway in the adult brain. It describes the identification and the localization of the transcripts of genes coding for hh, their receptor Ptc/Smo, the transcription factor Gli1 and other components of the pathway in the brain and peripheral tissues of the adult rat. The detailed mapping of the Shh, Ptc and Smo transcripts was established in the adult brain and spinal cord and in the developing cerebellum. Their colocalization is restricted to a very limited number of adult brain areas, suggesting that a model of the hh signaling in the adult might be different of that previously proposed in the embryo. Ptc could transduce Shh activities in the absence of Smo and Smo itself might bind another not identified yet ligand. The developmental regulation of Shh, Ptc, Smo and Gli1 in the cerebellum suggests a possible role for Shh signaling in the control of various cell populations within the cerebellum, particularly in granule cell precursor proliferation and/or differentiation that might be impaired in proliferative states such as medulloblastomas. The injection of the recombinant protein myrShhN into the adult rat striatum induce a Ptc transcription in the subventricular zone, containing progenitors that can proliferate and differentiate into new neurons and glia in the adult brain. These observations suggest a role for the Shh signaling in the adult neurogenesis. The bone morphogenetic proteins (BMPs) implicated in the neural tube patterning during embryogenesis are expressed also in the adult brain, suggesting that the BMP pathway could interact with the Shh pathway in the adult as in the embryo. The up-regulation of the BMPRII receptor after transient global cerebral ischemia in rat suggests a modulation of the BMP signaling during neuronal plasticity or repair that occur upon brain injury

Les BMPs (Boue Morphogenetic Proteins) sont des morphogènes membres de la superfamille du TGF-[bêta] qui interagissent avec des récepteurs de surface cellulaire à activité sérine/thréonine kinase. L'interaction des BMPs avec ces récepteurs entraîne l'activation d'une cascade de signalisation cellulaire impliquant les facteurs de types R-Smads (Smad1, 5 et 8). La voie de signalisation des BMPs joue des rôles cruciaux dans des processus biologiques tels que l'embryogenèse et l'organogenèse des tissus ainsi que des processus cellulaires tels que la prolifération, la migration et la différenciation cellulaire. De plus, ces derniers semblent aussi impliqués dans les processus de mort cellulaire et dans la tumorigenèse. Malgré un intérêt grandissant pour la signalisation des BMPs, il existe très peu d'études sur les rôles spécifiques joués individuellement par les différents Smads dans la morphogenèse de l'intestin in vivo . Ceci est principalement dû au fait que la délétion classique des différents effecteurs de la voie des BMPs entraîne la mort in utero à cause de multiples défauts dans l'embryogenèse. Le système Cre/loxP, sous le contrôle d'un promoteur tissu spécifique, a été utilisé dans notre laboratoire, dans le but de générer une lignée murine possédant une délétion conditionnelle de l'effecteur Smad5 strictement au niveau de l'épithélium intestinal. Une analyse comparative à l'aide d'un modèle de délétion conditionnelle du récepteur BmpR1a au niveau de l'épithélium intestinal a été effectuée afin de décortiquer spécifiquement le rôle de l'effecteur Smad5 dans le développement de cet organe. Afin de valider les résultats obtenus in vivo nous avons généré un modèle cellulaire nous permettant de mimer l'effet de la délétion de l'effecteur Smad5 à l'aide de la technologie du shRNA.Les résultats obtenus dans les deux modèles suggèrent que Smad5 serait un facteur clé impliqué dans la régulation de la migration cellulaire des entérocytes. En effet, l'invalidation de la voie des BMPs et plus particulièrement de l'effecteur Smad5 dans les souris entraîne une augmentation de la vitesse de migration des cellules le long de l'axe crypte villosité. Ces résultats sont corroborés dans un modèle cellulaire dans lequel l'expression de Smad5 a été inhibée par interférence d'ARN. Dans ce modèle, la migration se fait de façon beaucoup plus compacte en comparaison aux cellules contrôles. L'augmentation de la vitesse de migration cellulaire pourrait être due à un phénomène de relocalisation des protéines de jonctions adhérentes ainsi qu'à une modulation de l'actine filamenteuse. Ce phénomène pourrait faire intervenir les petites protéines G Rho/Rac ainsi que les kinases Src. En plus de l'actine filamenteuse, différentes protéines impliquées dans la formation des complexes de jonctions adhérentes semblent relocalisées dans nos deux modèles (E-cadhérine/[bêta]-caténine). En conclusion, les différents résultats recueillis au cours de mes travaux de maîtrise dans le laboratoire du Dr. Nathalie Perreault nous suggèrent que l'effecteur Smad5 de la voie des BMPs serait un facteur impliqué dans la stabilité des complexes de jonctions adhérentes, régulant ainsi la migration des cellules le long de l'axe crypte villosité.

La spondyloarthrite (SpA) est une maladie inflammatoire chronique fréquente. Chez l'Homme, l'association entre l'allèle HLA-B27 du complexe majeur d'histocompatibilité de classe-I (CMH-I) et le développement de la maladie a été démontrée il y a 50 ans, 70 à 90% des patients atteints de SpA étant porteurs de cet allèle. Cependant, le rôle exact du HLA-B27 dans la physiopathologie de la SpA reste inconnu. Le modèle du rat transgénique pour le HLA-B27 et la β2-microglobuline humaine (hβ2m) (rat B27), qui développe des manifestations similaires à la maladie humaine, a permis d'éclaircir certains aspects de la question. Notamment, l'implication des lymphocytes T (LT) CD4+ dans la SpA a pu être mise en évidence. Chez le rat B27, les LT CD4+ régulateurs (Treg) présentent un déséquilibre de la balance interleukine-10/interleukine-17 (IL-10/IL-17), respectivement anti- et pro- inflammatoires. D'autre part, une expansion de la sous-population des LT CD4+ helper 17 (Th17) pro-inflammatoires, producteurs d'IL-17 est observée aussi bien chez le rat B27 que chez les patients. Dans le but d'étudier les effets non-canoniques du HLA-B27, un modèle de Drosophila melanogaster transgénique pour le HLA-B27 et la hβ2m a été développé et a permis de mettre en évidence qu'une interaction entre le HLA-B27 et des récepteurs de type I de la voie BMP/TGFβ (BMPR1) altérait la formation des veines transversales de l'aile. Dans ce modèle, il a précédemment été montré une interaction entre le HLA-B27 et le récepteur Saxophone (Sax) conduisant à l'augmentation de la signalisation BMP. Notre étude a complété ces résultats en montrant qu'une signalisation aberrante passant par le BMPR1 Baboon (Babo) de la voie de l'activine/TGFβ participait aussi au phénotype anormal induit par l'expression du HLA-B27. Pour tenter d'extrapoler ces résultats à un mécanisme de pathogénicité du HLA-B27 au cours de la SpA, nous avons tout d'abord démontré qu'il existait une interaction spécifique entre HLA-B27 et l'activin receptor-like kinase 2 (ALK2), orthologue de Sax d'une part, mais aussi avec ALK5, le récepteur de type 1 au TGFβ orthologue de Babo dans les lymphocytes de rat B27. L'étude de SMAD2/3, le principal transducteur du signal TGFβ, dans les LT de rats B27 et non transgéniques révèle une phosphorylation basale plus faible et une amplitude de phosphorylation plus forte après stimulation par le TGFβ1. De façon concordante, nous avons observé que certains gènes induits par la signalisation TGFβ et impliqués dans la différenciation des Treg et Th17 (Foxp3, Rorc, Runx1) avaient une expression augmentée dans les LT CD4+ naïfs (Tn) de rat B27. Ensemble, ces résultats indiquent une possible activation précoce de la voie TGFβ dans les Tn des rats B27 suivie d'une boucle de rétrocontrôle négatif. De façon intéressante, le gène Tgfb1 lui-même était diminué. Compte tenu de l'importance du TGFβ1 autocrine produit par les LT pour prévenir l'inflammation chronique, ces observations ouvrent des perspectives pour mieux comprendre le rôle du HLA-B27 dans le développement de la SpA. Nous pourrons en particulier, étudier de façon plus approfondie la réponse des Tn de rats B27 au TGFβ1 par des méthodes multi-omiques (transciptomique, phosphoprotéomique, protéomique...). Enfin, compte tenu du rôle essentiel du TGFβ1 autocrine dans le maintien des profils Treg et Th17, une étude de la plasticité des Treg et Th17 des rats B27 serait pertinentes pour mieux comprendre la physiopathologie de la SpA
Spondyloarthritis (SpA) is a common chronic inflammatory disease. In human, the association between the HLA-B27 allele of the class-I major histocompatibility complex (MHC-I) and the development of this disease was demonstrated 50 years ago, with 70-90% of SpA patients carrying this allele. However, the exact role of HLA-B27 in the pathophysiology of SpA remains unknown. The model of rat transgenic for HLA-B27 and the human β2-microglobulin (hβ2m) (B27 rat), which develops manifestations similar to the human disease, has shed light on certain aspects of the question. In particular, the involvement of CD4+ T lymphocytes in SpA has been demonstrated. In the B27 rat, regulatory CD4+ T lymphocytes (Treg) exhibit an imbalance of the interleukin-10/interleukin-17 (IL-10/IL-17) ratio, which are anti-inflammatory and pro-inflammatory, respectively. On the other hand, an expansion of the sub-population of pro-inflammatory CD4+ T helper 17 (lymphocytes Th17), which produce IL-17, was observed in both B27 rats and SpA patients. To study the non-canonical effects of HLA-B27, a Drosophila melanogaster model transgenic for HLA-B27 and hβ2m was developed and demonstrated that an interaction between HLA-B27 and type I receptors of the BMP/TGFβ pathway (BMPR1s) altered the formation of the wing transverse veins. In this model, an interaction between HLA-B27 and the Saxophone (Sax) receptor has previously been shown to lead to increased BMP signalling. Our study complemented these results by showing that aberrant signaling via the BMPR1 Baboon (Babo) of the activin/TGFβ pathway also contributed to the abnormal phenotype induced by HLA-B27 expression. In an attempt to extrapolate these results to a mechanism of HLA-B27 pathogenicity in SpA, we first demonstrated that there was a specific interaction between HLA-B27 and activin receptor-like kinase 2 (ALK2), the orthologue of Sax, and also with ALK5, the type 1 receptor for TGFβ orthologue of Babo, in rat B27 lymphocytes. Study of SMAD2/3, the main transducer of the TGFβ signal, in T lymphocytes from B27 and nontransgenic rats revealed a lower basal phosphorylation and a higher amplitude of phosphorylation after stimulation by TGFβ1. Concordantly, we observed that several genes induced by TGFβ signaling and involved in Treg and Th17 differentiation (Foxp3, Rorc, Runx1) had increased expression in naive CD4+ T lymphocytes (Tn) from B27 rats. Taken together, these results indicate a possible early activation of the TGFβ pathway in B27 rat Tn followed by a negative feedback loop. Interestingly, the Tgfb1 gene itself was decreased. Given the importance of autocrine TGFβ1 produced by T lymphocytes in preventing chronic inflammation, these observations open up prospects for a better understanding of the role of HLA-B27 in the development of SpA. In particular, we propose to study in greater depth the response of Tn from B27 rats to TGFβ1 using multi-omics methods (transciptomic, phosphoproteomic, proteomic). Finally, given the essential role of autocrine TGFβ1 in the maintenance of Treg and Th17 profiles, a study of the plasticity of Treg and Th17 in B27 rat would be relevant to a better understanding of the pathophysiology of SpA

La spécification de l'axe est un processus essentiel au cours de l'embryogenèse chez les métazoaires. Chez certaines espèces, ce processus est initié par des facteurs maternels localisés dans des régions distinctes de l'œuf non fécondé, tandis que chez d'autres, il dépend entièrement de facteurs zygotiques. Dans l'embryon d'oursin, l'établissement de l'axe dorso-ventral (D/V) dépend de manière critique de l'expression zygotique du ligand TGFβ Nodal. L'expression de nodal est induite de manière ubiquitaire dans l'embryon à 32 cellules et se limite progressivement à l'ectoderme ventral au cours des premiers stades de développement. Cette restriction spatiale précoce de l'expression de nodal dépend du ligand TGFβ exprimé maternellement appelé Panda. En l'absence de Panda, l'expression du nodal n'est plus restreinte et s'étend dans tout l'ectoderme. Ainsi, dans l'embryon d'oursin, l'information sur l'axe D/V est déjà présente dans l'œuf non fécondé grâce à l'ARNm de panda. De plus, le blocage de Panda augmente la gravité des phénotypes causés par le blocage des récepteurs BMP de type I Alk1/2 et Alk3/6, suggérant que Panda pourrait fonctionner comme un ligand pour ces récepteurs BMP. Cependant, la surexpression de l'ARNm de panda n'entraîne pas l'activation de pSmad1/5/8. Par conséquent, le mécanisme par lequel Panda fonctionne reste énigmatique.Au cours de la première partie de ma thèse, j'ai étudié le mécanisme moléculaire par lequel Panda fonctionne pour restreindre l'expression de nodal. Étant donné que Panda n'active pas la signalisation BMP, nous avons émis l'hypothèse que Panda pourrait fonctionner comme Lefty ou Inhibins. Ces derniers antagonisent la signalisation de Nodal en séquestrant un facteur essentiel pour cette voie de signalisation et en régulant à la baisse la boucle d'autorégulation de Nodal. En effet, nous avons pu démontrer que Panda se lie à plusieurs composants de la voie de signalisation de Nodal tels que ACVRII et Cripto. Nous avons découvert que Panda forme également des complexes avec le co-récepteur d'inhibine TBR3, ce qui suggère qu'il pourrait fonctionner de la même manière que Inhibine en séquestrerant ACVRII. À l'aide d'expériences fonctionnelles, nous avons identifié Panda comme un antagoniste du récepteur primaire de type II de Nodal, ACVRII. Nous avons pu montrer que la surexpression de Panda dans l'œuf antagonise la dorsalisation causée par la surexpression d'ACVRII. De plus, nous avons constaté que Panda antagonise également l'activité d'ACVRII dans un essai d'induction d'axe. Alors que la surexpression locale d'ACVRII orientait l'axe D/V et favorisait la signalisation de Nodal et le destin ventral dans près de 100 % des embryons injectés, la co-expression avec Panda bloquait la capacité d'ACVRII à orienter l'axe D/V. L'analyse bioinformatique de la séquence de Panda a révélé que Panda a une séquence très inhabituelle dans la région de liaison à ACVRII. Contrairement à tous les ligands TGFβ qui selient à ACVRII, et qui possèdent une sérine ou une thréonine conservée au milieu de ce motif, Panda et Lefty ont à la place un résidu de proline. Nous avons montré que la conversion de cette proline unique en une sérine inversait le rôle de Panda d'un antagoniste à un agoniste de la signalisation de Nodal. Par conséquent, nous avons attribué l'activité antagoniste de Panda à la présence d'un seul résidu proline dans sa séquence, ce qui confère probablement une activité dominante négative à ce facteur. Ces résultats nous informent sur le mécanisme par lequel Panda fonctionne et de ses implications sur l'évolution des mécanismes de spécification de l'axe D/V.Au cours de la deuxième partie de ma thèse, j'ai caractérisé le rôle d'autres facteurs maternels dans la régulation de l'expression de nodal. Nous avons identifié le récepteur Ret et la voie avale MAPK comme des régulateurs potentiels de l'expression de nodal et la spécification de l'axe D/V
Axis specification is an essential and highly regulated process during embryogenesis in metazoa. In some species, this process is initiated by maternal factors that are localized in distinct regions of the unfertilized egg, while in others, it is entirely dependent on zygotic factors. In the highly regulative sea urchin embryo, establishment of the dorso-ventral (D/V) axis critically depends on the zygotic expression of the TGFβ ligand Nodal. nodal expression is induced ubiquitously in the 32-cell embryo and progressively gets restricted to the presumptive ventral ectoderm during the early stages of development, making nodal the first gene to be asymmetrically expressed along the D/V axis. This early spatial restriction of nodal expression depends on the maternally expressed TGFβ ligand Panda. panda mRNA is asymmetrically deposited in the unfertilized egg in a broad dorsal to ventral gradient. In the absence of Panda, nodal expression is no longer restricted and expands throughout the ectoderm. Thus, in the sea urchin embryo, information on the D/V axis is already present in the unfertilized egg in the form of panda mRNA. Further, blocking Panda increases the severity of the phenotypes caused by blocking the BMP type I receptors Alk1/2 and Alk3/6, suggesting that Panda may function as a ligand for these BMP receptors. However, overexpression of panda mRNA does not result in activation of pSmad1/5/8, the downstream effector of BMP signaling. Therefore, the mechanism by which Panda works remains enigmatic.During the first part of my thesis, I studied the molecular mechanism by which Panda functions to restrict nodal expression. Since Panda does not activate BMP signaling, we hypothesized that Panda may work like Lefty or Inhibins, which antagonize Nodal signaling by sequestering a factor essential for this signaling pathway and by downregulating the Nodal autoregulatory loop. Indeed, using co-immunoprecipitation assays, we could demonstrate that Panda binds to several components of the Nodal pathway such as ACVRII and Cripto. Most interestingly, we found that Panda also forms complexes with the Inhibin co-receptor TBR3, suggesting it might function similar to Inhibins to sequester ACVRII. Using functional experiments, we identified Panda as an antagonist of the primary Nodal type II receptor ACVRII. We could show that overexpression of Panda into the egg antagonizes the dorsalization caused by overexpression of ACVRII. Furthermore, we found that Panda also antagonizes the activity of ACVRII in an axis induction assay. While local overexpression of ACVRII oriented the D/V axis and promoted Nodal signaling and ventral fates in almost 100% of the embryos injected, co-expression with Panda blocked the ability of ACVRII to orient the D/V axis. Bioinformatics analysis of the Panda sequence revealed that Panda has a very unusual sequence in the ACVRII binding region and that unlike all TGFβ ligands that signal through ACVRII, which possess a conserved serine or threonine in the middle of this motif, Panda and Lefty have instead a Proline residue. We have then tested if the antagonistic function of Panda was caused by the presence of this single Proline residue in the ACVRII binding motif. We showed that conversion of this single Proline to a Serine reversed the role of Panda from an antagonist to an agonist of Nodal signaling. Therefore, we have traced the antagonistic activity of Panda to the presence of a single Proline residue in its sequence, which likely confers a dominant negative activity to this factor. These results inform us on the mechanism by which Panda works and have implications on the evolution of the mechanisms of D/V axis specification.During the second part of my thesis, I have characterized the role of other maternal factors in the regulation of nodal expression. We have identified the receptor Ret and the downstream MAPK pathway as potential regulators of nodal expression and D/V axis specification

Introduction : Le cancer du sein est la première cause de décès par cancer chez la femme dans le monde. Il s’agit d’une maladie hétérogène dont il existe plusieurs sous-types moléculaires corrélés au pronostic. Parmi ces différentes entités, le sous-type basal-like présente le pronostic le plus défavorable. Il est caractérisé par une expression accrue de marqueurs de différentiation basale et une instabilité génétique importante, fréquemment due à des altérations de la recombinaison homologue. Il est également enrichi en cellules souches cancéreuses. Ces cellules semblent être impliquées dans les étapes précoces de la carcinogenèse mais également dans la résistance aux traitements cytotoxiques et la rechute. Plusieurs voies de signalisation influencent leur biologie, notamment la voie des « Bone Morphogenetic Proteins » (BMP). Des dérégulations de cette voie ont été mises en évidence dans certaines tumeurs mammaire de sous-type luminal mais son implication dans l’émergence des tumeurs basal-like reste à explorer. Matériels et méthodes : A l’aide d’échantillons primaires et en interrogeant des bases de données publiques, nous avons recherché des anomalies de la voie BMP dans des tumeurs basal-like et des tissus prédisposés mutés pour BRCA1. Nous avons également utilisé la lignée de cellules souches épithéliales mammaires humaines MCF10A afin de modéliser in vitro les processus d’inititation tumorale des cellules souches dans la glande mammaire. Résultats : Nous montrons que l’expression du récepteur BMPR1A et du ligand BMP4 sont dérégulés dans les tumeurs basal-like et les tissus prédisposés. Ces dérégulations entrainent une répression transcriptionnelle de BRCA1 dans notre modèle de cellules souches. Les conséquences fonctionnelles incluent une différentiation préférentielle selon le phénotype basal, une augmentation de la stemness et des altérations de la voie de la recombinaison homologue.Conclusion : Nous suggérons un rôle de l’axe BMP4-BMPR1A dans les étapes précoces de la carcinogénèse de certaines tumeurs mammaires basal-like (i) en soutenant le maintien d’un contingent de cellules souches dans la glande mammaire, (ii) en orientant leur différentiation vers un phénotype basal, (iii) en favorisant l’instabilité génétique nécessaire à leur transformation en cellules souches cancéreuses
Introduction: Breast cancer is the leading cause of cancer death in women worldwide. It is a heterogeneous disease with several molecular subtypes correlated to prognosis. Of these, the basal-like subtype displays the poorest prognosis. It is characterized by increased expression of basal differentiation markers and significant genetic instability, frequently due to alterations in homologous recombination. It is also enriched in cancer stem cells. These cells are thought to be involved in the early stages of carcinogenesis, but also in resistance to cytotoxic treatment and relapse. Several signaling pathways influence their biology, notably the Bone Morphogenetic Protein (BMP) pathway. Dysregulation of this pathway has been demonstrated in certain luminal breast cancers, but its involvement in the emergence of basal-like breast cancers remains to be explored. Materials and methods: Using primary samples and public databases, we searched for BMP pathway abnormalities in basal-like tumors and BRCA1-mutated predisposed tissues. We also used the MCF10A human mammary epithelial stem cell model to explore in vitro the processes of stem cell tumor initiation in the mammary gland. Results: We show that BMPR1A and BMP4 expression is deregulated in basal-like tumors and predisposed tissues. These deregulations lead to transcriptional BRCA1 repression in our stem cell model. Functional consequences include preferential differentiation according to basal phenotype, increased stemness and alterations in the homologous recombination pathway. Conclusion: We suggest a role for the BMP4-BMPR1A axis in the early steps of basal-like carcinogenesis by (i) promoting the maintenance of a stem cell contingent in the mammary gland, (ii) directing their differentiation towards a basal phenotype, (iii) supporting the genetic instability necessary for their transformation into breast cancer stem cells

ZNF217 est un oncogène codant pour un facteur de transcription de la famille Krüppel-like. Nos objectifs sont d'explorer le rôle de l'oncogène ZNF217 dans le développement de métastases du cancer du sein à tropisme osseux et la valeur pronostique ainsi que les fonctions d'une nouvelle isoforme de ZNF217. Nous avons identifié que de forts niveaux d'expression de l'ARNm de ZNF217 dans les tumeurs primitives du sein pourrait être un indicateur d'un développement ultérieur de métastases osseuses. Nous avons montré que ZNF217 est un nouvel activateur de la voie BMP et que l'inhibition de cette voie permet de reverser les propriétés métastatiques des cellules ZNF217 positives in vitro (migration, invasion et chimiotactisme vers des cellules osseuses). In vivo chez la souris, les cellules ZNF217-positives de cancer du sein développent très rapidement des métastases ostéolytiques. Dans notre deuxième axe de travail, nous avons prouvé l'existence de l'isoforme ZNF217-?E4 et montré qu'elle possède une valeur de mauvais pronostic dans le cancer du sein ER-a+. Les cellules surexprimant ZNF217-?E4 développent un phénotype encore plus agressif que les cellules possédant la forme WT (prolifération, résistance au paclitaxel), et de manière intéressante, ZNF217-?E4 semble jouer un rôle de régulateur de l'expression de ZNF217-WT. En conclusion, ZNF217 et/ou la voie BMP pourraient représenter des cibles thérapeutiques dans le traitement des cancers du sein ZNF217-positif
ZNF217 is an oncogene encoding for a Krüppel-like transcription factor. Our aims were to explore the roles of the ZNF217 oncogene in the development of breast cancer metastases to the bone and to decipher the prognostic value and the functions of a new ZNF217 isoform. Our work identified that high ZNF217 mRNA expression levels within the primitive breast tumor could represent an indicator for future recurrence to the bone. Further in vitro experiment demonstrated that ZNF217 is a new activator of the BMP pathway and that the inhibition of this pathway could inhibit the metastatic properties of ZNF217-positive breast cancer cells in vitro (migration, invasion, chemotaxis to bone cells). In vivo in mice, ZNF217-positive breast cancer cells developed osteolytic metastases very faster. In our second axis, we have proven the existence of the ZNF217-?E4 isoform and we found that this isoform possesses a prognostic significance associated with a poor prognosis in ER-a+ breast cancer. Furthermore, cells overexpressing ZNF217-?E4 developed a more aggressive phenotype than cells overexpressing ZNF217-WT (proliferation, paclitaxel resistance). Interestingly, ZNF217-?E4 seems to play a regulatory role regarding ZNF217-WT expression. In conclusion, ZNF217 and/or the BMP pathway could represent potential therapeutical targets in the management of ZNF217 positive breast cancer

La voie d’éjection cardiaque (VEC) est initialement un tube unique, qui se divise ensuite en artère aorte (Ao) et pulmonaire (Pa) au cours du développement embryonnaire. Cette morphogenèse est régulée par les cellules de crête neurale (CCN) qui colonisent la VEC et se condensent le long de l’endocarde, entraînant sa rupture et la formation des Ao et Pa. Des recherches ont montré que les Bone Morphogenetic Proteins (BMP) contrôlent le comportement des CCN durant ce processus. Cependant, les cascades moléculaires impliquées sont méconnues. Afin de mieux comprendre ces cascades moléculaires nous avons étudié le rôle de Dullard, une phosphatase identifiée comme inhibiteur intracellulaire de la voie BMP, au cours de la morphogenèse de la VEC. Nos résultats montrent que la délétion de Dullard dans les CCN augmente la signalisation BMP dans ces cellules, induit une septation asymétrique et prématurée de la VEC, l’obstruction de Pa et la mort embryonnaire. Cette suractivation de la voie BMP dans les CCN entraîne la diminution de leurs marqueurs mésenchymateux et augmente l’expression d’une cytokine appelée Sema3c, qui elle-même induit une compaction prématurée des CCN à l’endocarde. En parallèle, la différentiation asymétrique du myocarde sous-pulmonaire entraîne la rupture asymétrique de l’endocarde et l’obstruction de Pa. Enfin, nos résultats montrent qu’un gradient d’activation de la voie BMP et d’expression de Sema3c dans les CCN le long de l’axe de la VEC régule sa septation disto-proximale. Ainsi, nous mettons en évidence que la régulation des BMP dans les CCN orchestre spatiotemporellement la septation de la VEC
The heart outflow tract (OFT) is originally a solitary tube, which is septated into the aortic and pulmonary artery (Pa) during embryonic development. This morphogenesis is regulated by the cardiac neural crest cells (cNCC), which colonize the OFT and condense towards the endocardium, triggering its rupture and the fromation of the two arteries. Investigations to identify the molecular cues controlling cNCC behaviour in the OFT mesenchyme have established the importance of the Bone Morphogenic Proteins (BMP). However, little is known on the molecular cascades triggered by BMP signaling responsible for the cNCC mediated OFT septation. To get insights into these molecular cascades, we decided to dissect the role of Dullard, a perinuclear phosphatase uncovered as a BMP intracellular signaling inhibitor, during OFT morphogenesis. Our results show that deletion of Dullard in the cNCC increases BMP intracellular signaling, leading to premature and asymmetric septation of the OFT, Pa obstruction and embryonic death. This BMP overactivation in the cNCC triggers the downregulation of mesenchymal markers and the upregulation of a cytokine called Sema3c, which in turn results in premature cNCC compaction at the endocardium. In addition, asymmetric differentiation of the distal subpulmonary myocardium contributes to asymmetrical rupture of the endocardium and Pa obstruction. Finally, our data converge to a model whereby graded BMP activity and Sema3c expression in the cNCC along the OFT axis set the tempo of OFT septation from its distal to its proximal regions. Hence, our findings reveal that fine tuning of BMP signaling levels in cNCC orchestrate OFT septation in time and space

Une des principales causes d’échec dans le traitement des cancers est le développement de résistances aux drogues par les cellules tumorales. Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont suspectées d’être responsables de ces rechutes, conduisant à la récurrence de la maladie et bien souvent au décès des patients. En clinique, il est donc nécessaire de développer des stratégies thérapeutiques capables de cibler ces CSC résistantes et aboutir à la guérison des patients. Les CSC sont régulées par un ensemble de signaux aussi bien biologiques que physiques au sein de la niche tumorale. Mon projet a pour objectif de déterminer l’implication du microenvironnement tumoral (voie de signalisation BMP et contraintes mécaniques) dans le maintien et la résistance des cellules souches leucémiques (CSLs) de la leucémie myéloïde chronique (LMC). Pour cela, nous avons combiné tests fonctionnels et moléculaires ainsi que l’analyse de la niche tumorale sur plus de 200 échantillons de patients atteints de LMC. Nous avons ainsi démontré que l’altération de la voie BMP intrinsèque aux cellules immatures de la LMC corrompt et amplifie la réponse à BMP2 et BMP4, présents en quantités anormalement abondantes au sein de la niche tumorale. Ces résultats récemment publiés dans Blood nous ont amenés à évaluer le rôle de la voie BMP dans le maintien des CSLs sous traitement par les ITK. La microscopie à force atomique nous a permis de démontrer que l’expression de BCR-ABL est suffisante pour induire une augmentation de la rigidité des cellules immatures de LMC par rapport à des cellules saines. Enfin, l’utilisation d’un système de confinement cellulaire nous a permis de démontrer que le stress mécanique contrôle la prolifération des cellules leucémiques immatures en régulant l’expression de gènes mécano-sensibles comme Twist-1. Ces résultats pourraient expliquer comment des CSLs tirent profit des contraintes mécaniques issues de leur microenvironnement afin d’acquérir un avantage prolifératif par rapport aux cellules saines. Ultimement, nous espérons que cette approche transdisciplinaire permettra d’identifier les molécules clés de la transduction de signaux mécaniques potentiellement impliqués dans le maintien et la résistance des CSC et ainsi proposer de nouvelles cibles pour contrer ces effets
One of the main causes of treatment failure in cancers is the development of drug resistance by cancer cells. The persistence of cancer stem cells (CSCs) might explain cancer relapses as they could allow reactivation of cancer cells proliferation following therapy, leading to disease persistence and ultimately to patients’ death. Clinically, it is crucial to develop therapeutic strategies able to target resistant CSCs in order to cure the patients. CSCs are controlled by a variety of biochemical and biomechanical signals from the leukemic niche. My project aims to determine the involvement of the tumor microenvironment (BMP signaling pathway and mechanical stress) in the maintenance and resistance of Leukemic Stem Cells (LSCs) in Chronic Myelogenous Leukemia (CML). For this, we combined functional and molecular assays to the analysis of tumor microenvironment on more than 200 CML patients’ samples. We demonstrated that alterations of intracellular BMP signaling pathway in CP-CML primary samples corrupt and amplify the response to exogenous BMP2 and BMP4, which are abnormally abundant in the tumor microenvironment. These results, recently published in Blood led us to evaluate the role of the BMP pathway in LSC maintenance under TKI treatment. Atomic force microscopy allowed us to demonstrate that BCR-ABL expression alone is sufficient to increases the rigidity of immature CML cells compared to healthy ones. Finally, using a unique cell confining system, we were able to demonstrate that mechanical stress controls the proliferation of immature leukemic cells by regulating the expression of mechano-sensitive genes such as Twist-1. These results could explain how LSCs can benefit from a mechanical stress exerted by their microenvironment to acquire a proliferative advantage over normal cells. Ultimately, we hope that this transdisciplinary approach will help to identify key molecules in the transduction of mechanical signals potentially involved in maintenance and resistance of CSCs and thus offer new targets to counter these effects

Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) sont des maladies hématologiques hétérogènes caractérisées par une prolifération clonale des blastes myéloïdes qui s’infiltrent dans la moelle osseuse (MO), le sang et d’autres organes. Identifiée comme le type le plus courant de leucémie aiguë chez l’adulte avec 80% des cas, la LAM est synonyme de rechute et de mauvais pronostic, avec 70% des patients étant confrontés à une mortalité dans l’année suivant le diagnostic. La présence des cellules souches leucémiques (CSL) a été associée à une résistance à la chimiothérapie et à une rechute dans la LAM. Le microenvironnement tumoral a été décrit pour son rôle clé dans la régulation des CSL par l’interaction des voies de signalisation. La voie des Bone Morphogenetic Proteins (BMP) est fortement impliquée dans la régulation des cellules souches hématopoïétiques (CSH), mais elle a également été reconnue pour réguler les CSL. Ici, nous avons identifié des concentrations élevées de BMP2 et BMP4 dans la MO des patients atteints de LAM au moment du diagnostic. De plus, nous avons identifié pour la première fois une nouvelle cascade de signalisation impliquant la liaison de BMP4 au récepteur BMPR1A, qui induit l’expression de ΔNp73 et NANOG. L’activation de cette signalisation favorise un phénotype proche des cellules souches dans les cellules leucémiques. Par conséquent, nous avons émis l’hypothèse que cette voie est responsable de la capacité de résistance des cellules leucémiques à la chimiothérapie. En outre, nous avons identifié BMPR1A/ΔNp73/NANOG comme marqueurs potentiels du pronostic dans la LAM, en raison de leurs surexpressions au moment du diagnostic associé à une rechute dans les trois ans. Lorsque nous avons analysé des échantillons de LAM lors d’une rechute, nous avons constaté des taux plus élevés de l’isoforme ΔNp73 par rapport à ceux de patients au moment du diagnostic. D’autre part, nous avons identifié une forte expression du récepteur BMPR1A, ΔNp73, NANOG, SOX2 et ID1 dans les cellules leucémiques primaires résistantes à court terme. Ces résultats sont en corrélation avec ce que nous avons observé dans les cellules résistantes de LAM, où BMPR1A, ΔNp73, NANOG et ID1 semblent être impliqués dans la capacité de résistance des cellules de LAM face à la chimiothérapie. La modulation et le ciblage des éléments de la voie BMP et des gènes associés identifiés au travers de notre étude représentent donc une approche prometteuse pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes et plus efficaces contre les LAM
Acute myeloid leukemias (AML) are heterogeneous hematological malignancies characterized by a clonal proliferation of myeloid blasts which infiltrate the bone marrow, blood and other organs. Identified as the most common type of acute leukemia in adults with 80% of cases, AML is associated with high relapse and poor prognosis where 70% of patients face mortality within one year after diagnosis. Leukemic stem cell (LSCs) presence has been related to resistance to chemotherapeutic agents and relapse in AML. The tumor microenvironment has been described for its key role regulating LSCs through the crosstalk of signaling pathways. Bone Morphogenetic Proteins (BMP) pathway is highly involved in hematopoietic stem cell (HSC) regulation, but has also been recognized to regulate LSCs. Here, we have identified high concentrations of BMP2 and BMP4 in bone marrow (BM) AML samples at diagnosis. Furthermore, we have identified for the first time a new signaling cascade, involving the binding of BMP4 to BMPR1A receptor, which induces the expression of ΔNp73 and NANOG. Activation of this signaling promotes a stem-like phenotype in leukemic cells. Therefore, we hypothesized that this signaling is responsible for the resistant capacity of leukemic cells to chemotherapy. In addition, we have reported BMPR1A/ΔNp73/NANOG as potential AML prognosis markers, due to their overexpression at diagnosis associated to an increased rate of relapse of AML patients within three years. When we analyzed AML samples at relapse, higher levels of ΔNp73 isoform were found compared to patients at diagnosis. Moreover, we have identified high expression of the BMPR1A receptor, ΔNp73, NANOG, SOX2 and ID1 in short-term resistant primary leukemic cells. These results correlate with what we observed in AML resistant cells, where BMPR1A, ΔNp73, NANOG and ID1 seem to be implicated in driving the resistant capacity of AML cells to drug therapy. Therefore, modulation and targeting of the BMP pathway elements and related genes identified with our study, represent a promising approach towards the development of new and more effective therapeutic strategies against AML

Au début des années 2000, il a été montré que le développement des métastases était fortement limité par un phénomène de dormance cellulaire. En effet, après s’être extravasées dans un organe distant, la plupart des cellules tumorales disséminées qui survivent entrent immédiatement dans un état quiescent réversible mais durable sur le long terme, qui est qualifié de dormant. Si le phénomène de dormance permet de limiter le taux de développement de métastases, il est aussi à l’origine de récidives métastasiques tardives, car les cellules dormantes peuvent persister longtemps et sont résistantes à la chimiothérapie. Il est donc important d’analyser les mécanismes moléculaires régulant la dormance des cellules tumorales. Mais cette analyse est difficile à réaliser in vivo du fait de la relative grande rareté des cellules cancéreuses disséminées. Récemment, mon équipe d’accueil a observé que la clonogénicité in vitro des cellules de cancer de la prostate peut être fortement régulée par un phénomène de dormance. Celle-ci est induite lorsque les cellules sont cultivées à la faible densité cellulaire et dans un milieu légèrement hypertonique comme le DMEM. L’objectif de mon travail de thèse était d’analyser les mécanismes moléculaires régulant la dormance des cellules de cancer de la prostate in vitro.Dans un premier temps, nous avons mis en évidence que la dormance nécessite l’activation conjointe de la voie de signalisation BMP/TGF-ß et d’un stress oxydatif. La faible densité cellulaire joue un rôle capital dans l’établissement de la dormance en pré-activant la voie du BMP/TGF-ß et en sensibilisant la cellule au stress oxydatif. L’amplification de ces effets par l’hypertonicité explique l’induction du phénomène de dormance. Nous avons étendu la portée de ces observations en montrant que les androgènes à des concentrations proches des niveaux physiologiques permettent d’induire un phénomène de dormance très similaire, reposant lui-aussi sur l’activation des voies de signalisation du BMP/TGF-ß et du stress oxydatif. De manière intéressante, nous avons confirmé qu’une fois que la dormance est établie, elle se maintient d’une manière autonome. Ainsi, un traitement transitoire par des androgènes s’avère suffisant pour induire la dormance qui se maintient après la remise en culture dans un milieu dépourvu d’androgènes ajoutés. Par ailleurs, nous avons identifié CDKN1A (p21CIP1/WAF1) comme un régulateur de la dormance principalement régulé par le stress oxydatif. Sa surexpression à faible densité cellulaire suffit à induire un phénomène de dormance caractéristique.En conclusion, nous avons montré que la dormance des cellules de cancer de la prostate est régulée par les voies de signalisation du BMP/TGF-ß et du stress oxydatif qui semblent être interconnectées au travers d’une boucle de régulation auto-entretenue. Les androgènes pourraient constituer des inducteurs de dormance efficaces in vivo pour limiter le développement des métastases, ce que nous voudrions tester dans un modèle de dissémination métastasique simplifié chez la souris obtenu par injection intracardiaque de cellules cancéreuses. Par ailleurs, notre modèle prédit que les CTCs (Cellules Tumorales Circulantes dispersées dans la circulation sanguine) pourraient être induites à entrer en dormance avant même de s’extravaser du milieu sanguin du fait des conditions pro-oxydantes régnant dans ce milieu, ce qui pourrait être testé en étudiant si des inhibiteurs du stress oxydatif et/ou des voies du BMP/TGF-ß favorisent la prolifération de CTCs purifiées et mises en cultures
In the early 2000s, development of metastases was shown to be strongly limited by a phenomenon of cellular dormancy. Indeed, after extravasation in a distant organ, most of the disseminated cancer cells that survive enter into a reversible quiescent that is called dormant state. The phenomenon of dormancy is also the cause of late metastatic recurrences because dormancy confers long-term cellular survival and resistance to chemotherapy. Thus, it is important to analyze the molecular mechanisms regulating cancer cell dormancy. However, in vivo studies are difficult due to the extreme scarcity of disseminated cancer cells. Recently, T. Tchenio et al observed that clonogenicity of prostate cancer cells was strongly regulated by a dormancy phenomenon in vitro. A dormant state was induced when cells are cultured at low density in a slightly hypertonic medium, such as DMEM. The aim of my thesis was to analyze the molecular mechanisms regulating the dormancy of prostate cancer cells in vitro.We first demonstrated that dormancy required a combined activation of both BMP/TGF-ß and oxidative stress signaling pathways. Low cell density plays a key role in dormancy establishment by priming both signaling pathways. Hypertonicity induced dormancy through further amplifying these signaling pathways. We extended the biological relevance of our observation by showing that a closely related phenomenon could be induced by androgens at concentrations close to physiologic levels. Androgen-induced dormancy also relied on activation of the BMP/TGF-ß and oxidative stress signaling pathways. Interestingly, we observed that once dormancy was established, it was maintained autonomously since a transient treatment with androgen was sufficient to induce a dormant state that was self-sustained after withdrawal of exogenous androgens. Besides, CDKN1A (p21 CIP1/WAF1) was identified as a dormancy regulator modulated by oxidative stress. We showed that its transient overexpression at low cell density was sufficient to induce a dormancy phenomenon that mimicked those induced by hypertonicity or androgens.In conclusion, we showed that dormancy of prostate cancer cells was regulated by BMP/TGF-ß and oxidative stress signaling pathways that seemed to be interconnected through a self-sustained regulation loop. Androgen may constitute an effective inducer of dormancy in vivo to limit metastases development. Therefore, we would like to test its effects in vivo in a simplified model of metastatic dissemination in mouse relying on intracardiac injection of cancer cells. Furthermore, our model allowed us to predict that CTCs (Circulating Tumor Cells dispersed in bloodstream) could enter into a dormant state before their extravasation from blood vessels due to the pro-oxidant conditions in this environment. This prediction could be tested by studying whether oxidative stress and BMP/TGF inhibitors could promote proliferation of purified CTCs in vitro

Les cellules multiciliées (MCC) possèdent à leur surface apicale des centaines de cils mobiles générant un flux directionnel liquidien nécessaire par exemple pour le nettoyage des voies respiratoires. La fabrication de ces cils (multiciliogénèse) requiert une séquence d’évènements cellulaires dont un arrêt du cycle cellulaire, une réorganisation du réseau apical d’actine, une multiplication massive des centrioles suivie de leur migration au pôle apicale et de leur maturation en corps basal, à partir desquels les cils s’allongent.Mon laboratoire d’accueil a mis en évidence le rôle conservé de la famille de microARN miR-34/449 dans le contrôle de la multiciliogénèse en inhibant la voie de signalisation Notch ainsi qu’en induisant un arrêt du cycle. Au cours de ma thèse, j’ai mis en évidence un nouveau niveau de régulation de ces microARN par lequel ils contrôlent la réorganisation apicale du cytosquelette d’actine, en modulant l’expression et l’activité de certaines petites GTPases. Par ailleurs, j’ai identifié et caractérisé des séquences variantes des miR-34/449 canoniques, appelées isomiR. Tandis que ces isomiR partagent des fonctions semblables à celles de leurs homologues canoniques, ils apportent également une complémentarité d’action en modulant des transcrits cibles spécifiques. Enfin, le dernier axe de mon travail a permis d’identifier le rôle de la voie de signalisation BMP dans la multiciliogénèse ainsi que d’élucider certains des mécanismes moléculaires par lesquels elle contrôle ce phénomène. L’ensemble de nos découvertes offre une opportunité inédite pour développer des stratégies thérapeutiques dans le traitement de maladies associées à des désordres ciliaires
Vertebrate multiciliated cells (MCC) project hundreds of motile cilia at their apical surface which coordinately beat to generate a directional fluid flow necessary for many biological functions including airway cleansing. Biogenesis of multiple cilia (multiciliogenesis) follows different key cellular steps corresponding to a cell cycle arrest, a massive multiplication of centrioles which then migrate to the apical surface to form basal bodies, from which cilia elongate. In 2011, my host laboratory evidenced that the miR-34/449 family of microRNAs control vertebrate multiciliogenesis by inducing the cell cycle arrest and by repressing the Notch pathway. My thesis work has revealed a new role of miR-34/449 by demonstrating that they modulate expression and activity of small GTPases to drive the apical reorganization of the actin network, a prerequisite for basal body anchoring. Besides, I have identified and characterized variant sequences of canonical miR-34/449 family, named isomiRs. Whereas these isomiRs share common biological functions with canonical miR-34/449 miRNAs, they may also contribute to a complementary effect by targeting specific transcripts. Finally, the last part of my work has contributed to the identification of the conserved role of the BMP pathway in the control of multiciliogenesis. I have evidenced some molecular mechanisms by which the BMP signal controls this phenomenon. Importantly, I demonstrated that BMP inhibition promotes regeneration of tracheal MCC in vivo in an asthmatic mouse model. Overall, our findings offer an unprecedented opportunity to develop novel therapeutic strategies to treat diseases associated with ciliary disorders

L'ensemble des cellules sanguines présentes chez l'adulte sont produites à partir d'un pool de cellules souches hématopoïétique mis en place très tôt au cours de l'embryogenèse. L'un des sites majeurs de cette émergence est l'endothélium ventral de l'aorte, qualifié d'hémogénique. Cette population particulière de cellules va perdre l'expression des marqueurs endothéliaux et acquérir celle de marqueurs hématopoïétiques, se différencier morphologiquement et partir dans la circulation avant de coloniser les organes hématopoïétiques définitifs. L'un des acteurs majeurs est le facteur de transcription Runx1. Le mésenchyme sous-jacent à l’aorte, par sa position et sa richesse en facteurs de croissance, est un bon candidat au rôle de promoteur de l'hématopoïèse aortique. Ni l’origine de ce mésenchyme ni les signaux qu’il porte au cours de l’apparition des CSH ne sont connus ; mon travail de thèse a consisté à explorer ces questions. Nous avons pu montrer dans un premier temps l'origine splanchnopleurale du mésenchyme sous-aortique ainsi que son rôle fondamental dans l'initiation du programme hématopoïétique dans l'endothélium aortique. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à une voie de signalisation, Notch, et avons montré son implication différencielle dans l'hématopoïèse aortique chez l'Oiseau, la Souris et l'Homme.

La mise en place des axes de polarité antéropostérieur, dorso-ventral et gauche-droite de l’embryon nécessite une communication entre cellules par des molécules de signalisation dont le mode d’action est encore mal compris. Chez l’oursin comme chez les vertébrés, les molécules de la famille TGF-β, Nodal et BMP2/4, sont indispensables pour définir les axes dorso-ventral et droite-gauche de l’embryon. Durant ma thèse, j’ai contribué à la dissection du réseau génétique dorso-ventral en aval des voies de signalisation Nodal et BMP2/4. Nous avons caractérisé l’expression et analysé la fonction des gènes codant pour 18 facteurs de transcription et 8 gènes codant pour des ligands, et défini la relation entre ces gènes. J’ai aussi participé à une étude de fonction du répresseur transcriptionnel Tel, que nous avons identifié comme un régulateur majeur de l’expression spatiale de Nodal, en aval des MAP kinases p39 et JNK. Puis j’ai démontré que la signalisation BMP est essentielle pour restreindre l’expression de Nodal dans la région ventrale par les ligands GDF2 et BMP2/4, via les récepteurs ALK1/2 et ALK3/6. Curieusement, j’ai découvert que l’un des mécanismes fondamentaux qui, chez les vertébrés permet d’ajuster le niveau de signalisation BMP via la régulation négative d’AMP par BMP2/4, fonctionne chez l’oursin, mettant en évidence une conservation des mécanismes de spécification et de structuration de l’axe. Enfin, j’ai participé à l’analyse des premières étapes de la formation de l’axe gauche-droite. Nous avons montré que les voies FGF/ERK et BMP2/4 sont essentielles pour l’expression de nodal dans une région discrète de l’endomésoderme sur le côté droit qui a les propriétés d’un centre organisateur gauche-droit. En revanche, la signalisation Notch et l’activité de la pompe H+/K+ empêchent l’expression de nodal sur le côté gauche de l’endomésoderme
The establishment of the anteroposterior, dorso-ventral and left-right polarity axis of the embryo requires communication between cells through signaling molecules, whose mode of action is poorly understood. In the sea urchin as in vertebrates, the molecules of the TGF- β family, Nodal and BMP2/4, are essential to specify the dorso-ventral and left-right axes of the embryo. During my PhD, I contributed to the dissection of the genetic network downstream of Nodal and BMP2/4 signaling pathways. We characterized the expression and analyzed the function of 18 genes encoding transcription factors and 8 genes encoding ligands, and defined the relationships between these genes. I also contributed to a study of the function of the transcriptional repressor Tel that we identified as a major regulator of the spatial expression of Nodal, downstream of MAP kinases p38 and JNK. I showed that it also acts as an antagonist of the Wnt signaling pathway. I then demonstrated that BMP signaling is essential to restrict Nodal expression in the ventral region through the ligands GDF and BMP2/4, via the receptors ALK1/2 and ALK3/6. Intriguingly, I discovered that one of the fundamental mechanisms, which, in vertebrates allows adjustment of the highlighting a striking conservation of the mechanisms of axis specification and patterning. Finally, I participated in the analysis of the early steps regulating establishment of the left-right axis. We showed that the FGF/ERK and BMP2/4 pathways are essential for nodal expression in a discrete region of the endomesoderm on the right side that has the properties of a left right organizing center. In contrast, Notch signaling and the activity of the pump H+/K+ are required to prevent nodal expression on the left side of the endomesoderm

La crête neurale crâniale (CNC) est une structure transitoire et pluripotente de l'embryon des Vertébrés qui génère la totalité du squelette de la face et de la voûte crânienne et fournit les méninges et une vascularisation fonctionnelle au cerveau antérieur. Précocement, la CNC contrôle également la croissance du cerveau. Pour identifier les mécanismes par lesquels la CNC exerce son rôle trophique sur le cerveau, nous nous sommes intéressés à l'expression du gène Smad1, qui transduit divers voies de signalisation, et est massivement exprimé par les cellules de la CNC juste avant leur migration. L'inactivation de Smad1 par l'interférence ARN dans les CCN conduit à une microcéphalie sévère et une holoprosencéphalie partielle, qui résulte de la perte de l'expression de Fgf8 et Foxg1. Les expériences de sauvetage montrent que les cellules de la CNC régulent positivement Foxg1 indépendamment de Fgf8. De plus, nous montrons que la perte de fonction de Foxg1 dans le télencéphale affecte le développement du thalamus et du toit optique en dérégulant l'expression de Otx2 et de Foxa2 à leur niveau. Nous avons identifié les molécules médiatrices produites par les cellules de la CNC nécessaire au contrôle de l'expression de Foxg1. Nous montrons que les antagonsites de Bmp and Wnt, Noggin, Gremlin et Dkk1 sont indispensable pour initier la spécification du télencéphale. De plus, la régionalisation moléculaire des territoires télencephalique et di/mésencéphalique, requiert l'activité conjointe de Sfrp1 et Sfrp2, d'une part, et de Cerberus, d'autre part. L'ensemble des données acquises au cours de ces travaux documente les mécanismes moléculaires par lesquels la CNC participe de façon essentielle à la régionalisation moléculaire du cerveau des Vertébrés.

La crête neurale crâniale (CNC) est une structure transitoire et pluripotente de l’embryon des Vertébrés qui génère la totalité du squelette de la face et de la voûte crânienne et fournit les méninges et une vascularisation fonctionnelle au cerveau antérieur. Précocement, la CNC contrôle également la croissance du cerveau. Pour identifier les mécanismes par lesquels la CNC exerce son rôle trophique sur le cerveau, nous nous sommes intéressés à l’expression du gène Smad1, qui transduit divers voies de signalisation, et est massivement exprimé par les cellules de la CNC juste avant leur migration. L’inactivation de Smad1 par l'interférence ARN dans les CCN conduit à une microcéphalie sévère et une holoprosencéphalie partielle, qui résulte de la perte de l’expression de Fgf8 et Foxg1. Les expériences de sauvetage montrent que les cellules de la CNC régulent positivement Foxg1 indépendamment de Fgf8. De plus, nous montrons que la perte de fonction de Foxg1 dans le télencéphale affecte le développement du thalamus et du toit optique en dérégulant l’expression de Otx2 et de Foxa2 à leur niveau. Nous avons identifié les molécules médiatrices produites par les cellules de la CNC nécessaire au contrôle de l’expression de Foxg1. Nous montrons que les antagonsites de Bmp and Wnt, Noggin, Gremlin et Dkk1 sont indispensable pour initier la spécification du télencéphale. De plus, la régionalisation moléculaire des territoires télencephalique et di/mésencéphalique, requiert l’activité conjointe de Sfrp1 et Sfrp2, d’une part, et de Cerberus, d’autre part. L’ensemble des données acquises au cours de ces travaux documente les mécanismes moléculaires par lesquels la CNC participe de façon essentielle à la régionalisation moléculaire du cerveau des Vertébrés
The cranial NC (CNC) is a transient structure of the vertebrate embryo, which is essential for brain ontogenesis and provides the developing brain with a skeletal and meningeal protection and functional vasculature. Early in development, CNC cells also control morphogenetic activities of brain organizers and stimulate the growth of prosencephalic alar plate. To understand how CNC conveys its trophic effect on the telencephalon, we have silenced the gene encoding for Smad1, a transcription factor expressed in the CNC cells, which transduces diverse morphogenetic pathways. Smad1 silencing results in microcephaly and partial holoprosencephaly, which early coincide with the loss of Fgf8 and Foxg1 in the telencephalon. Rescue experiments show that CNC cells can positively regulate Foxg1 expression independently of Fgf8 activity in the prosencephalic organizer. Furthermore, the depletion of Foxg1 activity in the telencephalon alters Otx2 and Foxa2 expression in the thalamus and tectum. We have identified the mediators produced by the CNC to control Foxg1 activity and showed that Bmp and Wnt antagonists, Noggin, Gremlin and Dkk1 initiate the specification of the telencephalon. Additionally, the molecular patterning of the telencephalic and di/mesencephalic compartments requires the activity of Sfrp1 and Sfrp2, and Cerberus, respectively. Altogether, we show that CNC cells controls brain patterning by regulating Foxg1 expression through a network of morphogen modulators controlled by Smad1 activity
A crista neural cranial (CNC) é uma estrutura transiente em embriões de vertebrado, que possui um papel crucial no desenvolvimento da cabeça. A CNC é uma importante fonte de derivados mesenquimais. Recentes descobertas mostraram que as células da CNC possuem uma atividade trófica no desenvolvimento do tubo neural anterior, estimulando e organizando o desenvolvimento prosencefálico em oposição à sinalização Bmp presente nos tecidos adjacentes. Com o objetivo de entender como as células da CNC controlam a atividade de morfógenos durante o desenvolvimento do cérebro. Nós focamos nossos estudos no fator de transcrição Smad1, expresso pelas células da CNC, que controla a transcrição de Noggin. Noggin é um antagonista de Bmp que por sua vez controla a atividade de sua via de sinalização. Além disso, Smad1 interage com outras vias de sinalização com Fgf8 e Wnt. Para testar o papel de Smad1 nas células da CNC, nós eletroporamos o RNA dupla fita de Smad1 (dsSmad1) nas células da CNC em embriões de galinha no estágio de 4 somitos com a finalidade de bloquear sua tradução. Estes espécimes foram analisados em estágio mais avançados do desenvolvimento embrionário. A perda de função de Smad1 compromete o desenvolvimento das vesículas cefálicas, nos estágios de 26 somitos, E4, E6 e E8. Em cortes histológicos em E8, observou-se o aumento do volume ventral do cérebro destes embriões. Com o objetivo de entender como Smad1 controla o desenvolvimento das vesículas cefálicas, embriões no estágio de 26ss foram analisado por hibridização in situ. Nós observamos em embriões dsSmad1 a diminuição da expressão de Fgf8 na borda neural anterior e a completa ausência de expressão de Foxg1 no neuroectoderma prosencéfalico. A falta de Smad1, também gera a diminuição da expressão de Otx2 nos limites ventrais e laterais do telencéfalo, diencéfalo e mesencéfalo. Em contrapartida, nestes embriões observa-se o aumento da zona de expressão de Foxa2 na porção ventral do diencéfalo e mesencéfalo. O bloqueio de Smad1 também acarreta no aumento dos níveis de Dkk1, que é um importante inibidor da via de sinalização Wnt. Com o intuito de entender o mecanismo sobre o controle de Smad1, nós aumentamos os níveis de transcritos nas células da CNC de Dkk1. Como resultado deste aumento, observamos as mesmas modificações nos níveis dos transcritos de Fgf8, Foxg1, Otx2 e Foxa2. Interessantemente os efeitos do excesso de Dkk1 podem ser revertidos com a co-eletroporação do Smad1 constitutivamente fosforilada. Nós também analisamos a expressão de Foxg1 e Otx2 em embriões privados de Cubilin nas células da CNC. Estes embriões apresentam o mesmo padrão de expressão encontrados nos embriões dsSmad1. Interessantemente os nocautes para Cubilin apresentam diminuição da fosforilação de Smad1. Nossos resultados mostram que a presença de Smad1 nas células da CNC é extremamente importante para padronização e desenvolvimento do cérebro. Smad1 nas células da CNC funciona como um regulador da via de Bmp, através do controle transcricional de Noggin impedindo que o excesso de Bmp chegue até o tubo neural. Sendo assim, Smad1 controla o excesso de Bmp permitindo a indução e o desenvolvimento da região anterior por Fgf8

Les cellules multiciliées (MCC) possèdent à leur surface apicale des centaines de cils mobiles générant un flux directionnel liquidien nécessaire par exemple pour le nettoyage des voies respiratoires. La fabrication de ces cils (multiciliogénèse) requiert une séquence d’évènements cellulaires dont un arrêt du cycle cellulaire, une réorganisation du réseau apical d’actine, une multiplication massive des centrioles suivie de leur migration au pôle apicale et de leur maturation en corps basal, à partir desquels les cils s’allongent.Mon laboratoire d’accueil a mis en évidence le rôle conservé de la famille de microARN miR-34/449 dans le contrôle de la multiciliogénèse en inhibant la voie de signalisation Notch ainsi qu’en induisant un arrêt du cycle. Au cours de ma thèse, j’ai mis en évidence un nouveau niveau de régulation de ces microARN par lequel ils contrôlent la réorganisation apicale du cytosquelette d’actine, en modulant l’expression et l’activité de certaines petites GTPases. Par ailleurs, j’ai identifié et caractérisé des séquences variantes des miR-34/449 canoniques, appelées isomiR. Tandis que ces isomiR partagent des fonctions semblables à celles de leurs homologues canoniques, ils apportent également une complémentarité d’action en modulant des transcrits cibles spécifiques. Enfin, le dernier axe de mon travail a permis d’identifier le rôle de la voie de signalisation BMP dans la multiciliogénèse ainsi que d’élucider certains des mécanismes moléculaires par lesquels elle contrôle ce phénomène. L’ensemble de nos découvertes offre une opportunité inédite pour développer des stratégies thérapeutiques dans le traitement de maladies associées à des désordres ciliaires
Vertebrate multiciliated cells (MCC) project hundreds of motile cilia at their apical surface which coordinately beat to generate a directional fluid flow necessary for many biological functions including airway cleansing. Biogenesis of multiple cilia (multiciliogenesis) follows different key cellular steps corresponding to a cell cycle arrest, a massive multiplication of centrioles which then migrate to the apical surface to form basal bodies, from which cilia elongate. In 2011, my host laboratory evidenced that the miR-34/449 family of microRNAs control vertebrate multiciliogenesis by inducing the cell cycle arrest and by repressing the Notch pathway. My thesis work has revealed a new role of miR-34/449 by demonstrating that they modulate expression and activity of small GTPases to drive the apical reorganization of the actin network, a prerequisite for basal body anchoring. Besides, I have identified and characterized variant sequences of canonical miR-34/449 family, named isomiRs. Whereas these isomiRs share common biological functions with canonical miR-34/449 miRNAs, they may also contribute to a complementary effect by targeting specific transcripts. Finally, the last part of my work has contributed to the identification of the conserved role of the BMP pathway in the control of multiciliogenesis. I have evidenced some molecular mechanisms by which the BMP signal controls this phenomenon. Importantly, I demonstrated that BMP inhibition promotes regeneration of tracheal MCC in vivo in an asthmatic mouse model. Overall, our findings offer an unprecedented opportunity to develop novel therapeutic strategies to treat diseases associated with ciliary disorders

Le septum nasal joue un rôle prépondérant dans la croissance de l’étage moyen de la face et la physiologie ventilatoire. Sa solidité, sa rectitude et sa position sagittale sont déterminantes pour percevoir un confort respiratoire diurne et nocturne. Vulnérable aux traumatismes de part sa projection antérieure, la destruction ou l’inefficience de son squelette entraîne une demande de réparation fonctionnelle et esthétique. Dans les cas les plus sévères, le remplacement tissulaire fait appel à des volumineux greffons autologues pour lesquels la morbidité du site donneur et leurs imperfections propres restent un écueil. Pour les remplacer, certains biomatériaux ont été essayés de manière empirique sans donner de résultats fiables. Le premier objectif de notre travail été d’évaluer le comportement d’un implant phosphocalcique biphasique pour la reconstruction du septum nasal afin d’éviter ces greffons tout en répondant aux objectifs biofonctionnels locaux, au contact d’un milieu septique et susceptible d’être exposé aux particules aéroportées de l’environnement. Le deuxième objectif était d’évaluer la cytotoxicité des nanotubes de carbone à double paroi sur des cellules de l’arbre respiratoire, premier organe concerné par une exposition potentielle lors de leur fabrication. Par la suite, les résultats de ces deux sujets différents ont été utilisés de manière synergique pour répondre au troisième objectif qui était, d’évaluer l’influence des nanotubes de carbone sur la cicatrisation du septum nasal en présence ou non de l’implant phosphocalcique
The nasal septum plays a paramount role in the growth of the face and respiratory physiology. Its solidity, its straightness and its sagittal position are determining to perceive a diurnal and night respiratory comfort. Vulnerable to the traumas, the destruction or the inefficiency of its skeleton involves request for a functional and aesthetic repair. In severe cases, the tissue replacement requires large autologous grafts for which the morbidity of the donor site and their own imperfections remain a problem. To replace them, certain biomaterials were tested in an empirical way without giving reliable results. The primary goal of our work was to evaluate the behaviour of a biphasic phosphocalcic implant to repair nasal septum in order to avoid these grafts with an adapted biofunctional implant, exposed to the septic nasal content and the airborne particles of the environment. The second objective was to evaluate the cytotoxicity of the double wall carbon nanotubes on epithelial respiratory cells, first organ concerned by a potential exposure during their manufacture. Thereafter, the results of these two different subjects were used in a synergistic way to answer the third objective which was, to evaluate the influence of the carbon nanotubes on the cicatrization of the nasal septum in presence or not of the phosphocalcic implant

La question du développement inclusif dans les pays en développement est au cœur de cette thèse. Cette dernière s'articule autour de quatre chapitres sur les questions de politique fiscale et les questions liées à la croissance inclusive. Le chapitre 1 explore comment la politique fiscale de l’Etat affecte l'inclusivité de la croissance dans les pays en développement. Nous observons que la politique fiscale affecte la croissance inclusive de manière significative si et seulement si les pays ont de fortes qualités institutionnelles. En outre, notre résultat montre qu'il existe un seuil optimal au-delà duquel toute augmentation du taux d'imposition négativement la croissance inclusive. Le chapitre 2 examine les effets des composantes des dépenses publiques sur l'équité et la croissance dans les pays d’Afrique subsaharienne, notamment s'il est possible de concevoir des dépenses publiques en vue de promouvoir une société plus équitable sans sacrifier la croissance économique. Notre étude a permis de montrer que l’investissement en infrastructure a contribué à une croissance plus inclusive en Afrique subsaharienne que d'autres dépenses publiques. Ces résultats suggèrent que des programmes temporaires et bien ciblés devraient être mis en place pour aider ceux qui sont laissés pour compte par le processus de croissance. Le chapitre 3 cherche à savoir si les problèmes d’inégalités de revenus se sont posés ou non dans les périodes d'ajustement budgétaire en Côte d'Ivoire au cours de la période 1980-2014. Nos résultats montrent une amélioration de la performance de croissance après les épisodes de consolidation budgétaire, mais aussi des diminutions de l'écart de revenu dans les périodes suivantes les années d’ajustements budgétaires. Enfin, le chapitre 4 évalue la crédibilité des prévisions budgétaires et leurs effets sur le bien-être social dans les pays de la CEMAC et de l'UEMOA. Nous sommes aboutis aux résultats que l'inefficacité des prévisions budgétaires se produit dans la plupart des cas parce que les erreurs de prévisions sont proportionnelles à la prévision elle-même, mais aussi parce que les erreurs passées sont répétées dans le temps. En outre, une partie des erreurs de prévision des recettes peut s'expliquer par des chocs aléatoires survenus dans l'économie. Par conséquent, ces erreurs dans les prévisions de revenus considérées comme des chocs de politique budgétaire ont un effet négatif sur la croissance inclusive
The issue of inclusive development in developing countries is at the heart of this thesis. The latter revolves around four chapters on fiscal policy issues and inclusive growth-related matters. Chapter 1 explores how government tax policy affects the inclusiveness of growth in developing countries. Evidence is shown that tax policy affects significantly inclusive growth if and only if the countries have a strong institution quality like low corruption and a good bureaucratic policy. In addition, our result shows that there is an optimal tax beyond which, any increase in the personal income tax rate should have negative impact on inclusive growth. The Chapter 2 examines the effects of government expenditure components on both equity and growth in sub-Saharan countries, especially whether it is possible to design public spending to promote a more equitable society without sacrificing economic growth. We find that investment in infrastructure contributed to more inclusive growth in Sub-sub Saharan African economies than others government spending. These results suggest that temporary and well-targeted programs should be implemented to help those being left out by the growth process. The Chapter 3 investigates whether income inequality matters in the periods of fiscal adjustments in Côte d’Ivoire over the period 1980-2014. The results show an improvement in growth performance after fiscal consolidations episodes, but also income gap decreases in the periods ahead fiscal adjustments. Lastly, Chapter 4 assesses the credibility of fiscal forecasts and their social effects in CEMAC and WAEMU countries. We obtain evidence that the inefficiency of fiscal forecast occurs in most time because the forecast deviation is proportional to the forecast itself, but also because the past errors are repeated in the present. Furthermore, a part of revenue forecast errors can be explained by random shocks to the economy. Therefore, these errors in revenue forecast considered as fiscal policy shocks has a detrimental effect on inclusive growth

Chez les vertébrés, une première ébauche du système nerveux central à partir du neurectoderme est obtenue par la neurulation. Ce processus mène à la formation du tube neural (TN) à partir de la plaque neurale. La neurulation est coordonnée avec l’induction d’une population de cellules multipotentes aux bordures latérales de la plaque neurale: les cellules de la crête neurale (CCNs). Le gène Pax3 encode un facteur de transcription qui est essentiel pour la formation du TN et des CCNs. Une petite région régulatrice d’environ ~250pb dans le promoteur proximal de Pax3, appelée NCE2, est suffisante pour récapituler l’induction de Pax3 ainsi que sa restriction aux bordures latérales de la plaque neurale. Le NCE2 de Pax3 est connu pour intégrer des signaux instructifs antéropostérieur (AP) provenant de la voie Wnt, via les protéines CDX (CDX 1, 2, 4), pouvant induire l'expression de Pax3 dans la plaque neurale postérieure (PNP). Nous avons démontré ici que, en plus des signaux AP, le NCE2 de Pax3 intègre des signaux instructifs dorsoventraux (DV) provenant de la voie BMP, via ses effecteurs SMAD1/5. Nos résultats indiquent que les protéines SMAD1/5 pourraient être le cofacteur manquant dans le contrôle CDX-dépendant de l’expression de Pax3 et que ce serait ces protéines qui permettraient de conférer le patron d’expression restreint de Pax3 aux bordures latérales de la PNP. Pour étayer cette affirmation, nous fournissons de nouvelles preuves que l’activité de BMP-SMAD1/5 sur l’expression de Pax3 est médiée par les CDX. Comme des défauts affectant la formation du TN et des CCNs sont à la base de plusieurs syndromes génétiques et malformations congénitales chez l’humain, nos résultats offrent ainsi une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-tendant ces pathologies.
In vertebrates, a first draft of the central nervous system from the neurectoderm is obtained by neurulation. This process leads to the formation of the neural tube (NT) from the neural plate. Neurulation is coordinated with the induction of a population of multipotent cells at the neural plate border: neural crest cells (NCCs). The Pax3 gene encodes a transcription factor that is essential for the formation of the NT and NCCs. A small regulatory region of ~250bp in the proximal promoter of Pax3, called NCE2, is sufficient to recapitulate the induction of Pax3 and its restriction to the lateral borders of the neural plate. The Pax3NCE2 is known to incorporate anterior-posterior (AP) instructive cues from the Wnt pathway, via CDX proteins (CDX1, 2, 4), which can induce the expression of Pax3 in the posterior neural plate (PNP). We have demonstrated that, in addition to the AP cues, Pax3NCE2 integrates instructive dorsal-ventral (DV) cues from the BMP pathway, via SMAD1/5 proteins. Our results indicate that SMAD1/5 proteins could be the missing co-factor in the CDX-dependent expression of Pax3 that restrict Pax3 expression to the lateral borders of the PNP. To support this assertion, we provide further evidence that the activity of BMP-SMAD1/5 on the expression of Pax3 is mediated by CDX proteins. As defects affecting the formation of the NT and NCCs are the basis of many genetic syndromes and birth defects in humans, our results provide a better understanding of the molecular mechanisms underlying these pathologies.