Dissertations / Theses: 'Dynamiques en cellules uniques'

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Deprez, Marie. "Étude de l’hétérogénéité cellulaire et des dynamiques de régénération de l’épithélium respiratoire sain par analyses des signatures transcriptionnelles sur cellules uniques." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019AZUR6022.

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Abstract:

Les progrès technologiques en séquençage haut débit et en manipulation cellulaire permettent d'analyser simultanément et indépendamment le contenu de nombreuses cellules (ARN, ADN,...). Cette révolution "omique" offre un nouveau cadre pour revisiter la "Théorie Cellulaire", essentiellement basée sur des caractéristiques morphologiques et fonctionnelles. Les nombreuses modalités cellulaires désormais accessibles au niveau de la cellule unique, telles que leur transcriptome, leur localisation spatiale, leurs trajectoires développementales, enrichissent considérablement cette définition, et établissent un contexte totalement renouvelé pour réévaluer la définition de "types" ou d’"états" cellulaires ainsi que leurs interactions. \Mon travail de thèse a été de mettre en place des approches statistiques appropriées pour analyser ces données transcriptomiques sur cellule unique caractérisées par une forte variance, la présence d'un pourcentage élevé de valeurs nulles et un grand volume de données. Mon travail s’est focalisé sur le modèle expérimental central de mon laboratoire d’accueil, l'épithélium des voies respiratoires humaines. Les voies respiratoires humaines sont bordées d'un épithélium pseudo-stratifié composé principalement de cellules basales, sécrétrices, à gobelet et multiciliées. Les voies respiratoires constituent en outre un véritable écosystème cellulaire, dans lequel la couche épithéliale interagit étroitement avec les cellules immunitaires et mésenchymateuses. Cette coordination entre les cellules assure une bonne défense du système respiratoire et sa correcte régénération en cas d'agressions extérieures. Une meilleure compréhension des situations cellulaires normales et pathologiques peut améliorer les approches pour lutter contre des pathologies telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique, l'asthme ou la mucoviscidose.J'ai d'abord pu caractériser au niveau de la cellule unique la séquence précise et spécifique des événements conduisant à la régénération fonctionnelle de l'épithélium, en utilisant un modèle 3D de cellules humaines. J'ai identifié des hiérarchies de lignées cellulaires et j'ai pu reconstruire les différentes trajectoires possibles de différentiation cellulaire. J'ai confirmé des trajectoires cellulaires décrites précédemment, mais j'ai aussi découvert une nouvelle trajectoire reliant les cellules à gobelet aux cellules multiciliées, identifiant de nouvelles populations cellulaires et de nouvelles interactions moléculaires impliquées dans le processus de régénération de l'épithélium sain des voies aériennes humaines. J'ai ensuite construit un atlas des différents types cellulaires qui tapissent les voies respiratoires humaines saines, du nez jusqu’à la 12ième génération de bronches. Le profilage de 10 volontaires sains a généré un ensemble de données de 77 969 cellules, provenant de 35 emplacements distincts, qui comprend plus de 26 types cellulaires épithéliaux, immunitaires et mésenchymateuses. Cet atlas illustre l'hétérogénéité cellulaire présente dans les voies respiratoires. Son analyse révèle une différence d'expression des gènes entre le nez et les voies respiratoires pulmonaires que j’ai caractérisé dans les cellules suprabasales, sécrétrices et multiciliées. Mes travaux ont également permis d'améliorer la caractérisation de certaines populations de cellules rares, comme les cellules "hillock", déjà décrites chez la souris. En conclusion, mon travail contribue à une meilleure compréhension des dynamiques de différenciation et d'hétérogénéité cellulaire dans les voies respiratoires humaines saines. La ressource ainsi constituée sera extrêmement utile dans tout projet futur visant à analyser avec précision les conditions spécifiques des maladies respiratoires
Improvements made in nucleic acid sequencing and cell handling technologies now offer the opportunity to analyze simultaneously the content of numerous single cells (RNA, DNA, ...) by global and unbiased approaches. This single-cell ‘omics’ revolution provides a new framework to revisit the “Cell Theory”, elaborated over several centuries, and essentially based on morphological and functional features. The many cell modalities now accessible at single- cell level, such as their transcriptome, spatial localization, developmental trajectories, enrich considerably this definition, and set a renewed context to precisely reassess the definition of ‘cell types’, ‘cell states’ as well as their different interactions and fates.My thesis work initially set up ad hoc approaches and statistical framework to analyze appropriately these single-cell data, which deeply differ from standard bulk RNA-seq. High variance, presence of a huge percentage of null values, large volume of data are among the specific characteristics of these datasets. My work was centered on the main experimental model of my host laboratory, e.g. the human airway epithelium. Human airways are lined by a pseudostratified epithelium mainly composed of basal, secretory, goblet and multiciliated cells. Airways also constitute a true cellular ecosystem, in which the epithelial layer interacts closely with immune and mesenchymal cells. This coordination between cells ensures proper defense of the respiratory system and its correct regeneration in case of external aggression and injuries. A better understanding of the operating sequences in normal and physiopathological situations is relevant in pathologies such as chronic obstructive pulmonary disease, asthma or cystic fibrosis.First, I characterized at a single cell level the precise and cell-specific sequence of events leading to functional regeneration of the epithelium, using a 3D model of human cells. I then built a single-cell atlas of the different cell types that are lining healthy human airways from the nose to the 12th generation of bronchi.By applying computational and statistical approaches, I have identified cell lineage hierarchies and was able to reconstruct a comprehensive cell trajectory roadmap in human airways. I not only confirmed previously described cell lineages, but I have also discovered a novel trajectory that links goblet cells to multiciliated cells, identifying novel cell populations and molecular interactors involved in the process of healthy human airway epithelium regeneration. The profiling of 12 healthy volunteers then generated a dataset of 77,969 cells, derived from 35 distinct locations. The resulting atlas is composed of more than 26 epithelial, immune and stromal cell types demonstrating the cellular heterogeneity present in the airways. Its analysis has revealed a strong proximo-distal gradient of expression in suprabasal, secretory, or multiciliated cells between the nose and lung airways. My work has also improved the characterization of rare cells, including “hillock” cells that have been previously described in mice.In conclusion, this work probably represents one of the first single-cell investigations in human airways. It brings original contributions to our understanding of differentiation’s dynamics and cellular heterogeneity in healthy human airways. The resulting resource will be extremely useful for any future single-cell investigators and also for establishing a very useful joint between clinical and biological works. As such, it will constitute a reference in any future project aiming to precisely analyze specific disease conditions

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Bachy, Charles. "Phylogénie, diversité et dynamique temporelle chez les ciliés tintinnidés marins." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769949.

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Abstract:

La diversité des protistes marins planctoniques, après avoir été historiquement étudiée sur des critères morphologiques, est depuis récemment sujette à une intense recherche à l'aide d'approches moléculaires. Notamment, les études basées sur l'amplification directe de marqueurs moléculaires à partir d'ADN environnemental ont révélées une exceptionnelle diversité. L'objectif central de ce travail est d'améliorer notre compréhension sur le lien existant entre la connaissance classique des eucaryotes unicellulaires et leur diversité estimée à partir des données moléculaires, en particulier pour une meilleure interprétation des processus évolutifs et écologiques. Pour cela, nous avons utilisé comme système modèle l'ordre des ciliés tintinnidés (Tintinnida) qui constituent un groupe riche en espèces, aisément identifiables au microscope grâce à leur coquille externe (lorica) et communément rencontrés dans l'ensemble des eaux marines et lacustres du monde. Un suivi approfondi sur deux ans des tintinnidés de la Baie de Villefranche-sur-Mer (Mer Méditerrannée, France), couplant des analyses moléculaires de la diversité à partir de cellules individuelles et à partir d'ADN environnemental, a permis de caractériser la composition de ces communautés et leur dynamique temporelle aux échelles macro- et micro-évolutives. La première partie de ce travail a été destinée à la réalisation d'une phylogénie moléculaire de référence pour les tintinnidés en incorporant les séquences de 62 individus de morphologies diverses pour lesquelles des données moléculaires n'étaient pas disponibles. Nous avons amplifié et séquencé les gènes codant pour les ARN ribosomiques (ARNr 18S, 5.8S et 28S) et les espaces intergéniques correspondants (ITS1 et ITS2). La classification taxonomique a été réévaluée d'après les données moléculaires. Dans un deuxième temps, nous avons testé l'efficacité des approches moléculaires conventionnelles (amplification, clonage et séquençage Sanger du gène de l'ARNr 18S) et plus récentes (amplification et pyroséquençage de régions de l'ARNr 18S et de l'ITS), pour décrire la composition des communautés des tintinnidés dans des échantillons environnementaux en les comparant avec des estimations de la diversité par observation morphologique sur les mêmes échantillons. Si il existe de légères incongruences entre les approches et/ou les différents marqueurs employés, les approches cultureindépendantes s'avèrent efficaces pour décrire la diversité morphologique. En revanche, afin de ne pas surévaluer artificiellement le nombre d'espèces estimées à partir des données de pyroséquençage, il faut que des méthodes de débruitage et de regroupement en unités taxonomiques opérationnelles (UTOs) contraignantes soient appliquées. La troisième partie de ce travail a été dédiée au suivi temporel des communautés de tintinnidés à différentes profondeurs dans la baie de Villefranche, basé sur le clonage et le séquençage du gène de l'ARNr 18S et des régions ITS. Il apparaît des différences de distribution au cours de l'année à une même profondeur, en particulier en termes d'abondance de séquences pour une UTO donnée. Malgré un cadre phylogénétique solide et assez enrichi, l'approche moléculaire révèle des séquences éloignées des espèces déjà séquencées. La découverte de ces clades environnementaux souligne potentiellement l'importance écologique d'espèces encore mal connues. Enfin, le séquençage direct du gène de l'ARNr 18S et de l'ITS2 à partir des cellules individuelles de l'espèce a offert l'opportunité d'une étude populationnelle sur une période de deux ans. La diversité intra-spécifique mesurée met à jour des phénomènes d'hybridation entre variantes génétiques. Une structuration génétique temporelle a également été observée pour le gène de l'ARNr 18S. Les implications de ces différentes recherches sont discutées dans le cadre de l'étude de la diversité et de l'écologie des tintinnidés, et plus largement, des protistes marins.

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Chalabi, Asma. "Processus d'analyse dynamique pour l'imagerie de cellules vivantes permettant la détection des réponses cellulaires aux anticancéreux, par traitement de l'image et du signal et apprentissage automatique profond." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2024. http://www.theses.fr/2024COAZ6004.

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Abstract:

La division et la mort cellulaires sont les principaux indicateurs permettant d'évaluer l'action des thérapies ciblées dans le cancer, et seules leurs mesures précises peuvent révéler l'efficacité réelles d'un traitement. La détection des événements de division et de mort cellulaires dans les essais sur cellules vivantes a le potentiel de produire des mesures robustes de la pharmacodynamique des anticancéreux et de permettre une compréhension plus complète des réponses de cellules tumorales aux combinaisons thérapeutiques. Connaître précisément le moment de la mort ou de la division cellulaire dans une expérience sur cellules vivantes permet d'étudier la contribution relative des différents effets des médicaments, tels que les effets cytotoxiques ou cytostatiques, sur une population de cellules. Cependant, les méthodes classiques nécessitent des colorants pour mesurer la viabilité cellulaire avec des comptages de populations à un temps final, où les taux de prolifération ne peuvent être estimés que lorsque les cellules viables et mortes sont marquées simultanément.L'imagerie de cellules vivantes est une technique prometteuse pour déterminer l'efficacité des médicaments, la principale limitation étant la précision et la profondeur des analyses pour extraire automatiquement des mesures de description de phénotypes de réponse cellulaire (mort et division cellulaires, qui partagent certaines caractéristiques morphologiques).Cette thèse propose une méthode intégrant de l'apprentissage automatique profond par réseau de neurones et du traitement de l'image et du signal afin d'effectuer des analyses de réponses cellulaires en utilisant l'imagerie dynamique de cellules uniques dans des expériences de profilage pharmacologique d'anticancéreux. Cette méthode procède par suivi automatique des cellules, extraction de caractéristiques cellulaires radiométriques et morphologiques, et analyse de l'évolution de ces caractéristiques au cours du temps pour chaque cellule afin de détecter des événements tels que la division et la mort cellulaire ainsi que d'enregistrer des dynamiques de signalisation cellulaire.Un cas d'étude comprenant l'analyse des dynamiques en cellules uniques de l'activité caspase-8 et de différentes caractéristiques cellulaires impactées par le traitement anticancéreux est présenté. L'objectif est de réaliser automatiquement et à grande échelle les analyses nécessaires pour faire évoluer la méthode de prédiction des phénotypes cellulaires (Fateseq) disponible dans le laboratoire, et de l'appliquer à diverses lignées cellulaires cancéreuses d'un panel de lignées cellulaires cancéreuses humaines afin d'améliorer les approches de profilage OMICS sur cellules vivantes et, à plus long terme, d'intensifier le criblage pharmacologique de nouveaux médicaments anticancéreux
Cell division and cell death are the main indicators to evaluate cancer drug action, and only their accurate measures can reveal the actual potency and efficacy of a compound. The detection of cell division and cell death events in live-cell assays has the potential to produce robust metrics of drug pharmacodynamics and return a more comprehensive understanding of tumor cells responses to cancer therapeutic combinations. Knowing precisely when a cell death or a cell division occurs in a live-cell experiment allows to study the relative contribution of different drug effects -such as cytotoxic or cytostatic effects, on a cell population. Yet, classical methods require dyes to measure cell viability as an end-point assay with whole population counts, where the proliferation rates can only be estimated when both viable and dead cells are labeled simultaneously.Live-cell imaging is a promising cell-based assay to determine drug efficacies, with the main limitation being the accuracy and depth of the analyses to detect and predict automatically cellular response phenotypes (cell death and division, which share some morphological features).This thesis introduces a method integrating deep learning using neural networks, and image and signal processing to perform dynamic image analyses of single-cell events in time-lapse microscopy experiments of drug pharmacological profiling. This method works by automatically tracking the cells, extracting radiometric and morphologic cell features, and analyzing the temporal evolution of these features for each cell so as to detect cellular events such as division and cell death, as well as acquiring signaling pathway dynamics.A case of study comprising the analyses of caspase-8 single-cell dynamics and other cell responses to cancer drugs is presented. The aim is to achieve automatically, at a large scale the necessary analyses to augment the phenotype prediction method available in the lab (Fateseq) and to apply it to various cancer cell lines of a human cancer cell line panel to improve our live-cell OMICS profiling approaches, and, in a longer term, to scale up pharmacological screening of new cancer drugs

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Moussy, Alice. "Caractérisation des premières étapes de différenciation des cellules hématopoïétiques à l'échelle de la cellule unique." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEP029/document.

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Abstract:

Bien que largement étudiés, les mécanismes fondamentaux de prise de décision dans les processus de différenciation cellulaire restent mal compris. Les théories déterministes, souvent basées sur des études populationnelles, atteignent rapidement leur limite lorsqu’il s’agit d’expliquer les différences de choix individuels de cellules, pourtant exposées au même environnement. L’objectif de ma thèse est donc d’étudier les premières étapes de la différenciation des cellules hématopoïétiques à l’échelle de la cellule unique, par des analyses transcriptomiques, protéomiques et morphologiques. Ce travail a été effectué sur deux modèles de différenciation : les lymphocytes T régulateurs et les cellules CD34+ humaines issues de sang de cordon. Nous avons observé le comportement de ces cellules uniques après stimulation. Grâce à la combinaison de la microscopie en time lapse et des analyses moléculaires réalisées à l’échelle de la cellule individuelle, nous avons pu démontrer que le choix du devenir cellulaire n’était pas unique, programmé. La cellule passe d’abord par un état dit « multi-primed », métastable où elle exprime des gènes de plusieurs lignées différentes, puis elle passe par une phase dite « incertaine », instable où elle hésite entre deux phénotypes avant de se stabiliser dans un état fixe. Nos observations sont cohérentes avec une explication stochastique de la prise de décision. La différenciation serait donc un processus spontané, dynamique, fluctuant et non un processus prédéterminé. Les décisions du destin cellulaire sont prises séparément par les cellules individuelles
Despite intensively studies, the fundamental mechanisms of cell fate decision during cellular differentiation still remain unclear. The deterministic mechanisms, often based on studies of large cell populations, cannot explain the difference between individual cell fates choices placed in the same environment. The aim of my thesis work is to study the first steps of hematopoietic cell differentiation at the single cell level thanks to transcriptomic, proteomic and morphological analyses. Two differentiation models have been used: T regulatory lymphocytes and human cord blood-derived CD34+ cells. The behavior of individual cells following stimulation has been analyzed. Using time-lapse microscopy coupled to single cell molecular analyses, we could demonstrate that the cell fate choice is not a unique, programmed event. First, the cell reaches a metastable “multi-primed” state, which is characterized by a mixed lineage gene expression pattern. After transition through an “uncertain”, unstable state, characterized by fluctuations between two phenotypes, the cell reaches a stable state. Our observations are coherent with a stochastic model of cell fate decision. The differentiation is likely to be a spontaneous, dynamic, fluctuating and not a deterministic process. The cell fate decisions are taken by individual cells

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Labrunie, Antoine. "Matériaux « uniques » pour cellules solaires organiques mono-composant." Thesis, Angers, 2017. http://www.theses.fr/2017ANGE0044/document.

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Au cours des dernières années, le développement des cellules organiques à réseaux interpénétrés a permis d’améliorer les rendements de conversion photovoltaïque (PV). Ces dispositifs incorporent une couche active constituée d’un mélange d’un matériau donneur d’électron (D) et d’un matériau accepteur d’électron (A). La réalisation de ces cellules requiert une optimisation minutieuse de ce mélange et de la morphologie de cette couche photo-active qui en résulte. Cette dernière peut cependant évoluer spontanément vers une ségrégation de phase, généralement délétère pour les performances PV. Une solution possible, et relativement peu étudiée, consiste à lier chimiquement le donneur D et l’accepteur A par un espaceur non-conjugué. Les travaux décrits dans ce manuscrit portent sur la synthèse et la caractérisation d’assemblages moléculaires de type D-σ-A ainsi que leur utilisation comme matériau dit « unique » pour la fabrication de cellules solaires organiques mono composant. Une première famille de dyades et triades à base d’un bloc donneur de type quaterthiophène a été étudiée. Cette partie décrit la méthodologie générale d’assemblage des blocs D et A via une réaction de cycloaddition de type Huisgen. Au cours des chapitres suivant, plusieurs dyades basées sur un bloc donneur « push-pull » ont été synthétisées puis caractérisées. Les performances PV de ces composés ont été évaluées au sein de cellules solaires mono-composant et les meilleurs rendements de conversion, atteignant 1.4 %, rivalisent avec l’état de l’art
Over the last few years, the development of bulk heterojunction organic solar cells (BHJ OSCs) led to significant increase in photovoltaic (PV) efficiency. Such devices are based on interpenetrated networks of an electron-donor material (D) and an electron-acceptor material (A) constituting the active layer. Nevertheless a careful optimization of the morphology is required to reach high power conversion efficiency. Furthermore, this optimized morphology can evolve towards spontaneous phase segregation which can be detrimental for the PV performances. To circumvent these limitations, a relatively unexplored approach relies on the use of a material where the donor and the acceptor moieties are covalently linked to each other through a nonconjugated π-connector. In this context, the work reported herein describes the synthesis and characterization of various molecular D-σ-A assemblies, as well as their preliminary evaluation as “unique” material for the realisation of single component organic solar cells (SC-OSCs). A first family of dyads and triads, based on quaterthiophene moieties as donor block, was studied. A general methodology to assemble the two D and A blocks via a Huisgen-type click-chemistry is described. Then, in the next chapters, several dyads based on a “push-pull” donor block have been synthesized and characterized. The PV performances of these compounds have been evaluated in SC-OSCs leading to power conversion efficiency up to 1.4 %, a value close to the state of the art

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Geisler, Hubert. "Structuration d'hydrogels thermoactivables pour l'analyse de cellules uniques." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLS001.

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Abstract:

Dans cette thèse est présentée une nouvelle technologie microfluidique de capture de cellules uniques basée sur l’utilisation d’hydrogels thermoactivables. Nous utilisons notamment le PolyNIPAM, un polymère dont le volume est augmenté dans l'eau de 400% lorsque la température est inférieure à 32°C et est dégonflé lorsque la température est supérieure à 34°C. Nous exploitons ce gonflement réversible pour ouvrir et fermer des compartiments intégrés dans une chambre microfluidique.Le greffage et la structuration de ces motifs d’hydrogel repose sur la chimie click thiol-ène, initiée par voie thermique ou par irradiation UV. Nous avons développé des méthodes et procédés de microfabrication dans le but de diversifier les substrats d’accroche (du verre vers le PDMS, COC, PMMA, etc), d’élargir la gamme des épaisseurs des structures réalisables (de quelques microns vers la dizaine de microns d’épaisseur) et de renforcer nos connaissances concernant l'incidence de la fabrication sur le comportement de l’hydrogel. Un protocole de photolithographie robuste est finalement obtenu permettant le design de toute sorte de motif 2D sur différents choix de substrat. Une application possible détaillée par la suite est le développement de ces puces microfluidiques capables de capturer des cellules uniques dans des compartiments en hydrogel. (confidentiel)
We present in this work a new microfluidic technology aiming at isolating single cells by the use of thermoactuable polymers. One of the polymers we use is polyNIPAM, a polymer that can expand its volume by 400% in water when the temperature is set under 32°C and can shrink down when it is set over 34°C. We use this reversible swelling capability to open and close compartments embedded in a microfluidic chip.Grafting and structuring these hydrogel features relies on thiol-en click chemistry, initiated thermally or by UV irradiation. We have developed methods and microfabrication protocols in order to diversify the substrate materials (from glass to PDMS, COC, PMMA, etc), to expand the structures thickness range (from few microns to a tenth of microns) and to strengthen our knowledge regarding the fabrication impact on the hydrogel’s behavior. A robust protocol of photolithography has finally been worked on allowing the design of any type of 2D features on a large choice of substrates.One of the realistic applications detailed here is the development of microfluidic chips aiming at isolating single cells in hydrogel compartments. (confidential)

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Vianay, Benoit. "Adhérence de cellules uniques sur supports micro-structurés." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10329.

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Abstract:

L'adhérence cellulaire est un processus vital impliqué dans de nombreux phénomènes biologiques fondamentaux comme la diérenciation, la réparation tissulaire ou encore le développement cellulaire. Cette thèse porte sur une étude alliant expériences et modélisation de cellules uniques en adhérence sur des supports micro-structurés Les résultats montrent que la contrainte géomé- trique imposée par les supports à contraste adhésif limite l'adhérence. Au-delà de cette limitation, une organisation reproductible du cytosquelette d'actine est observée cela suggère l'existence de lois physiques simples régissant ce processus. Nous avons développé une méthode de classication des formes géométriques élémentaires observées expérimentalement nous permettant d'obtenir des statistiques robustes. En nous basant sur le modèle de Potts Cellulaire, nous avons pu reproduire les résultats expérimentaux. Ce modèle énergétique démontre que les formes élémentaires sont des états métastables utilisés par les cellules au cours de l'adhérence. Les paramètres du modèle sont reliés aux paramètres biologiques pertinents. Nous présentons des résultats qui relient la courbure des interfaces aux paramètres biologiques. Nous montrons que la mesure expérimentale de cette courbure est une représentation de la compétition entre la contractilité des bres de stress et l'élasticité du gel d'actine. Une correspondance entre les propriétés physiques issues du modèle et les processus biochimiques régulant et organisant l'adhérence cellulaire est ainsi possible
The cell adhesion is a critical process involved in many fundamental biological phenomena as dierentiation, tissue repair or cell development. This thesis focuses on a study combining experiments and modelization of single cells spreading on micro-fabricated substrates. Experimental results show that the geometrical constraint imposed by the adhesiveness contrast limits the adhesion. Beyond this limitation, a reproducible organization of the actin cytoskeleton of cells spreading on micro-structured materials suggests that simple physical laws govern the process. We have developed a classication method of basic geometrical shapes observed experimentally to obtain robust statistics. Based on the Cellular Potts model, we reproduced experimental results. This energetical model shows that the basic shapes are metastable states used by cells during spreading. The model parameters are linked to relevant biological parameters. We present results that connect the curvature of interfaces to biological parameters. We show that the experimental measurement of this curvature represents the competition between the contractility of stress bers and the elasticity of the actin gel. A correspondence between the physical properties in the model and the biochemical processes that regulate and organize the cellular adhesion is possible

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Vianay, Benoit. "Adhérence de cellules uniques sur supports micro-structurés." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00455350.

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Abstract:

L'adhérence cellulaire est un processus vital impliqué dans de nombreux phénomènes biologiques fondamentaux comme la diérenciation, la réparation tissulaire ou encore le développement cellulaire. Cette thèse porte sur une étude alliant expériences et modélisation de cellules uniques en adhérence sur des supports micro-structurés Les résultats montrent que la contrainte géomé- trique imposée par les supports à contraste adhésif limite l'adhérence. Au-delà de cette limitation, une organisation reproductible du cytosquelette d'actine est observée cela suggère l'existence de lois physiques simples régissant ce processus. Nous avons développé une méthode de classication des formes géométriques élémentaires observées expérimentalement nous permettant d'obtenir des statistiques robustes. En nous basant sur le modèle de Potts Cellulaire, nous avons pu reproduire les résultats expérimentaux. Ce modèle énergétique démontre que les formes élémentaires sont des états métastables utilisés par les cellules au cours de l'adhérence. Les paramètres du modèle sont reliés aux paramètres biologiques pertinents. Nous présentons des résultats qui relient la courbure des interfaces aux paramètres biologiques. Nous montrons que la mesure expérimentale de cette courbure est une représentation de la compétition entre la contractilité des bres de stress et l'élasticité du gel d'actine. Une correspondance entre les propriétés physiques issues du modèle et les processus biochimiques régulant et organisant l'adhérence cellulaire est ainsi possible.

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Caccianini, Laura. "Imagerie de l'architecture dynamique de la chromatine dans la cellule unique." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02896692.

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Abstract:

La structure de la chromatine joue un rôle crucial dans la régulation de plusieurs fonctions cellulaires chez les cellules de mammifères. Perturber l’organisation spatiale de la chromatine peut avoir des conséquences dramatiques sur la vie d’une cellule et peut amener`des pathologies graves chez les organismes. Deux facteurs nucléaires, CTCF et Cohesine, sont parmi les principaux acteurs dans la régulation et le maintien de l’architecture de l’ADN. Des avancements importants ont révélé ́la complexité ́des mécanismes qui régulent l’organisation de la chromatine, mais le domaine manque encore d’une description dynamique à l’échelle de la cellule et de la molécule unique. Cette étude est centrée sur la description de la dynamique de CTCF et Cohesin réalisé ́avec de méthodes de suivi de la molécule unique dans des cellules souche embryonnaires vivantes de souris. L’interaction entre ces deux facteurs a été étudiée à travers la caractérisation de la dynamique de Cohesin en absence de CTCF et dans le contexte d’autres altérations biologiques
Chromatin structure and cellular function are tightly linked in the nucleus of mammalian cells. Disruption of chromatin spatial organisation dramatically affects the life of a cell and eventually leads to severe pathologies in entire organisms. Two nuclear factors, CTCF and Cohesin, have been found to play a crucial role in the regulation and maintenance of DNA architecture. Huge advancements have been made in the understanding of the mechanisms behind chromatin arrangement but the field is still lacking a dynamic picture at the single cell and single molecule level. This study provide this study provides insight into the dynamics of CTCF and Cohesin through single particle tracking of CTCF and Cohesin dynamics achieved with single molecule tracking in living mouse embryonic stem cells. The interplay between these two factors was studied by looking at Cohesin’s behaviour in the absence of CTCF and in the context of other biological alterations

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Chaste, Julien. "Transistors à nanotube de carbone unique : propriétés dynamiques et électrons uniques." Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00420915.

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Abstract:

Cette thèse, effectuée au LPA par Julien Chaste, présente l’analyse dynamique d’un transistor à effet de champ en nanotube de carbone (NT-FET) dans la perspective de mesurer la résolution de charge δqrms du NT-FET. La quantification des électrons dans le nanotube joue un rôle sur la limitation de la conductance, de la transconductance gm, de la capacité de grille Cg et en particulier sur la limitation de la fréquence de coupure ωt=gm/Cg par l’inductance cinétique du canal. Les deux montages expérimentaux, l’un à 300K et l’autre à 4K, ainsi que la fabrication des NT-FET ont intégré des solutions efficaces au problème de désadaptation d’impédance et ont permis de mesurer la transmission entre 0,1 et 1,6GHz ainsi que gm,Cg et ωt. Des fréquences ωt =50GHz ont même été mesurées. De plus, la coloration du bruit (0,2-0,8GHz) du transistor à 4K a été déterminée. Le bruit mesuré en mode ouvert est d'origine poissonienne (F=1) et montre des effets de saturation dues aux phonons optiques. L’ensemble de ce travail a prouvé que le δqrms du NT-FET est suffisant pour détecter des charges uniques en une nanoseconde

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Chaste, Julien. "Transistors à nanotube de carbone unique : propriétés dynamiques et détection d'électrons uniques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00420915.

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Abstract:

Cette thèse, effectuée au LPA par Julien Chaste, présente l'analyse dynamique d'un transistor à effet de champ en nanotube de carbone (NT-FET) dans la perspective de mesurer sa résolution de charge δqrms.
La quantification des électrons dans le nanotube joue un rôle sur la limitation de la conductance, de la transconductance gm, de la capacité de grille Cg et en particulier sur la limitation de la fréquence de coupure ωt=gm/Cg par l'inductance cinétique du canal.
Les deux montages expérimentaux, l'un à 300K et l'autre à 4K, ainsi que la fabrication des NT-FET ont intégré des solutions efficaces au problème de désadaptation d'impédance et ont permis de mesurer la transmission entre 0,1 et 1,6GHz ainsi que gm,Cg et ωt. Des fréquences ωt =50GHz ont même été mesurées.
De plus, la coloration du bruit (0,2-0,8GHz) du transistor à 4K a été déterminée. Le bruit mesuré en mode ouvert est d'origine poissonienne (F=1) et montre des effets de saturation dues aux phonons optiques.
L'ensemble de ce travail a prouvé que la résolution de charge δqrms du NT-FET est suffisante pour détecter des charges uniques en une nanoseconde

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Bonnaffoux, Arnaud. "Inférence de réseaux de régulation de gènes à partir de données dynamiques multi-échelles." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN054/document.

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Abstract:

L'inférence des réseaux de régulation de gènes (RRG) à partir de données d'expression est un défi majeur en biologie. L’arrivée des technologies de mesure de transcriptomique à l’échelle de la cellule a suscité de nombreux espoirs, mais paradoxalement elles montrent une nouvelle complexité du problème d’inférence des RRG qui limite encore les approches existantes. Nous avons commencé par montrer, à partir de données d'expression en cellules uniques acquises sur un modèle aviaire de différenciation érythrocytaire, que les RRG sont des systèmes stochastiques à l'échelle de la cellule et qu'il y a une évolution dynamique de cette stochasticité au cours du processus de différenciation (Richard et al, PLOS Comp.Biol., 2016). C'est pourquoi nous avons développé par la suite un modèle de RRG mécaniste qui inclus cette stochasticité afin d'exploiter au maximum l'information des données expérimentales à l'échelle de la cellule (Herbach et al, BMC Sys.Biol., 2017). Ce modèle décrit les interactions entre gènes comme un couplage de processus de Markov déterministes par morceaux. En régime stationnaire une formule explicite de la distribution jointe est dérivée du modèle et peut servir à inférer des réseaux simples. Afin d'exploiter l'information dynamique et d'intégrer d'autres données expérimentales (protéomique, demi-vie des ARN), j’ai développé à partir du modèle précédent une approche itérative, intégrative et parallèle, baptisée WASABI qui est basé sur le concept de vague d'expression (Bonnaffoux et al, en révision, 2018). Cette approche originale a été validée sur des modèles in-silico de RRG, puis sur nos données in-vitro. Les RRG inférés affichent une structure de réseau originale au regard de la littérature, avec un rôle central du stimulus et une topologie très distribuée et limitée. Les résultats montrent que WASABI surmonte certaines limitations des approches existantes et sera certainement utile pour aider les biologistes dans l’analyse et l’intégration de leurs données
Inference of gene regulatory networks from gene expression data has been a long-standing and notoriously difficult task in systems biology. Recently, single-cell transcriptomic data have been massively used for gene regulatory network inference, with both successes and limitations.In the present work we propose an iterative algorithm called WASABI, dedicated to inferring a causal dynamical network from timestamped single-cell data, which tackles some of the limitations associated with current approaches. We first introduce the concept of waves, which posits that the information provided by an external stimulus will affect genes one-byone through a cascade, like waves spreading through a network. This concept allows us to infer the network one gene at a time, after genes have been ordered regarding their time of regulation. We then demonstrate the ability of WASABI to correctly infer small networks, which have been simulated in-silico using a mechanistic model consisting of coupled piecewise-deterministic Markov processes for the proper description of gene expression at the single-cell level. We finally apply WASABI on in-vitro generated data on an avian model of erythroid differentiation. The structure of the resulting gene regulatory network sheds a fascinating new light on the molecular mechanisms controlling this process. In particular, we find no evidence for hub genes and a much more distributed network structure than expected. Interestingly, we find that a majority of genes are under the direct control of the differentiation-inducing stimulus. Together, these results demonstrate WASABI versatility and ability to tackle some general gene regulatory networks inference issues. It is our hope that WASABI will prove useful in helping biologists to fully exploit the power of time-stamped single-cell data

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Pierrat, Sébastien. "Etude de l'adhésion cellulaire à différentes échelles de la molécule unique à la cellule." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066485.

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Foulon, Sophie. "Développement du séquençage ARN ciblé sur cellules uniques en microfluidique de gouttes et applications." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLET037.

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Abstract:

Les technologies d'analyse à l'échelle de la cellule unique ont vu le jour il y a quelques années et sont depuis en constante évolution. Ces technologies permettent de mieux comprendre le fonctionnement d'ensemble de cellules très hétérogènes. Elles permettent par exemple de découvrir et suivre des sous types cellulaires, avec des applications en cancérologie ou encore en neurobiologie. Nous avons développé une technologie pour étudier le profil d'expression de gènes d'intérêt au niveau d'une cellule unique, en utilisant la microfluidique en gouttes. En limitant le nombre de gènes étudiés comparé aux technologies commerciales de transcriptome entier, l’approche ciblée a plusieurs avantages potentiels : gagner en profondeur de séquençage, augmenter le nombre de cellules étudiées, optimiser la détection pour les bas niveaux d’expression, tout en réduisant la complexité des données et des coûts. Le ciblage est parfois indispensable, notamment lorsque les ARNs ne portent pas de séquence d’amorce générique, comme dans le cas des ARNs viraux. Deux applications sont présentées : l'analyse de l'inflammation des cellules immunitaires du cerveau aux premières étapes du développement, ainsi que l'étude de la recombinaison génétique chez le virus
Single cells technologies were introduced a few years ago and have been dramatically evolving ever since. These technologies have revolutionized biology, making it possible to better understand how heterogeneous cell systems works. For example, they permit to discover and follow cell subtypes, with applications in oncology or neurobiology. We have developed a technology to study the expression profile of genes of interest at the level of a single cell, using droplet-based microfluidics. By limiting the number of genes studied compared to commercial whole-transcriptome technologies, the targeted approach has several potential benefits: gaining deeper sequencing, increasing the number of cells studied, optimizing detection for low levels of expression, while reducing the complexity of data and costs. Targeting is sometimes essential, especially when the RNAs do not carry a generic primer sequence, as in the case of viral RNAs. Two applications are presented: the analysis of inflammation of the immune cells of the brain in the early stages of development, as well as the study of genetic recombination in the virus

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Lombard, Alain. "QuanTI-FRET, un outil d'imagerie pour l'analyse de la mécanotransduction dans les cellules vivantes uniques." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY055.

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Abstract:

De nombreux processus cellulaires élémentaires (migration, différentiation, mort) sont contrôlés par des ensembles d'acteurs reliés entre eux par des réactions en cascade. Certains de ces réseaux de signalisation convertissent des signaux mécaniques extérieurs à la cellule en signaux biochimiques internes, processus appelé mécanotransduction. Nous cherchons à étudier ces réseaux dans une approche de traitement du signal, pour déterminer expérimentalement un analogue de la fonction de transfert en espace et temps pour la mécanotransduction.Le contrôle de la variable d'entrée mécanique est assuré par différents types de substrats 2D que nous avons mis en place, comme la simple surface de verre, des motifs géométriques d'adhérence, et des substrats magnéto-actifs (composés de micro-piliers insérés dans un élastomère) pouvant stimuler localement et dynamiquement les cellules.La mesure de la variable de sortie biochimique est assurée par des biosenseurs FRET. La fluorescence qu'ils émettent est collectée à travers un microscope de fluorescence en champ large inversé. Nous avons mis en place le calcul de l'efficacité de FRET quantitative à partir de cette fluorescence sans l'utilisation de standards de FRET. Elle donne accès à l'activité en espace et en temps de certaines molécules des réseaux de signalisation.Quelques outils sont enfin présentés comme potentiels candidats pour réaliser la fonction de transfert, parmi lesquels des combinaisons de méthodes de corrélations, et la décomposition en valeurs singulières utilisée en acousto-optique. La combinaison de ces outils et méthodes reste complexe, notamment pour mettre en évidence un comportement biologique à partir d'une grandeur quantitative. Les premiers usages de ces outils ne présentent pas de résultat biologique majeur, mais sont prometteurs pour étudier la mécanotransduction
Many elementary cellular processes (migration, differentiation, death) are controled by a set of agents linked together by cascade reactions. Some of these signaling networks convert mechanical signals external to the cell into internal biochemical signals, a process called mechanotransduction. We seek to study these networks through a signal processing approach, in order to experimentally determine an analogous of the transfer function in time and space for mechanotransduction.Controlling the input variable is done by different type of 2D substrates which have been developped, from the simple glass surface, the adherent geometrical patterns, to the magneto-active substrates (composed of micro-pillars inserted into an elastomer) capable of stimulating locally and dynamically the cells.Measuring the biochemical output variable is done by FRET biosensors. The fluorescence emitted is collected through an inverted widefield fluorescence microscope. We set up the quantitative FRET efficiency calculus from this fluorescence without using FRET standards. It gives access to the activity in space and time of some molecules of network signalisation.Some tools are finally presented as potential candidates to perform the transfer function, among them are combination of correlation methods, and singular value decomposition used in acousto-optics. Combiantion of these tools and methods remains complex, particularly to highlight a biological behaviour from a quantitative quantity. The first use of these tools do not give any biological result, but are promising to study mechanotransduction

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Traboulsi, Abdel-Meneem. "Étude à moyen-débit de la localisation d'ARNm dans les cellules humaines." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTT117.

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La localisation d’ARNm a été découverte en 1983 dans les ovocytes et les embryons des ascidies. Depuis, plusieurs exemples d'ARN localisés ont été trouvés dans de nombreux organismes, y compris les plantes, les levures, les champignons, les insectes, les poissons et les mammifères. Les ARNm localisés contribuent à de nombreuses fonctions biologiques, telles que le développement embryonnaire, la division cellulaire asymétrique, la migration cellulaire, la signalisation, la plasticité neuronale et plein d’autres ...Jusqu'à présent, quelques études ont analysé la localisation d’ARNm de manière systématique. Trois d'entre eux ont été effectués chez la drosophile pendant l'embryogenèse, l'oogenèse ou le stade larvaire et ont analysé environ 16000 ARN au total. Les deux autres études ont été réalisées dans des cellules de mammifères et ont analysé près de 1000 ARNm chacune. Ces études ont montré l'importance de la localisation d’ARNm dans les cellules humaines et son implication dans différents processus biologiques. L'objectif de ma thèse était donc d'augmenter le débit des techniques FISH à l’échelle de molécule unique (smFISH) et d'étudier la localisation d’ARNm dans les cellules HeLa de manière systématique.Une limitation de smFISH est le coût de sondes fluorescentes, qui limite le nombre d'ARNm qui peut être analysé. Par conséquent, j'ai développé un protocole alternatif dans lequel des sondes pour de nombreux gènes ont été synthétisées comme un pool d'oligonucléotides (40 par gène en moyenne, plus de 12000 au total). Les sondes spécifiques d’un ARNm donné ont ensuite été amplifiées par PCR et converties en simple brin par transcription in vitro. J'ai généré un protocole complet, à partir de la conception de la sonde et jusqu'à l'acquisition de l'image. Je me suis intéressé à l’étude des ARNm du cycle cellulaire. En effet, les gènes du cycle cellulaire ont été largement étudiés au niveau de la protéine, mais on sait peu de choses sur la localisation de leurs ARNm. Pendant la mitose, les cellules subissent d'importantes modifications morphologiques et la traduction locale pourrait être un moyen d'atteindre la localisation des protéines. Le screening sur ces ARNm est en cours.Parallèlement à ces expériences, j'ai réalisé des expériences de smFISH sur 100 gènes choisis au hasard et 50 régulateurs de la transition G2/M du cycle cellulaire, en utilisant un protocole de smFISH classique. Dans cette configuration, on disposait d'une collection de lignées cellulaires HeLa, dans laquelle chaque cellule contient un chromosome artificiel bactérien avec le gène d'intérêt marqué au GFP. Par conséquent, en utilisant des sondes qui s'hybridaient à la séquence GFP, je pourrais utiliser le même ensemble de sondes marquées pour étudier la localisation de tous les ARNm. Un autre avantage est que la localisation des protéines pourrait être évaluée simultanément. Mes résultats indiquent que 4 ARNm ont montré une localisation spécifique lors du screening de 100 gènes choisis d’une manière aléatoire et 15 ARNm parmi les 54 régulateurs de la transition G2 / M. Ces ARNm appartiennent à cinq classes de localisation: "blobs", qui sont des agrégats d'ARNm cytoplasmiques; «clusters», qui sont des zones de concentration locale élevée d'ARNm, mais où une molécule unique d’ARNm peut encore être résolu; «nuclear membrane », où les ARNm se concentrent autour de l'enveloppe nucléaire; "spindle", qui sont des ARNm accumulés sur l'appareil de division mitotique, “spots" qui sont des agrégats d'ARNm cytoplasmiques où une molécule unique d’ARNm ne peut pas être résolu, et qui sont plus grands que les blobs. La colocalisation entre l'ARNm et la GFP, qui suggère une traduction locale, n'a été trouvée que pour 1 ARNm.Ces screenings aléatoires et ciblés effectués à petite échelle montrent une fréquence et une diversité inattendues dans les modèles de localisation d’ARNm. Cela ouvre la voie pour effectuer des screenings à plus grande échelle
MRNA localization was discovered in 1983 in ascidian oocytes and early embryos. Since then many examples of localized RNAs have been found in many organisms, including plants, yeast, fungi, insects, fish and mammals. Localized mRNAs contribute to many biological functions, such as embryonic patterning, asymmetric cell division, cell migration, signaling, neuronal plasticity and others…Until now, only few studies analyzed RNA localization in a systematic manner. Three of them were done in Drosophila, during embryogenesis, oogenesis or larval stage and analyzed around 16000 mRNAs in total. The two other studies were done in mammalian cells and analyzed nearly 1000 mRNAs each. These studies opened a door and raised questions regarding the importance of mRNA localization in human cells and its implication in different biological processes. The goal of my thesis was thus to increase the throughput of single molecule FISH techniques (smFISH) and to study mRNA localization in HeLa cells in a systematic manner.One limitation in smFISH is the cost of the fluorescent oligonucleotide probes, which limits the number of mRNAs that can be analyzed. Therefore, I developed an alternative protocol in which probes for many genes were synthesized as a pool of oligonucleotides (40 per gene in average, more than 12000 in total). Gene-specific probes were then amplified by PCR and converted into single strand by in vitro transcription. I generated a complete protocol, starting from probe design and up to image acquisition. I was interested in studying cell cycle genes. Indeed, cell cycle genes have been extensively studied at the protein level but little is known concerning the localization of their mRNAs. During mitosis, cells go through important morphological modifications and local translation could be a mean of achieving protein localization. This screen is ongoing.In parallel to these experiments, I performed a smFISH based screen on 100 randomly chosen genes and 50 regulators of the G2/M transition of the cell cycle, using a traditional smFISH protocol. In this set-up, I took advantage of a library of HeLa cell lines, in which each cell line contains a bacterial artificial chromosome with the gene of interest tagged with GFP. Therefore, using oligonucleotides hybridizing to the GFP sequence, I could use the same probe set to study the localization of all the tagged mRNAs. A further advantage is that protein localization could be assessed simultaneously. My results indicate that two mRNAs showed a specific localization when screening 100 random genes, and 16 mRNAs among the 50 regulators of the G2/M transition. These mRNAs belong to five localization classes: "blobs", which are cytoplasmic mRNA aggregates; "clusters", which are areas of high local mRNA concentration but where individual mRNA can still be resolved; "nuclear envelope", where mRNAs concentrate around the nuclear envelope; "spindle", which are mRNAs accumulating on the cell division apparatus during mitosis, “spots" which are cytoplasmic mRNA aggregates where individual mRNA can’t be resolved and are bigger than blobs. Interestingly, colocalization between mRNA and GFP, which suggests local translation, was only found for 1 mRNA.These random and targeted screens performed at small-scale show an unexpected frequency and diversity in mRNA localization patterns, therefore pointing to new functions related to this process. This will stimulate future studies aiming at performing screenings at a higher scale

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Ruiz, Garcia Sandra. "Appréhender l'hétérogénéité cellulaire et la dynamique de différenciation des épithéliums des voies aériennes au moyen de signatures transcriptionnelles sur cellule unique." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4204/document.

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Abstract:

Les voies aériennes humaines sont bordées d'un épithélium pseudostratifié composé principalement de cellules basales et de cellules pyramidales parmi lesquelles figurent les cellules sécrétrices de mucus et les cellules multiciliées. Toutes ces cellules contribuent à la clairance mucociliaire des voies respiratoires. Cet épithélium se régénère lentement dans des conditions homéostatiques, mais il est capable de se régénérer rapidement après agression grâce à des processus de prolifération, de migration, de polarisation et de différenciation. Chez les patients atteints de maladies respiratoires chroniques telles que la broncho-pneumopathie chronique obstructive, l'asthme ou la mucoviscidose, la réparation tissulaire est souvent défectueuse, caractérisée par une perte de cellules multiciliées et une hyperplasie des cellules sécrétrices, ayant pour conséquence une clairance mucociliaire affectée. La séquence des événements cellulaires conduisant à un tissu fonctionnel ou remodelé est encore mal décrite. Notre principal objectif a été d’identifier les types cellulaires successifs mis en jeu lors de la régénération tissulaire et les événements moléculaires responsables d'une régénération saine ou pathologique. Nous avons analysé la composition cellulaire de l’épithélium des voies respiratoires à plusieurs stades de différenciation en utilisant un modèle de culture 3D in vitro qui reproduit la composition cellulaire in vivo. En appliquant une méthode de transcriptomique sur cellule unique couplée à des méthodes bioinformatiques, nous avons établi les hiérarchies cellulaires permettant de reconstruire les différentes trajectoires cellulaires mises en jeu lors de la régénération de l’épithélium des voies respiratoires humaines. Après avoir confirmé les lignages cellulaires qui ont été précédemment décrits, nous avons découvert une nouvelle trajectoire reliant les cellules sécrétrices de mucus aux cellules multiciliées. Nous avons également caractérisé de nouvelles populations cellulaires et de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans le processus de régénération de l'épithélium des voies respiratoires humaines. Enfin, grâce à ces approches, nous avons mis en évidence des réponses spécifiques de chaque type cellulaire survenant dans des situations pathologiques d’hyperplasie sécrétoire. Ainsi, nos données, en apportant d'importantes contributions à la compréhension de la dynamique de différenciation de l’épithélium des voies respiratoires humaines, ouvrent de nouvelles voies vers l’identification de cibles thérapeutiques
Human airways are lined by a pseudostratified epithelium mainly composed of basal and columnar cells, among these cells we can find multiciliated, secretory cells and goblet cells. All these cells work together in the mucociliary clearance of the airways. This epithelium regenerates slowly under homeostatic conditions but is able to recover quickly after aggressions through proliferation, migration, polarization and differentiation processes. However, in patients with chronic pulmonary diseases such as chronic obstructive pulmonary disease, asthma or cystic fibrosis, epithelial repair is defective, tissue remodeling occurs, leading to loss of multiciliated cells and goblet cell hyperplasia, impairing correct mucociliary clearance. The sequence of cellular events leading to a functional or remodelled tissue are still poorly described. Hence, we aim at identifying the successive cell types appearing during tissue regeneration and the molecular events that are responsible for healthy or pathological regeneration. We have analysed airway epithelial cell composition at several stages of differentiation using an in vitro 3D culture model which reproduces in vivo epithelial cell composition. Applying single cell transcriptomics and computational methods, we have identified cell lineage hierarchies and thus constructed a comprehensive cell trajectory roadmap in human airways. We have confirmed the cell lineages that have been previously described and have discovered a novel trajectory linking goblet cells to multiciliated cells. We have also discovered novel cell populations and molecular interactors involved in the process of healthy human airway epithelium regeneration. Using these approaches, we have finally shed light on cell-type specific responses involved in pathological goblet cell hyperplasia. Our data, by bringing significant contributions to the understanding of differentiation’s dynamics in the context of healthy and pathological human airway epithelium, may lead to the identification of novel therapeutic targets

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Lévesque, Lucie. "Étude des effets de contraintes dynamiques sur l'organisation d'échafaudage collagène-cellules." Master's thesis, Université Laval, 2017. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27637.

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Abstract:

Au cours des trente dernières années, l’ingénierie du tissu vasculaire a connu un essor considérable dû à un besoin clinique important de greffons vasculaires adéquats pour le remplacement d’artères de faible diamètre. En effet, les greffes autologues ou synthétiques actuels de faible diamètre s’accompagnent souvent d’une défaillance à l’intérieur de 5 à 10 ans. Malgré les efforts injectés dans les dernières années, la translation vers la clinique d’artères régénérées ne connait pas les résultats escomptés. L’un des défis majeur dans l’ingénierie tissulaire est le contrôle des fonctions cellulaires qui dicte la maturation des constructions. De nombreuses études ont été menées sur la réponse des cellules musculaires lisses (abréviation en anglais : SMC désignant «smooth muscle cell») en 2D sous contrainte cyclique, mais peu ont examiné l'effet de la contrainte cyclique sur les SMC en 3D afin d'optimiser les stratégies de contrôle de bioréacteurs pour la maturation et régénération des tissus. Ainsi, ce projet de recherche vise à faire l’étude des effets de stimuli mécaniques cycliques sur des échafaudages cellularisés de collagène. Le collagène a été utilisé comme échafaudage dû à ses excellentes propriétés biologiques et aussi car il est présent dans la paroi des artères physiologiques. Un système permettant d’imposer des stimuli mécaniques cycliques en 2D aux constructions 3D de collagène cellularisées a donc été développé. Les contraintes cycliques ont révélé une orientation préférentielle des cellules dans le sens de la contrainte, ainsi qu’une orientation des fibrilles de collagène dans ce même sens par les cellules. De plus, le remodelage effectué par les cellules a permis d’augmenter les propriétés viscoélastiques de la construction et d’obtenir un comportement mécanique à la relaxation de contrainte semblable aux veines saphènes. Les cellules ont également démontré une désensibilisation face aux contraintes cycliques. Cette recherche a ainsi permis de répondre à certaines questions reliées aux comportements cellulaires dans un environnement 3D sous condition de stimulation mécanique. L’approfondissement des connaissances des comportements cellulaires en environnement 3D sous contrainte cyclique demeurent un défi clé dans l’obtention d’artères régénérées ayant des propriétés physiologiques similaires à celles d’artères natives.
In the last thirty years, vascular tissue engineering has emerged as an important field in tissue engineering due to a significant clinical need for adequate vascular graft for replacement of small diameter artery. Indeed, the current autologous or synthetic grafts of small diameter present a high failure rate within 5 to 10 years. Despite the efforts injected in the recent years, the clinical translation of engineered artery constructs is far from being successful. One of the challenges encountered in tissue engineering is the control of cellular functions that dictates the maturation of tissue engineering constructs. Furthermore, numerous studies have been conducted on the response of smooth muscle cells (SMC) in 2D under cyclic strain, but a few have examined the effect of cyclic strain on SMCs in 3D to optimize the control strategies of bioreactors for tissue maturation and generation. Thus, this research project aims to study the effects of cyclic mechanical stimuli on cellularised collagen scaffolds. Collagen has been used as a scaffold due to its excellent biological properties and since it is found in the wall of physiological arteries. A system for imposing cyclic mechanical stimuli in 2D to 3D cellularised collagen constructs was therefore developed. The cyclic stresses revealed a preferential orientation of the cells in the direction of the strain, as well as an orientation by the cells of the collagen fibrils in the same direction. Moreover, the remodeling performed by the cells led to an improvement of the viscoelastic properties of the construct and to a mechanical behavior similar to the saphenous vein under stress-relaxation. The cells also shown a desensitization to cyclic mechanical stimuli. Thus, this research allowed to answer some of the questions related to cellular behavior in a 3D environment under mechanical stimulation. Deepening our knowledge of cell behavior in 3D environment under cyclic mechanical stimuli remains a key challenge in obtaining regenerated artery with similar physiological properties than native arteries.

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Ruiz, Garcia Sandra. "Appréhender l'hétérogénéité cellulaire et la dynamique de différenciation des épithéliums des voies aériennes au moyen de signatures transcriptionnelles sur cellule unique." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4204.

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Les voies aériennes humaines sont bordées d'un épithélium pseudostratifié composé principalement de cellules basales et de cellules pyramidales parmi lesquelles figurent les cellules sécrétrices de mucus et les cellules multiciliées. Toutes ces cellules contribuent à la clairance mucociliaire des voies respiratoires. Cet épithélium se régénère lentement dans des conditions homéostatiques, mais il est capable de se régénérer rapidement après agression grâce à des processus de prolifération, de migration, de polarisation et de différenciation. Chez les patients atteints de maladies respiratoires chroniques telles que la broncho-pneumopathie chronique obstructive, l'asthme ou la mucoviscidose, la réparation tissulaire est souvent défectueuse, caractérisée par une perte de cellules multiciliées et une hyperplasie des cellules sécrétrices, ayant pour conséquence une clairance mucociliaire affectée. La séquence des événements cellulaires conduisant à un tissu fonctionnel ou remodelé est encore mal décrite. Notre principal objectif a été d’identifier les types cellulaires successifs mis en jeu lors de la régénération tissulaire et les événements moléculaires responsables d'une régénération saine ou pathologique. Nous avons analysé la composition cellulaire de l’épithélium des voies respiratoires à plusieurs stades de différenciation en utilisant un modèle de culture 3D in vitro qui reproduit la composition cellulaire in vivo. En appliquant une méthode de transcriptomique sur cellule unique couplée à des méthodes bioinformatiques, nous avons établi les hiérarchies cellulaires permettant de reconstruire les différentes trajectoires cellulaires mises en jeu lors de la régénération de l’épithélium des voies respiratoires humaines. Après avoir confirmé les lignages cellulaires qui ont été précédemment décrits, nous avons découvert une nouvelle trajectoire reliant les cellules sécrétrices de mucus aux cellules multiciliées. Nous avons également caractérisé de nouvelles populations cellulaires et de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans le processus de régénération de l'épithélium des voies respiratoires humaines. Enfin, grâce à ces approches, nous avons mis en évidence des réponses spécifiques de chaque type cellulaire survenant dans des situations pathologiques d’hyperplasie sécrétoire. Ainsi, nos données, en apportant d'importantes contributions à la compréhension de la dynamique de différenciation de l’épithélium des voies respiratoires humaines, ouvrent de nouvelles voies vers l’identification de cibles thérapeutiques
Human airways are lined by a pseudostratified epithelium mainly composed of basal and columnar cells, among these cells we can find multiciliated, secretory cells and goblet cells. All these cells work together in the mucociliary clearance of the airways. This epithelium regenerates slowly under homeostatic conditions but is able to recover quickly after aggressions through proliferation, migration, polarization and differentiation processes. However, in patients with chronic pulmonary diseases such as chronic obstructive pulmonary disease, asthma or cystic fibrosis, epithelial repair is defective, tissue remodeling occurs, leading to loss of multiciliated cells and goblet cell hyperplasia, impairing correct mucociliary clearance. The sequence of cellular events leading to a functional or remodelled tissue are still poorly described. Hence, we aim at identifying the successive cell types appearing during tissue regeneration and the molecular events that are responsible for healthy or pathological regeneration. We have analysed airway epithelial cell composition at several stages of differentiation using an in vitro 3D culture model which reproduces in vivo epithelial cell composition. Applying single cell transcriptomics and computational methods, we have identified cell lineage hierarchies and thus constructed a comprehensive cell trajectory roadmap in human airways. We have confirmed the cell lineages that have been previously described and have discovered a novel trajectory linking goblet cells to multiciliated cells. We have also discovered novel cell populations and molecular interactors involved in the process of healthy human airway epithelium regeneration. Using these approaches, we have finally shed light on cell-type specific responses involved in pathological goblet cell hyperplasia. Our data, by bringing significant contributions to the understanding of differentiation’s dynamics in the context of healthy and pathological human airway epithelium, may lead to the identification of novel therapeutic targets

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Daumas, Frédéric. "Diffusion latérale du récepteur ư aux opioi͏̈des analysée par suivi de particule unique à la surface de cellules vivantes : relation organisation dynamique-fonction." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30180.

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Les étapes membranaires de la transduction du signal médiée par les récepteurs couplés aux protéines G ne sont pas complètement compris. Grâce à une approche de suivi de particule unique nous avons étudié la diffusion latérale du récepteur æ au opioi͏̈des à la surface de fibroblastes transfectés de façon stable par un récepteur " taggé ". Nos travaux ont permis de distinguer deux types de comportements diffusionnels : 10 % des récepteurs présentent une diffusion dirigée ou lente et 90 % une diffusion " confinée avec marche " combinant une diffusion confinée aux temps courts et une marche aléatoire aux temps longs. Une analyse statistique montre que le confinement observé est dû à des interactions attractives inter-protéines à longue distance en l'absence de barrières extra ou intra-membranaires. Nous proposons un modèle théorique simple qui explique les comportements diffusionnels aux temps courts et aux temps longs ainsi que les variations des coefficients de diffusion avec la taille des domaines. .
G protein coupled receptors are involved with other partners in a signal transduction pathway whose mechanism is still not completely understood. We used single particle tracking to study the real time lateral movements of the æ opioid receptor on the surface of fibroblast cells stably transfected by a T7-tagged æ opioid receptor. Two populations could be distinguished : 10% of the receptors exhibit a directed diffusion mode and 90% have a "walking confined diffusion" mode combining a short term confined diffusion with a long term random walk. .

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Hostein, Richard. "Etudes des propriétés optiques et dynamiques des boîtes quantiques InAsP/InP [001] : application à la réalisation de sources de photons uniques et lasers à cristaux photoniques émettant à 1.5 μm." Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00439577v2.

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Abstract:

Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantique, du traitement de l'information et de l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner naissance à l'optique intégrée pour les communications quantiques. Un des enjeux aujourd'hui dans ce domaine est le développement de sources de photons uniques et de lasers compacts aux longueurs d'onde des télécommunications. Les émetteurs étudiés dans ce travail de thèse sont des boîtes quantiques InAsP/InP [001] obtenues par Epitaxie en Phase Vapeur aux OrganoMétalliques (EPVOM). Il a été démontré, par l’intermédiaire de mesures spectrales et des mesures de durée de vie, que ces émetteurs présentent les caractéristiques nécessaires en vue des applications visées. Plus particulièrement, la mise en évidence expérimentale d’un dégroupement de photons, à partir d’une boîte unique, valide la possibilité de réaliser une source de photons uniques. En parallèle, des études sur les lasers à cristaux photoniques de faible volume modal et fort facteur de qualité, utilisant les mêmes boîtes quantiques à température ambiante, ont montré des propriétés originales, particulièrement sur la physique au niveau du seuil laser. La différence de comportement au niveau du seuil, par rapport aux lasers conventionnels, s’explique dans nos structures par le fort taux de couplage de l’émission spontanée dans le mode laser

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Eisele, Almut. "La cinétique de différentiation des cellules souches hématopoïétiques uniques après transplantation : l´état d´équilibre et l´effet de la cytokine érythropoïétine." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03028817.

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Abstract:

La majorité des cellules de notre corps sont des cellules hématopoïétiques. Un petit nombre de cellules souches hématopoïétiques produit toutes ces cellules par divisions de maintenance and différentiation. Il a longtemps été considéré que ces cellules souches étaient une population homogène et que chaque cellule produit le même nombre et type de cellule hématopoïétique mature. Cette idée a été réfutée quand il est devenu possible de suivre la différentiation de cellules uniques. Ainsi les cellules hématopoïétiques souches individuelles produisent différents types et quantités relatives de cellules hématopoïétiques matures, amenant la reconstitution après transplantation des cellules souches peut être hétérogène. Quelques cellules qui expriment les marqueurs de cellules souche hématopoïétique survivent uniquement pour une courte durée après transplantation, d’autres pour des années.Dans cette thèse, nous avons utilisé la technique de traçage de lignée des codes-barres cellulaires pour comprendre comment les différents types de cellules souches hématopoïétiques se comportent dans les six premières semaines après transplantation et l’influence de la cytokine érythropoïétine sur ce processus. Les codes-barres cellulaires sont des fragments artificiels d’ADN qui sont introduit dans les cellules souches hématopoïétiques murines par transfection virale. Après transplantation de cellules souche hématopoïétique barcodées de cette manière, chaque division cellulaire va transmettre le code-barre aux cellules filles. Par l’analyse des codes-barres dans les cellules hématopoïétiques matures on peut ainsi comprendre quels types et quelles quantités relatives de cellules matures les cellules souches hématopoïétiques ont produites. Nous avons observé que certaines cellules souches contribuaient de manière stable dans les premières semaines après transplantation, ainsi qu’une succession clonale. Des différences au niveau de la production de différents types de cellules hématopoïétiques matures a aussi été observées. Les globules rouges sont produits par des clones de vie courte et les cellules myéloïdes par des clones stables sur 6 semaines. Le traitement des cellules souches hématopoïétiques avec l’érythropoïétine avant leur transplantation, ne change pas ces phénomènes généraux. Cependant en réponse à l’érythropoïétine, deux types de clones deviennent prépondérants : des clones produisant beaucoup plus de globules rouges et myéloïdes que lymphoïdes, et des clones produisant beaucoup de cellules lymphoïdes et myéloïdes et très peu de globules rouges, suggérant une compensation clonale entre les cellules souches hématopoïétiques. Cet effet était transitoire et disparaît 4 mois après transplantation. Cet effet est dose dépendant en fonction de la concentration d’érythropoïétine.Nous espérons que l’étude détaillée de la différentiation de cellules souches hématopoïétiques uniques wt ou traitées avec l’érythropoïétine après transplantation ait un impact pour notre compréhension pour l’hématopoïèse fondamentale, mais aussi pour des applications cliniques. L’érythropoïétine est utilisée couramment comme médicament. La description détaillée de son effet sur les cellules souches hématopoïétiques est importante pour garantir la sécurité de telles utilisations. De plus, elle peut aider à comprendre les principes généraux de l’actions de cytokines sur les cellules souches hématopoïétiques. La transplantation de cellules souches est utilisée comme traitement dans de nombreuses pathologies. Une phase importante pour le succès d’une transplantation sont les premières semaines quand les niveaux de cellules sanguines ne sont pas encore normalisés. Comprendre quelles cellules produisent quels types de cellules dans cette phase peut servir de base pour le développement de nouvelles stratégies pour raccourcir cette phase critique pour le patient
Hematopoietic cells are the most numerous cells in our body, and their overall short half-life requires their steady production. At the apex of the hematopoietic system resides a small number of hematopoietic stem cells (HSC) which give rise to all mature hematopoietic cell types through self-renewal and differentiation divisions. For long it was assumed that these HSC are a homogeneous population of multipotent cells. Technical advancements, which allowed to trace HSC at the single cell level, revealed however that single HSC behave differently with respect to the number of lineages and the relative amounts of different lineages they produce and are heterogeneous with respect to their long-term engraftment capacity. Notably different lineage restricted and biased cells, as well as cells with long-term and short-term engraftment potential have been identified in the HSC gate. One technique allowing the lineage tracing of single HSC is cellular barcoding, which relies on the introduction of an artificially created DNA fragment, the barcode, in the genome of HSCs through viral transfection. As these barcodes are transmitted to all daughter cells, the analysis of the barcode identity of progeny cells reveals which lineages and how much of each is produced by each individual HSCs.In this thesis we used a new cellular barcoding library to analyze how the different HSC subsets previously described interact and behave in the first six weeks after bulk transplantation, as well as the influence of erythropoietin (EPO) on this process. More in detail, we described the reconstitution kinetics of HSC in the myeloid (M; macrophage, monocytes, neutrophils, eosinophils), lymphoid (B-cells), dendritic cells, megakaryocyte and erythroid lineage (E; erythroblasts) at the single cell level. For the analysis of HSC differentiation towards the erythroid lineage we established the detection of cellular barcodes from RNA. We discovered that HSC clonal succession and clonal stability co-occur in the first weeks after transplantation, but are not evenly distributed over the different hematopoietic lineages. Notably the production of erythroid cells 2-weeks after transplantation was maintained by distinct short-lived HSC clones, while high myeloid cell production after transplantation was guaranteed by long-lived multi-outcome HSCs. In vitro EPO exposure of HSC before transplantation, did not change the overall lineage output of transplanted HSC, or HSC differentiation kinetics, lineage restrictions, and biases at the single cell level in the first six weeks after transplantation. However, after transplantation of EPO-exposed HSC long-lived unbiased multi-outcome HSCs lost preponderance with respect to cellular output. Rather, changing clones of two types of highly biased HSCs, myeloid-erythroid (ME)-biased and myeloid B-cell (MB)-biased HSC, produced now the majority (>60%) of erythroid, myeloid and B-cells. This effect was transient but stable over different EPO concentrations and after in vivo EPO treatment during transplantation. It suggests a functional compensation mechanism at work.We hope the detailed description of the engraftment kinetics of single control and EPO-exposed HSC after bulk transplantation will have relevance both for fundamental research and the clinics

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Beuneu, Hélène. "Dynamiques cellulaires des lymphocytes T CD8 et des cellules Natural Killer lors de leur activation par les cellules dendritiques dans le ganglion lymphatique." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA11T064.

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Abstract:

Par leurs fonctions cytotoxiques, les lymphocytes T CD8 (LT CD8) et les cellules « Natural Killer» (NK) participent à la défense contre de nombreuses infections et à l’élimination des tumeurs. Les fonctions effectrices des LT CD8 comme des cellules NK peuvent être acquises après interaction avec des cellules dendritiques (DC) matures au sein du ganglion lymphatique. Les LTCD4 améliorent la réponse secondaire des LT CD8 mais leur effet sur la réponse primaire reste controversée. Nous avons développé un modèle expérimental permettant de moduler cette «coopération CD4-CD8». Nos résultats montrent que la réponse des LT CD4 augmente la capacité des LT CD8 à répondre à l'interleukine-2 (IL-2) et à produire de l'interféron-y dès les phases précoces de la réponse primaire. Nous observons des regroupements cellulaires stables contenant LT CD8, LT CD4 et DC dès le premier jour de la réponse. Enfin et surtout, nous avons démontré que les LT CD8 interagissent préférentiellement avec les DC qui ont la capacité d'interagir également avec les LT CD4 et que ce recrutement préférentiel requiert l'expression de la molécule CD40 à la surface des DC. Nous proposons donc que les LT CD4 favorisent la rencontre entre les LT CD8 et augmentent ainsi le nombre de LT CD8 qui vont bénéficier d'un environnement stimulateur. Les DC jouent également un rôle central lors de l'activation des cellules NK suite à la détection de signaux microbiens. Cette activation est dépendante d'un contact cellulaire, de cytokines et de la transprésentation de l'IL-15 par les DC. L'utilisation des souris CDllc-YFP x NCRl +/GFP dans lesquelles les cellules NK et les DC expriment différentes protéines fluorescente nous a permis d'étudier les dynamiques de ces cellules. Nous avons montré qu'en l'absence de stimulation, les cellules NK endogènes ont une vitesse moyenne de 9µm/min et établissent de nombreux contacts transitoires avec les DC. Lors de leur activation par les DC (par le polyl:C ou le LPS), les cellules NK n'établissent pas d'interactions stables avec ces dernières. Cependant, comme à l'état basal, elles interagissent 50% du temps avec le réseau de DC. Nous proposons que lors d'une infection, les cellules NK conservent une forte mobilité et bénéficient ainsi des cytokines produites par les nombreuses DC du ganglion lymphatique qui vont maturer. Ainsi, les LT CD8 et les cellules NK ne présentent pas les mêmes dynamiques d'activation par les DC dans les ganglions lymphatiques. Nous avons montré que les signaux calciques qui font suite à l'interaction avec les DC sont de force inégales et nous proposons que les signaux d'arrêt ne soient pas équivalents pour les deux types cellulaires. Pour conclure, nous pouvons spéculer que les différences dans la stabilité des contacts correspondent à des stratégies spécifiques pour collecter efficacement les signaux d'activation et reflètent les différences d'orchestration cellulaire des réponses immune innée et adaptative
CD8 T lymphocytes and Natural Killer (NK) cells are both capable of elimination of infected or turner cells. As is true for T cells, a first interaction between NK cells and dendritic cells (DC) modifies their ability to eliminate target cells. This phenomenon as been reported as « priming » and occurs in the lymph node. It is crucial to understand how and when CD8 T cells and NK cells receive signals from DC and how this process can be regulated. CD4 T cells increase CD8 T cell secondary responses, but their effect on pnmary responses is still controversial. We have developed an experimental model to study the phenomenon of CD4 help. We show that CD4 help increases CD8 T cell capacity to express interleukin-2 receptor and to produce interferon-y during the early phases of the primary response. As early as day one we observe formation of stable clusters containing three cell types: CD8 T cells, CD4 T cells, and DC. Importantly, we show that CD4 help increases DC capacity to interact with CD8 T cells, a phenomenon that is dependent on CD40 engagement on DC surface. We propose that by promoting CD8 T cell-DC encounters, CD4 T cells increase CD8 T cell access to a stimulatory environment. DC are also implicated in NK cell activation following microbial recognition by Toll Like Receptors (TLR). This activation is dependent on NK cell-DC contact, cytokine production IL-15 transpresentation by DC. Using mice in which NK cells and DC express different fluorescent proteins (CDllcYFP x NCRl +/GFP) we have followed endogenous NK cell dynamis at steady state and during activation. We have observed that NK cells are motile, displaying a mean velocity of 9µm/min and establishing numerous transient interactions with DC. NK-DC stable synapses were not detected during activation. Rather, NK cells were found to continuously interact transiently with DC. However, NK cells spend 50% of their time contacting DC so they have ample opportunity to collect information. We propose that by maintaining a high velocity in the lymph node, NK cells efficiently scan a high number of DC and rapidly integrate the local concentration of cytokine produced and presented by the DC network. Finally, observing calcium flux following interaction with DC we suggest that differences in the calcium responses of NK cells and T cells in contact with stimulatory DC provide a plausible explanation for their distinct modes of interaction. To conclude, we can speculate that differences in contact stability correspond to specifie strategies to efficiently collect activating signais that reflect differentiai cellular orchestration between the adaptive and innate immune systems

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Mennesson, Eric. "Transport transendothélial de gènes : études dynamiques du passage sélectif de polyplexes à travers l'endothélium vasculaire pulmonaire." Orléans, 2005. http://www.theses.fr/2005ORLE2073.

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Abstract:

L'administration systémique de gènes représente une voie intéressante pour le traitement par thérapie génique de la mucoviscidose ou des cancers pulmonaires. Dans cette optique, les polyplexes (complexes ADN/polymère cationique) doivent traverser les vaisseaux sanguins pulmonaires pour atteindre les cellules cibles. L'objectif de ce travail était d'étudier le passage transendothélial de polyplexes formés avec la polylysine histidylée (pLK-His) et la polyéthylènimine (PEI). Pour cela, nous avons mis au point un modèle d'endothélium microvasculaire pulmonaire. Ces travaux montrent que la polarisation des cellules endothéliales (ECs) diminue l'internalisation et l'efficacité de transfection des polyplexes pLK-His mais pas celles des polyplexes PEI. De plus, les polyplexes pLK-His et PEI sont capables de traverser la monocouche de ECs et transfecter des cellules épithéliales. L'incubation des ECs avec des cytokines pro-inflammatoires permet d'augmenter ce passage. Enfin, l'adhésion des polyplexes sur les ECs est plus importante dans les conditions de flux des microvaisseaux que dans les conditions de flux des veines. Des polyplexes formés avec une PEI sur laquelle a été greffée des motifs de tétraglucose spécifiques des ECs adhèrent trois fois plus que les polyplexes PEI ce qui montre un ciblage des ECs pulmonaires en conditions de flux. L'ensemble des résultats montre qu'il est indispensable de mieux considérer les effets des conditions physiologiques des cellules (polarisation, effets du flux sanguin, conditions d'inflammation) sur la transfection pour concevoir de nouveaux vecteurs synthétiques efficaces in vivo.

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Chen, Wenli. "Spectroscopie diélectrique hyperfréquence de cellules uniques cancéreuses : de l'optimisation du capteur en sensibilité et répétabilité jusqu'au suivi en temps réel de stimuli chimiques." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30219/document.

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Abstract:

La mesure de cellules biologiques constitue une étape de routine dans de nombreuses investigations en biologie. Les techniques actuelles utilisées par les biologistes sont principalement basées sur l'utilisation marqueurs optiques de coloration ou fluorescents, qui fournissent des observations moléculaires et cellulaires très précises et efficaces. Dans ce contexte, la spectroscopie diélectrique micro-ondes pour analyse cellulaire constitue une méthode nouvelle et attrayante, en raison du manque de préparation et manipulation des cellules, sans besoin d'ajout de produits chimiques, qui pourraient interférer avec d'autres constituants cellulaires. Sa compatibilité avec l'analyse de cellules uniques, potentiellement en temps réel, constitue également deux atouts importants de la technique d'analyse. Les travaux de cette thèse ont donc porté sur l'optimisation d'un biocapteur hyperfréquence microfluidique, dédié à la spectroscopie diélectrique de cellules biologiques uniques, et au développement de sa métrologie pour accéder au comportement diélectrique de cellule soumise à des stimuli chimique. Après un état de l'art sur les techniques courantes d'analyse de cellule individuelle, nous nous sommes attachés à optimiser le biocapteur hyperfréquence pour en améliorer les performances en sensibilité et en répétabilité. Ces optimisations ont porté sur le procédé de micro-fabrication, l'architecture du composant, que ce soit au niveau mécanique vis à vis de l'efficacité de blocage d'une cellule unique, mais aussi d'un point de vue électromagnétique avec une étude paramétrique. Ces études ont été validées dans un premier temps expérimentalement par la mesure de billes de polystyrène, modèle diélectrique simplifié par rapport à la complexité d'une cellule biologique, puis sur cellules individuelles vivantes dans leur milieu de culture. Le banc de caractérisation a également été optimisé afin de permettre la mesure diélectrique de cellules au cours du temps, et notamment en réaction à un stimulus d'ordre chimique. La cinétique de réaction d'une cellule unique soumise à de la saponine a été enregistrée automatiquement pour différentes cellules. Ces travaux ouvrent ainsi la voie à l'analyse à l'échelle cellulaire par spectroscopie diélectrique micro-onde de processus biologiques complexes en temps réel
The measurement of biological cells is a routine step in many biological investigations. Current techniques used by biologists are mainly based on staining or fluorescent labelings, which provide very precise and effective molecular and cellular observations. Within this context, the microwave dielectric spectroscopy for cell analysis represents a new and attractive method, due to the lack of cells preparation and manipulation, without adding chemicals that could interfere with other cellular constituents. Its compatibility with the analysis of single-cells, potentially in real-time monitoring, constitute also two major assets of the analysis technique. This PhD thesis therefore focused on the optimization of a microfluidic and microwave based biosensor, which is dedicated to the dielectric spectroscopy of individual biological cells, and the development of its metrology to assess the dielectric behavior of cells subjected to chemical stimuli. After a state of the art on the current techniques available to analyze single cells, we focused on the optimization of the microwave biosensor to improve its performances in terms of sensitivity and repeatability. These optimizations dealt with the microfabrication process, the component architecture through the investigation of single cell loading efficacy as well as an electromagnetic parametric study. These developments were validated first experimentally with the measurement of polystyrene beads, which present a simplified dielectric model compared to the complexity of a biological cell, followed then by living individual cells in their culture medium. The test bench was also optimized to allow the dielectric measurement of cells over time, and especially in response to a chemical stimulus. The reaction kinetics of a single-cell subjected to saponin was recorded automatically for different cells. This work opens the door to single-cell analysis with microwave dielectric spectroscopy of complex biological processes in real-time

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Mascalchi, Patrice. "Analyse par suivi de particule unique à la surface de lymphocytes vivants de l'organisation dynamique des récepteurs CD4 et CCR5 impliqués dans l'infection par le VIH." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1560/.

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Abstract:

L'infection de lymphocytes T CD4+ par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) débute par l'interaction séquentielle de la protéine d'enveloppe du virus gp120 avec le récepteur primaire CD4 puis avec un corécepteur, CCR5 dans la majorité des cas de primo-infection. La nécessité de cette double interaction suggère que l'efficacité du mécanisme d'entrée du VIH pourrait dépendre de l'organisation membranaire dynamique de ces deux récepteurs. Pour étudier cette organisation à la surface de lymphocytes vivants, nous avons utilisé une technique non invasive de microscopie à haute résolution : le suivi de particule unique (SPT). Dans un premier temps, nous avons validé le choix des quantum dots (QD) pour nos expériences de SPT en réalisant une étude systématique de l'influence de la particule sur la mesure de coefficient de diffusion. Ensuite, notre travail a consisté à suivre et analyser le mouvement des récepteurs CD4 et CCR5 marqués avec des QD, à la surface de lymphocytes vivants. Nous avons montré qu'il existe, pour chaque récepteur, des sous-populations ayant des modes de diffusion distincts : aléatoire, confiné de manière permanente ou de manière transitoire. L'ajout de molécules déstabilisant l'interaction CD4-CCR5 (CD4 soluble, maraviroc) a ensuite révélé que celle-ci est partiellement à l'origine de leur confinement. L'ensemble de nos observations nous permet de poser les bases d'un modèle d'organisation membranaire dynamique de CD4 et CCR5 à la surface de lymphocytes vivants. Ces données constituent un point de départ vers la compréhension du lien présumé entre l'organisation dynamique des récepteurs et les premières étapes du processus d'infection par le VIH
Infection of CD4+ T lymphocytes by the human immunodeficiency virus (HIV) is initiated by the sequential interaction of the viral envelope protein gp120 with the primary receptor CD4 and then a coreceptor, CCR5 in most cases of primo-infection. The necessity of this double interaction suggests that the efficiency of the HIV entry process could depend on the dynamic membrane organization of these two receptors. To study this organization at the surface of living lymphocytes, we used single particle tracking (SPT), a high resolution and non-invasive microscopy approach. Firstly, we validated the choice of Quantum dots (QD) for SPT experiments based on the results of a systematic study that evaluated the influence of the particle on the measured diffusion coefficient. Secondly, we determined and analyzed the movement of CD4 and CCR5 receptors labeled with QD, at the surface of lymphocytes immobilized on glass coverslips. These experiments showed that both receptors exhibit three different diffusion modes: random, permanently or transiently confined diffusion. Addition of molecules that destabilize the CD4-CCR5 interaction (soluble CD4, maraviroc) revealed that it is partially responsible for their confinement. All these observations allow us to establish the basis for a model of the dynamic membrane organization of CD4 and CCR5 at the surface of living lymphocytes. These data represent a starting-point for the understanding of the presumed relationship between the dynamic organization of the receptors and the first steps of the HIV infection process

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Soule, Pierre. "Etude des mécanismes de translocation des peptides pénétrateurs de cellules (cpp) à l'aide de techniques biophysiques." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066563/document.

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Abstract:

La nécessité de délivrer des médicaments directement dans les cellules est grandissante avec le développement des thérapies géniques. Les peptides pénétrants (Cell Penetrating Peptides : CPP) représentent une possibilité pour administrer ces médicaments dans les cellules sans effet délétère sur la membrane. Ce sont des peptides d’une dizaine d’acides aminés, généralement cationiques. Ils sont capables de traverser la membrane cellulaire, et conservent cette propriété lorsqu’une cargaison leur est attachée. Cependant, leurs mécanismes d’entrée ne sont toujours pas tous connus. Nous avons caractérisé quelques aspects des mécanismes permettant aux CPP de traverser directement la membrane plasmique à l’aide de trois techniques biophysiques. i) Nous avons ainsi pu mettre en évidence le rôle des sulfates d’héparane comme partenaire d’adhésion forte du CPP pénétratine, à l’aide d’un outil de mesure de force : le Biomembrane Force Probe. ii) Nous avons montré la possibilité pour la pénétratine de franchir la bicouche lipidique (sans mécanisme cellulaire actif) si celle-ci est suffisamment riche en lipides chargés négativement. Ce passage a été étudié sur bicouches modèles, formées à l’interface entre gouttelettes obtenues par émulsion inverse dans de l’huile en présence de lipides. iii) Pour visualiser la translocation de CPP à l’échelle de la molécule unique nous avons développé un montage original de microscopie à onde évanescente sur bicouche suspendue
Gene therapy relies on an efficient and specific delivery of drugs into targeted cells. For this purpose, the use of carriers that will help the drugs to cross the membrane, without introducing deleterious effect due to the membrane disruption, are promising. A family of such carriers is known as Cell Penetrating Peptides (CPPs). These peptides are short, about ten amino acids, and often cationic. They are able to translocate through the membrane with different cargos and deliver them into the cytosol. However the mechanisms are still, to a great extent, unknown. We used three biophysical techniques to gain insights into the mechanisms leading to the translocation of a CPP. i) We found the heparan sulfates to be the strongest partner of the CPP penetratin at the cell surface. This adhesion has been pointed out using the Biomembrane Force Probe, a force measuring tool. ii) We evidenced the translocation of penetratin through the lipid bilayer (without any cell mechanism) as long as it contains enough negatively charged lipids. This has been carried out using model bilayers formed at the interface between droplets generated by an inverted emulsion: water in an oil and lipid mixture. iii) To view the translocation of CPPs at the single molecule level we developed a total internal reflection fluorescence microscope (TIRFM) on a suspended bilayer

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SION, BENOIT. "Etudes dynamiques de la liberation du gp87 (secretogranine ii) par les cellules hypophysaires de rat in vitro." Rennes 1, 1991. http://www.theses.fr/1991REN10129.

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Abstract:

Des cellules hypophysaires de rats cultivees en agregats, apres incorporation de #3#5 methionine, sont stimulees en perifusion par des pulses de gnrh. Les proteine secretees sont separees par electrophorese. Le gnrh provoque la liberation d'au moins 13 proteines cosecretees avec la lh. Les liberations du gp87 (secretogranine ii) et de la b2 sont fortement amplifiees (proteines de masse moleculaire 87 et 80 dka). Leurs secretions sont gnrh dose-dependantes. La secretion du gp87 depend de la liaison du gnrh a son recepteur. Un dosage immunologique du gp87 a ete realise. Pour des temps de stimulation de courte duree, les quantites secretees de gp87 sont proportionnelles a celles de la lh et leurs cinetiques de secretion paralleles. Les quantites de gp87 total secrete ne decroissent pas en fonction des pulses de gnrh contrairement a celles de gp87 radioactif. Une stimulation de longue duree provoque une secretion biphasique du gp87 et une augmentation du rapport gp87 secrete/lh secretee. La liberation du gp87 est egalement provoquee par le trh. Le crf et le gnrh provoque une faible liberation aspecifique du gp87. Apres 24 heures d'action l'stradiol augmente les quantites du gp87 secretees durant les pulses de gnrh sans modifier celles de la h, et la dht inhibe dans les memes proportions leurs secretions. Apres 72 heures de traitement, l'stradiol augmente et le dht diminue les quantites de gp87 intracellulaire

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Baker, Aurélie. "Etude, à la surface de cellules vivantes, des changements de compartimentation latérale et de co-localisation dynamique du CD4 et du co-récepteur CCR5 au VIH." Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/177/.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est d'apporter un éclairage nouveau sur les mécanismes d'entrée du VIH en s'appuyant sur la distribution membranaire des récepteurs viraux. En effet, les données obtenues par des approches expérimentales statiques et biochimiques sont souvent débattues. A cette fin, des approches biophysiques de FRAPrv et SPT ont été utilisées. Elles permettent d'une part, une caractérisation des domaines membranaires et d'autre part une étude dynamique de la diffusion latérale des récepteurs présents au sein de ces domaines. La combinaison de ces approches donne accès à des informations complémentaires sur le comportement diffusionnel collectif (FRAPrv) et individuel (SPT) des récepteurs. La construction de différentes lignées cellulaires exprimant les récepteurs CD4 et/ou CCR5 étiquetés a permis pour la première fois de réaliser une caractérisation complète de la compartimentation et des paramètres diffusionnels de ces récepteurs seuls ou co-exprimés. De plus, nos résultats permettent de décrire en terme de stœchiométrie, l'interaction déjà observée entre les récepteurs CD4 et CCR5 (Gaibelet et al. 2006; Xiao et al. 1999). Ces travaux ont également permis, par les différentes expériences en présence ou en absence de la gp120, de mieux comprendre les paramètres diffusionnels régissant les étapes précoces du processus d'infection. L'analyse comparative des données obtenues en FRAPrv et en SPT a aussi conduit à un modèle d'organisation dynamique des récepteurs CD4 et CCR5 co-exprimés
Data on dynamic and membrane organization of receptors are still incomplete, and a thorough analysis of the dynamic behaviour of the HIV co-receptors within the membrane is needed for a better understanding of the early steps of the infection process. To investigate the diffusion behavior of CD4 and CCR5 in the membrane of living HEK293T cells, we used two biophysical approaches: vrFRAP and SPT. These techniques allow on the one hand, a membrane domain characterization and on the other hand a dynamical study of the lateral diffusion of the receptors inside this domains. The use in parallel of vrFRAP and SPT, on living cell, gives access on the collective (vrFRAP) and individual (SPT) diffusion behaviour of the receptors. Four stable monoclonal cell lines, expressing CD4 and/or CCR5, were established. Experiments carry out on theses cell lines show further evidence for a specific interaction between CD4 and CCR5 receptors at the basal state and demonstrate that these interactions involved several CCR5 per CD4. Finally, for the first time, we highlight the dynamics of this prefusion complex within the membrane of living cells and our results allow us to propose a schematic model of the membrane organization of the co-expressed receptors CD4 and CCR5

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Laplatine, Loïc. "Résolution spatiale en microscopie par résonance de plasmon de surface à couplage par prisme." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY044/document.

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Abstract:

La microscopie par résonance de plasmon de surface (SPR) à couplage par prisme a vu le jour à la fin des années 60. Le principal avantage de cette technique d'imagerie optique réside dans sa très grande sensibilité à de faibles variations d'indice optique ou d'épaisseurs à la surface d'un métal. De ce fait, le suivi d'interactions biologiques peut se faire en temps réel sans avoir recours à l'utilisation de marqueurs fluorescents ou enzymatiques. Depuis plus de 30 ans, la microscopie SPR s'est imposée comme la technique de référence de biodétection sans marquage. Ses champs d'application vont de la détermination de constantes d'affinité à la détection de bactéries pathogènes, en passant par la biologie cellulaire. Jusqu'à présent, on pensait la résolution spatiale limitée par la longueur de propagation des plasmons de surface. Or, de nombreux exemples ne corroborent pas cette hypothèse. Dans cette thèse, nous montrons qu'à ce phénomène de propagation se rajoute des aberrations optiques induites par l'utilisation d'un prisme pour coupler la lumière et les plasmons de surface. Nous expliquons ainsi pourquoi les résolutions expérimentales étaient souvent bien moins bonnes que celles attendues. Par l'analyse de la formation des images et la quantification des aberrations, nous aboutissons à deux nouvelles configurations optiques optimisées pour la résolution. Nous analysons ensuite quel métal offre le meilleur compromis entre longueur de propagation et sensibilité. Expérimentalement, nous obtenons une résolution comprise entre 1,5 et 4 μm suivant la direction, sur des champs de vision de plusieurs mm2, et ce, avec une sensibilité standard en biodétection. Nous sommes ainsi en mesure d'observer simultanément plusieurs milliers de cellules individuelles, eucaryotes et procaryotes. Finalement, nous développons un prototype dédié au suivi en temps réel de sécrétions de protéines par des cellules immunitaires. Les limites de la microscopie SPR et les solutions qui permettraient de faire aboutir ce type d'étude sont examinées. Des études préliminaires sont aussi menées sur l'amélioration de la détection de bactéries
Prism-based surface plasmon resonance (SPR) microscopy is an optical imaging technique invented in the late 60s'. Its main advantage lies in its high sensitivity to optical index or thickness variations at a metal surface. Therefore, the monitoring of biological reactions can be performed in real-time without labeling agent such as fluorescence or enzymes. Over the last 30 years, SPR microscopy has become the major technique in label-free biodetection. The field of application range from the determination of affinity constant in biochemistry to the detection of pathogenic bacteria via cellular biology. Until now, the propagation length of the surface plasmons has been considered as the spatial resolution limit. However, many examples do not support this statement. In this PhD thesis, we demonstrate that the resolution is also limited by optical aberrations induced by the prism used to couple light and surface plasmons. Thus, we are able to explain why the experimental resolution was usually worse than the predicted one. The analysis of the image formation and the quantification of aberrations lead us to suggest two new optical configurations optimized for resolution. We also analyze which metal exhibits the better trade-off between propagation length and sensitivity. Experimentally, we obtain a resolution between 1.5 and 4 μm depending on the direction, on field-of-view up to several mm2, and with a standard sensitivity for biodetection (monolayer of DNA). We are then able to observe simultaneously several thousands of individual eukaryote and prokaryote cells. Finally, we develop a prototype dedicated to the real-time monitoring of protein secretion by immune cells. The limits of SPR microscopy and the solutions which could allow this kind of study are discussed. Preliminary results on the improvement of bacterial detection are also presented

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Deguine, Jacques. "Dynamiques cellulaires de l'activité cytotoxique des cellules Natural Killer et T CD8+ au cours de réponse immunitaires anti-tumorales." Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077237.

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Abstract:

Les cellules Natural Killer (NK) et les cellules T CD8+ sont toutes deux capables de lyser certaines cellules tumorales, notamment grâce à l'exocytose de granules cytotoxiques au contact avec leur cible. Toutefois, leurs mécanismes de reconnaissance sont différents, les cellules T CD8+ pouvant reconnaître certains antigènes tumoraux alors que les cellules NK possèdent des récepteurs comme NKG2D, capables de reconnaître des "ligands de stress". Afin de déterminer comment l'engagement de ce récepteur affecte les dynamiques des cellules NK, nous avons visualisé leur comportement au sein de tumeurs EL4 exprimant Rae-ß par microscopie biphotonique. Ce ligand NKG2D induit l'accumulation de cellules NK mobiles au sein des tumeurs, alors que seul un faible nombre de cellules NK immobiles infiltre les tumeurs EL4 en l'absence de Rae-lp. De manière intéressante, la majorité des cellules NK établit des contacts de courte durée avec les cellules EL4 Rae-l|3, alors que les cellules T CD8+ forment des contacts de longue durée avec des cellules exprimant un antigène modèle. In vitro, les contacts formés entre les cellules NK et leurs cibles sont cytotoxiques mais n'induisent pas de flux calciques importants ou d'adhésion forte, alors que les contacts formés par les cellules T CD8+ sont remarquablement stables mais nécessitent un influx calcique pour être maintenus. Les données présentées ici indiquent que bien que les cellules NK et T CD8+ utilisent les mêmes molécules cytotoxiques, leurs dynamiques sont remarquablement différentes. Les stratégies distinctes utilisées par les cellules NK et T CD8+ ouvrent notamment la voie à l'étude d'approches utilisant cette forme de complémentarité
Natural Killer (NK) and CD8+ T cells, respectively of the innate and adaptive immune System, can both participate in tumor cell lysis through the exocytosis of lytic granules during interactions with their targets. However, while CD8+ T cells are specific for given tumor antigens, NK cells more broadly recognize stress through receptors such as NKG2D, whose ligands are expressed upon cellular stress. To understand how NKG2D receptor engagement influences intratumoral NK cell dynamics, we performed intravital two-photon imaging on solid EL4 tumors expressing the ligand Rae-lp. Expression of this ligand induced a sharp increase in intratumoral NK cell density and motility, whereas only a few immotile NK cells could be observed within a control EL4 tumor. Strinkingly, most NK cells established transient contacts with EL4 Rae-ß tumor cells, while CD8+ T cells interactions with related tumor cells expressing a recognized antigen were stable and long-lasting. We also performed in vitro conjugation experiments to characterize the underlying mechanism of NK and CD8+ T cell behavior and found that while NK cells can eliminate their targets efficiently, their adhesion to targets and the calcium influx during this process were limited. On the other hand, T cell conjugation to a tumor cell expressing a specific antigen induced a robust calcium influx that was critical for the strong adhesion. Altogether, we demonstrate here that while NK and CD8+ T cells use the same molecular effectors during cytotoxicity, they do so with remarkably distinct dynamics. These different behaviors might open the way to immunotherapeutic strategies exploiting the potential synergy of these two cell types

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Tounsi, Rami. "Comportement des structures en nids d'abeilles sous sollicitations dynamiques mixtes compression/cisaillement et effet de l'orientation des cellules." Phd thesis, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01002421.

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Abstract:

Les nids d'abeille d'aluminium combinent légèreté et grande capacité d'absorption d'énergie. Ils sont alors de plus en plus utilisés dans les secteurs du transport (automobile, aéronautique ...) pour contribuer conjointement à l'allègement structural et à la sécurité. Dans cette thèse, le comportement à l'écrasement des nids d'abeille est étudié en tenant compte de l'effet combiné de l'angle d'orientation dans le plan des cellules, de l'angle de chargement et de la vitesse de sollicitation, que la littérature ne relate pas. Un dispositif de chargement mixte compression/cisaillement est conçu pour mener l'étude expérimentale. L'analyse des résultats porte sur le pic initial d'effort, le plateau d'effort, ainsi que sur les modes de déformation. Les résultats montrent une augmentation de la résistance sous sollicitation dynamique dépendante de l'angle de chargement Ψ. Elle devient moins significative quand l'angle de chargement augmente jusqu'à atteindre un angle critique. Pour Ψ > Ψcritique, les réponses quasi-statiques sont même plus élevées que les réponses dynamiques. Une étude numérique est alors entreprise. Elle permet de comprendre ce phénomène qui est imputé aux mécanismes de déformation locaux des cellules. Les résultats numériques montrent également que l'effet de l'angle d'orientation □ dans le plan est plus prononcé sur la force tangentielle que sur la force normale, que cela influence également les modes d'effondrement et donc la réponse mécanique. Ces simulations numériques, couplées aux résultats expérimentaux, permettent alors de dissocier les composantes normale et tangentielle de la réponse des nids d'abeille et d'identifier les paramètres d'un critère macroscopique de résistance exprimé en fonction de la vitesse d'impact, de l'angle de chargement et de l'angle d'orientation dans le plan. Finalement, dans le but de réduire le coût des simulations numériques, un modèle élément fini (EF) réduit basé sur un critère de périodicité tenant compte de l'angle d'orientation dans le plan est proposé et son domaine de validité est évalué.

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Orduz, Pérez David Andrés. "Propriétés électrophysiologiques des synapses Purkinje-Purkinje du cervelet de souris et caractérisation des dynamiques calciques des boutons présynaptiques de leurs collatérales récurrentes." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066247.

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Abstract:

Il a été démontré par Cajal que les cellules de Purkinje (CP) contactent des CP voisines via leurs collatérales récurrentes. Cependant les propriétés de ces synapses restent mal connues. Nous avons étudié les synapses CP-CP sur des tranches de cervelet de souris âgées de 15 à 20 jours par la méthode du «patch-clamp». Quatre approches ont été utilisées: (1) la stimulation extracellulaire des axones des CP et l’analyse des courants synaptiques évoqués, (2) la visualisation des collatérales axonales en imagerie par fluorescence, (3) l’enregistrement de paires synaptiques PC-PC et (4) l'imagerie calcique des boutons présynaptiques. L’analyse morphologique révèle principalement des contacts axo-somatiques, avec 2 boutons en moyenne sur la CP ciblée par une collatérale. Les paires CP-CP sont peu fréquentes (10% des paires enregistrées). Les courants postsynaptiques inhibiteurs (CPSI) ont une amplitude de 54±45 pA (n=9) et une cinétique de décroissance mono-exponentielle (=13. 3±5. 8ms). Les CPSI ont un fort taux d’échec (32±5%) et un faible rapport entre la variance et la moyenne (30±9 pA). A les intervalles courts ils facilitent: le rapport entre 2 CPSI à 3 ms d’intervalle est de 1. 8±0. 4. Par ailleurs, l'amplitude des CPSI ne décroit pas pendant des trains allant jusqu’à 100 Hz. Les transitoires calciques présynaptiques induits par trains de potentiels d’action ont une décroissance biexponentielle et une amplitude maximale qui augmente en fonction de la fréquence. L’ensemble de ces résultats suggère que cette synapse permet une transmission fidèle de l'information à haute fréquence

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Hostein, Richard. "Étude des propriétés optiques et dynamiques des boîtes quantiques InAsP/InP(001); Application à la réalisation de sources de photons uniques et lasers à cristaux photoniques émettant à 1.5 µm." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00439577.

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Abstract:

Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantique, du traitement de l'information et de l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner naissance à l'optique intégrée pour les communications quantiques. Un des enjeux aujourd'hui dans ce domaine est le développement de sources de photons uniques et de lasers compacts aux longueurs d'onde des télécommunications. Les émetteurs étudiés dans ce travail de thèse sont des boîtes quantiques InAsP/InP [001] obtenues par Epitaxie en Phase Vapeur aux OrganoMétalliques (EPVOM). Il a été démontré, par l'intermédiaire de mesures spectrales et des mesures de durée de vie, que ces émetteurs présentent les caractéristiques nécessaires en vue des applications visées. Plus particulièrement, la mise en évidence expérimentale d'un dégroupement de photons, à partir d'une boîte unique, valide la possibilité de réaliser une source de photons uniques. En parallèle, des études sur les lasers à cristaux photoniques de faible volume modal et fort facteur de qualité, utilisant les mêmes boîtes quantiques à température ambiante, ont montré des propriétés originales, particulièrement sur la physique au niveau du seuil laser. La différence de comportement au niveau du seuil, par rapport aux lasers conventionnels, s'explique dans nos structures par le fort taux de couplage de l'émission spontanée dans le mode laser.

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El, Beheiry Mohamed Hossam. "Towards whole-cell mapping of single-molecule dynamics." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066618/document.

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Abstract:

La compréhension fondamentale de fonctions biologiques est accordée par l’imagerie de molécules uniques dans les cellules vivantes. Cet environnement nanoscopique est compliqué et largement mal compris. La microscopie de localisation permet cet environnement d’être sondé avec le suivi de molécules uniques. Depuis longtemps, l’obstacle principal qui empêcher la compréhension de processus physiques à cette échelle était la pénurie d’information accessible; de fortes hypothèses ne peuvent pas être établies à partir de quelques dizaines de trajectoires de molécules uniques. L’introduction des techniques de suivi de molécules à haute densité a recadré les possibilités. Dans cette thèse, les outils d’inférence Bayesienne ont été développé pour élucider le comportement de molécules uniques à partir la cartographie de leurs paramètres physiques de mouvement. Ces cartes décrivent, entre autre, les hétérogénéités aux échelles locales mais aussi à l’échelle de la cellule entière. Notamment elles dévoilent les détails quantitatifs sur les processus cellulaires de base. En utilisant cette approche cartographique, les interactions entre récepteurs et protéines d’échafaudage chez les neurones et les cellules non-neuronales sont étudiés. Une étude sur les interactions imprimées dans la cellule est également effectuée grace à un système prometteur d’impression de protéine. Les différents types d’interactions entre constructions chimériques du récepteur de glycine et de protéines d’échafaudage de géphyrine sont décrits et distingué in situ. Enfin, les perspectives vis-à-vis l’obtention de cartes tridimensionnelles de dynamiques de molécules uniques sont également commentées
Imaging of single molecules inside living cells confers insight to biological function at its most granular level. Single molecules experience a nanoscopic environment that is complicated, and in general, poorly understood. The modality of choice for probing this environment is live-cell localisation microscopy, where trajectories of single molecules can be captured. For many years, the great stumbling block in comprehension of physical processes at this scale was the lack of information accessible; statistical significance and robust assertions are hardly possible from a few dozen trajectories. It is the onset of high-density single-particle tracking that has dramatically reframed the possibilities of such studies. Importantly, the consequential amounts of data it provides invites the use of powerful statistical tools that assign probabilistic descriptions to experimental observations. In this thesis, Bayesian inference tools have been developed to elucidate the behaviour of single molecules via the mapping of motion parameters. As a readout, maps describe heterogeneities at local and whole-cell scales. Importantly, they grant quantitative details into basic cellular processes. This thesis uses the mapping approach to study receptor-scaffold interactions inside neurons and non-neuronal cells. A promising system in which interactions are patterned is also examined. It is shown that interactions of different types of chimeric glycine receptors to the gephyrin scaffold protein may be described and distinguished in situ. Finally, the prospects of whole-cell mapping in three-dimensions are evaluated based on a discussion of state-of-the-art volumetric microscopy techniques

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Phung-Koskas, Thu. "Microtubules stables et microtubules dynamiques dans les cellules hépatiques : aspects structuraux et implications dans la voie de signalisation de l'hormone de croissance." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA114825.

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Pichené, Matthieu. "Analyse multi-niveaux en biologie systémique computationnelle : le cas des cellules HeLa sous traitement apoptotique." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S026/document.

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Abstract:

Cette thèse examine une nouvelle façon d'étudier l'impact d'une voie de signalisation donnée sur l'évolution d'un tissu grâce à l'analyse multi-niveaux. Cette analyse est divisée en deux parties principales: La première partie considère les modèles décrivant la voie au niveau cellulaire. A l'aide de ces modèles, on peut calculer de manière résoluble la dynamique d'un groupe de cellules, en le représentant par une distribution multivariée sur des concentrations de molécules clés. La deuxième partie propose un modèle 3d de croissance tissulaire qui considère la population de cellules comme un ensemble de sous-populations, partitionnée de façon à ce que chaque sous-population partage les mêmes conditions externes. Pour chaque sous-population, le modèle résoluble présenté dans la première partie peut être utilisé. Cette thèse se concentre principalement sur la première partie, tandis qu'un chapitre couvre un projet de modèle pour la deuxième partie
This thesis examines a new way to study the impact of a given pathway on the dynamics of a tissue through Multi-Level Analysis. The analysis is split in two main parts: The first part considers models describing the pathway at the cellular level. Using these models, one can compute in a tractable manner the dynamics of a group of cells, representing it by a multivariate distribution over concentrations of key molecules. % of the distribution of the states of this pathway through groups of cells. The second part proposes a 3d model of tissular growth that considers the population of cell as a set of subpopulations, partitionned such as each subpopulation shares the same external conditions. For each subpopulation, the tractable model presented in the first part can be used. This thesis focuses mainly on the first part, whereas a chapter covers a draft of a model for the second part

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Jaffredo, Manon. "Communications intercellulaires dynamiques au sein des îlots pancréatiques analysées par multi-electrode arrays : rôles physiologiques et applications biotechnologiques en diabétologie." Thesis, Bordeaux, 2021. http://www.theses.fr/2021BORD0120.

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Abstract:

Les îlots pancréatiques sont le principal capteur de glycémie et intègrent toutes les informations métaboliques et hormonales pour adapter en temps réel la sécrétion des hormones, telles que l'insuline par les cellules β majoritaires et le glucagon par les cellules α. Dans le diabète de type 1 (DT1) les cellules β sont détruites par réaction auto-immune et dans le DT2 la masse de cellules β, la fonction et le réseau intra-îlot sont altérés. La réactivité de ces micro-organes est due à leurs propriétés électriques, encodant rapidement l’information, et aux communications entre cellules β/β et β/non-β. Cependant des outils non-invasifs à haute résolution et long terme pour les analyser manquent. L’électrophysiologie extracellulaire par multi-electrode arrays (MEAs) le permet en mesurant des signaux cellulaires mais aussi multicellulaires (SPs) dus aux couplages entre cellules β. J’ai donc utilisé les MEAs (i) pour explorer la physiologie/physiopathologie des îlots et (ii) pour des applications en diabétologie. J’ai montré que la cinétique biphasique de la sécrétion d’insuline était encodée par les SPs avec des changements dynamiques de couplages entre cellules β. Une hormone intestinale importante (GLP-1) augmente la 2de phase alors que des conditions diabétiques (glucotoxicité) réduisent la 1re. La réponse aux nutriments requiert de plus la coopération avec les cellules α, car leur suppression (modèle inductible GluDTR) réduit l’activité basale et la 2de phase des cellules β en présence d’un mélange physiologique d’acides aminés. J’ai également caractérisé électrophysiologiquement les cellules β humaines dérivées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC), déterminé leurs couplages, établi leur contrôle qualité et démontré l’impact fonctionnel d’une mutation d’intérêt (ZnT8) éditée par CRISPR/Cas9. Un contrôle qualité fonctionnel des îlots humains avant greffe chez des patients DT1 a également été réalisé et comparé aux résultats cliniques. Enfin, mes enregistrements de SPs analysées par microélectronique en temps réel ont permis de valider un modèle in silico de biocapteur dans un simulateur de référence de patients DT1. En conclusion, mes travaux montrent (i) l’importance des communications intra-îlots dans leur adaptation physiologique dynamique, (ii) et que l’exploitation des SPs ouvre des applications allant du pancréas artificiel à la thérapie cellulaire personnalisée
Pancreatic islets are the main sensor of glycaemia and they integrate all the metabolic and hormonal inputs to adapt in real time the secretion of hormones such as insulin by β cells and glucagon by α cells. In type 1 diabetes (T1D) β cells are destroyed by immune attack, and in T2D, β cell mass, function and the intra-islet network are altered. The islet micro-organs are highly reactive due to their electrical properties encoding rapid information and due to intercellular communications between β cells and β/non-β cells. Nevertheless, non-invasive, high resolution and long-term approaches for analysis are still lacking. Extracellular electrophysiology with multi-electrode arrays (MEAs) allows this analysis of islets by measuring both cellular as well as multicellular signals (SPs) due to β cell coupling. During my PhD, I used MEAs (i) to explore islet physiology/pathophysiology and (ii) for biotechnological applications in diabetology. I have shown that biphasic kinetics of insulin secretion are encoded by SPs through dynamic changes in β cell coupling. An important intestinal hormone (GLP-1) increases the 2nd phase of β-cell activity while diabetic conditions (glucotoxicity) reduce the 1st phase. Islet responses to nutrients also require α/β cell cooperation since α cell ablation in the inducible GluDTR mice model reduced both the basal and 2nd phase of β cell activity generated by glucose and a physiological mix of amino acids. I have also performed the electrophysiological characterization of human β cells derived from induced pluripotent stem cells (iPSC), determined their coupling, established their quality control and shown the functional impact of a mutation of interest (ZnT8) edited by CRISPR/Cas9. A functional quality control of human islets prior to transplantation in T1D patients was also performed for correlations with clinical data. Finally, my SP recordings analyzed in real time by microelectronics has contributed to validate an in silico model of biosensor in a FDA-approved simulator of T1D patients. In conclusion, my work demonstrates (i) the role of intra-islet communications in the dynamic physiological adaptation of these micro-organs, (ii) and that detailed characterization of SPs opens new applications from artificial pancreas to personalized cell therapy

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Pagliaro, Sarah Beatriz De Oliveira. "Transcriptional control induced by bcr-abl and its role in leukemic stem cell heterogeneity. Single-Cell Transcriptome in Chronic Myeloid Leukemia: Pseudotime Analysis Reveals Evidence of Embryonic and Transitional Stem Cell States Single Cell Transcriptome in Chronic Myeloid Leukemia (CML): Pseudotime Analysis Reveals a Rare Population with Embryonic Stem Cell Features and Druggable Intricated Transitional Stem Cell States A novel neuronal organoid model mimicking glioblastoma (GBM) features from induced pluripotent stem cells (iPSC) Experimental and integrative analyses identify an ETS1 network downstream of BCR-ABL in chronic myeloid leukemia (CML)." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASQ032.

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Abstract:

La leucémie myéloïde chronique est une hématopoïèse maligne clonale, caractérisée par l'acquisition de la translocation t (9;22) conduisant au chromosome Ph1 et à son homologue l'oncogène BCR-ABL, dans une cellule souche hématopoïétique très primitive. La LMC est un modèle de thérapies ciblées, car il a été démontré que la preuve de la faisabilité du ciblage de l'activité tyrosine kinase (TK) BCR-ABL à l'aide d'inhibiteurs de TK (TKI) entraîne des réponses et des rémissions majeures. Cependant, les problèmes actuels rencontrés dans ces thérapies sont la résistance des cellules souches leucémiques primitives et leur persistance qui serait liée à l'hétérogénéité des cellules souches au moment du diagnostic, ce qui conduit à la sélection clonale de cellules résistant aux thérapies TKI. J'ai appliqué la technologie de l'analyse du transcriptome des cellule uniques aux cellules de la LMC en utilisant un panel de gènes impliqués dans différentes voies, combinée à l'analyse d'inférence de trajectoire au modèle d'expression des gènes. Les résultats ont montré un état transitoire des cellules souches comprenant des gènes embryonnaires identifiés dans les cellules de la LMC au moment du diagnostic, ce qui pourrait contribuer à la résistance et à la persistance de la LSC. En outre, l'oncoprotéine Bcr-Abl est la tyrosine kinase constitutivement active produite par le gène chimérique BCR-ABL dans la leucémie myéloïde chronique (LMC). Les cibles transcriptionnelles de Bcr-Abl dans les cellules leucémiques n'ont pas été étudiées de manière approfondie. Une expérience de transcriptome utilisant la lignée cellulaire UT7 hématopoïétique exprimant BCR-ABL, a identifié la surexpression du facteur d'élongation eucaryote kinase 2 (eEF2K) qui joue un rôle majeur dans la survie des cellules en cas de privation de nutriments. Dans l'ensemble, les données suggèrent que la surexpression de eEF2K dans la LMC est associée à une sensibilité accrue à la privation de nutriments
Chronic myeloid leukemia is a clonal hematopoietic malignancy, characterized by the acquisition of the t (9;22) translocation leading to Ph1 chromosome and its counterpart BCR-ABL oncogene, in a very primitive hematopoietic stem cell. CML is a model of targeted therapies as the proof of concept of the feasibility of targeting the tyrosine kinase (TK) activity BCR-ABL using TK inhibitors (TKI) has been shown to lead to major responses and remissions. However, the current problems encountered in these therapies are primitive leukemic stem cells resistance and their persistence which is thought to be related to the heterogeneity of the stem cells at diagnosis leading to clonal selection of cells resisting to TKI therapies. I have applied the technology of single cell transcriptome analysis to CML cells using a panel of genes involved in different pathways combined with trajectory inference analysis to the gene expression pattern. The results showed a transitional stem cell states including embryonic genes identified in CML cells at diagnosis which could contribute to LSC resistance and persistence. Furthermore, the oncoprotein Bcr-Abl is the constitutively active tyrosine kinase produced by the chimeric BCR-ABL gene in chronic myeloid leukemia (CML). The transcriptional targets of Bcr-Abl in leukemic cells have not been extensively studied. A transcriptome experiment using the hematopoietic UT7 cell line expressing BCR-ABL, has identified the overexpression of eukaryotic elongation factor kinase 2 (eEF2K) which plays a major role in the survival of cells upon nutrient deprivation. Overall, the data suggest that overexpression of eEF2K in CML is associated with an increased sensitivity to nutrient-deprivation

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Menneson, Eric. "TRANSPORT TRANSENDOTHÉLIAL DE GÈNES : ÉTUDES DYNAMIQUES DU PASSAGE SÉLECTIF DE POLYPLEXES AU TRAVERS DE L'ENDOTHÉLIUM VASCULAIRE PULMONAIRE." Phd thesis, Université d'Orléans, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011964.

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L'administration systémique de gènes représente une voie intéressante pour le traitement par thérapie génique de la mucoviscidose ou des cancers pulmonaires. Dans cette optique, les polyplexes (complexes ADN/polymère cationique) doivent atteindre le poumon et traverser les vaisseaux sanguins pour transfecter les cellules épithéliales mutées ou les cellules cancéreuses. Il existe peu de données sur le passage transendothélial de polyplexes. Afin d'en améliorer les connaissances, nous avons mis au point un modèle d'endothélium microvasculaire pulmonaire et étudié l'influence de la polarisation cellulaire sur les voies d'internalisation de polyplexes formés avec la polylysine histidylée (pLK-His) et la polyéthylènimine (PEI), leur efficacité de transfection, leur capacité à traverser la barrière endothéliale et leur adhésion sur la monocouche de cellules endothéliales en conditions de flux. Les travaux réalisés montrent que la polarisation des cellules endothéliales diminue l'internalisation et l'efficacité de transfection des polyplexes pLK-His mais pas celles des polyplexes PEI. Par contre, la polarisation des cellules épithéliales n'a pas d'influence sur l'efficacité des polyplexes pLK-His. Les polyplexes pLK-His et PEI sont capables de traverser la monocouche de cellules endothéliales et transfecter des cellules épithéliales à la fois par leur côté apical et basolatéral. L'incubation des cellules endothéliales avec des cytokines pro-inflammatoires permet d'augmenter ce passage. Enfin, l'adhésion des polyplexes sur les cellules endothéliales est plus importante dans les conditions de flux des microvaisseaux que dans les conditions de flux des veines. L'adhésion des polyplexes PEI est légèrement supérieure à celle des polyplexes pLK-His. Des polyplexes formés avec une PEI sur laquelle a été greffée des motifs de tétraglucose spécifiques des cellules endothéliales adhèrent trois fois plus que les polyplexes formés avec la PEI ce qui montre un ciblage des cellules endothéliales pulmonaires en conditions de flux. L'ensemble des résultats montre qu'il est indispensable de mieux considérer les effets des conditions physiologiques des cellules (polarisation, effets du flux sanguin, conditions d'inflammation) sur la transfection pour concevoir de nouveaux vecteurs synthétiques afin d'améliorer leur efficacité in vivo.

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Carabana, Garcia Claudia. "Defining cell fate specification of mouse Mammary Stem Cells in 4D." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2022. http://www.theses.fr/2022UPSLS055.

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Abstract:

SPÉCIFICATION DU DESTIN CELLULAIRE DES CELLULES SOUCHES MAMMAIRES EN 4DAu cours du développement, une coordination entre la spécification du destin cellulaire et la morphogenèse tissulaire est nécessaire à la formation des organes. Par conséquent, la façon dont différents types de cellules se différencient dans le temps et l'espace reste une question majeure en biologie du développement.La glande mammaire est constituée d'un épithélium ramifié composé d'une couche externe de cellules basales (BCs) et d'un compartiment interne de cellules luminales (LCs). Dans ce tissu, l'homéostasie adulte est exclusivement maintenue par des progéniteurs unipotents, alors que des cellules souches mammaires multipotentes (MaSC) ne se trouvent que dans la glande embryonnaire, ce qui en fait un paradigme tissulaire idéal pour étudier leur comportement dynamique et leur contribution à la morphogenèse tissulaire.HYPOTHÈSE DE TRAVAILNous avons récemment montré que les cellules souches mammaires deviennent unipotentes lors de la tubulogenèse de la glande, suggérant un lien étroit entre spécification cellulaire et morphogenèse. Notre hypothèse implique que la perte de multipotence soit liée aux remaniements cellulaires qui guident la morphogenèse. Cependant, le moment exact et les mécanismes responsables du passage de la multipotence à l'unipotence sont encore inconnus.OBJECTIF ET MÉTHODOLOGIEL'objectif principal de ce projet était d'intégrer les circuits transcriptionnels définissant le potentiel de différenciation des cellules souches à l'analyse de la morphogenèse cellulaire et tissulaire en temps réel, afin de déchiffrer les mécanismes qui sous-tendent l'acquisition de l'identité cellulaire et d'étudier la coordination entre spécification des cellules souches et morphogenèse. Nous avons abordé cet objectif ambitieux en combinant deux approches : 1) des analyses transcriptomiques en cellule unique intégrées dans l’espace, au cours du développement mammaire, et 2) une approche de suivi du lignage en temps réel dans des cultures mammaires embryonnaires ex vivo, afin d'étudier les comportements et réarrangements cellulaires au cours des premières phases de la croissance mammaire.RÉSULTATSNous avons constaté que la restriction du potentiel des cellules souches est progressive pendant le développement embryonnaire. Par transcriptomique sur cellules uniques, nous avons pu distinguer trois types cellulaires distincts très tôt (E15). L'intégration dans l’espace de ces données transcriptomiques nous a révélé que des cellules de type BC et LC sont positionnées différemment dans le bourgeon mammaire très précocement. Cette analyse a donc révélé de nouveaux marqueurs moléculaires des LC et BC embryonnaires, qui ne peuvent pas être distingués avec les marqueurs mammaires adultes connus.De plus, nous avons défini les signatures transcriptionnelles qui distinguent deux populations de cellules stromales mammaires embryonnaires délimitées dans l'espace. Nous avons aussi montré qu’une signalisation paracrine du mésenchyme aux cellules épithéliales, via Fgf10-Fgfr2, influence la morphogenèse de la glande mammaire.Nous avons ensuite développé une approche d’analyse d’images semi-automatique aux niveaux cellulaire et tissulaire dans nos explants mammaires analysés par microscopie time-lapse. Nous montrons que les étapes initiales de la morphogenèse sont caractérisées par des réarrangements cellulaires très dynamiques. De plus, l'activation épithéliale de la beta-catenin empêche la formation de branches, indiquant que Wnt est un régulateur essentiel de la morphogenèse mammaire.Ces travaux mettent en lumière les circuits transcriptionnels qui régissent le branchement mammaire et qui lient la différenciation des cellules souches à leur dynamique cellulaire pendant la morphogenèse. Les mécanismes ainsi dévoilés nous fournissent des biomarqueurs potentiels du cancer du sein, qui résulte souvent de la réactivation de programmes de multipotence embryonnaires
DEFINING CELL FATE SPECIFICATION OF MOUSE MAMMARY STEM CELLS IN 4DCoordination of cell fate specification and branching morphogenesis is necessary to generate an organ with its specialized final structure and function. Accordingly, how different cell types are specified in a tightly regulated manner in time and space, in order to drive the morphogenesis of a complex tissue, remains a major question in the field of developmental biology.The mammary gland (MG) consists in a branched bi-layered epithelium composed of an outer layer of basal cells (BCs) and an inner compartment of polarised luminal cells (LCs). In this tissue, adult homeostasis is exclusively maintained by lineage-restricted unipotent progenitors, whereas multipotent mammary stem cells (MaSCs) are only found in the embryonic gland, making it an ideal tissue paradigm to study stem cell dynamics and lineage specification, as well as their contribution to tissue morphogenesis.WORKING HYPOTHESISOur recent results showed that multipotent MaSCs become lineage-restricted around embryonic day E15.5, coinciding with the first morphogenetic events that establish the mammary ductal network. We thus hypothesized that loss of multipotency in the mammary gland was linked to cell rearrangements, leading to the branching of embryonic mammary buds. However, the exact timing and the mechanisms responsible for the switch from multipotency to unipotency during embryonic MG are still unknown.AIM AND METHODOLOGYThe overarching aim of this project was to characterise the stem cell dynamics underlying MaSCs differentiation during MG development, and to define the transcriptional signals underpinning this process. We have approached this ambitious objective combining two approaches: 1) single-cell RNA sequencing analysis at different embryonic times, to discover which signals determine cell identity during mammary development, and 2) a live lineage tracing approach in ex vivo embryonic mammary cultures to study dynamic cell behaviours and rearrangements during the earliest phases of mammary growth.RESULTSWe found that lineage restriction is a progressive developmental process. By single cell transcriptomics, we identified a single population of mammary epithelial cells at E13.5, but we could distinguish three transcriptionally distinct cell subsets at E15.5, which included luminal-like, basal-like and hybrid cells co-expressing luminal and basal genes. Spatial transcriptomic analysis revealed that the basal-like and luminal-like clusters were indeed already spatially restricted in the embryonic mammary bud, being positioned either in close proximity to the basement membrane or in the inner bud region, respectively. Importantly, this analysis revealed novel molecular markers of committing LCs and BCs, that cannot be distinguished with known adult MG markers.Additionally, we report the transcriptional signatures distinguishing two spatially restricted embryonic mammary mesenchymal cell populations, representing sub-epithelial and dermal mesenchyme. Long-term live-imaging revealed that paracrine signalling from embryonic mesenchyme to epithelial cells, via Fgf10-Fgfr2, influences epithelial branching.We then developed a deep learning-based pipeline to semi-automatically track individual cells and tissue branches in embryonic mammary explants analysed by time-lapse microscopy. We show that the initial steps of morphogenesis are characterized by highly dynamic cell rearrangements in the growing branch tips. However, forced activation of the Wnt/b-catenin pathway in the embryonic mammary epithelium precluded branching in vivo and ex vivo, indicating that epithelial Wnt signalling is an essential regulator of mammary branching morphogenesis.This work sheds light on the timing and mechanisms governing mammary cell fate decisions, providing potential biomarkers of breast cancer, which often arises from reactivation of embryonic multipotency programs

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Madrid, Canales Ignacio. "Model of Cellular Growth under Stress : Emergence of Heterogeneity and Impact of the Environment." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAX008.

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Cette thèse porte sur l'analyse statistique et mathématique de la croissance cellulaire à l'échelle individuelle sous l'effet d'un stress. À partir de l'analyse des données recueillies par Sebastián Jaramillo et James Broughton sous la direction de Meriem El Karoui, nous avons construit différents modèles permettant une compréhension à différents niveaux de l'impact que la réponse hétérogène au stress génotoxique (réponse SOS) a sur la croissance d'une population de bactéries Escherichia coli. Pour modéliser la dynamique de ces populations on utilise des processus stochastiques à valeurs mesures.Nous construisons tout d'abord on construit un modèle stochastique basé sur le modèle "adder" de contrôle de la taille, étendu pour incorporer la dynamique de la réponse SOS et son effet sur la division cellulaire. Le cadre choisi est paramétrique et le modèle est ajusté par maximum de vraisemblance aux données de lignées individuelles obtenues en mother machine. Cela nous permet de comparer quantitativement les paramètres inférés dans différents environnements.Nous nous intéressons ensuite aux propriétés ergodiques d'un modèle plus général que "adder", répondant à des questions ouvertes sur son comportement en temps long. On considère un flot déterministe général et un noyau de fragmentation non nécessairement auto-similaire. Nous montrons l'existence des éléments propres. Ensuite, une dollar_h_dollar-transformée de Doob avec la fonction propre nous ramène à l'étude d'un processus conservatif. Enfin, en montrant une propriété de petite set pour les compacts de l'espace d'états, nous obtenons alors la convergence exponentielle du modèle.Finalement, nous considérons un modèle bitype structuré en âge modélisant la plasticité phénotypique observée dans la réponse au stress. Nous étudions la probabilité de survie et le taux de croissance de la population en environnement constant et périodique. Nous mettons en lumière un trade-off pour avoir la survie de la population, ainsi qu'une sensibilité par rapport aux paramètres du modèle qui n'est pas la même pour la probabilité de survie et pour le taux de croissance.Nous concluons avec une section indépendante, initiée durant le CEMRACS 2022. Nous étudions numériquement la propagation spatiale des populations structurés en taille modélisant le mouvement collectif de clusters de Myxobactéries à travers de systèmes d'équations de réaction-diffusion
This thesis focuses on understanding individual-scale cell growth under stress. Starting from the analysis of the data collected by Sebastián Jaramillo and James Broughton under the supervision of Meriem El Karoui, we have developed various models to comprehend the impact of the heterogeneous response to genotoxic stress (SOS response) on the growth of a Escherichia coli populations. We employ measure-values stochastic processes to model the dynamics of these populations.Firstly, we construct a stochastic model based on the "adder" size-control model, extended to incorporate the dynamics of the SOS response and its effect on cell division. The chosen framework is parametric, and the model is fitted by maximum likelihood to individual lineage data obtained in mother machine. This allows us to quantitatively compare inferred parameters in different environments.Next, we explore the ergodic properties of a more general model than the "adder," addressing open questions about its long-time behaviour. We consider a general deterministic flow and a fragmentation kernel that is not necessarily self-similar. We demonstrate the existence of eigenelements. Then, a Doob dollar_h_dollar-transform with the found eigenfunction reduces the problem to the study of a conservative process. Finally, by proving a "petite set" property for the compact sets of the state space, we obtain the exponential convergence.Finally, we consider a bitype age-structured model capturing the phenotypic plasticity observed in the stress response. We study the survival probability of the population and the population growth rate in constant and periodic environments. We evince a trade-off for population establishment, as well as a sensitivity with respect to the model parameters that differs for survival probability and growth rate.We conclude with an independent section, collaborative work initiated during CEMRACS 2022. We investigate numerically the spatial propagation of size-structured populations modeling the collective movement of Myxobacteria clusters via a system of reaction-diffusion equations

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Dos, Santos Ferreira Jorge. "Identification des mécanismes en boucle fermée dans le comportement cellulaire." Compiègne, 2008. http://www.theses.fr/2008COMP1734.

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Abstract:

Ce travail est concentré sur le développement et l'application de techniques pour l'analyse de réseaux biochimiques. L'objectif est d'utiliser les modifications globales observées dans les systèmes vivants pour comprendre les interactions existantes au niveau des points clés de ces voies métaboliques. Nous avons travaillé sur la détermination des interactions essentielles dans le processus d'autorégulation qui décrit le cycle cellulaire d'œufs de grenouille. Les résultats nous ont permis de faire une évaluation des effets possibles de chaque protéine sur la stabilité du réseau biochimique en question. La méthodologie a été appliquée aussi pour l'analyse dynamique d'un modèle de l'activité électrique de cellules utérines. Nous présentons aussi un modèle développé pour un système enzymatique de diffusion-réaction dont l'objectif est d'analyser le comportement dynamique de trois espèces chimiques différentes, ses propriétés cinétiques enzymatiques et l'existence de comportements sophistiqués résultants de l'activité catalytique induite par l'immobilisation d'une enzyme dans une membrane artificielle. Le modèle est extrapolé à un système distribué afin d'analyser son comportement spatio-temporel. Les résultats nous permettent d'évaluer le profil de concentration de chaque espèce en fonction de l'espace et du temps simultanément, ce qui n'est pas directement observable par les biochimistes. Nous concluons avec une étude d'un modèle développé pour le métabolisme des hexoses-phosphate de la bactérie Sinorhizobium meliloti. Un algorithme a été proposé pour l'estimation des flux intracellulaires
The aim of this work is to try to use observed global changes to understand interactions between individual nodes inside biochemical networks. We have worked on the determination of the essential interactions in the auto regulatory process that describes the cell cycle of Xenopus frog eggs. The results make possible an assessment of the effect of each protein on the biochemical network stability. The technique was applied also to a dynamical analysis of a uterine cell electrical activity model with view to study the impact of physiological parameters on the response of the model and identify the main subsystems generating the electrical activity. We also present a model developed for understanding an enzymatic diffusion-reaction system. The objective is to analyze the dynamic behavior of three different chemical species, the modification of enzymatic kinetic properties and the existence of sophisticated behaviors resulting of the catalytic activity induced by immobilization of Acetylcholinesterase enzyme into an artificial membrane enzymatically inactive. The results make possible the characterization and prediction of system behavior as well as a qualitative analysis of the system stability via bifurcation diagrams. The model is then extrapolated to a distributed system in order to analyze its spatio-temporal behavior. Numerical results make possible the assessment of the concentration profile of the chemical species on space and time, what is not directly observable by biochemists. Finally, we study a model developed for a network of Sinorhizobium meliloti bacterium and propose an algorithm for intracellular fluxes estimation

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Terry, Emmanuelle. "Modélisation mathématique des dynamiques de la réponse immunitaire T CD8, aux échelles cellulaire et moléculaire." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00763897.

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Abstract:

La réponse immunitaire se produit en réaction à une infection, c'est- à-dire à l'introduction d'un pathogène dans l'organisme. Nous nous intéressons à une population de cellules spécifique de la réponse, les lymphocytes T CD8. Nous avons développé un modèle non linéaire structuré en âge des dynamiques de cette réponse, à l' échelle cellulaire. Nous avons étudié l'existence et la stabilité des états d' équilibre, et obtenu des propriétés mettant en évidence, sous certaines conditions, des dynamiques à long terme correspondant à la situation biologiquement attendue. Nous avons ensuite réalisé une estimation systématique des valeurs de paramètres du modèle, afin de déterminer un ensemble de valeurs pour chaque paramètre qui permet de reproduire convenablement des données expérimentales. Cette démarche permet d'obtenir des informations sur l'influence des paramètres dans le modèle, et sur leurs variations selon la nature du pathogène. Enfin, nous nous sommes intéressés aux dynamiques de la réponse à l'échelle moléculaire, en écrivant un réseau des événements de signalisation clés depuis l'activation de la cellule en présence d'un antigène, jusqu'à l'entrée en cycle ou l'apoptose de la cellule. Nous avons déterminé un sous-modèle centré sur les choix entre survie et apoptose, que nous avons étudié mathématiquement et numériquement. Ce modèle a permis d' étudier les dynamiques de concentrations des protéines impliquées dans la signalisation intra-cellulaire de la réponse T CD8.

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Woringer, Maxime. "Tools to analyze single-particle tracking data in mammalian cells." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS419.

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Ce travail présente des outils pour analyser la régulation de la transcription dans les cellules eucaryotes, en particulier pour le suivi de facteurs de transcription (TF) individuels dans les cellules de mammifères. Un noyau de cellule eucaryote est complexe et contient de nombreuses molécules (ADN, ARN, protéines, ATP, etc). Ces molécules interagissent avec des TF et influencent la transcription. Certaines de ces interactions peuvent être étudiées par des techniques de biochimie. La plupart, en particulier les interactions faibles, non covalentes, sont invisibles par ces méthodes. La microscopie de cellules vivantes et le suivi de molécules uniques (SPT en anglais) sont de plus en plus utilisées pour étudier ces phénomènes. L'inférence des paramètres biophysiques d'un facteur de transcription, par exemple son coefficient de diffusion, son nombre de sous-populations ou son temps de résidence sur l'ADN sont cruciaux pour comprendre sa dynamique et son influence sur la transcription. Des outils validés et précis sont donc nécessaires pour analyser les données de SPT. Pour être utile, un outil de SPT doit être non seulement validé, mais aussi accessible à des non-programmeurs. Ils doivent aussi tenir compte des biais expérimentaux présents dans les données. Nous proposons un outil d'analyse de SPT, qui se fonde sur l'estimation du propagateur de la diffusion. Ce outil a été validé et est accessible par une interface web. Nous avons montré qu'il donne des résultats proches de l'état de l'art. Il a été testé dans deux cadres : (1) l'étude de la diffusion augmentée par la catalyse enzymatique in vitro et (2) l'analyse de la dynamique du TF c-Myc dans des cellules de mammifères
This work aims at providing tools to dissect the regulation of transcription in eukaryotic cells, with a focus on single-particle tracking of transcription factors in mammalian cells. The nucleus of an eukeryotic cell is an extremely complex medium, that contains a high concentration of macromolecules (DNA, RNA, proteins) and other small molecules (ATP, etc). How these molecules interact with transcription factors, and thus influence transcription rates is an area of intense investigations. Although some of these interactions can be captured by regular biochemistry, many of them, including weak, non-covalent interactions remain undetected by these methods. Live-cell imaging and single-particle tracking (SPT) techniques are increasingly used to characterize such effects. The inference of biophysical parameters of a given transcription factor (TF), such as its diffusion constant, the number of subpopulations or its residence time on DNA, are crucial to understanding how TF dynamics and transcription intertwine. Accurate and validated SPT analysis tools are needed. To be used by the community, SPT tools should not only be carefully validated, but also be easily accessible to non-programmers. They should also be designed to take into account known biases of the imaging techniques. In this work, we first propose a tool, accessible through a web interface, based on the modeling of the diffusion propagator. We validate it extensively and show that it exhibits state-of-the art performance. We apply this tool to two experimental settings: (1) the study of catalysis-enhanced diffusion in-vitro and (2) the analysis of the dynamics of the c-Myc transcription factor in mammalian cells

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Maroc, Nicolas. "Aspects moléculaires, cellulaires et dynamiques du contrôle de l'hématopoïèse et implication pathologique des facteurs de croissance hématopoïétique et de leurs récepteurs : autocrinie des cellules leucémiques et analyse fonctionnelle des récepteurs hématopoïétiques à activité tyrosine kinase." Aix-Marseille 2, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX22040.

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Abstract:

La premiere partie de ce memoire a pour but d'etablir un bilan des connaissances moleculaires et biochimiques des differentes molecules hematopoietiques et presente les donnees disponibles concernant leur implication pathologique potentielle. Les resultats presentes concernent l'etude de l'implication autocrine des cytokines dans la proliferation autonome en culture des cellules de lam humaines, et l'analyse fonctionnelle et biochimique par mutagenese dirigee des recepteurs hematopoietiques a activite tyrosine kinase. *nous avons etudie le comportement proliferatif en culture de 44 echantillons de lam. La plupart proliferent spontanement et expriment les messagers de differents cytokines. L'existence d'une boucle autocrine de stimulation impliquant le gm-csf a ete demontree dans certains cas. Ces resultats suggerent que les cytokines jouent un role preponderant dans la proliferation des lam. *par ailleurs, malgre la co-expression de l'il-6 et de son recepteur dans des cellules de lam, nos resultats suggerent que l'il-6 n'est pas directement implique dans la stimulation de la proliferation maligne de ces cellules. *nous avons par ailleurs demontre que l'introduction de substitutions ponctuelles analogues a celles retrouvees chez differents alleles dominants negatifs de kit cause la perte d'activite catalytique de fms mais aussi la suppression de la transduction du signal et de l'activite transformante du recepteur normual. *enfin, nous avons etudie la structure et le profil d'expression du nouveau recepteur flt3, et analyse son potentiel transformant

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Ladjimi, Mohamed Tahar. "Modélisation biophysique de la mort cellulaire en réponse au stress thermique." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1R029/document.

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Abstract:

La cellule vivante est en permanence exposée à divers types de stress pouvant endommager ses composants. Quand les dommages induits sont détectés, des mécanismes de défense sont activés pour les maîtriser tout en gérant au mieux les ressources énergétiques disponibles et nécessaires au bon fonctionnement cellulaire. Si le stress est trop sévère et que le système ne peut se défendre, la mort sera inévitable. La réponse cellulaire au stress est orchestrée par des réseaux de signalisation intracellulaires qui présentent une complexité extraordinaire. Les espèces moléculaires constituant ces réseaux assurent des tâches diverses à travers des réactions biochimiques, formant des machineries de processus biologiques synchronisées. Notre approche dans cette thèse pour l’étude de ces réseaux consiste à les modéliser mathématiquement pour reproduire un phénomène observé et repérer ses acteurs clés, analyser leurs réactions en réponse à différents signaux, et éventuellement réaliser des prédictions assez précises et expérimentalement vérifiables qui peuvent se montrer d’une extrême utilité pour les applications thérapeutiques. Dans nos travaux, nous nous focalisons sur le stress thermique et sur la réponse cellulaire qui en résulte en termes de dynamique des espèces moléculaires impliquées, mais également de destin cellulaire (mort ou survie) à l’issue de l’exposition, nous abordons cette problématique par des modèles dynamiques décrivant la cinétique biochimique des variables du système en conséquence d’une variation de la température. Dans un premier temps, nous démontrons à travers des simulations, suivies par une validation expérimentale, que la forme temporelle du stress thermique impacte considérablement la survie cellulaire. Ce premier résultat met en évidence un mécanisme de saturation des espèces réparatrices en conséquence d’une exposition à des températures élevées. Dans un second temps, nous étudions la potentielle corrélation entre une variabilité introduite sur les niveaux de deux protéines du réseau de réponse au choc thermique et le phénomène de mort fractionnelle. Selon les prédictions de notre modèle, la variabilité des protéines chaperons (espèces réparatrices) mesurée expérimentalement ne suffit pas à elle seule à expliquer la mort fractionnelle, qui doit impliquer d’autres sources de variabilité. Enfin, une analyse des courbes iso-effet générées à l’aide d’un modèle générique de la réponse cellulaire aux stress transitoires nous montre l’existence de quatre régimes de sensibilité en fonction des paramètres durée-intensité du stress ainsi que des paramètres du réseau et de ses échelles de temps. Nos travaux soulignent le potentiel et l’utilité des modèles de réseaux dynamiques dans la caractérisation des courbes dose-effet
The living cell is constantly exposed to various types of stress that can damage its components. When the induced damages are detected, defense mechanisms are activated to repair them while optimally managing the energy resources available and necessary for cell function. If the stress is too severe and the system can not defend itself, death will be inevitable. The cellular response to stress is orchestrated by intracellular signaling networks that are extraordinarily complex. The molecular species constituting these networks perform various tasks through biochemical reactions, forming synchronized biological process machineries. Our approach in this thesis for the study of these networks is to model them mathematically to reproduce an observed phenomenon and identify its key players, analyze their reactions in response to different signals, and possibly make precise enough and experimentally verifiable predictions that can be of an extreme utility for therapeutic applications. In our studies, we focus on thermal stress and on the resulting cellular response in terms of the dynamics of the molecular species involved, but also of cell fate (death or survival) at the end of the exposure, we adress those questions by dynamic models describing the biochemical kinetics of system variables as a consequence of temperature variation. In a first step, we demonstrate through simulations, followed by experimental validation, that the temporal form of heat stress significantly impacts cell survival. This first result highlights a mechanism of saturation of the repair species as a consequence of exposure to high temperatures. In a second step, we study the potential correlation between a variability introduced on the levels of two proteins in the heat shock response network and the phenomenon of fractional killing. According to our model predictions, experimentally measured chaperone proteins (repair species) variability alone is not sufficient to explain fractional killing, which must involve other sources of variability. Finally, an analysis of the isoeffect curves generated by a generic model of the cellular response to transient stress shows the existence of four sensitivity regimes depending on the duration-intensity parameters of the stress as well as on the parameters of the response network and its time scales. Our work highlights the potential and utility of dynamic network models in the characterization of dose-response curves

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Causse, Sébastien. "Etude de la dynamique d'activation de la transcription des gènes par l'ARN Polymerase2." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00824828.

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Un des aspects essentiels du vivant est la capacité de controler spatialement et temporellement l'expression génétique, et ce d'une façon très précise. La portion transcrite du génôme de chaque être vivant varie continuellement en fonction du temps, mais est également dictée par l'environnement de la cellule, qu'elle soit d'organisme unicellulaire, pluricellulaire, prokaryote ou eukaryote. Un défaut dans le contrôle de la transcription peut avoir des conséquences particulièrement dangereuses, allant de la mort cellulaire à la prolifération non contrôlée, en passant par les cas de réponses inadaptées à un signal environnant, par exemple certains diabètes. La transcription est la première étape de l'expression génétique. A ce titre ce processus a été fortement étudié, sous de très nombreux aspects. Notamment, la dynamique et le contrôle de la transcription a été l'objet de nombreuses recherches in vitro et in vivo. Cependant, de très nombreuses questions demeurent, en particulier en ce qui concerne le contrôle dynamique de l'activation de la transcription. Cette thèse récapitule mes 4 dernières années de travail dans ce domaine. Nous avons choisi de mener une étude de la transcription axée quasi-exclusivement sur des techniques de pointe en microscopie à fluorescence. En effet, la microscopie offre la possibilité d'étudier in vivo un phénomène avec une résolution temporelle inaccessible par d'autres moyens. Par ailleurs, la microscopie permet également de franchir la barrière du " biais de moyenne " qui existe lorsque l'on étudie un échantillon. Cela devient possible tout simplement parce que la microscopie permet d'étudier chaque cellule d'un même échantillon de façon indépendante, permettant ainsi d'étudier les disparités au sein même d'un éhantillon, et notamment d'observer des phénomènes exceptionnels qui seraient passés inaperçus avec des methodes biochimiques. Cette thèse decrit les methodologies qui ont été développées durant ces 4 dernières années, les résultats que ces nouvelles techniques nous ont permis d'obtenir, et discutera des questions et des possibilités soulevées par ces résultats

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Goetz, Jacky. "Rôle du treillis Mgat5/galectine-3 et de la cavéoline-1 dans la fibrillogenèse de la fibronectine et la migration cellulaire : lien avec la dynamique des points focaux d'adhésion." Thèse, Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2007. http://hdl.handle.net/1866/6702.

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Ladjimi, Mohamed Tahar. "Modélisation biophysique de la mort cellulaire en réponse au stress thermique." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2018-2021), 2019. http://www.theses.fr/2019LILUR029.

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La cellule vivante est en permanence exposée à divers types de stress pouvant endommager ses composants. Quand les dommages induits sont détectés, des mécanismes de défense sont activés pour les maîtriser tout en gérant au mieux les ressources énergétiques disponibles et nécessaires au bon fonctionnement cellulaire. Si le stress est trop sévère et que le système ne peut se défendre, la mort sera inévitable. La réponse cellulaire au stress est orchestrée par des réseaux de signalisation intracellulaires qui présentent une complexité extraordinaire. Les espèces moléculaires constituant ces réseaux assurent des tâches diverses à travers des réactions biochimiques, formant des machineries de processus biologiques synchronisées. Notre approche dans cette thèse pour l’étude de ces réseaux consiste à les modéliser mathématiquement pour reproduire un phénomène observé et repérer ses acteurs clés, analyser leurs réactions en réponse à différents signaux, et éventuellement réaliser des prédictions assez précises et expérimentalement vérifiables qui peuvent se montrer d’une extrême utilité pour les applications thérapeutiques. Dans nos travaux, nous nous focalisons sur le stress thermique et sur la réponse cellulaire qui en résulte en termes de dynamique des espèces moléculaires impliquées, mais également de destin cellulaire (mort ou survie) à l’issue de l’exposition, nous abordons cette problématique par des modèles dynamiques décrivant la cinétique biochimique des variables du système en conséquence d’une variation de la température. Dans un premier temps, nous démontrons à travers des simulations, suivies par une validation expérimentale, que la forme temporelle du stress thermique impacte considérablement la survie cellulaire. Ce premier résultat met en évidence un mécanisme de saturation des espèces réparatrices en conséquence d’une exposition à des températures élevées. Dans un second temps, nous étudions la potentielle corrélation entre une variabilité introduite sur les niveaux de deux protéines du réseau de réponse au choc thermique et le phénomène de mort fractionnelle. Selon les prédictions de notre modèle, la variabilité des protéines chaperons (espèces réparatrices) mesurée expérimentalement ne suffit pas à elle seule à expliquer la mort fractionnelle, qui doit impliquer d’autres sources de variabilité. Enfin, une analyse des courbes iso-effet générées à l’aide d’un modèle générique de la réponse cellulaire aux stress transitoires nous montre l’existence de quatre régimes de sensibilité en fonction des paramètres durée-intensité du stress ainsi que des paramètres du réseau et de ses échelles de temps. Nos travaux soulignent le potentiel et l’utilité des modèles de réseaux dynamiques dans la caractérisation des courbes dose-effet
The living cell is constantly exposed to various types of stress that can damage its components. When the induced damages are detected, defense mechanisms are activated to repair them while optimally managing the energy resources available and necessary for cell function. If the stress is too severe and the system can not defend itself, death will be inevitable. The cellular response to stress is orchestrated by intracellular signaling networks that are extraordinarily complex. The molecular species constituting these networks perform various tasks through biochemical reactions, forming synchronized biological process machineries. Our approach in this thesis for the study of these networks is to model them mathematically to reproduce an observed phenomenon and identify its key players, analyze their reactions in response to different signals, and possibly make precise enough and experimentally verifiable predictions that can be of an extreme utility for therapeutic applications. In our studies, we focus on thermal stress and on the resulting cellular response in terms of the dynamics of the molecular species involved, but also of cell fate (death or survival) at the end of the exposure, we adress those questions by dynamic models describing the biochemical kinetics of system variables as a consequence of temperature variation. In a first step, we demonstrate through simulations, followed by experimental validation, that the temporal form of heat stress significantly impacts cell survival. This first result highlights a mechanism of saturation of the repair species as a consequence of exposure to high temperatures. In a second step, we study the potential correlation between a variability introduced on the levels of two proteins in the heat shock response network and the phenomenon of fractional killing. According to our model predictions, experimentally measured chaperone proteins (repair species) variability alone is not sufficient to explain fractional killing, which must involve other sources of variability. Finally, an analysis of the isoeffect curves generated by a generic model of the cellular response to transient stress shows the existence of four sensitivity regimes depending on the duration-intensity parameters of the stress as well as on the parameters of the response network and its time scales. Our work highlights the potential and utility of dynamic network models in the characterization of dose-response curves

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Dissertations / Theses on the topic 'Dynamiques en cellules uniques'

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