Academic literature on the topic 'Séquençage en cellule unique'

Les progéniteurs fibro-adipogéniques (FAPs), cellules stromales mésenchymateuses (CSMs) résidentes du muscle squelettique, jouent un rôle crucial dans l’homéostasie et la régénération musculaire via leur activité paracrine. Les avancées technologiques récentes dans le domaine du séquençage de l’ARN en cellule unique ont permis la description de l’hétérogénéité de cette population cellulaire. Dans cet article, nous présenterons les différentes sous-populations de FAPs en condition basale, lésionnelle ou de dégénérescence, ainsi que leurs fonctions associées chez la souris et l’homme. Nous discuterons ensuite de l’origine extra-musculaire possible d’une population de FAPs post-lésionnelle. En effet, nos travaux récents démontrent que des CSMs provenant du tissu adipeux et infiltrées dans le muscle pourraient participer à l’hétérogénéité des FAPs.

Les traitements médicaux de l’hyperplasie bénigne et du cancer de la prostate reposent essentiellement sur l’inhibition de la signalisation androgénique. Bien qu’initialement efficaces, ces traitements sont tôt ou tard confrontés à une résistance thérapeutique. Des données récentes de séquençage d’ARN sur cellules uniques montrent que les cellules luminales survivant à la déprivation androgénique dans ces contextes pathologiques présentent un profil moléculaire semblable à celui de cellules luminales progénitrices, présentes en faible quantité dans un contexte physiologique. Ce profil moléculaire pourrait constituer un hub de résistance à la castration et résulter, en partie, de la reprogrammation des cellules luminales tumorales. L’inhibition thérapeutique de cette plasticité cellulaire constitue une piste prometteuse pour limiter la progression du cancer prostatique.

Astroblastoma is an uncommon, controversial neoplasm of the Central Nervous System (CNS) emerging from the glia. “Astroblastoma” as a terminology was initially coined in 1924 for a tumefaction characteristically emerging as a unique astrocytic glioma comprised of tumour cells configuring perivascular pseudo-rosettes and appearing immune reactive to Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP). Bucy and Bailey in 1930 delineated diverse macroscopic and microscopic features of the neoplasm with description of individual astroblasts as unipolar cells with broad “feet” amalgamating adjacent to vascular articulations. Subsequently in 1933, Cox categorized astroblastoma as a neoplasm transitioning between astrocytoma and glioblastoma multiforme.

Le développement de techniques originales de manipulation de la lumière ont permis de grandes avancées dans le domaine de l’optogénétique. Elles permettent d’étudier et de stimuler la communication au sein des circuits neuronaux et du cerveau avec une précision spatiale et temporelle correspondant à l’activation d’une cellule unique au sein d’un circuit.

Contexte : Une éclosion de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) est survenue en Saskatchewan du 12 septembre au 20 octobre 2020. L’événement index, la fréquentation d’un centre d’entraînement physique local, a donné naissance à six éclosions/agrégats de cas supplémentaires dans de multiples contextes. Il s’agissait d’une école secondaire, d’un hôpital, de trois lieux de travail (A, B et C) et de plusieurs ménages. L’aggrégat comprenait 63 cas au total, soit 27 membres du centre d’entraînement et 36 autres cas de deuxième, troisième et quatrième génération. Méthodes : Tous les cas de COVID-19 liés à l’éclosion et confirmés en laboratoire ont été inclus dans l’analyse. Les autorités locales de santé publique ont interrogé tous les cas et les contacts et ont mené des enquêtes environnementales dans le centre d’entraînement physique. Nous avons utilisé des méthodes épidémiologiques descriptives pour comprendre la dynamique de transmission de l’aggrégat associé au centre d’entraînement en utilisant l’enquête des cas, l’enquête sur les contacts et les données de laboratoire, y compris le séquençage du génome entier. Résultats : Les données de séquençage ont confirmé la lignée unique des cas liés à l’aggrégat (n = 32 séquencés; coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère 2 [SRAS-CoV-2] lignée B.1.1.72). En plus de la fréquentation du centre d’entraînement, des cas infectieux fréquentaient l’école secondaire et étaient impliqués dans d’autres activités. Malgré la transmission continue dans le centre d’entraînement, aucun cas secondaire n’a été identifié dans l’école secondaire où quatre élèves appartenant à l’aggrégat ont assisté à des cours pendant leur période infectieuse. Conclusion : Nous décrivons une éclosion de COVID-19 où le ou les cas index fréquentaient un centre d’entraînement, et où la propagation s’est poursuivie pendant 38 jours malgré le dépistage et l’isolement des cas positifs au cours de cette période. En raison de la fréquentation du centre d’entraînement au fil du temps, la fermeture à court terme et le nettoyage peuvent ne pas interrompre les chaînes de transmission. Une mesure de santé publique ciblée et préventive dans les installations d’entraînement physique peut être justifiée. Les mesures de contrôle ont permis de limiter la propagation dans les écoles.

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

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

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est parmi les principales causes de mortalité dans le monde et les traitements disponibles sont insuffisants. Ceci est dû à la connaissance limitée de la complexité biologique et du microenvironnement hépatiques en situation normale et pathologique. Pour répondre à ces besoins, nous avons développé un protocole de séquençage d’ARN sur cellule unique (scRNA-seq) à partir de tissus primaires de foie humain. Nous avons assemblé un atlas de cellules du foie humain et comparé le profil scRNA-seq du foie normal au profil du CHC. L’atlas a révélé l’hétérogénéité au sein des principales populations de cellules hépatiques, la zonation transcriptomique des cellules endothéliales et l'existence de progéniteurs épithéliaux dans le foie adulte capable de se différencier à la fois en cholangiocytes et en hépatocytes. L'analyse par scRNA-seq du CHC a dévoilé l'hétérogénéité marquée de cette tumeur, les modifications de son microenvironnement cellule par cellule et les interactions entre les cellules tumorales et le virus de l’hépatite B en découvrant des voies et des facteurs moteurs de la cancérogenèse hépatique jusque-là inconnus
Hepatocellular carcinoma (HCC) is a leading cause of death worldwide and the current treatments are unsatisfactory. One reason is the limited knowledge on the complexity and microenvironment of healthy and diseased liver. To address this gap, we have developed a single cell RNA sequencing (scRNA-seq) pipeline for primary human liver tissues. We have assembled an atlas of human liver cells and compared the scRNA-seq profile of normal liver and HCC. The atlas revealed an unknown heterogeneity within the main populations of liver cells, the transcriptomic zonation of endothelial cells and the existence of an epithelial progenitor in the adult liver capable of differentiating into both cholangiocytes and hepatocytes. ScRNA-seq analysis uncovered the marked cell heterogeneity of HCC, its microenvironment changes at single-cell level and the interactions between tumor cells and hepatitis B virus discovering previously unknown pathways and drivers of hepatocarcinogenesis

Les technologies de sequençage en cellule unique mesurent des informations à l’échelle de chaque cellule d’une population. Les données issues de ces technologies présentent de nombreux défis : beaucoup d’observations en grande dimension et souvent parcimonieuses. De nombreuses expériences de biologie consistent à comparer des conditions.L’objet de la thèse est de développer un ensemble d’outils qui compare des échantillons de données issues des technologies de séquençage en cellule unique afin de détecter et décrire les différences qui existent. Pour cela, nous proposons d’appliquer les tests de comparaison de deux échantillons basés sur les méthodes à noyaux existants. Nous proposons de généraliser ces tests à noyaux pour les designs expérimentaux quelconques, ce test s’inspire du test de la trace de Hotelling- Lawley. Nous implémentons pour la première fois ces tests à noyaux dans un packageR et Python nommé ktest, et nos applications sur données simulées et issues d’expériences démontrent leurs performances. L’application de ces méthodes à des données expérimentales permet d’identifier les observations qui expliquent les différences détectées. Enfin, nous proposons une implémentation efficace de ces tests basée sur des factorisations matricielles de type Nyström, ainsi qu’un ensemble d’outils de diagnostic et d’interprétation des résultats pour rendre ces méthodes accessibles et compréhensibles par des nonspécialistes
Single-cell technologies generate data at the single-cell level. They are coumposed of hundreds to thousands of observations (i.e. cells) and tens of thousands of variables (i.e. genes). New methodological challenges arose to fully exploit the potentialities of these complex data. A major statistical challenge is to distinguish biological informationfrom technical noise in order to compare conditions or tissues. This thesis explores the application of kernel testing on single-cell datasets in order to detect and describe the potential differences between compared conditions.To overcome the limitations of existing kernel two-sample tests, we propose a kernel test inspired from the Hotelling-Lawley test that can apply to any experimental design. We implemented these tests in a R and Python package called ktest that is their first useroriented implementation. We demonstrate the performances of kernel testing on simulateddatasets and on various experimental singlecell datasets. The geometrical interpretations of these methods allows to identify the observations leading a detected difference. Finally, we propose a Nyström-based efficient implementationof these kernel tests as well as a range of diagnostic and interpretation tools

Lors du développement, la coordination d’évènements moléculaires et cellulaires mène à la production du cortex qui orchestre les fonctions sensori-motrices et cognitives. Son développement s’effectue par étapes : les cellules gliales radiaires (RGs) – les cellules souches neurales (NSCs) du cerveau en développement – et les cellules progénitrices de la zone ventriculaire (VZ) et de la zone sous ventriculaire (SVZ) génèrent séquentiellement des vagues distinctes de nouveaux neurones qui formeront les différentes couches corticales. Autour de la naissance, les RGs changent de devenir et produisent des cellules gliales. Cependant, une fraction persiste tout au long de la vie dans la SVZ qui borde le ventricule, perdant au passage leur morphologie radiale. Ces NSCs produisent ensuite les différents sous types d’interneurones du bulbe olfactif ainsi que des cellules gliales en fonction de leur origine spatiale dans la SVZ. Ces observations soulèvent d’importantes questions non résolues sur 1) le codage transcriptionnel régulant la régionalisation de la SVZ, 2) le potentiel des NSCs postnatales dans la réparation cérébrale, et 3) le lignage et les spécificités transcriptionnelles entre les NSCs et leur descendants. Mon travail de doctorat repose sur une étude transcriptionnelle des domaines de la SVZ postnatale. Celle-ci soulignait le fort degré d’hétérogénéité des NSCs et progéniteurs et identifiait des régulateurs transcriptionnels clés soutenant la régionalisation. J’ai développé des approches bio-informatiques pour explorer ces données et connecter l’expression de facteurs de transcription (TFs) avec la genèse régionale de lignages neuraux distincts. J’ai ensuite développé un modèle d’ablation ciblée pour étudier le potentiel régénératif des progéniteurs postnataux dans divers contextes. Finalement, j’ai participé au développement d’une procédure pour explorer et comparer des progéniteurs pré et postnataux à l’échelle de la cellule unique. Objectif 1 : Des expériences de transcriptomique et de cartographie ont été réalisées pour étudier la relation entre l’expression régionale de TFs par les NSCs et l’acquisition de leur devenir. Nos résultats suggèrent un engagement précoce des NSCs à produire des types cellulaires définis selon leur localisation spatiale dans la SVZ et identifient HOPX comme un marqueur d’une sous population biaisé à générer des astrocytes. Objectif 2 : J’ai mis au point un modèle de lésion corticale qui permet l’ablation ciblée de neurones de couches corticales définies pour étudier la capacité régénérative et la spécification appropriée des progéniteurs postnataux. Une analyse quantitative des régions adjacentes, incluant la région dorsale de la SVZ, a révélé une réponse transitoire de progéniteurs définis. Objectif 3 : Nous avons développé la lignée de souris transgénique Neurog2CreERT2Ai14, qui permet le marquage de cohortes de progéniteurs glutamatergiques et de leurs descendants. Nous avons montré qu’une large fraction de ces progéniteurs persiste dans le cerveau postnatal après la fermeture de neurogénèse corticale. Ils ne s’accumulent pas pendant le développement embryonnaire mais sont produits par des RGs qui persistent après la naissance dans la SVZ et qui continuent de générer des neurones corticaux, bien que l’efficacité soit faible. Le séquençage d’ARN sur cellule unique a révélé une dérégulation transcriptionnelle qui corrèle avec le déclin progressif observé in vivo de la neurogénèse corticale. Ensemble, ces résultats soulignent le potentiel des études transcriptomiques à résoudre mais aussi à soulever des questions fondamentales comme les changements trancriptionnels intervenant dans une population de progéniteurs au cours du temps et participant aux changements de leur destinée. Cette connaissance sera la clé du développement d’approches novatrices pour recruter et promouvoir la génération de types cellulaires spécifiques, incluant les sous-types neuronaux dans un contexte pathologique
During development, a remarkable coordination of molecular and cellular events leads to the generation of the cortex, which orchestrates most sensorimotor and cognitive functions. Cortex development occurs in a stepwise manner: radial glia cells (RGs) - the neural stem cells (NSCs) of the developing brain - and progenitor cells from the ventricular zone (VZ) and the subventricular zone (SVZ) sequentially give rise to distinct waves of nascent neurons that form cortical layers in an inside-out manner. Around birth, RGs switch fate to produce glial cells. A fraction of neurogenic RGs that lose their radial morphology however persists throughout postnatal life in the subventricular zone that lines the lateral ventricles. These NSCs give rise to different subtypes of olfactory bulb interneurons and glial cells, according to their spatial origin and location within the postnatal SVZ. These observations raise important unresolved questions on 1) the transcriptional coding of postnatal SVZ regionalization, 2) the potential of postnatal NSCs for cellular regeneration and forebrain repair, and 3) the lineage relationship and transcriptional specificities of postnatal NSCs and of their progenies. My PhD work built upon a previously published comparative transcriptional study of defined microdomains of the postnatal SVZ. This study highlighted a high degree of transcriptional heterogeneity within NSCs and progenitors and revealed transcriptional regulators as major hallmarks sustaining postnatal SVZ regionalization. I developed bioinformatics approaches to explore these datasets further and relate expression of defined transcription factors (TFs) to the regional generation of distinct neural lineages. I then developed a model of targeted ablation that can be used to investigate the regenerative potential of postnatal progenitors in various contexts. Finally, I participated to the development of a pipeline for exploring and comparing select populations of pre- and postnatal progenitors at the single cell level. Objective 1: Transcriptomic as well as fate mapping were used to investigate the relationship between regional expression of TFs by NSCs and their acquisition of distinct neural lineage fates. Our results supported an early priming of NSCs to produce defined cell types depending of their spatial location in the SVZ and identified HOPX as a marker of a subpopulation biased to generate astrocytes. Objective 2: I established a cortical lesion model, which allowed the targeted ablation of neurons of defined cortical layers to investigate the regenerative capacity and appropriate specification of postnatal cortical progenitors. Quantitative assessment of surrounding brain regions, including the dorsal SVZ, revealed a transient response of defined progenitor populations. Objective 3: We developed a transgenic mouse line, i.e. Neurog2CreERT2Ai14, which allowed the conditional labeling of birth-dated cohorts of glutamatergic progenitors and their progeny. We used fate-mapping approaches to show that a large fraction of Glu progenitors persist in the postnatal forebrain after closure of the cortical neurogenesis period. Postnatal Glu progenitors do not accumulate during embryonal development but are produced by embryonal RGs that persist after birth in the dorsal SVZ and continue to give rise to cortical neurons, although with low efficiency. Single-cell RNA sequencing revealed a dysregulation of transcriptional programs, which correlates with the gradual decline in cortical neurogenesis observed in vivo. Altogether, these data highlight the potential of transcriptomic studies to unravel but also to approach fundamental questions such as transcriptional changes occurring in a population of progenitors over time and participating to changes in their fate potential. This knowledge will be key in developing innovative approaches to recruit and promote the generation of selected cell types, including neuronal subtypes in pathologies

Le muscle squelettique adulte a une capacité de régénération remarquable, pouvant guérir après des traumatismes répétés. Cette propriété dépend de la présence de cellules souches musculaires (SCMu), qui sont pour la plupart quiescentes dans des conditions homéostatiques mais qui s'activent après une blessure, réintègrent le cycle cellulaire et prolifèrent pour donner naissance à des myoblastes qui fusionneront pour restaurer les fibres endommagées. De nombreuses études ont étudié les états transitoires que les SCMu empruntent de l'entrée du cycle cellulaire à la différenciation. Malgré le fait que plusieurs souris rapportrices génétiquement modifiées aient été générées pour examiner ces événements, l'initiation de la différenciation, qui est généralement définie par l'expression du facteur de régulation myogénique Myogenin, est difficilement appréciable à cause du manque de souris rapportrice fiable. Par conséquent, nous avons développé une nouvelle lignée rapportrice où la différenciation des cellules myogéniques exprimant le facteur de transcription Myogenin peut être marquée par l'expression d'une protéine fluorescente tdTomato. Cette nouvelle lignée de souris knock-in nous a permis d'analyser la cinétique de l'expression de Myogenin lors de la différenciation cellulaire in vitro et d'effectuer des expériences préliminaires in vivo par imagerie intravitale. De plus, bien que toutes les SCMu de souris soient caractérisées par l'expression du facteur de transcription Pax7, plusieurs études ont décrit des différences de prolifération, de capacité de transplantation et de sensibilité à la maladie entre les SCMu des muscles crâniens et des membres. Pour étudier les réseaux de régulation des gènes qui régissent cette hétérogénéité fonctionnelle, nous avons combiné des analyses transcriptomiques sur cellules uniques avec des approches de biologie cellulaire utilisant des lignées de souris rapportrices pour identifier les régulateurs clés qui confèrent des propriétés distinctes aux SCMu à haute-performance (extraoculaires) et à faible-performance (tibialis antérieur) en quiescence et lors de l'activation. Nous avons identifié un retard dans la différenciation des SCMu extraoculaires en culture, accompagné par l'expression de facteurs de remodelage de la matrice extracellulaire et de récepteurs membranaires distincts et nous avons validé l'expression de certains de ces candidats au niveau protéique. Des analyses informatiques avancées ont mis en évidence la dynamique sous-jacente au maintien d'une population de progéniteurs dans les SCMu extraoculaires, contrôlée par un réseau singulier de facteurs de transcription formant un module de molécules co-régulées. En conclusion, ces études apportent de nouvelles informations sur les mécanismes qui octroient des propriétés différentes des cellules souches musculaires venant d'emplacements anatomiques distincts
Adult skeletal muscle has a remarkable regenerative capacity, being able to recover after repeated trauma. This property depends on the presence of muscle stem cells (MuSCs), which are mostly quiescent in homeostatic conditions, re-enter the cell cycle after injury and proliferate to give rise to committed myoblasts that will eventually fuse to restore the damaged fibres. Numerous studies have investigated the cell state transitions that MuSCs undergo from cell cycle entry to differentiation. Although several genetically modified reporter mice have been generated to study these events, detailed studies on the initiation of differentiation, which is generally defined by expression of the myogenic regulatory factor Myogenin, have been hampered by the lack of a reliable reporter mouse. Therefore, we developed a fluorescent reporter line where differentiating myogenic cells expressing Myogenin are marked by the expression of a tdTomato fluorescent protein. This novel knock-in mouse line allowed us to monitor the kinetics of Myogenin expression during cell differentiation in vitro, and perform preliminary experiments on the behaviour of myogenic cells in vivo by intravital imaging. Although all mouse MuSCs are characterised by the expression of the transcription factor Pax7 and they share several properties, some studies have reported differences in proliferation, engraftment ability, and sensitivity to disease of MuSCs from cranial and limb muscles. To investigate the gene regulatory networks that govern this functional heterogeneity, we have integrated single-cell transcriptomic analyses with cell biology approaches using mouse reporter lines to identify key regulators that confer distinct properties to high performing (extraocular muscles) and lower performing (limb, Tibialis anterior muscle) MuSCs in quiescence and activated states. We identified a delayed lineage progression of extraocular MuSCs in culture that was accompanied with the expression of distinct extracellular matrix remodelling factors and membrane receptors, and we validated the expression of some of these candidates at the protein level. Advanced computational analyses highlighted the dynamics underlying the maintenance of a stem-like progenitor population in extraocular MuSCs, controlled by a singular network of transcription factors acting as a co-regulating module. Taken together, these studies provide novel insights into the mechanisms underlying the differential properties of muscle stem cells in distinct anatomical locations

Le développement de créatures artificielles est un domaine de recherche en plein essor. Depuis plus de vingt ans maintenant, de nombreuses techniques sont apparues afin de simuler à plusieurs niveaux des êtres artificiels : en commençant par la simulation de leur comportement au début des années 90, on a ensuite continué en modifiant leur morphologie pour qu'elle soit adaptée à leur environnement. Plus récemment, l'embryogenèse artificielle s'inspire des mécanismes de développement du vivant afin de générer de petites créatures de quelques dizaines à plusieurs centaines de cellules. Le but de ces systèmes est d'une part de mieux comprendre le vivant mais aussi de produire des modèles comportementaux pour les futurs robots modulaires. Après avoir étudié ces différents niveaux de simulation, nous nous sommes aperçus qu'il n'existait pas de modèle transversal permettant une simulation à plusieurs échelles des créatures. Le but de ces travaux est de développer une créature complète en partant d'une cellule unique, possédant différents organes et des fonctionnalités haut niveau. Le but de cette thèse est de construire le modèle chimique de cet ensemble de simulateurs. Nous avons ainsi proposé un modèle basé sur une forte simplification du modèle de développement naturel. Les créatures devront de plus intégrer un métabolisme afin de pouvoir extraire de l'énergie des différents constituants de son environnement. Ce métabolisme est trop souvent oublié dans les modèles de développement de la littérature bien qu'il soit à la base de la vie de tous les êtres vivants. A travers différentes expérimentations que nous avons effectuées, nous avons prouvé que ce modèle est capable de produire différents organes et de les assembler afin de créer un organisme plus complexe. Nous avons aussi montré la possibilité à produire une forme particulière. Enfin, nous avons observé d'importantes capacités d'auto-réparation inhérentes au modèle. Ce modèle de développement est un premier simulateur qui sera inclu dans un ensemble de simulateurs agissants à différentes échelles de la créature. Comme nous le verrons dans les perspectives de ces travaux, nous avons commencé à imaginer un simulateur physique et un simulateur hydrodynamique permettant de plonger une créature en train de se développer dans un monde physique aux lois newtoniennes et un monde hydrodynamique répondant aux équations de Navier et Stokes.

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

Nous avons étudié le trafic intracellulaire de l’ADN nu dans la cellule eucaryote. Dans ces dernières années, des molécules d’ADN exogène ont été utilisées en thérapie génique et chimiothérapie. À présent nous ne savons pas par quelle voie ces molécules d’ADN atteignent le noyau des cellules. Pour étudier ce phénomène, nous avons utilisé le suivi de molécule unique nous permettant d’observer la dynamique d'une molécule d’ADN nu dans le cytoplasme d’une cellule eucaryote. La molécule choisie comme modèle est le Dbait, un fragment d’ADN double-brin développée à l’Institut Curie comme adjuvant des thérapies anti-tumorales classiques. Les molécules de Dbait ont été modifiées pour ne pas être dégradées dans le cytoplasme et marquées avec des nanoparticules fluorescentes. Nous les avons suivies avec une haute précision spatiale et temporelle dans le cytoplasme des cellules HeLa. Ces expériences nous ont suggéré un mécanisme de transport actif du Dbait le long des filaments du cytosquelette. Nous avons ensuite développé un système in vitro pour mimer le transport du Dbait soit sur des microtubules soit sur des filaments d’actine. Ces expériences ont montré que seul le réseau des microtubules est impliqué dans le transport actif du Dbait. De plus, elles suggèrent la présence d’un ou plusieurs moteurs moléculaires de la famille des kinésines ou des dynéines acteurs du transport du Dbait. Nous avons complété notre travail par une co-purification Dbait-protéines cytoplasmiques pour identifier ces moteurs moléculaires. Nous avons isolé quatre moteurs moléculaires qui ont une affinité pour les molécules de Dbait : la dynéine cytoplasmique et trois moteurs de la famille des kinésines