Tesis sobre el tema "Trisomie 21 – Modèles animaux"

Le syndrome de Down, ou trisomie 21, se caractérise par de nombreux symptômes dont un retard mental et des altérations immunologiques. Afin de comprendre le rôle joué par les gènes du chromosome 21 humain (HC21) et leurs implications dans les déficiences immunitaires ainsi que dans des troubles cognitifs et leurs bases neurobiologiques, des lignées de souris transgéniques pour différents fragments du HC21 ont été étudiées. Les résultats montrent l'implication de la protéine GIRK2 dans l'altération de la maturation des lymphocytes T et du mécanisme d'adhésion cellulaire qui jouerait un rôle dans la migration des thymocytes. Une autre lignée de souris présente des déficits comportementaux et une altération neuronale observée surtout au niveau des neurones cholinergiques du télencéphale basal. Ces phénotypes neurobiologiques semblent être fortement liés à la surexpression du gène DYRK1A, l'homologue de Drosophila minibrain, impliqué dans le développement du système nerveux central.

La Trisomie 21 est la plus fréquente anomalie chromosomique et se caractérise par un tableau clinique complexe avec notamment un retard mental constant. Les déficiences cognitives dont l'origine demeure mal connue, pourraient être la conséquence d'altérations du développement précoce du système nerveux. PCP4/PEP-19 (Purkinje Cell Protein 4) est une protéine, dont le gène est localisé sur le chromosome 21, impliquée dans la transduction du signal calcique et modulant l'activation des cibles du complexe Ca2+-Calmoduline, dont la CaMKII. PCP4 possède une expression précoce dans le neuroectoderme, suggérant un rôle dans le développement des différentes structures du système nerveux. Pour confirmer cette hypothèse, un modèle de surexpression de PCP4 a été construit par transgénèse : les souris TgPCP4. Notre étude à plusieurs stades de développement, au niveau du transcrit et de la protéine, montre chez les TgPCP4 la présence de PCP4 dans des régions du système nerveux, où il est normalement observé plus tard au cours de l'embryogenèse. L'analyse par des marqueurs de différenciation neuronale montre que la surexpression de PCP4 induit une maturation neuronale précoce au niveau des ganglions nerveux et du rhombencéphale. Dans ces régions, nous avons mis en évidence une modulation de l'activité de la CaMKIIô, suggérant son implication dans ce mécanisme. Des résultats similaires ont été obtenus sur les souris TslCje, trisomiques pour une région du chromosome 16 murin orthologues du 21 humain pour 85 gènes (dont pcp4\ indiquant que les conséquences de cette surexpression peuvent être maintenues dans le contexte multigénique de la Trisomie 21
Pcp4/pepl9 is a modulator of Ca2+-CaM, a key molecule for calcium signaling, expressed in postmitotic neuroectoderm cells during mouse embryogenesis. PCP4 gene is located on human chromosome 21, and present in three copies in Down syndrome (DS). To evaluate the consequences of 3 copies of this gene on the development of these cells in the nervous System, we constructed a transgenic (TgPCP4) mouse model, with one copy of human PCP4, and investigated the effects in this model. We showed that pcp4 overexpression is present at transcript and protein levels, and overexpression induced precocious neuronal differentiation, as shown by the distribution and levels of early neuronal markers. We also demonstrated that pcp4 overexpression was associated with an increase in CaMKIIdelta activation, TgPCP4 and TslCje, a mouse model of DS, developed similar modifications, demonstrating that these mechanisms may account for abnormal neuronal development in DS

Les altérations les plus fréquentes et les plus caractéristiques du syndrome de Down (SD) sont les troubles de l'apprentissage et la dysmorphie crâniofaciale (CF). Le phénotype CF comprend des dimensions réduites de la tête, une brachycéphalie, une région orbitale médio-latérale réduite, une largeur bizygomatique réduite, un petit maxillaire, une petite mandibule et une variabilité individuelle accrue. Jusqu'à présent, les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent ce phénotype CF restent inconnus. Cette thèse, utilisant un nouveau panel de modèles de rats et de souris, a proposé de nouveaux gènes candidats pour le phénotype SD-CF. Nous avons confirmé le rôle de Dyrk1a dans la brachycéphalie du neurocrâne et identifié le surdosage du facteur de transcription Ripply3 pour le raccourcissement de la face médiane par la sous-régulation de Tbx1, un autre facteur de transcription impliqué dans des phénotypes similaires trouvés dans le syndrome de DiGeorge. Nous avons défini de nouveaux gènes sensibles au dosage responsables des malformations du SD-CF, et de nouveaux modèles ont été proposés pour sauver le phénotype SD-CF. Ces nouvelles connaissances pourraient également permettre de mieux comprendre les phénotypes cérébraux et cardiovasculaires spécifiques observés chez les mutants Tbx1 et les modèles de DS
The most frequent and distinctive alterations found in Down syndrome (DS) are learning disability and craniofacial (CF) dysmorphism. The CF phenotype includes reduced head dimensions, brachycephaly, reduced mediolateral orbital region, reduced bizygomatic breadth, small maxilla, small mandible, and increased individual variability. Until now, the cellular and molecular mechanisms underlying this CF phenotype remain unknown. This thesis, using a new panel of rats and mice models proposed new candidate genes for the DS-CF phenotype. We confirmed the role of Dyrk1a in neurocranium brachycephaly and identified the overdosage of the transcription factor Ripply3 for midface shortening through the downregulation of Tbx1, another transcription factor involved in similar phenotypes was found in Di George Syndrome. We defined new dosage-sensitive genes responsible for DS-CF malformations, and new models were proposed to rescue the DS-CF phenotype. This new knowledge may also lead to insights for specific brain and cardiovascular phenotypes observed in Tbx1 mutants and DS models

Il est maintenant établi que les neurones à gonadotropin-releasing hormone (GnRH) jouentun rôle majeur dans la régulation d’un réseau neuronal complexe qui contrôle le début de lapuberté et la fertilité, principalement au sein de l’hypothalamus. De plus, il est de plus en plusdécrit que la GnRH serait impliquée dans une multitude de fonctions, autre que celle de lareproduction. Ici, nous montrons que les neurones à GnRH sont essentiels au maintien de lafonction cognitive et à l’olfaction. Une première étude montre la présence d’une dérégulationdans la transcription de micro-ARN (miR) dans un modèle murin de Trisomie 21 ou Syndromede Down (souris Ts65Dn) associée à une perte progressive de l’expression de la GnRH. Cetteperte est concomitante à un déclin cognitif et olfactif. De manière intéressante, ces déficitssont réversibles à la suite d’une surexpression du miR-200, induite par un vecteur viral. Lafonction de la GnRH est, quant à elle, restaurée grâce à une greffe de neurones à GnRH ou àl’administration pulsatile de GnRH. Une deuxième étude démontre que des mutations dans legène codant pour la synthase d’oxyde nitrique neuronale (NOS1) peuvent être un facteur àl’origine de deux troubles génétiques associés à un déficit en GnRH : l’hypogonadismehypogonadotropique congénital et le syndrome de Kallmann. De façon similaire à l’Homme,les souris déficientes en Nos1, ne présentent pas uniquement un retard de puberté et uneinfertilité mais également des déficits cognitifs et olfactifs. En outre, l’inhalation de d’oxidenitrique (NO) au cours de la période infantile est restaure, dans ce modèle, la maturationsexuelle, la cognition et l’olfaction. Dans leur ensemble, les résultats recueillis dans cette thèsede doctorat, montrent que la GnRH joue un rôle critique et inattendu dans le maintien de lafonction cognitive et l’olfaction, offrant ainsi de nouvelles opportunités de stratégiesthérapeutiques contre de nombreux troubles neuro-développementaux et neurodégénératifs
The role of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neurons as the master regulators of acomplex neural network, mainly in the hypothalamus, controlling the onset of puberty andregulation of fertility is well established. Nonetheless, it is becoming apparent that GnRH maybe involved in a variety of non-reproductive functions. Here, we show that GnRH neurons arecritical for maintaining cognitive function and olfaction. A first study demonstrates adysregulated microRNA (miR)-transcription network underlying a progressive loss of GnRHexpression in the Ts65Dn mice, a mouse model of Down syndrome. This GnRH loss isconcomitant with a cognitive and olfactory decline. Intriguingly, these deficits are reversibleby viral-vector-mediated miR-200b overexpression, the restoration of GnRH functionality bygrafting wild-type GnRH neurons, or simply delivering pulsatile GnRH. A second studydemonstrates mutations in the neuronal nitric oxide (NO) synthase (NOS1) gene as a causalfactor of congenital hypogonadotropic hypogonadism and Kallmann syndrome, two geneticdisorders rooted in a GnRH deficiency. Similar to human, Nos1 deficient mice do not only showa delayed puberty onset and infertility, but also cognitive and olfactory impairments.Moreover, the administration of inhaled NO during the late infantile period can restore sexualmaturation, cognition and olfaction in this mouse model. Overall, the results of this Ph.D.thesis provide evidence that GnRH plays an unexpected yet critical role in non-reproductivefunctions such as cognitive function and olfaction and hold novel opportunities for therapeuticstrategies against various neurodevelopmental and neurodegenerative disorders

La trisomie 21 (T21), est l'anomalie chromosomique la plus fréquente, associée à un large ensemble d’altérations morphologiques, physiologiques et neurologiques. Nous avons entrepris d'analyser la surexpression d'un gène candidat, CBS, intervenant dans le contrôle de l'homocystéine et impliqué dans une neuropathologie humaine. Nous avons produit un modèle de surexpression conditionnelle dans le cerveau pour le gène humain de la CBS, avec la stratégie Cre-loxP, afin d'étudier sa contribution dans le phénotype du retard mental. Sur les huit lignées transgéniques, seulement deux d'entre elles expriment le transgène dans différentes parties du cerveau. Cette surexpression a également un impact sur la viabilité des embryons de souris. Toutefois, nous avons obtenu une lignée nous permettant d'étudier ses effets sur le comportement. Afin de décoder les rapports complexes qui existent entre le génotype et le phénotype dans la T21, le laboratoire a créé de nouveaux modèles murins d'aneuploïdies pour des régions homologues au chromosome 21: Ts1Yah et Ts2Yah. L'objectif de ce travail est d'étudier les interactions génétiques entre les deux nouveaux modèles. L'analyse phénotypique détaillée des doubles trisomiques révèle des modifications dans le tonus musculaire ainsi que dans l'anxiété, d'autres études comportementales et de morphologie du crâne compléteront ces résultats. Avec le développement, ces dernières années, des modèles murins, du séquençage du chromosome 21 et l'essor des outils de mesure de l'expression globale des gènes, il est probable que dans un proche avenir nous aurons une meilleure connaissance de l’origine moléculaire fondamentale de la T21.

La Trisomie 21 se caractérise par un tableau clinique complexe comprenant des anomalies morphologiques et un retard mental. Elle est associée à un vieillissement accéléré avec un vieillissement précoce d'une neuropathologie d'Alzheimer. PCP4 est localisé sur HSA21 et intervient dans la transduction du signal calcique, processus impliqué dans la construction des réseaux neuronaux, suggérant que certains signes de la trisomie 21 pourraient être associés à sa surexpression. L' analyse du profil d'expression de PCP4 au cours de l'embryogénèse murine a permis de démontrer qu'il apparaît précocement dans des structures participant à l'établissement des connexions neuronales ainsi que dans d'autres organes atteints chez les patients trisomiques 21. Au cours du vieillissement normal, PCP4 n'est pas modulé systématiquement suggérant que les modulations observées en cas de neurodégénérescence sont provoquées par les gènes impliqués dans ces pathologies. Afin de rechercher l'implication de ce gène dans la trisomie 21, nous avons construit un modèle murin transgénique par transfection du gène entier dans des cellules ES
PCP4 (PEP-19) belongs to a family of Iq motif proteins involved in calcium transduction signals. It binds calmodulin and regulates CamKII and nNOS wich are involved in neuronal plasticity and wich may also mediate the transduction of apoptotic signal. The gene is localized on HSA21 and is in 3 copies in Down syndrome (DS) patients. To determine whether PCP4 may be involved in some DS phenotypic features, we analysed its expression pattern during mouse development and in the adult brain. PC expression pattern suggests that its overexpression may be involved in some of the DS features such as abnormalities in neuronal differentiation in cluding synaptogenesis and migration. We thus constructed a mouse model of PCP4 overexpression using the ES cells transgenesis method. The transgenicline is currently under study. PCP4 expression in the aging brain has been shown not to vary systematically during normal aging suggesting that PCP4 modulations in human neuropathologies are induced by genes involved in these diseases. Moreover, microarrays analysis suggests that PCP4 modulation is associated with other genes involved in neurotransmission

Le syndrome de Down (SD) ou trisomie 21 (T21) est caractérisé par des anomalies morphologiques, des troubles cognitifs et moteurs associés à un retard mental. L’analyse génétique de cette pathologie nécessite le développement de modèles animaux. Afin de complémenter les modèles murins de T21 existant, notre laboratoire s’est attaché à créer de nouveaux modèles d’aneuploïdie des régions d’homologie au chromosome 21 humain. Mon travail de thèse à porté sur l’étude phénotypique de deux de ces modèles : les modèles Ms2Yah (monosomique) et Ts1Yah (trisomique) pour la région Abcg1-U2af1 (13 gènes), homologue à la partie télomérique du chromosome 21 humain. Des analyses préliminaires du transcriptome révèlent que les gènes de la région Abcg1-U2af1 sont globalement sous-exprimés d’un facteur de 0,5 dans le modèle monosomique et sur-exprimés de 1,5 dans le modèle de trisomie. Ces deux lignées se révèlent être de bons modèles d’étude de l’homocystéinurie, la concentration en homocystéine plasmatique chez ces souris étant liée au nombre de copies de la région d’aneuploïdie. Des analyses en cours suggèrent également une macrocytose chez les individus Ms2Yah. Une homocystéinurie et une macrocytose sont fréquentes chez les enfants et les adultes atteints du SD et seraient dues à une activité plus importante de la CBS dans ce syndrome. Enfin, un premier criblage comportemental révèle une force d’agrippement plus élevée et des troubles de l’habituation ou de la mémoire chez les individus de la lignée Ts1Yah. Ces deux modèles seront par la suite combinés avec les autres lignées aneuploïdes pour mieux comprendre les interactions génétiques en cause dans cette pathologie. Ces études devraient à terme conduire à l’identification des voies de signalisation perturbées chez les patients et permettre le développement de nouvelles approches thérapeutiques.

La Trisomie 21 (T21) et la Monosomie 21 (M21) humaines entraînent de nombreuses perturbations du développement. L'étude de patients n'a pas permis de résoudre les relations génotype-phénotype nécessitant alors la création de modèles animaux. Il n'existe pas de modèle de M21 et les modèles murins de T21 actuels ne miment pas tous les phénotypes du syndrome. Nous avons donc décidé de créer de nouveaux modèles murins de T21 et de M21 en recombinant, par le système CRE-loxP, la région entre les gènes Cstb et Hrmt1l1 portée par le chromosome 10 absente dans les modèles. Des sites loxP ont ainsi été insérés au niveau de ces gènes en cellules ES afin d'obtenir la duplication et la délétion de la région in vitro grâce au système HPRT et in vivo par la stratégie TAMERE avec les lignées de souris dérivées des clones ES simples recombinants. Nous avons pour l'instant obtenu un mutant hypomorphe pour Hrmt1l1, un modèle de trisomie pour Cstb et un modèle de monosomie conditionnelle pour la région

La Trisomie 21 ou Syndrome de Down, est due à la présence surnuméraire du chromosome 21 humain (Hsa21), le surdosage génétique qui en résulte provoque différents phénotypes. Cette pathologie est la première cause de retard mental. Notre étude vise à savoir si l’aneuploïdie d’un intervalle génétique, encore non étudié, entraîne des modifications dans la mise en place des processus à l’origine des facultés cognitives. Cet intervalle, entre les gènes Cstb et Prmt2 est porté par le chromosome murin 10 (MMU10) au sein d’une portion homologue à la partie télomérique du Hsa21. Pour cela de nouveaux modèles murins ont été créés, Ms4Yah est monosomique et Ts3Yah est trisomique pour cet intervalle. Le but est donc de caractériser les conséquences de l’aneuploïdie sur le fonctionnement des neurones permettant l’encodage des informations, appelé plasticité synaptique à long terme. Nous avons enregistré ce phénomène au niveau de la communication entre le cortex et le striatum, structures impliquées dans les processus mnémoniques, grâce à la technique électrophysiologique de patch clamp en configuration cellule entière. Ces enregistrements sont faits in vitro sur tranches de cerveaux de souris. Les propriétés électrophysiologiques des NETMs ont été caractérisées. La plasticité synaptique corticostriatale à long terme de type glutamatergique a été étudiée avec des protocoles de stimulation spécifiques, appliqués au niveau cortical. Des protocoles de conditionnement à haute et à basse fréquence ont été utilisés. Nous avons observé que l’aneuploïdie portée par les modèles avait une influence sur la mise en place de la plasticité synaptique corticostriatale à long terme qui est différente en fonction du dosage génétique. Ms4Yah met en place une DLT suite au protocole SHF de même que Ts3Yah. Lorsque le protocole SBF est utilisé Ms4Yah met en place une forme de plasticité à court terme contrairement à Ts3Yah qui présente une DLT. L’intervalle étudié ici jouerait donc un rôle dans le phénotype de la Trisomie 21. Certains gènes de l’intervalle semblent être de bons candidats pour expliquer les phénomènes observés, notamment S100b, Pcbp3 et Trmp2
Trisomy 21 or Down syndrome is due to a third copy of human chromosome 21 (Hsa21) in the genome, this leads to a global genetic overexpression which results on multiple behavioral phenotypes. This pathology is the first and most common cause of mental retardation. Our study aims to understand whether an aneuploidy of a non-studied genetic interval, included in Hsa21, causes changes in processes mediating intellectual abilities. This interval, between Ctsb and Prmt2, is located on murine chromosome 10 (MMU10) within an homologous portion of the Hsa21 telomeric part. Thus, new mouse models have been engineered, Ms4Yah is monosomic and Ts3Yah trisomic for Cstb-Prmt2 interval. Hence, the aim of this project is to characterized aneuploidy consequences on neuronal functions which lead to information encoding, named long term synaptic plasticity. We have recorded this phenomenon within cortex-striatum neuronal connexion, which is involved in mnemonic processes, using whole-cell patch-clamp electrophysiological technique. Records were made in vitro on mouse horizontal brain slice. We characterized METMs electrophysiological properties. Then, glutamatergic corticostriatal long term synaptic plasticity was studied with specific stimulation protocols applied on the cortex. High and low frequency conditioning protocols were used. We observed that aneuploidy of the models influenced corticostriatal long term synaptic plasticity setting which is different according to the genetic dosage. Ms4Yah showed LTD after HFS protocol like Ts3Yah. But when SBF was applied, Ms4Yah shows a short term plasticity form, conversely Ts3Yah shows anew a LTD. The studied interval may play here a role in phenotype of Trisomy 21. Some of the genes comprised in the Ctsb-Prmt2 interval seemed to be good candidates to explain observed phenotypes, namely S100b, Pcbp3 and Trmp2

L’évolution des techniques de génétique chez la souris permet maintenant d’aborder aussi bien les effets de doses associés à de larges fragments chromosomiques que de rechercher efficacement le gène défectueux associé à un phénotype caractérisé. Ainsi dans un premier temps, nous avons abordé la création et l’analyse de nouveaux modèles murins de syndromes de gènes contigus, comme la monosomie et la trisomie 21, pour la région homologue Hrmt1l1-Col6a1. En parallèle, nous avons continué une approche plus classique de mutagenèse aléatoire à l’ENU à partir de laquelle nous avons caractérisé deux nouvelles mutations, sma et ied, associées respectivement à une défaillance neuromusculaire et à un dysfonctionnement de l’oreille interne. Ce travail confirme la complémentarité des deux approches pour la modélisation de pathologies humaines et pour contribuer à une meilleure compréhension fonctionnelle du génome.

La trisomie 21 est la première cause de retard mental, phénotype majeur de la maladie. Elle est due à la présence d’un chromosome 21 supplémentaire. De nombreux gènes sont présents sur ce chromosome mais quelques-uns ont été proposés comme candidats pour les phénotypes neurocognitifs associés à la maladie, notamment le gène Dyrk1a. Il code pour une sérine-thréonine kinase, DYRK1A, à rôle majeur dans le développement cérébral et l’activité synaptique. Le cortex préfrontal sous-tend un ensemble de fonctions cognitives supérieures dont les fonctions exécutives et est impliqué dans la régulation du comportement émotionnel et de l’humeur, composantes largement affectées dans la trisomie 21. Ce travail de thèse a permis de caractériser des défauts majeurs de la transmission et la plasticité synaptique glutamatergique au sein du cortex préfrontal de deux modèles murins différents de trisomie 21: le modèle mBACtgDyrk1a surexprimant le gène murin Dyrk1a et le modèle Ts65Dn surexprimant 130 gènes de l’analogue murin du chromosome 21 dont Dyrk1a. Un autre versant de l’étude a concerné l’utilisation d’un composé inhibiteur de l’activité DYRK1A ou d’autres cibles cellulaires pour corriger les altérations préfrontales observées, constituant ainsi de nouvelles pistes thérapeutiques pour les phénotypes neurocognitifs associés à la trisomie 21
Down syndrome is the major cause of mental retardation, the main phenotype of the pathology. It is due to an extra chromosome 21. Many genes have been proposed as candidates for the neurocognitive phenotypes of Down syndrome, notably Dyrk1a. It encodes the serine-threonine kinase DYRK1A which is involved in brain development and synaptic functions. The prefrontal cortex mediates higher cognitive functions, such as executive functions and emotional regulation. This study highlighted major deficits in prefrontal cortex glutamatergic transmission and plasticity of two mouse models for Down syndrome: the overexpressing Dyrk1a mBACtgDyrk1a model and the Ts65Dn model, overexpressing around 130 murine orthologous genes of HSAS21 chromosome. Another aspect of this study was the development of new effective therapeutic strategy for Down syndrome neurocognitive phenotypes based on DYRK1A or other cellular targets activity inhibition

PCP4/PEP-19 (Purkinje Cell Protein 4) est localisé sur le chromosome 21 et intervient dans la transduction du signal calcique via son association à la calcium/calmoduline. L'analyse de la régulation de l'expression du gène PCP4 par une approche in silico a montré qu'il était régulé par des facteurs de transcription impliqués dans des mécanismes de différenciation cellulaire. Parallèlement, nous avons entrepris l'étude de la régulation et de la fonction de PCP4 dans les mécanismes de vieillissement et de stress oxydant.

La trisomie 21 (T21) résulte de la présence d’une extra-copie du chromosome 21 (Chr21). Parmi les gènes candidats impliqués dans les déficits cognitifs liés à la T21, DYRK1A est un des plus pertinents. Des études ont montré une corrélation entre l’augmentation de son activité kinase avec les déficits mnésiques observés dans les modèles murins de T21. Afin de comprendre les mécanismes sous-jacents aux altérations cognitives causées par son surdosage, nous avons utilisé des modèles murins sur-exprimant DYRK1A seule ou en plus d’autres gènes orthologues au Chr21, ainsi que des inhibiteurs spécifiques de DYRK1A (Leucettines) synthétisés par ManRos Therapeutics. Ici sont présentées les conséquences d’un traitement chronique avec ces Leucettines sur la cognition de ces animaux. Des analyses du phosphoprotéome de ces souris traitées ou non avec une des Leucettines, la L41, a mis en lumière des cibles et mécanismes biologiques impliqués dans les perturbations mnésiques de ces animaux. Enfin, ce projet a surtout permis de mettre en évidence un nouvel inhibiteur plus sélectif pour DYRK1A comme candidat-médicament pour l’amélioration des fonctions cognitives des porteurs de la T21
Down Syndrome (DS), is due to the presence of an extra copy of chromosome 21 (Ch21). Among the candidates implicated in DS intellectual disabilities, DYRK1A is one of the most relevant. Several studies have shown a correlation between an increase of its kinase activity and the intellectual defects observed in DS models. In order to understand the mechanisms underlying the impact of DYRK1A overdosage on cognitive alterations, we used several trisomic mouse models expressing DYRK1A alone or with additional Hsa21 orthologous genes and specific DYRK1A inhibitors (Leucettines) from ManRos Therapeutics. We will present here the consequence of the Leucettines treatment following repetitive administration to several DS mouse models on the behavior and cognition. Further analysis of the phosphoproteome of DS mouse models treated or not with one of the Leucettine, the L41, unravels a few targets and pathways which are involved in the cognitive alterations observed in these trisomic mice. These results support the potential of more selective DYRK1A inhibitor as a therapeutic approach to improve cognitive functions in DS patients

Le syndrome de Down (SD) est l'anomalie génétique la plus fréquente et la cause majeure du retard mental avec une prévalence de 1/700 chez les nouveau-nés. Les troubles qui en découlent sont principalement d'ordre nerveux, immunitaire, et cardiaque. Le tableau clinique, complexe et variable, comprend, entre autres, des anomalies morphologiques, des malformations congénitales principalement cardiaques, une hypotonie musculaire, des troubles cognitifs et moteurs associés à un retard mental qui peut être modéré ou sévère. Ce syndrome est caractérisé par la présence d'une copie surnuméraire du chromosome 21 (Trisomie 21 libre) ou d'un fragment du chromosome 21 (Trisomie 21 partielle). Selon l'hypothèse du dosage génique, l'augmentation de l'expression de 50% de certains gènes du chromosome 21 mène aux différents phénotypes observés. L'objectif de la thèse s'inscrit dans une approche gène candidat cherchant à préciser les liens entre erreur de dosage génique et altération phénotypique. L'étude de patients porteurs de Trisomie 21 partielle a permis grâce aux corrélations génotype-phénotype de caractériser des régions critiques du chromosome 21 potentiellement impliquées dans l'apparition de nombreux signes phénotypiques. La principale de ces régions, la DCR-1, contient une vingtaine de gènes parmi lesquels figurent Dopey2, MorcS, et CLDN14, qui ont fait l'objet d'étude de cette présente thèse. Dopey2, hautement conservés dans la phylogenèse, pourrait être impliqué dans le contrôle de la densité cellulaire et/ou le nombre de cellules durant la neurogenèse. MorcS agirait comme régulateur de certains facteurs de transcription. La claudinH serait impliqué dans une forme de surdité récessive. Nous avons tenté d'établir des corrélations d'une part, entre l'augmentation du nombre de copies géniques et le niveau de surexpression de ces gènes, et d'autre part, entre la surexpression d'un ou des gènes de la DCR-1 et des caractéristiques phénotypiques spécifiques du syndrome. Ma thèse comportait deux volets d'étude. Le premier portant sur 2 modèles murins transgéniques de surexpression : le modèle TgYAC230E8 transgénique pour le YAC humain contenant 9 gènes dont Dopey2, MorcS, et CLDN14\ et le modèle TgPAC186P4Dopey2-L55 contenant deux copies supplémentaires du cDNA murin de Dopey2. Le second volet consiste en la collecte des échantillons humains trisomiques ayant des phénotypes particuliers dans le but de réaliser des études de transcriptomes différentielles entre plusieurs groupes de patients pour établir des corrélations génotype - phénotype. Nous avons quantifié l'expression du transcrit de ces gènes dans différents organes, tissus, et régions tissulaires spécifiques. Ces différents territoires présentant des anomalies chez les personnes portant une Trisomie 21. Nos résultats montrent, par PCR quantitative en temps réel, une surexpression élevée de Dopey 2 au niveau du cervelet des souris TgYAC230E8 ; Cette surexpression est plus modérée au niveau du cortex et de l'hippocampe. Cette surexpression plus atténuée est retrouvé au niveau du cervelet et du cortex du modèle murin TgPAC186P4Dopey2-L55 malgré la présence de deux copies supplémentaires de Dopey2. MorcS est fortement surexprimé au niveau de ces 3 régions cérébrales s'échappant à la règle du dosage génique. Il serait régulé par certains gènes du YAC. Ces gènes sont fortement surexprimés dans les tissus fœtaux trisomiques au niveau du cervelet et du cerveau frontal. CLDN14 est sousexprimé dans le cerveau murin. Ce résultat est retrouvé dans certains tissus trisomiques humains. Nous avons par la suite étudié plusieurs gènes dérégulés répertoriés parmi les gènes les plus surexprimé ou les plus sous-exprimé dans les cellules mES_Dopey2_Tris ayant servi à la construction du modèle murin TgPAC186P4Dopey2. Nous avons quantifié le transcrit de ces gènes au niveau des différentes régions cérébrales. Nos résultats montrent une surexpression significative de BHLHB2 au niveau du cervelet et de l'hippocampe, une surexpression de PpplrSc et une sous-expression de MAT2A au niveau de l'hippocampe des souris TgYAC230E8. La seconde partie de ma thèse consistait en l'étude d'un panel de remaniements partiels du chromosome 21 dans un but d'identification des corrélations génotype-phénotype, en l'occurrence la mise en évidence de gènes ou d'éléments génomiques fonctionnels du HSA21 qui contribueraient à des aspects spécifiques du phénotype. Des informations sur 23 caractéristiques phénotypiques ont été répertoriées et analysées par hybridation génomique comparative sur puce (aCGH) sur un total de 19 patients porteurs d'une trisomie partielle. Même si cette étude montre qu'il y aurait plusieurs régions génomiques importantes à identifier sur le chromosome 21 qui pourraient être liée à un phénotype présentant des caractéristiques particulières du SD, la DCR-1 resterait une région importante contenant plusieurs gènes jouant un rôle putatif dans la pathogenèse liée au SD dont DYRK1A et Dopey2 qui seraient impliqués dans le développement cérébral.

GIRK2 est situé sur le chromosome 21, dont la trisomie cause le syndrome de Down (DS). Les proportionss des sous-populations de lymphocytes T sont altérées, le nombre de lymphocytes B circulants est diminué. Notre hypothèse est un défaut de contrôle de la domiciliation/recirculation des leucocytes par les cellules endothéliales (CE). Les CE formant la paroi des vaisseaux, assurent la néovascularisation, interagissent avec les cellules circulantes, initient l’adhésion donc, la réponse immune. Pour élucider l’influence de GIRK2 sur la fonction des CE, un modèle cellulaire in vitro a été mis au point. Des lignées de CE furent établies à partir de: moelle osseuse, thymus, ganglions lymphatiques périphériques, plaques de Peyer et cerveau de souris transgéniques dotées de copies additionnelles du gène et de souris contrôles. La biologie de l’endothélium fut abordée quant aux molécules d’adhésion, et processus d’adhésion et d’angiogenèse. Les CE issues des souris transgéniques expriment différents niveaux de CD29, CD34, leurs propriétés d’adhésion des lymphocytes ainsi que d’angiogenèse sont dramatiquement affectées. Le profil d’expression des gènes des CE de souris transgéniques montrent que parmi les molécules d’adhésion, chimiokines et récepteurs, VEGFs et récepteurs, plus d’un quart des ARNm est considérablement modifié par rapport aux contrôles. Nos résultats montrent clairement que le gène GIRK2 influence la function endothéliale des patients atteints de DS
GIRK2 is located on chromosome 21, which trisomy is the cause of Down syndrome (DS). In DS, among other features, proportions of T lymphocytes subpopulations are altered and number of circulating B cells are decreased. We hypothesized that it is due to the disturbed control of homing/recirculation of lymphocytes by endothelial cells (ECs). ECs constitute the vessel wall, achieve the neovascularisation, interact with circulating cells, initiate the adhesion process thus, immunological response. To assess the GIRK2 gene influence on the function of ECs, an in vitro cellular model was established. ECs lines were established from bone marrow, thymus, peripheral lymph nodes, Peyer’s patches and brain from transgenic mice with additional copies of the gene and from normal control mice. Endothelium biology was investigated in the aspect of adhesion molecules as well as processes of adhesion and angiogenesis. ECs from transgenic mice have altered levels of CD29, CD34, their adhesive properties towards lymphoid cells are affected and their angiogenic properties are drastically different. cDNA microarray display for the gene expression pattern of ECs from transgenic mice showed that among adhesion molecules, chemokines, chemokine receptors, VEGFs and VEGFs receptors, more than one fourth of the mRNA was significantly modified compared to controls. Presented results give clear evidence that GIRK2 gene can influence the function of endothelial cells in DS patients

Le lupus érythémateux disséminé est une maladie auto-immune systémique très invalidante dont les atteintes sont multiples, les plus fréquentes étant cutanées, articulaires et rénales. Dans ce type de maladie, le système immunitaire, hyperactif, ne se limite pas à lutter contre des agents extérieurs mais s'attaque à ses propres cellules, entre autres par le biais d'auto-anticorps. Ces anticorps délétères sont produits par des plasmocytes, cellules issus de la différenciation des lymphocytes B. Ce processus se déroule principalement au sein des centres germinatifs (GC) dans les organes lymphoïdes secondaires, et fait intervenir de nombreux acteurs moléculaires et cellulaires. Mon projet de thèse a porté sur l'étude de la contribution du GC et de ses constituants, tels que les cellules auxiliaires folliculaires (Tfh) et l'IL-21, au cours du lupus. Au cours de ce travail, nous avons mis en évidence une altération à la fois quantitative et qualitative des cellules Tfh chez des patients lupiques et dans un modèle murin, altération entre autres responsable de taux anormalement élevés d'IL-21. Nous avons également observé une sensibilité accrue des cellules B de souris lupiques à cette cytokine, dont la cause est une surexpression de molécules clés telles que STAT3, et dont la conséquence est un surcroit de différenciation plasmocytaire. Tous les éléments sont donc présents pour favoriser l'interaction "Tfh-B" et la réaction du GC, et amplifier la réponse autoimmune. Enfin, la découverte de l'existence de GC ectopiques fonctionnels dans les reins de souris lupiques permet d'envisager l'existence de réponses locales au sein même des organes cibles. Les données obtenues, fondamentales, sont prometteuses et laissent entrevoir de nouvelles perspectives de biothérapies, plus ciblées, pour le traitement de la maladie lupique
Systemic lupus erythematosus is a disabling chronic autoimmune disease characterized by B cell hyperactivity leading to the production of autoantibodies, some of which exerting pathogenic effects. Autoantibodies are produced by plasma cells, which originate from the differentiation of B cells through a process that mainly takes place in germinal centers (GC) in secondary lymphoïd organs and involves many molecular and cellular parameters. The aim of my PhD project was to analyze the individual contribution of GC components, such as follicular helper T cells (Tfh) and IL-21, to lupus development. During this work, we have shown both a quantitative and qualitative impairment of Tfh cells in lupus patients and in a mouse model, leading, among other things, to high IL-21 levels. We also observed that B cells from lupus mice display a specific intrinsic sensitivity to this cytokine, due to over-expression of key molecules such as STAT3, which results in increased plasma cell differentiation. Thus, all elements are gathered that favor "Tfh-B" cell interactions and the GC reaction, and therefore the autoimmune response. Finally, the discovery of functional ectopic GC in the kidneys of lupus mice allows envisaging that local responses occur within the target organs and likely participate to kidney injury. The fundamental data we obtained are promising and anticipate new and better targeted biotherapies for lupus treatment

Le syndrome de Down (SD), ou Trisomie 21, est l'aneuploïdie la plus fréquente chez l'humain. Le désordre génomique est tel qu'aucun traitement unique ne peut pallier à tous les symptômes (retard mental, troubles moteurs...). C'est pourquoi l'utilisation de modèles murins permet d'étudier l'impact de régions partielles du Hsa21 dans l'apparition des déficits. Mon projet de thèse s'est orienté sur un locus télomérique encadré par les gènes Abcg1 et U2af1. Mes recherches se sont focalisées sur deux modèles, Ts1Yah et Ms2Yah, dédiés à cette région. L'étude de ces lignées, combinées à d'autres modèles transgéniques, a montré la contribution de l'intervalle génique dans l'optimisation de l'apprentissage locomoteur. Dans un deuxième temps, le gène Cbs, candidat à la perte de fonction de mémoire, a permis de mettre en évidence un sauvetage fonctionnel dans une expérience à effets de doses. Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles perspectives thérapeutiques.