Дисертації з теми "Maladie rétinienne"

Cette thèse a étudié comment une dérégulation de l'horloge circadienne, qui n'avait pas été clairement associée à une maladie rétinienne jusqu'à présent, pourrait contribuer à la dégénérescence et influencer le développement et la fonction de la rétine. L'inactivation spécifique du gène horloge Bmal1 (rod-Bmal1KO) dans la lignée de souris portant la mutation P23H de la rhodopsine aggrave les symptômes de dégénérescence rétinienne, tels que la réduction de la réponse ERG et la perte de bâtonnets, induits par la seule mutation P23H. Ces observations ont été corroborées par l'analyse RNA-Seq qui a révélé des changements majeurs dans l'expression des gènes, liés à la phototransduction et aux processus métaboliques, entre le double mutant (rod-Bmal1KO/P23H) et les rétines P23H. Nous avons montré qu'au cours du développement, l’invalidation des gènes horloge Per1 et Per2 chez la souris affecte de manière significative l'expression des gènes de la phototransduction et du cycle cellulaire. Nous avons observé que les souris adultes déficientes en Per1 et Per2 ne modulent pas quotidiennement leur sensibilité à la lumière, dans des conditions scotopiques et mésopiques. Nous avons également constaté une altération de la régulation journalière de la sensibilité à la lumière chez les souris déficientes en gène d'horloge Bmal1 dans les bâtonnets. De plus, nous avons investigué comment la dégénérescence des bâtonnets pourrait influencer la capacité rythmique globale de la rétine en mesurant les rythmes de bioluminescence PER2::LUC chez des souris P23H. Nos résultats montrent que l'horloge rétinienne chez les souris hétérozygotes P23H/+ présente des rythmes circadiens avec une robustesse et une amplitude significativement accrues. Ces effets impliquent probablement l’activation des cellules gliales
This thesis investigated how circadian clock misregulation, which has not been clearly associated with retinal genetic disease so far, could contribute to degeneration and influence development and function in the retina. The rod-specific knockout of Bmal1 clock gene (rod-Bmal1KO) from the mouse line carrying the P23H mutation of rhodopsin exacerbated the retinal degeneration phenotypes, such as reduction in ERG response and rods loss, induced by the P23H mutation alone. These observations were corroborated by RNA-Seq analysis, where we found major changes in expression of genes related to phototransduction and metabolic processes, between the (rod-Bmal1KO/P23H) double mutant and P23H retinas. We showed that during development, Per1 and Per2 clock genes deficiency in mice significantly affects gene expression of phototransduction and cell cycle components. We found that adult mice deficient for Per1 and Per2 genes lack a daily modulation of light sensitivity, under scotopic and mesopic conditions. We also found an impaired daily modulation of light sensitivity in mice deficient for Bmal1 clock gene in rods. Additionally, we investigated how rod degeneration could impact on the global rhythmic capacity of the retina by measuring PER2::LUC bioluminescence rhythms in P23H mice. We showed that the retinal clock in P23H/+ heterozygous mice displays circadian rhythms with significantly increased robustness and amplitude. These effects likely involve activation of glial cells

Les vitréorétinopathies (VRPs) héréditaires constituent un groupe de maladies cécitantes englobant des formes exsudatives résultant d’un arrêt développemental de la vascularisation rétinienne, et des formes dégénératives associant des anomalies du vitré, de la vascularisation rétinienne et une dégénérescence choriorétinienne. L’analyse par séquençage haut-débit d’une cohorte de 182 patients-VRPs nous a permis d’élargir le spectre des anomalies moléculaires de ces pathologies et d’identifier pour la première fois des délétions hétérozygotes de l’exon 8 du gène VCAN dans la maladie de Wagner, une vitréorétinopathie autosomique dominante très sévère, non syndromique. VCAN code pour la versicane, qui joue un rôle prépondérant dans l’angiogenèse, la migration/prolifération/adhésion/différenciation cellulaire. Tous ces rôles sont sous la dépendance de quatre isoformes, produites par épissage alternatif des exons 7/8, et dont le rapport quantitatif est déséquilibré chez les patients atteints de la maladie de Wagner. Afin de mieux comprendre ces mécanismes, nous avons généré une délétion d’environ 10-kb incluant l’exon 8 de Vcan chez la souris grâce à la technologie Crispr/Cas9. Les analyses moléculaires de ces souris VcanΔ8, indiquent que le déséquilibre quantitatif d’expression des isoformes de la versicane dans les tissus oculaires est similaire à celui retrouvé à partir des fibroblastes des patients Wagner. L’exploration phénotypique ophtalmologique indique que les souris souris VcanΔ8 présentent dès 3 mois une altération de l’ERG similaire à celle observée chez les patients Wagner. Nous avons pu réaliser une analyse du transcriptome oculaire des souris VcanΔ8 par RNA-Seq dont les résultats indiquent des différences d'expression du gène Rp1l1, jouant un rôle au niveau du cil connecteur des photorécepteurs, et de gènes majeurs impliqués dans des voies de signalisation contrôlant l'inflammation choriorétinienne. Ces différentes pistes sont pertinentes pour expliquer en partie les processus physiopathogéniques de la maladie de Wagner. Nous avons également réalisé une étude d'expression des différents isoformes de la versicane au cours du développement oculaire à partir des souris sauvages et transgéniques. Le modèle murin VcanΔ8 offre, pour la première fois, un modèle oculaire qui semble reproduire le modèle humain de la maladie de Wagner. Par conséquent, il offre des perspectives prometteuses vers une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de la maladie de Wagner. Mais au-delà de la maladie de Wagner, ce modèle pourrait avoir des retombées dans d'autres processus pathologiques. En effet, la versicane est une glycoaminoglycane à chondroïtine sulfate qui suscite une attention toute particulière dans le domaine de la cancérogénèse car c'est une molécule qui semble fortement moduler le phénotype du microenvironnement de nombreuses tumeurs à pronostic défavorable
Pas de résumé

Inherited retinal dystrophies are untreatable blinding disorders caused by mutations in genes expressed in photoreceptors or in retinal pigment epithelium (RPE). Over the last decade, gene addition therapy has been used successfully in different animal models of recessive inherited retinopathies. These studies have paved the way to several clinical trials for RPE diseases with encouraging results. The next level of challenge is to initiate treatment of the majority of disorders that primarily involve photoreceptor cells. For the development of new therapies, proof-of-concept studies in large animal models that share clinical features with their human counterparts represent a pivotal step. It is particularly true for primary photoreceptor dystrophies because the distribution, density and proportion of photoreceptors in large models more closely match those of primates. Here, we evaluated the efficacy of gene addition therapy in two canine models of severe photoreceptor dystrophies: (i) the Pde6β-/- dog, a model of rod-cone dystrophy caused by a defect in rods and (ii) the Rpgrip1-/- dog, a model of cone-rod dystrophy caused by a defect in both rods and cones. Using vectors derived from adeno-associated virus, we showed that it is possible to restore retinal function, preserve photoreceptor structure and visually guided behavior in the two canine models, for at least 24 months postinjection. The efficacy of gene addition therapy in these large animal models of photoreceptor dystrophies provides great promise for human treatment
Les dystrophies rétiniennes héréditaires sont des maladies cécitantes causées par des mutations dans des gènes exprimés par les photorécepteurs ou l'épithélium pigmentaire rétinien (EPR). Récemment, la thérapie génique d'addition a été utilisée avec succès chez des modèles animaux de rétinopathies héréditaires récessives. Ces études ont ouvert la voie à plusieurs essais cliniques pour des maladies de l'EPR, avec des résultats encourageants. L'étape suivante est de développer un traitement pour les pathologies qui touchent directement les photorécepteurs. Pour le développement de ces nouvelles thérapies, les preuves de concept chez des modèles gros animaux qui miment les symptômes des patients sont une étape importante. En effet, la distribution, la densité et la proportion des photorécepteurs chez les modèles gros animaux sont très proches de celles des primates. Ici, nous avons évalué l'efficacité de la thérapie génique d'addition chez deux modèles canins de formes sévères de dégénérescence des photorécepteurs: (i) le chien Pde6β-/-, un modèle de dystrophie bâtonnet-cone et (ii) le chien Rpgrip1-/-, un modèle de dystrophie cône-bâtonnet. A l'aide de vecteurs dérivés du virus adeno-associé, nous avons montré qu'il était possible de restaurer la fonction rétinienne, de préserver la structure des photorécepteurs et le comportement visuel des deux modèles canins, pendant au moins 24 mois après l'injection. Ces résultats sont prometteurs pour le traitement des patients atteints de dégénérescence des photorécepteurs

L’œil et le système nerveux central (SNC) ont une origine embryologique commune et les structures rétiniennes, facilement observables, pourraient refléter les atteintes cérébrales. L’objectif général de cette thèse était d'analyser les relations entre atteintes rétiniennes et manifestations cliniques (déclin cognitif, démence) et paracliniques (imagerie cérébrale) du vieillissement cérébral. Deux "biomarqueurs" rétiniens ont été analysés : les fibres nerveuses de la rétine (RNFL) et les structures vasculaires. Les données utilisées proviennent de la cohorte populationnelle 3 Cités-Alienor. Nous avons montré que les sujets ayant une épaisseur réduite de la RNFL (mesurée par tomographie par cohérence optique spectral-domain, SD-OCT) présentaient des performances diminuées en mémoire épisodique (principale fonction cognitive affectée dans la maladie d’Alzheimer, MA) après 2 ans de suivi ; sur une période aussi courte, aucune association n'a été trouvée avec le risque de démence. Une épaisseur réduite de la RNFL était aussi associée à des paramètres altérés en IRM au niveau des voies visuelles et des régions du système limbique, régions particulièrement vulnérables dans la MA. Enfin nous avons montré qu'une épaisseur réduite de la couche vasculaire choroïde était associée à un volume d’hypersignaux de la substance blanche plus important. Des processus pathologiques vasculaires et neurodégénératifs sont associés dans le vieillissement cérébral. Ainsi, la rétine pourrait refléter les altérations du SNC dans la MA et le vieillissement cérébral. D'autres recherches doivent encore être menées avant de considérer la rétine comme un biomarqueur potentiel du vieillissement cérébral
The eye and central nervous system (CNS) have a common embryological origin, and easily observable retinal structures may reflect brain damage. The primary objective of this thesis was to analyze the relationship between retinal disorders and clinical (cognitive decline, dementia) and para-clinical (brain imaging) brain aging manifestations. Two types of retinal "biomarkers" were analyzed: the retinal nerve fiber layer (RNFL) and vascular structures. The data used come from the population-based cohort 3-Cities Alienor. We have shown that subjects with reduced RNFL thickness (measured by spectral-domain optical coherence tomography, SD-OCT) showed a reduced episodic memory score (cognitive function that is principally affected in Alzheimer's disease, AD) after 2 years of follow-up; over this short period of time no association with dementia risk was found. A reduced RNFL thickness was also associated with altered MRI parameters in visual pathways and in limbic system regions, which are particularly vulnerable in AD. Finally we have shown that reduced vascular choroid layer thickness was associated with larger white matter hyperintensities volumes. Vascular and neurodegenerative disease processes are associated with brain aging. Thus, alterations in the CNS by AD and brain aging could be reflected in the retina. Other research is still needed before considering the retina as a potential biomarker of brain aging

La rétine est souvent affectée par des pathologies liées à la dysfonction mitochondriale. Ces pathologies peuvent être liées à une anomalie génétique dans l’ADN mitochondrial, par exemple la NOHL et la NARP. Elles peuvent être liées à une anomalie dans l’ADN nucléaire, par exemple l’AOD. La dysfonction mitochondriale serait également impliquée dans d’autres pathologies comme le glaucome et la DMLA. Le déséquilibre entre la production et l’élimination des ROS serait un des mécanismes moléculaires dans ces dégénérescences rétiniennes. L’œil, par sa petite taille et son confinement représente un organe de choix pour tester une thérapie, et suivre son effet in vivo par des méthodes non invasives. Les travaux du Dr. M. Corral-Debrinski ont permis de mettre en place une thérapie génique pour prévenir des effets délétères d’une mutation de l’ADN mitochondrial chez le rat. Cette approche fondée sur la localisation des ARN messagers sur la surface de l’organite a ouvert la voie pour tester la même stratégie chez la souris Harlequin afin d’entraver la dégénérescence rétinienne et l’atrophie optique dues à la mutation du gène AIF. Après avoir caractérisé la dystrophie rétinienne chez la souris Harlequin, une thérapie par le vecteur AAV2/2-AIFm1 a été réalisée. En fonction des cellules rétiniennes ciblées, la voie d’injection des particules virales était intravitréenne ou sous rétinienne. Le bénéfice de ce traitement sur la préservation de la viabilité des cellules ganglionnaires de la rétine et leurs axones a été vérifié. En conclusion, la stratégie thérapeutique dans le cadre de l’atrophie optique chez la souris Harlequin utilisant un vecteur de type AAV2/2 fut un succès.

Les maladies à polyglutamines (polyQ) sont des maladies neurodégénératives héréditaires dominantes causées par une expansion de CAG traduite en longue expansion de polyglutamine dans la protéine correspondante. Ces maladies comprennent l’ataxie spinocérébélleuse 7 (SCA7) et la maladie de Huntington (MH) causées par une expansion de polyQ dans les protéines ataxine-7 (ATXN7) et huntingtine (htt), respectivement. Les souris SCA7 et MH développent des rétinopathies similaires suggérant des pathomécanismes communs toujours inexpliqués. Durant ma thèse, j’ai trouvé qu’en réponse à la toxicité des polyQ, les photorécépteurs (PR) perdent leur différenciation alors que d’autres migrent ou meurent. De plus, cette mortalité cellulaire active la prolifération des cellules gliales de Müller et leur différenciation en PR. Récemment, j’ai trouvé que l’ATXN7 et la htt se trouvent dans le cil primaire et leur mutation mène à une perte des protéines endogènes des cils associée à des défauts du cil
Polyglutamine (polyQ) disorders are dominantly inherited neurodegenerative disorders caused by the expansion of CAG repeats translated into long polyQ tracts in the corresponding proteins. These diseases include Spinocerebellar ataxia 7(SCA7) and Huntington’s Disease (HD), caused by polyQ expansion ataxin-7 (ATXN7) and huntingtin (htt), respectively. SCA7 and HD mouse models develop similar retinopathies suggesting common pathomechanisms. In my thesis, I found that, in response to polyQ toxicity, SCA7 photoreceptors (PR) undergo several cell fates ranging from their deconstruction, to their migration and their death. Moreover, this cell death activates the proliferation of Müller glial cells and their differentiation into PR like cells. The pathomechanisms underlying HD and SCA7 are still unknown. Recently, I found that ATXN7 and htt are localized to the PR cilia and that the mutant proteins lead to a progressive loss of the wild-type proteins that correlates with defects in the PR cilia

Dans les thérapies rétiniennes sélectives (TRS) au laser, on vise à confiner les dommages produits par le laser à l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR). L’objectif poursuivi est de générer des effets thérapeutiques équivalant à ceux de la photocoagulation classique sans toutefois provoquer la destruction des photorécepteurs. La stratégie des TRS consiste à miser sur des durées d’exposition au laser plus courtes (~ 1 µs), ce qui limite la conduction de la chaleur vers les photorécepteurs. Cette réduction des temps d’exposition coïncide avec la transition du régime thermique d’endommagement des cellules à un régime photomécanique, où la microcavitation intracellulaire devient le principal phénomène responsable des dommages créés. La microcavitation correspond à la formation de bulles de vapeur transitoires autour de pigments cellulaires chauffés par le laser. Dans les TRS, il importe de contrôler la taille maximale de ces bulles pour éviter d’endommager les photorécepteurs par voie photomécanique et ainsi profiter d’une réelle sélectivité. Notre étude vise à évaluer le potentiel du formatage temporel d’impulsions laser en tant que méthode permettant d’assurer une diffusion minimale de la chaleur autour des pigments avec un contrôle simultané de la taille des bulles de microcavitation. Afin de réaliser une première preuve de concept, nous nous sommes principalement intéressés aux mécanismes physiques impliqués pour le cas de pigments de mélanine isolés en suspension dans l’eau, et ce tant expérimentalement que théoriquement. Nous présentons également quelques résultats obtenus lors d’expériences préliminaires réalisées ex vivo avec des feuillets d’EPR provenant d’yeux de lapin. Il s’agit là de premières étapes essentielles s’inscrivant dans une démarche qui pourra par la suite examiner la réponse biologique des tissus rétiniens à différents formats d’impulsions, dans le but d’établir les conditions d’irradiation permettant d’optimiser la sélectivité et la fenêtre thérapeutique des TRS.
The rationale of selective retina therapies (SRT) is to confine laser-induced damages to the retinal pigment epithelium (RPE) in order to produce therapeutic effects equivalent to those generated in classical photocoagulation, while sparing the photoreceptors. For this purpose, SRT use shorter irradiation times (~ 1µs) to reduce thermal conduction to the neural retina. At these time scales, a transition from thermal to photomechanical cellular damage mechanisms occurs. Indeed, intracellular microcavitation inside RPE cells was shown to be a dominant mechanism leading to cell death in SRT. Microcavitation is a phenomenon where transient vapor bubbles are generated around laser-heated cellular pigments. The control of the maximum size of these bubbles is of paramount importance in SRT to avoid photomechanical alterations of the photoreceptors, which would compromise the selectivity of the treatment. The goal of this study is to evaluate the potential of temporal laser pulse formatting as a mean of ensuring minimal heat conduction around cellular pigments while controlling the size of the bubbles at the same time. In order to conduct a first proof of concept, the focus was kept on the physical mechanisms involved for the case of isolated melanin pigments suspended in water, both experimentally and theoretically. The outcomes of preliminary experiments conducted with leporine RPE sheets ex vivo are also presented. The results of this study represent crucial initial steps in a program that will thereafter examine the biological response of retinal tissues to various pulse formats in order to determine irradiation conditions that will optimize the selectivity and the therapeutic window of SRT.

La formation et l’intégrité de la barrière hémato-rétinienne (BHR) sont nécessaires au maintien d’une bonne vision et la violation de cette barrière contribue à l’apparition d’un grand nombre de pathologies rétiniennes tel que la rétinopathie diabétique (RD) ou l’occlusion de la veine centrale de la rétine (OVCR). La dystrophine Dp71 est une protéine du cytosquelette associée à la membrane qui s’exprime majoritairement dans les cellules gliales de Müller. Son absence a été associée à une augmentation de la perméabilité vasculaire liée à la délocalisation et à la diminution de l’expression des canaux AQP4 et Kir4.1. La souris Dp71-null est donc un excellent modèle d’étude des pathologies rétiniennes présentant une rupture de la BHR. L’ensemble de nos résultats démontrent que chez la souris déficiente en Dp71 ayant une rupture de la BHR, il est possible de restaurer une perméabilité et une homéostasie rétinienne normale grâce à la surexpression de la Dp71 via les virus adéno-associés. Cette étude est à la base du développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le traitement de pathologies associées à une rupture de la BHR et à un œdème maculaire, comme la RD ou l’OVCR
Formation and maintenance of the blood-retinal barrier (BRB) is required for proper vision and breaching of this barrier contributes to the pathology in a wide variety of retinal conditions such as diabetic retinopathy (DR) or Central retinal vein occlusion (CRVO). Dystrophin Dp71 being a key membrane cytoskeletal protein, expressed mainly in Müller glial cells, its absence has been related to BRB permeability through delocalization and down-regulation of the AQP4 and Kir4.1 channels. Dp71-null mouse is thus an excellent model to approach the study of retinal pathologies showing blood-retinal barrier permeability. Our results collectively demonstrated that in Dp71 deficient mouse with compromised barriers, normal BRB permeability and retinal homeostasis can be restored through over-expression of Dp71 via adeno-associated virus. This study is the basis for development of new therapeutic strategies in dealing with diseases with BRB breakdown and macular edema such as DR or CRVO

Les dystrophies rétiniennes héréditaires forment un groupe génétiquement et cliniquement hétérogène. Ce sont des maladies génétiques mendéliennes évolutives qui entraînent la dysfonction puis la mort cellulaire, notamment des photorécepteurs et des cellules de l’épithélium pigmentaire de la rétine (EPR). La mort de ces cellules s’accompagne de dépôts pigmentaires intra-rétiniens en général localisés dans la périphérie rétinienne, constituant ainsi le sous-groupe majoritaire des rétinites pigmentaires (RP). Plus rarement, des lésions d’aspect varié affectent la macula, région centrale de la rétine, formant le sous-groupe des dystrophies maculaires (DM). Ces dégénérescences conduisent progressivement à une cécité plus ou moins complète sans possibilité thérapeutique actuellement. Malgré l’identification de plus de 90 gènes associés à la RP, les tests génétiques classiques (Sanger, panel) ne permettent pas de déterminer le diagnostic moléculaire chez environ 1/3 des patients. L’identification des nouveaux gènes est d’un intérêt majeur pour la compréhension de la maladie, pour établir des corrélations phénotypes/génotypes, pour l’amélioration du conseil génétique, et enfin pour définir des voies thérapeutiques.Dans cet objectif, l’étude génétique d’une grande famille atteinte de RP autosomique dominante sans diagnostic moléculaire, a été réalisée par séquençage de l’exome. Cette approche a permis d’identifier un variant d’épissage pathogène dans IMPG1, gène jamais décrit dans la RP. Cependant, IMPG1 avait précédemment été associé à la DM vitelliforme (DMV). Une analyse génétique complémentaire sur des cohortes multicentriques de patients atteints de RP ou DMV, a permis d‘identifier six variants pathogènes additionnels (dont cinq nouveaux) dans 10 autres familles avec des formes dominantes ou récessive de RP ou DMV.Ensuite, des analyses fonctionnelles in vivo ont été réalisées chez le poisson medaka puis chez la souris par invalidation du gène orthologue du gène humain IMPG1.L’étude sur le poisson, par utilisation de morpholino, a montré que le produit du gène Impg1 joue un rôle important à la fois dans le développement précoce et dans le maintien des fonctions biologiques de la rétine. La longueur des segments externes des photorécepteurs (bâtonnet et cône), était diminuée de 20% et 90% respectivement. Cependant l’invalidation de l’expression de Impg1 est transitoire chez le poisson, et les analyses phénotypiques très limitées.La réalisation de la souris Impg1-/- a permis de réaliser des etudes fonctionnelles visuelles plus complètes et d’examiner leur évolution sur une longue période. Les souris KO présentent, à partir de 9 mois d’âge, une accumulation anormale de dépôts autofluorescents visible au fondoscope et en tomographie en cohérence optique (OCT). Elles ont un électrorétinogramme (ERG) diminué d’environ 20%. La microscopie électronique des rétines de souris permet de mettre en évidence la localisation précise des anomalies au niveau de la matrice interphotoréceptrice. Le modèle animal murin semble reproduire le phénotype DMV alors que le modèle poisson montre des similitudes avec la RP.En conclusion, ce travail de thèse permet d’étendre le spectre clinique des désordres associés aux mutations du gène IMPG1. Il faut donc ajouter à la DMV, deux nouveaux diagnostics : la RP autosomique dominante et récessive. Les modèles animaux développés permettent de mieux comprendre les mécanismes cellulaires affectés par invalidation du gène IMPG1. Cependant, le mécanisme expliquant l’atteinte maculaire ou périphérique chez l’humain, ainsi que les différents modes de transmission et de variations de pénétrance ne sont pas encore élucidés
Inherited retinal disorders are a clinically and genetically heterogeneous group.They are progressive Mendelian genetic diseases that cause dysfunction then cell death, including photoreceptors and retinal pigment epithelium cells (RPE). Cells death is accompanied by intra-retinal pigment deposits generally located in the retinal periphery, thus constituting the majority subgroup of pigment retinitis (RP). More rarely, lesions of various appearance affecting the macula, central region of the retina, forming the subgroup of macular dystrophies (MD). These neurodegeneration gradually lead to more or less complete blindness, without therapeutic. Despite the identification of over 90 genes associated with RP, conventional genetic testing (Sanger, panel) fails to detect a molecular diagnosis in about one third of RP patients. The identification of new genes is of major interest for understanding the disease, for establishing phenotype / genotype correlations, for improving genetic counseling, and finally for defining therapeutic pathways.For this purpose, the genetic study of a large family with autosomal dominant RP without molecular diagnosis was carried out by exome sequencing. NGS approach made it possible to identify a pathogenic splicing variant in IMPG1, a gene never described in RP. IMPG1 had been previously associated with vitelliform macular dystrophy (VMD). A complementary genetic analysis on multicentric cohorts of patients with RP or DMV, allowed to identify six additional pathogenic variants (including five new variants), in 10 other families with dominant or recessive forms of RP or DMV.We followed our study performing in vivo functional study in medaka fish, then in mice by invalidating the orthologous gene of the human IMPG1. The fish study, the use of morpholino, showed that the Impg1 gene product plays an important role, in the early development and maintenance of the biological functions of the retina. The length of the outer segments of rod and cone photoreceptors were reduced by 20% and 90% respectively. However, the invalidation of Impg1 expression is transient in fish and very limited phenotype analyzes.Impg1-/- mice helped to perform more complete visual functional studies and to examine their evolution over a long period. Impg1-/- mice show an abnormal accumulation of autofluorescent deposits visible with fundoscope and optical coherence tomography (OCT) from 9 months of age. Electroretinogram (ERG) is reduced by about 20%. The electron microscopy of mice retinas makes it possible to highlight the precise localization of the anomalies, within interphotoreceptor matrix. The mouse animal model seems to reproduce DMV phenotype while the fish model shows similarities with RP.To summarize, this thesis work allows us to extend the clinical spectrum of disorders associated with mutations in IMPG1 gene. Two new diagnoses must therefore be added to VMD: autosomal dominant and recessive RP. The animal models developed allow a better understanding of the cellular mechanisms affected by invalidation of the IMPG1 gene. However, the mechanism explaining macular or peripheral involvement in humans, as well as the different modes of transmission and penetrance variations have not yet been elucidated

Les rétinopathies pigmentaires constituent un groupe d’affections rétiniennes héréditaires touchant 1/4000ème de la population dans les pays occidentaux et présentant une dégénérescence progressive des photorécepteurs conduisant, à plus ou moins longue échéance, à la cécité. Malgré les nombreux travaux portant sur ces pathologies, il n’existe à ce jour aucun traitement efficace pour prévenir la perte des photorécepteurs. Il est donc nécessaire de mieux connaître les voies de signalisations impliquées dans l’évolution des dégénérescences rétiniennes. Parmi les modèles d’étude de ces pathologies, nous avons choisi de travailler avec la souris rd10 qui présente un avantage certain car la dégénérescence rétinienne débute au stade post natal 18 jours, soit après la mise en place des différentes couches rétinienne. SIRT 1 est une protéine déacétylase étudiée notamment dans le cadre du fonctionnement cérébral basal et des dégénérescences affectant le système nerveux central. Cette protéine joue un rôle essentiel dans la survie cellulaire, l’homéostasie énergétique et la réparation de l’ADN. Une de ces cibles est la protéine PGC-1 alpha, qui a surtout été étudiée pour son rôle dans le métabolisme cellulaire et mitochondrial. Des études récentes ont montré que la désacétylation de PGC-1 alpha par SIRT 1 permettait de réduire la mort neuronale inhérente à des pathologies telles la maladie d’Alzheimer et de Huntington. La rétine est un tissu nerveux appartenant au système nerveux central. Nous nous sommes donc intéressés à l’implication possible de SIRT 1 et de PGC-1 alpha lors d’une dégénérescence rétinienne, notamment la rétinopathie pigmentaire. Cependant, aucune étude de ces protéines n’a été menée dans la rétine, normale ou dégénérative. Dans un premier temps, nos travaux ont porté sur la caractérisation de SIRT 1 et PGC-1 alpha dans la rétine de souris normale. Chez la souris rd10, nous avons montré une altération de l’expression de SIRT 1 au cours de la dégénérescence. Celle-ci est corrélée à l’apoptose des photorécepteurs. Enfin, l’étude de PGC-1 alpha dans la rétine de souris rd10 a montré une diminution de son acétylation dès les stades précoces de la dégénérescence rétinienne, supposant que l’activation de la protéine est augmentée pendant le processus dégénératif. La désacétylation de PGC-1 alpha étant effectuée par SIRT 1, ce résultat suggère que la régulation de la voie SIRT 1/ PGC-1 alpha pourrait être importante au cours des dégénérescences rétiniennes. Cette étude est la première à caractériser SIRT 1 et PGC-1 alpha dans les différentes couches rétiniennes de même que la première à mettre en évidence l’implication probable de ces protéines au cours de la dégénérescence rétinienne
Retinopathies are characterized by a progressive degeneration of photoreceptors, leading to blindness. Until now, there are no treatments to prevent the loss of photoreceptors, that’s why it’s important to study the mechanisms involved in the degenerative processes. Rd10 mouse is a good model for retinopathy because the first steps of degeneration occur after the development of the different retinal layers. SIRT 1 is a desacetylase protein involved in DNA repair and in survival cell. PGC-1 alpha is a target of SIRT1, has particularly been studied for its roles in mitochondrial metabolism. PGC-1 alpha desacetylation by SIRT1 has been shown to reduce neuronal death in several neurodegenerative diseases. Retina is part of the central neuronal system, that’s why we studied the involvement of SIRT1 and POGC-1 alpha in a model in retinitis pigmentosa. First, we characterized SIRT1 and PGC-1 alpha expression in normal mouse retina. In rd10 retina, we observed an alteration of SIRT1 expression correlated with photoreceptor apoptosis. Then, we showed a decrease in PGC-1 alpha acetylation since early stages of degeneration, supposing that the activation of the protein increases during the degenerative process. PGC-1 alpha is known to be desacetylated only by SIRT1 which suggest that SIRT1/PGC-1 alpha axis could be important in the development of retinal degeneration. This study is the first to characterize SIRT1 and PGC-1 alpha in retina and to highlight their potential involvement during retinal degeneration

Les stress oxydant et carbonylé interviennent dans le mécanisme physiopathologique de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) et de la maladie de Stargardt, constituant ainsi une cible thérapeutique intéressante. Une molécule lead de type lipophénol a préalablement été mise en évidence. Cette molécule est composée d’une partie phénolique de type alkylphloroglucinol, et lipidique de type oméga-3 (acide docosahexaènoïque, C22:6, ω3, DHA). Afin d’améliorer l’activité antioxydante de ce lipophénol, la synthèse totale de deux DHA deutérés en positions bis-allyliques a été réalisée. Leurs couplages au phloroglucinol alkylé a ensuite conduit aux dérivés lipophénoliques deutérés correspondants. L’impact des deutériums sur la diminution de la toxicité cellulaire et de la peroxydation lipidique a ensuite été mis en évidence lors d’une évaluation biologique in vitro réalisée en cellules de l’épithélium pigmentaire rétinien
Age Related Macular Degeneration (AMD) and Genetic Stargardt’s disease share a common cytotoxic mechanism involving carbonyl and oxidative stress. Hence both stresses represent promising therapeutic targets. A lipophenol lead molecule has been previously highlighted. This molecule is composed by an alkylphloroglucinol moiety and a lipid part which is a polyunsaturated fatty acid, the docosahexaenoic acid (DHA, C22:6, ω3). In order to improve the antioxidant activity of this lipophenol, the total synthesis of two deuterated DHA on bis-allylic positions was performed. The cross-coupling between the deuterated DHA and the alkylphloroglucinol moiety led to the corresponding deuterated lipophenols. The impact of the deuterium to limit the cell toxicity and the lipid peroxidation was highlighted thanks to in vitro biological studies performed on retinal pigment epithelium cell line

Les uvéites non infectieuses sont considérées actuellement comme une des plus importantes cause de déficience visuelle dans la population des jeunes adultes. Les uvéites non infectieuses sont des atteintes inflammatoires de la rétine et de l’uvée et sont généralement considérées comme autoimmunes et initiées par la perte de la tolérance immune aux protéines rétiniennes. Elles sont orchestrées d’une part, systémiquement par deux sous populations lymphocytaires dont la signature cytokinique est l’IFNγ (Th1) et l’IL-17 (Th17) et d’autre part, localement, par l’activation du tissu rétinien. Néanmoins, la vision systémique actuelle est plus complexe et fait intervenir une activation pathologique de l’immunité innée, donnant une composante d’autoinflammation aux uvéites non infectieuses. En plus de ce volet systémique, de nombreux travaux attestent de l’importance de l’activation des cellules rétiniennes dans le développement d’uvéites non infectieuses. Loin de jouer un rôle passif durant la maladie, elles vont être stimulées par une série de molécules pro-inflammatoires et ainsi permettre le recrutement et l’activation de cellules immunocompétentes.

Notre travail de thèse s’inscrit précisément dans ce contexte du rôle de l’activation des cellules rétiniennes et plus spécifiquement de celles de la barrière hémato rétinienne (BHR) dans le développement d’uvéite non infectieuses.

Lors de ce travail, nous avons tout d’abord caractérisé in vivo, dans deux modèles expérimentaux, l’expression de la molécule d’adhésion VCAM-1 (Vascular Adhesion Molecule) sur les cellules de la BHR. VCAM-1 est une molécule d’adhésion qui facilite l’extravasation des leucocytes du sang vers les tissus. Nous avons montré que VCAM-1 n’est pas exprimé dans l’œil sain mais est induit progressivement lors de la maladie et que l’intensité et l’extension de son expression étaient dépendantes de la sévérité de la maladie. Par ailleurs, nous avons montré que VCAM-1 pouvait être induit sur l’ensemble des cellules de la BHR.

Nous avons ensuite analysé in vitro, sur les cellules de l’EPR (Epithélium Pigmentaire Rétinien) qui forment la partie externe de la BHR, les effets antagonistes du TNFα sur l’induction des molécules de CMH de classe II par l’IFNγ. Durant le processus inflammatoire, l’EPR est la cible d’un ensemble de cytokines secrétées par les cellules inflammatoires. Il a été donc intéressant d’étudier les effets d’autres cytokines présentes lors de l’inflammation sur l’induction du CMHII par l’IFNγ au niveau de l’EPR. Nous avons démontré que le TNFα inhibe l’expression du CMH II induit par l’IFNγ sur les ARPE par régulation négative du CIITA (Class II Transactivator). Comme l’activation des lymphocytes T par les cellules de l’EPR dépend de leur niveau d’expression du CMH II, notre étude soutient l’idée que le TNFα possède des propriétés immunomodulatrices sur l’activation de ces cellules, et participe ainsi à la phase de résolution de l’inflammation.

Enfin, nous avons étudié les effets du blocage de l’activation des cellules rétiniennes par l’IFNγ en surexprimant le gène SOCS1 (Suppressor Of Cytokine Signaling) in vivo et in vitro.

Nous avons surexprimé le gène SOCS1 au niveau rétinien et étudier l’effet de cette surexpression sur le développement de l’UAE. L’analyse des grading clinique n’a pas montré de différence significative entre les yeux injectés par l’AAV2-SOCS1 versus l’AAV2-EGFP contrôle. Afin de normaliser par rapport à la diversité inter-individuelle de la maladie, nous avons calculé pour chaque souris un ratio des grades cliniques de l’œil injecté sur l’œil non-injecté. L’analyse de la moyenne de ces ratios montre un effet à la limite de la significativité entre le groupe SOCS1 et le groupe EGFP en terme de grades cliniques. La différence devient par contre significative lorsque l’analyse de ces ratios est faite sur les grades histologiques. Nos expériences mènent donc plutôt à la conclusion que l’expression de SOCS1, médié par injection intravitréenne de l’AAV2 ne protège globalement pas les yeux du développement d’une UAE.

Cette absence d’effet peut avoir comme explication que l’injection intravitréenne conduit à une infection relativement limitée des cellules rétiniennes impliquées dans le développement de l’UAE. Il se pourrait également que le niveau d’expression de la protéine SOCS1 soit trop faible pour obtenir un effet protecteur ou que la surexpression de SOCS1 affecte uniquement l’activation des cellules de la rétine par l’IFNγ mais pas par d’autres cytokines telles le TNFα, l’IL-17, ou l’IL-22 qui jouent aussi un rôle important dans le développement d’UAE. C’est cette dernière hypothèse que nous avons choisi d’investiguer in vitro. Nos résultats montrent que la surexpression de ce même gène SOCS1 dans les cellules d’EPR a un effet inhibiteur sur leur activation par l’IFNγ mais pas par le TNFα.

Ce travail met tout d’abord en évidence l’importante expression, in vivo, de VCAM1 par les cellules de la BHR lors d’UAE et in vitro les effets antagonistes du TNFα et de l’IFNγ sur la régulation de l’expression de molécules du CMHII à la surface de l’EPR. Nos expériences démontrent que la surexpression du gène SOCS1 après injection intravitréenne du vecteur AAV-CAG-SOCS1 n’a que peu d’effet sur le développement de la maladie. Par ailleurs, la surexpression de ce même gène SOCS1 dans les cellules d’EPR a un effet inhibiteur sur leur activation par l’IFNγ mais pas par le TNFα et l’IL-17.

Doctorat en sciences biomédicales
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Les petites artères (i.e. diamètre inférieur à 150µm), dites artères résistives sont essentielles à la régulation de la distribution du flux sanguin. Ces vaisseaux sont modifiés au cours de nombreuses affections, dont en particulier l'hypertension artérielle qui entraine un épaississement de leur paroi. Jusqu’à une période récente, l’observation directe des vaisseaux rétiniens n’était pas possible chez l’homme. A la suite de la découverte par notre équipe de la possibilité de visualiser la paroi des vaisseaux rétiniens chez l’homme grâce à une technologie d’imagerie utilisant l’optique adaptative (OA), nous avons étudié la morphométrie vasculaire rétinienne humaine normale et pathologique. Pour cela, des protocoles cliniques originaux ont été mis en place, en collaboration avec des informaticiens, des ophtalmologistes et des cardiologues. Après avoir contribué à élaborer un logiciel de segmentation d’image pour en extraire des données quantitatives sur la morphométrie vasculaire rétinienne, nous avons mené des études cliniques prospectives observationnelles, transversales et longitudinales. Ce travail nous a permis de valider une méthodologie de mesure de paramètres relatifs à la structure microvasculaire, et d’étudier ses variations au cours de l'HTA et lors des pathologies focales (croisement artérioveineux, rétrécissement artériolaire focal). Nous avons pu démontrer que la variabilité du rapport paroi-lumière des artères rétiniennes (WLR) était corrélée pour 43% à la pression artérielle mesurée en consultation et dans une moindre mesure à l’âge. Ce remodelage est eutrophique (i .e. sans augmentation de la quantité du matériau pariétal). L’observation des rétrécissements focaux artériels nous a permis de constater une diminution du diamètre interne sans épaississement pariétal et dans certains cas une disparition du rétrécissement focal, ce qui laisse supposer que ces rétrécissements artériels sont dûs à une vasoconstriction localisée. Enfin, nous avons démontré que des anomalies veineuses se produisent à proximité des artères sans contact direct avec celles-ci, suggérant l’existence d’un effet indirect de la proximité entre artère et veines sur la morphologie veineuse. Chez les diabétiques, l’équipe de Xavier Girerd avec notre concours a démontré l’existence d’un remodelage hypertrophique (augmentation de la quantité du matériau pariétal avec réduction de la lumière et épaississement pariétal). Chez des patients présentant un infarctus cérébral à la phase aiguë, nous n’avons pas mis en évidence de corrélation entre le WLR et le score de Fazekas, reflétant le degré de leucoaraïose; le WLR lui-même n'étant pas significativement modifié par rapport à une population contrôle. Nous avons également étudié la dynamique de la vasomotricité rétinienne. Au travers de différents stimuli vasoconstricteurs (oxygène, froid) et vasodilatateurs (stimulation lumineuse intermittente, traitement hypotenseur), nous avons documenté les modifications correspondantes de calibre des petites artères et des veines. La stimulation lumineuse intermittente apparaît comme la méthode la plus prometteuse, en raison de sa simplicité et de son acceptabilité. En conclusion, par ce travail, nous avons exploré de nouvelles méthodes d’étude in vivo de la circulation rétinienne humaine. Un large champ d’études cliniques s’ouvre dans le domaine du phénotypage de la microcirculation. Les futurs travaux pourront s'orienter vers une meilleure prédiction du risque de lésion organique, vers le suivi du traitement hypotenseur et vers le rôle des modifications induites par le diabète dans la survenue de la rétinopathie diabétique
Small arteries (i.e. diameter less than 150μm), so-called resistive arteries, are essential for regulating the distribution of blood flow. These vessels are modified during many conditions, including arterial hypertension which causes a thickening of their wall. Until recently, direct observation of retinal vessels was not possible in humans. Following the discovery by our team of the possibility of visualizing the wall of the retinal vessels in humans using an imaging technology using adaptive optics (OA), we studied normal and pathological human retinal vascular morphometry. For this, original clinical protocols have been implemented, in collaboration with computer scientists, ophthalmologists and cardiologists. After contributing to the development of image segmentation software to extract quantitative data on retinal vascular morphometry, we conducted prospective, observational, cross-sectional and longitudinal clinical studies. This work enabled us to validate a methodology for measuring parameters related to the microvascular structure, and to study its variations during hypertension and during focal pathologies (arteriovenous nicking, focal arteriolar narrowing). We were able to demonstrate that the variability of the retinal artery wall-to-lumen ratio (WLR) was 43% correlated with the blood pressure measured in consultation and to a lesser extent at age. This remodeling is eutrophic (i.e. without increasing the amount of the parietal material). The observation of focal arterial narrowing revealed a decrease in the internal diameter without parietal thickening and in some cases a disappearance of the focal narrowing, which suggests that these arterial narrowing are due to localized vasoconstriction. Finally, we have demonstrated that venous abnormalities occur near the arteries without direct contact with them, suggesting the existence of an indirect effect of the proximity between artery and veins on venous morphology. In diabetics, the team of Xavier Girerd with our contribution has demonstrated the existence of hypertrophic remodeling (increase in the amount of parietal material with reduction of light and parietal thickening). In patients with acute cerebral infarction, we found no correlation between the WLR and the Fazekas score, reflecting the degree of leukoaraiosis; the WLR itself is not significantly modified relative to a control population. We also studied the dynamics of retinal vasomotricity. Through various vasoconstrictor stimuli (oxygen, cold) and vasodilators (intermittent light stimulation, hypotensive treatment), we have documented the corresponding changes in caliber of small arteries and veins. Intermittent light stimulation appears to be the most promising method because of its simplicity and acceptability. In conclusion, through this work, we explored new methods of in vivo study of human retinal circulation. A broad field of clinical studies is opening up in the field of phenotyping microcirculation. Future work may be directed towards a better prediction of the risk of organic lesion, towards the follow-up of the hypotensive treatment and towards the role of the modifications induced by the diabetes in the occurrence of the diabetic retinopathy

L'atrophie optique dominante (aod) de type i est la forme la plus frequente de neuropathies optiques hereditaires non-syndromiques et touche environ 1 personne sur 50 000. Elle se caracterise par une atteinte degenerative des fibres ganglionnaires qui forment le nerf optique et se traduit par une baisse progressive de l'acuite visuelle. On observe cependant une grande variabilite phenotypique inter- et intra-familiale. Nous avons recemment identifie le gene opa1 comme responsable de l'aod de type i. Il code une proteine de la famille des dynamines-gtpases localisee au niveau de la membrane interne des mitochondries et qui semble impliquee dans le maintien de l'adn mitochondrial et l'organisation du reseau mitochondrial dans les cellules. [. . . ] d'une part, les mutations tronquantes localisees dans la region n-terminale et peut-etre les mutations faux-sens du domaine gtpase peuvent conduire a une perte de fonction et agir par haploinsuffisance. D'autre part, les mutations tronquantes situees en c-terminal dans un domaine de dimerisation peuvent conduire a un effet dominant negatif. Le fait que l'aod de type i, comme la neuropathie optique de leber, soit causee par des anomalies de proteines mitochondriales suggere que les cellules ganglionnaires de la retine sont tres vulnerables a un dysfonctionnement des mitochondries.

Les vecteurs dérivés des adéno-associated virus (AAV) permettent un transfert de gène efficace et stable dans la rétine. Les futures applications possibles de ce traitement par transfert de gène en ophtalmologie seront le traitement de dégénérescences rétiniennes acquises ou héréditaires. L’Amaurose congénitale de Leber est une forme précoce de dégénérescence rétinienne héréditaire. Un des modèles canins de cette maladie rétinienne est le chien briard RPE65-/-. Après avoir montré que les vecteurs AAV de sérotype 2, 4 et 5 permettaient un transfert stable dans la rétine de chien et de primate non-humain, nous avons évalué un vecteur AAV de sérotype 4, qui cible exclusivement les cellules de l’épithélium pigmentaire, pour le traitement du chien RPE65-/-. Chez les chiots RPE65-/-, ce transfert du gène rpe65 au moyen d’un vecteur AAV4 portant le cDNA humain rpe65 sous le contrôle du promoteur spécifique RPE65, a permis une restauration stable de la fonction rétinienne et de la vision
The vectors derived from the adeno-associated virus (AAV) allow an effective and stable gene transfer in the retina. Possible future applications of this gene therapy in ophthalmology will be the treatment of acquired or hereditary retinal degenerations. Leber congenital amaurosis is an early form of hereditary retinal degeneration. The RPE65-/-briard dog is one of the canine models of this retinal degeneration. After having shown that serotypes 2, 4 and 5 of AAV vectors allowed a stable gene transfer in dog and primate retina, we evaluated an AAV4 vector, which specifically targets the retinal pigmented epithelium, for the treatment of the RPE65-/-briard dog. This rpe65 gene transfer using an AAV4 vector carrying human rpe65 DNA under the control of a specific RPE65 human promoter, allowed a stable restoration of the retinal function and vision in the RPE65-/-treated dogs

Les dystrophies rétiniennes héréditaires (DRH) sont des maladies qui conduisent à une perte de la vision au cours de leur évolution. Les premiers essais cliniques utilisant la thérapie génique pour traiter ces maladies ont été réalisés et apportent des résultats encourageants. En amont de telles études, les essais précliniques s'effectuent le plus souvent sur modèle animal. Cependant, pour un certain nombre de DRH, il n'existe pas de modèle animal approprié ce qui compromet l'arrivée d'un traitement à un stade clinique. C'est le cas de la Choroïdérémie, qui représente 2% des DRH. La choroïdérémie est caractérisée par une perte de la vision nocturne dès la petite enfance et conduit à la cécité autour des 40-50 ans. Son diagnostic précoce et son évolution lente résultent en une grande fenêtre thérapeutique qui fait de la choroïdérémie une bonne candidate pour la thérapie génique. Sur le plan génétique, la maladie est causée par une mutation dans le gène CHM qui est localisé sur le chromosome X et code pour la Rab Escort Protein 1 (REP1). Cette protéine est impliquée dans le processus de prénylation de petites protéines GTPases, les protéines Rab. Afin de pallier au manque de modèle animal, nous avons généré au cours de ce travail de thèse, un modèle cellulaire humain de la choroïdérémie pour évaluer l'efficacité d'un protocole de thérapie génique sur le tissu réellement atteint in vivo. Pour cela, nous avons reprogrammé des fibroblastes de patient CHM-/y en cellules souches pluripotentes induites (iPS), que nous avons ensuite différenciées en Epithélium Pigmentaire Rétinien (EPR). Nous avons caractérisé cet EPR, montrant que c'est une couche monocellulaire polarisée possédant une morphologie et une expression de marqueurs caractéristiques. De plus, ce tissu est fonctionnel, sur le plan du transport de fluide et de la phagocytose, et possède le même phénotype biochimique que celui observé chez les patients. Dans un but de thérapie génique et afin d'évaluer le vecteur viral le plus efficace sur nos cellules, j'ai testé un panel de 5 sérotypes d'AAV et démontré que l'AAV2/5 est le plus efficient pour transduire un EPR dérivé de cellules iPS humaines. J'ai ensuite utilisé un AAV2/5-CAG-CHM afin d'évaluer l'efficacité fonctionnelle du vecteur et j'ai pu montrer qu'outre une expression correcte du transgène, le traitement de cellules de patients déficientes pour REP1 avec ce vecteur permet de restaurer une activité normale de prénylation. Nous avons donc démontré la supériorité d'efficacité de transduction de l'AAV2/5 dans des cellules d'EPR humain et soulignons le potentiel d'un modèle d'EPR pathologique dérivé de cellules iPS pour apporter une preuve de concept de thérapie génique en absence d'un modèle animal approprié
Inherited retinal dystrophies (IRDs) lead to a progressive vision loss. The first clinical trials using gene transfer to treat such diseases have been performed with positive results. Prior to clinical trials, preclinical studies are usually performed on animal models. However, for many IRDs, appropriate animal models do not exist, which compromises their progress towards a clinical trial. An example of an IRD that lacks an appropriate model is choroideremia, which represents 2% of IRD patients. It is characterized by night blindness in childhood, followed by progressive loss of the visual field resulting in blindness by 40–50 years of age. Its early diagnosis and slow evolution result in a large therapeutic window making choroideremia a good candidate for gene therapy. Genetically, the disease is caused by a mutation in the CHM gene located on the X chromosome and encoding the Rab Escort Protein 1 (REP1). This protein is involved in the prenylation of small GTPases, the Rab proteins. To palliate the lack of an animal model, we generated a human cellular model of choroideremia in order to evaluate the efficacy of a gene therapy approach in the tissue that is affected in vivo.Towards this aim, we reprogrammed REP1-deficient fibroblasts from a CHM-/y patient into induced pluripotent stem cells (iPScs), which we differentiated into retinal pigment epithelium (RPE). We characterized the iPSc-derived RPE that is a polarized monolayer with a classic morphology, expresses characteristic markers, is functional for fluid transport and phagocytosis, and mimics the biochemical phenotype of patients. In terms of gene therapy and to evaluate the most efficient viral vector, I assayed a panel of 5 adeno-associated virus (AAV) vector serotypes and showed that AAV2/5 is the most efficient at transduce the iPSc-derived RPE. I then transduced the iPSc-derived RPE of a choroideremia patient with an AAV2/5-CAG-CHM and demonstrated that this vector is able to restore a normal prenylation function to the cells.To conclude, I demonstrated the superiority of the transduction efficiency of AAV2/5 in the iPSc-derived RPE and highlight the potential of a diseased RPE model derived from iPS cells to provide a proof of concept of gene therapy in the absence of a suitable animal model

L'amaurose congénitale de Leber est une dystrophie rétinienne héréditaire responsable de cécité congénitale. Le teckel RPGRIP1-/- et le briard RPE65-/- sont deux modèles canins de cette pathologie. Chez le teckel RPGRIP1-/-, nous avons tout d'abord caractérisé la pathologie puis nous avons mis au point un vecteur ciblant spécifiquement les photorécepteurs. L'efficacité de ce vecteur portant le gène RPGRIP1 humain ou canin a alors été évalué. La thérapie génique d'addition médiée par les AAV a déjà démontré son efficacité chez le briard RPE65-/-. Dans le but de réguler l'expression du transgène dans le temps, nous avons développé et évalué l'efficacité de vecteurs portant le gène RPE65 humain sous le contrôle de promoteurs régulables à la tétracycline
Leber congenital amaurosis is an hereditary retinal dystrophy responsible for congenital blindness. The Dachshund dog RPGRIP1-/- and the Briard dog RPE65-/- are two canine models of this pathology. We have characterized the pathology in the dachshund dog RPGRIP1-/-. Then, we have developed a photoreceptor-specific AAV vector and we have evaluated the efficiency of this vector carrying either the human RPGRIP1 gene, or the canine RPGRIP1 gene. Replacement gene therapy with AAV vectors has already showed its efficacy in the Briard dog RPE65-/-. We have investigated the ability of the tetracycline-regulatable system to regulate retinal function in RPE65-/- Briard dogs

Les capacités de la vision périphérique (VP) pour la perception des objets sont très peu connues. Or la compréhension de ces capacités est d'autant plus importante que l'information couvre tout le champ visuel et que des informations pertinentes peuvent provenir de larges excentricités. L'objectif de ce travail était donc d'étudier les capacités perceptives et les corrélats neuronaux de la VP chez des sujets sains et chez des patients ayant perdu la vision centrale (VC). La faible résolution de la VP suggèrerait tout d'abord que les stimuli et les tâches, pour lesquels le traitement d'une information peu détaillée serait suffisant, devraient être plus adaptés à la VP. L'organisation fonctionnelle cérébrale de la VP chez les sujets sains reposerait alors sur les compétences de celle-ci. Enfin, les patients, contraints à utiliser une vision plus excentrée, pourraient être plus performants que les sujets sains en VP et modifier leur perception des différentes catégories d'objets. Nous avons alors supposé l'existence d'une réorganisation fonctionnelle cérébrale chez ces patients. Dans une première partie, comportementale, nous avons évalué les capacités perceptives de la VP chez des sujets sains pour 2 catégories sémantiques et 3 tâches. Les résultats ont montré que l'ensemble de ces tâches était réalisable en VP avec cependant une préférence pour l'une ou l'autre des catégories sémantiques, selon la tâche à réaliser : visage dans la tâche de catégorisation et construction dans les tâches de discrimination et de familiarité. La forme stéréotypée des stimuli utilisés (visage rond/construction angulaire) n'était pas à l'origine de ces préférences et n'intervenait que dans la tâche de catégorisation qui reposait davantage sur une information globale. Enfin, alors que l'inversion des visages n'affectait plus les performances en VP, celle des constructions détériorait leur catégorisation. Ainsi, l'information disponible en VP ne permet pas un traitement équivalent pour différents stimuli : un stimulus peut être mieux traité qu'un autre simplement sur la sélection de son contenu en fréquences spatiales basses. Néanmoins, les demandes spécifiques à la tâche, en termes de fréquences spatiales, viennent moduler cette préférence observée en VP. Dans une seconde partie, en imagerie fonctionnelle (IRMf), nous avons étudié les corrélats neuronaux de la perception des objets en VP. Les résultats ont mis en évidence une influence de la catégorie sémantique, mais aussi de la tâche sur l'organisation fonctionnelle cérébrale. Ainsi, la préférence pour un stimulus donné en VP se traduisait par une activation plus prononcée des régions spécifiques à cette catégorie (PPA pour les constructions et FFA pour les visages), soulignant ainsi le rôle essentiel de la qualité du traitement réalisé en VP. Enfin, dans une troisième partie, nous avons évalué les capacités perceptives de la VP chez des patients ayant perdu la VC. Tout d'abord, les mêmes préférences que celles décrites chez les sujets sains en VP ont été observées chez les patients. Par ailleurs, leurs performances s'amélioraient comparées à celles des sujets sains dans la tâche de discrimination pour les constructions, suggérant que les patients mobiliseraient davantage les ressources de leur VP pour les stimuli dont le traitement y serait adapté. En revanche, des performances plus faibles ont été observées dans la tâche de jugement de familiarité, en particulier pour les visages. Cette tâche nécessite la comparaison de chaque stimulus avec sa représentation détaillée en mémoire. Or la VP n'a pas permis à ces patients de construire de telles représentations. Nous avons ensuite évalué l'existence d'une réorganisation fonctionnelle cérébrale. Les données ont démontré, chez les patients, un mécanisme d'adaptation se reflétant au niveau cérébral, pour les stimuli supposés être les plus difficiles à traiter en VP chez les sujets sains jeunes. En conclusion, ce travail apporte des données comportementales et cérébrales inédites sur le traitement des visages et des constructions en VP, chez des sujets sains d'une part et chez des patients ayant perdu la VC d'autre part. Il a permis de mettre en évidence le lien entre nos capacités perceptives en VP et l'organisation fonctionnelle cérébrale

Les modifications post-traductionnelles (MPTs) permettent un haut degré de régulation de l'expression des gènes en générant une diversité fonctionnelle au niveau du protéome. Dans le système nerveux, les MPTs régulent entre autres des facteurs de transcription permettant une adaptation rapide à un microenvironnement dynamique. Dans ce contexte, je me suis concentrée sur l’étude des Glycogène Synthase Kinases 3 (GSK3s). Elles sont au centre de la régulation de nombreuses voies de signalisation et contrôlent la stabilité de multiples cibles par phosphorylation. Au cours du développement du cerveau, les kinases GSK3 contrôlent la balance entre la prolifération et la différenciation. La dérégulation de l'activité des kinases GSK3 a un rôle clé dans les maladies neurodégénératives du cerveau. En revanche, le rôle important de ces kinases au cours du développement rétinien ainsi que dans les maladies neurodégénératives rétiniennes reste une question ouverte.L'objectif de ma thèse était d'étudier le rôle de ces kinases au cours du développement et de l'homéostasie rétinienne. J’ai montré que l'absence totale de Gsk3α et de Gsk3β très tôt au cours du développement rétinien entraîne une microphtalmie chez l'adulte. Les deux kinases jouent des rôles redondants puisque l'expression d'un seul allèle Gsk3 est suffisante pour prévenir le phénotype de microphtalmie. Cependant, une analyse phénotypique approfondie dans ce contexte génétique (un seul allèle Gsk3) a révélé une forte augmentation du nombre de cellules ganglionnaires déplacées (dRGCs) dans la couche nucléaire interne, associée à une modification des projections axonales des cellules ganglionnaires dans le cerveau par rapport aux contrôles. Dans l’ensemble, ces données suggèrent que les kinases GSK3s sont essentielles au maintien des progéniteurs rétiniens et sont impliquées dans la genèse des dRGCs. Compte tenu du très faible nombre de dRGCs en conditions normales, la fonction de ces cellules a été très peu étudiée à ce jour. Le modèle génétique que j’ai développé offre par conséquent un modèle de choix pour étudier l’ontogenèse et la fonction de ces cellules.Mes travaux de thèse se sont ensuite concentrés sur le rôle de GSK3 dans les photorécepteurs. En effet, des défauts de développement ou leur mort est l’une des principales causes de dégénérescence rétiniennes. Afin de mieux comprendre la fonction de ces kinases dans la maintenance des photorécepteurs, j'ai donc utilisé des souris invalidées de manière conditionnelle pour Gsk3α et Gsk3β spécifiquement dans les précurseurs des photorécepteurs. L’absence de GSK3 conduit à une altération de la maturation et de la fonction des photorécepteurs, suivie de leur dégénérescence. J’ai alors combiné des analyses transcriptomiques et des approches in vitro pour élucider les mécanismes sous-jacents. Mes données m’ont conduit à proposer un modèle selon lequel l’absence de GSK3 dans les photorécepteurs conduit à des défauts de phosphorylation de NRL (facteur de transcription nécessaire au développement des photorécepteurs de type bâtonnet), augmentant sa stabilité. Cette dérégulation post-traductionnelle conduit à la diminution d’expression d'un sous-ensemble de gènes cibles de NRL, co-régulés par CRX, et impliqués dans le développement et l'homéostasie des photorécepteurs. Cette dérégulation conduirait alors à la dégénérescence des photorécepteurs observée dans les mutants GSK3. Ce travail suggère donc que GSK3 joue un rôle essentiel dans la régulation de NRL pour contrôler la maturation et l'homéostasie des photorécepteurs. De telles données suggèrent également que ce mécanisme de régulation pourrait être déficient chez les patients atteints de rétinites pigmentaires dues à des mutations de NRL empêchant sa phosphorylation par GSK3
Post-translational modifications (PTMs) allow a higher degree of regulation for the control of gene expression by generating functional diversity at the proteome level. In the central nervous system, PTMs regulate stability or activity of transcription factors allowing a rapid response to external signals and a quick adaptation to a dynamic cellular microenvironment. In this context, I focused on the ubiquitously expressed and highly conserved Glycogen Synthase Kinases 3 (GSK3s). They are at the crossroad of multifunctional signalling pathways. During mammalian brain development, GSK3 kinases control the balance between proliferation and differentiation. Deregulation of GSK3 kinases activity has also a key role in neurodegenerative diseases by causing the accumulation/aggregations of proteins causing neuronal cell death. Drugs targeting GSK3s hold a lot of promises to treat such diseases. Whether these kinases are also important during retinal development and involved in retinal diseases remains an open question. Several studies suggest the importance of regulating GSK3 function in photoreceptor under pathological conditions. Therefore, the main objective of my PhD was to investigate the role of these kinases during photoreceptor development and homeostasis. To better understand the role of these two kinases during retinal development and to highlight potential differences with the developing brain, we also investigated their function in the control of the balance between proliferation and differentiation of retinal progenitors. To achieve my work, I used conditional knockout mice for Gsk3α and Gsk3β specifically deleted either in photoreceptor precursors or in retinal progenitors during early development. The lack of GSK3 kinases in photoreceptor precursors led to impaired photoreceptor maturation and function followed by their degeneration. Transcriptomic analysis (RNAseq) 6, 10 and 14 days postnatally prior degeneration revealed several genes downregulated belonging to biological processes involved in eye development and visual functions. Among them, the expression of the transcription factor Nrl that is required for rod photoreceptor development was decreased. Astonishingly, NRL expression was highly increased at protein level. By in vitro approaches, I demonstrated that GSK3-dependent phosphorylation regulates NRL protein stability. Despite such increase, a large number of NRL target genes were downregulated leading to impaired photoreceptor maturation and function. Surprisingly, a vast majority of these downregulated genes were also target genes for CRX, another transcription factor working in synergy with NRL. This work demonstrates that PTMs of NRL play a critical role in fine tuning the expression of a subset of genes involved photoreceptor development and homeostasis. Such findings could allow the development of innovative therapeutic strategies for retinal dystrophies. The functional characterisation of GSK3 in the course of retinal development by invalidating both Gsk3α and Gsk3β in retinal progenitors early during development revealed their requirement for controlling cell cycle exit and neuronal differentiation. Indeed, the complete lack of Gsk3α and Gsk3β led to microphtalmia in adults. Interestingly, the expression of only one Gsk3 allele was enough to rescue the phenotype. However, further analysis revealed a large number of displaced ganglion cells in the inner nuclear layer. The function of these cells remains to be determined, but their timing of production corresponds to other ganglion cells. Strikingly, these displaced ganglion cells project in distinct brain regions than normal ganglion cells. Therefore, our work could provide the first step toward determining the function of the displaced ganglion cells, which appear at low number in wildtype but whose function remains to be clarified

La rétine est un tissu spécialisé dans le traitement de l'information visuelle par l'intermédiaire des photorécepteurs, cônes et bâtonnets, et des neurones de deuxième ordre, les cellules bipolaires et les cellules ganglionnaires dont les axones forment le nerf optique. Notre groupe s'intéresse à élucider les mécanismes génétiques impliqués dans les maladies rares stationnaires, comme dans la cécité nocturne congénitale stationnaire (CNCS), ou progressives comme dans la dystrophie de type bâtonnet-cône (DBC). Cette thèse apporte de nombreuses connaissances sur la physiologie rétinienne. D'une part, nous avons identifié GPR179, un nouveau gène impliqué dans la CNCS complète, étudié la localisation de la protéine et la physiopathologie des protéines mutantes. Nous avons également créé et caractérisé fonctionnellement un nouveau modèle souris invalidé pour GPR179 qui nous a permis de mieux approcher la première synapse rétinienne entre les photorécepteurs et les cellules bipolaires adjacentes. D'autre part, nous avons caractérisé le génotype et le phénotype de l'un des modèles les plus utilisés de la DBC, le rat P23H. Nous avons ensuite développé une approche d'édition génomique pour invalider les mutants RHO ayant un effet dominant négatif en testant in vitro, ex vivo et in vivo les meganucleases, TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease) puis le système CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9)
The first steps in vision occur in the retina when rod and cone photoreceptors transform light into a biochemical signal, which gets processed by bipolar cells, ganglion cells and finally by the brain. Our group investigates genetic causes and mechanisms involved in inherited stationary and progressive retinal diseases as congenital stationary night blindness (CSNB), and rod-cone dystrophy (RCD), also called retinitis pigmentosa. This thesis gives several insights on the retinal physiology. On one hand, we identified GPR179, a new gene mutated in complete CSNB, studied the localization and the physiopathology of missense and splice-site mutations. We also delivered a new knock-out mouse model which we functionally characterized, and studied GPR179 partners to provide a better understanding of the first visual synapse between photoreceptors and ON-bipolar cells. On the other hand, we genotypically and phenotypically characterized one of the most popular RCD model, the P23H rat model. There is currently no treatment for RCD and different therapeutic strategies are under investigation. We wanted to deliver the basis for a genome editing approach for RHO mutations, acting as a dominant negative effect, which cannot be addressed by current gene replacement strategies. We opened the field by performing in vitro, ex vivo and in vivo genome editing experiments using meganucleases, TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease) and finally CRISPR/Cas9 system (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9) and revealed how challenging the setting of genome editing strategies was

Nous avons réalisé une approche métabolomique ciblée par spectrométrie de masse, avec quantification de 188 métabolites incluant des lipides et des molécules polaires. Trois processus physiopathologiques en rapport avec la rétine et le nerf optique ont été étudiés : la neuropathie optique héréditaire de Leber (NOHL), l’atrophie optique autosomique dominante (AOD) par haplo-insuffisance du gène OPA1 et le préconditionnement rétinien induit par la lumière (PRIL). Les principaux résultats sont : Projet NOHL : Le pool des acides aminés et la concentration de certaines sphingomyélines (SM) sont diminués tandis que la concentration de 10 phosphatidylcholines (PC) est augmentée dans les fibroblastes des porteurs d’une mutation de type NOH. Les fibroblastes des patients atteints d’une NOHL ont montré un stress du réticulum endoplasmique réversible pharmacologiquement. Projet AOD : Les variations dans la concentration de certains lipides, du glutamate et de quelques métabolites polaires neuroprotecteurs ont suggéré une altération de la myéline et une dysfonction métabolique axonale pré-symptomatique dans le nerf optique des souris Opa1+/-. Un dimorphisme sexuel a été observé dans le métabolome du nerf optique des souris. Projet PRIL : Le stimulus lumineux préconditionnant semble provoquer un accroissement de la protéolyse et une diminution du monoxyde d’azote dans la rétine. Le stress photique parait associé à un remodelage des lipides rétiniens. Un dimorphisme sexuel a été observé dans le métabolome rétinien des rats contrôles. Ces résultats montrent que l'approche métabolomique est pertinente pour l'étude physiopathologique des maladies oculaires
We have conducted a mass spectrometry targeted metabolomics approach, enabling us to quantify 188 metabolites including lipids and more polar molecules. Three condition related to the retina and the optic nerve have been studied: Leber hereditary optic neuropathy (LHON), dominant optic atrophy (DOA) due to OPA1 haploinsufficiency and retina light-induced preconditioning (RLIP). The main results we obtained are: LHON project: Concentrations of the whole pool of amino acid and some sphingomyelins (SM) were diminished whereas those of ten phosphatidylcholines (PC)were increased in fibroblasts carrying a LHON mutation. Fibroblasts from LHON-affected patients showed pharmacologically reversible endoplasmic reticulum stress. DOA project: Variations in the concentration of some lipids, glutamate and polar neuroprotective metabolites suggested pre-symptomatic alterations of the myelin sheath along with axonal metabolic dysfunction of the optic nerve in Opa1 +/-mice. A sexual dimorphism was also observed in the metabolome of the optic nerve. RLIP project: Preconditioning light seemed to elicit acute proteolysis and decreased NO production in the retina. Light stress was also related with lipid remodeling in the retina. A sexual dimorphism was also observed in the retina of control rats. Taken as a whole, our results show that the metabolomics approach is adapted and relevant for the study of the physiopathology of ocular diseases

Les Lymphomes Primitifs Vitréo-Rétiniens (LPVR) représentent un sous-type de Lymphome Primitif du Système Nerveux Central (LPSNC). Ces hémopathies très rares sont caractérisées par leur localisation anatomique atypique, dans des sites physiologiquement dépourvus de lymphocytes B. Les lymphomes du SNC sont rattachés histologiquement aux Lymphomes B Diffus à Grandes Cellules (LBDGC) de type post-germinatif (ABC). L’objectif de notre étude était de définir le répertoire immunologique (chaînes lourdes et légères) des LPVR et des LPSNC, et de les comparer aux LBDGC. Nous avons mené une étude immunologique détaillée de ces tumeurs afin de rechercher des éléments de réponse expliquant ces localisations ectopiques. Notre projet, réalisé sur la plus grande série de LPVR à ce jour, a mis en évidence un biais de répertoire majeur, avec une sur-représentation massive du gène IGHV4-34 (63,6% des cas), significativement plus utilisé dans les LPVR comparativement aux LPSNC et aux LBDGC systémiques. Bien que la proportion de ce gène soit élevée dans d’autres SLP, cette fréquence n’a jamais été atteinte. Un subset a été décrit pour 50% des LPVR utilisant le gène IGHV3-7. Ces données suggèrent fortement l’implication d’un antigène dans leur développement. En conclusion, le LPVR représente un modèle surprenant et singulier de lymphome dirigé par l’antigène, dont l’identification offrirait des perspectives physiopathologiques et thérapeutiques prometteuses
Primary vitroretinal lymphoma (PVRL) is a high-grade lymphoma considered as a subtype of primary central nervous system lymphoma (PCNSL). Unusual localization is a feature of these rare entities. The vast majority of cases are diffuse large B cell lymphoma (DLBCL), mostly of activated B-cell (ABC). To investigate whether PVRLs display a specific IG repertoire contributing to explain their unusual localization, we analysed in detail the IG heavy and light chain sequences from PVRL and PCNSL cases, and we compared their repertoire to that of a publicly available IG heavy chain sequences dataset from systemic ABC-type DLBCLs. Our study was carried out on the largest PVRL series reported to date and showed that PVRL displayed a strikingly biased repertoire as the IGHV4-34 gene was used in 63.6% of cases. The frequency was significantly higher in PVRL compared to PCNSL and DLBCL. This gene has been repeatedly found to be preferentially used in various B-cell malignancies, but never to such an extent. Half of PVRL cases expressing the IGHV3-7 gene had stereotyped VH CDR3 features (subset). Altogether our data showed that PVRLs display a very biased IG repertoire strongly suggesting that antigen selection plays a major role in their development. Thus, PVRL display a highly restricted IG repertoire indicative of antigen selection, and distinct from that of PCNSL. Antigen(s) identification may provide promising perspectives in physiopathology concepts and therapeutic approaches