Les microtubules (MTs) sont des polymères essentiels du cytosquelette formés d’hétérodimères d’αβ-tubuline, dont l’instabilité dynamique sous-tend des processus cellulaires majeurs. Cette thèse a développé un workflow multi-échelle en cryo-EM, complété par de nouvelles approches computationnelles, afin de cartographier l’hétérogénéité du réseau à l’échelle d’un MT unique et de la relier directement à l’état d’assemblage. Grâce à cette approche, nous avons d’abord démontré que le nombre et la position des jointures peuvent varier au sein d’un même MT, générant des discontinuités locales le long du filament. Nous avons ensuite identifié deux types d’interactions latérales jusque-là non décrits, appelés Type C et D, qui créent des réseaux avec rupture de symétrie hélicoïdale. Ces géométries non canoniques impliquent un décalage axial d’environ 21 Å et une rotation vers l’intérieur des protofilaments, et ont été résolues à 2,9 Å et 3,1 Å respectivement, révélant de nouveaux contacts latéraux à haut rayon. En parallèle, nous avons obtenu les structures des réseaux de type A et B à la plus haute résolution à ce jour, soit 2,5 Å et 2,7 Å respectivement. Des expériences cinétiques ont montré que ces Type C et D sont enrichis lors de la phase de croissance rapide, établissant qu’il s’agit d’intermédiaires cinétiques favorisés. Des analyses complémentaires ont par ailleurs suggéré qu’End Binding protein 1 agit comme un régulateur supprimant à la fois la variabilité du nombre de protofilaments et la formation de géométries non canoniques, maintenant ainsi la fidélité du réseau. Dans l’ensemble, ce travail a mis en évidence de nouvelles formes d’hétérogénéité des MTs, souligné leurs relations structurales et leurs origines cinétiques, et les a reliées à une régulation par l’environnement autour du MT, forçant à reconsidérer les modèles actuels de l’instabilité dynamique et des processus biologiques associés.

Au cours des dernières décennies, le chien (Canis lupus familiaris) est devenu un modèle de choix pour l'étude des maladies génétiques complexes, grâce à sa diversité phénotypique, fruit d'une domestication ancienne et d'une sélection artificielle intense conduisant à la formation de plus de 400 races modernes, véritables isolats génétiques. Cette thèse porte sur la dysplasie coxo-fémorale (DCF), une affection multifactorielle débilitante du développement articulaire et homologue à la dysplasie développementale de la hanche (DDH) chez l'humain. Plus de 700 chiens ont été séquencés à faible couverture puis imputés afin d'identifier, par analyse d'association pangénomique (GWAS), des loci associés à la DCF. Deux outils bio-informatiques ont été développés : la librairie R Pedixplorer pour le traitement des pedigrees complexes et le pipeline nf-core/phaseimpute consacré à l'imputation de génotypes. La combinaison de GWAS intra- et inter-races avec des annotations fonctionnelles et une comparaison à la littérature sur la DDH humaine nous a permis de mettre en évidence une vingtaine de loci candidats. Ce travail, mené en partenariat avec l'ACGAO et la Fondation VISIO, ouvre la voie à un futur test génétique de risque dont le développement se poursuivra dans une thèse ultérieure.

Le muscle squelettique assure des fonctions vitales telles que le mouvement, le maintien de la posture et la régulation du métabolisme. Sa forte sollicitation au cours de la vie adulte en fait un tissu particulièrement vulnérable, dont le maintien repose sur une remarquable capacité de régénération. Ce processus dépend d’une synchronisation précise entre plusieurs types cellulaires. Si la fonction de ces différentes cellules a été largement étudiée, les mécanismes de communication qui les coordonnent restent encore à élucider. Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régissent la réponse précoce des muscles aux dommages, en utilisant les muscles du vol de la drosophile comme modèle. Mes travaux ont révélé que cette réponse repose sur une communication intercellulaire active. Plus particulièrement, j’ai montré que les plasmatocytes, équivalents fonctionnels des macrophages, sont recrutées rapidement au niveau des fibres endommagées et jouent un rôle central et polyvalent dans l’adaptation des muscles aux dommages. D’une part, elles déposent sur la fibre lésée le chemoattractant FGF/Bnl, permettant de recruter les branches trachéales (système respiratoire) spécifiquement vers le site de dommage et d’assurer ainsi un apport optimal en oxygène. D’autre part, elles produisent et sécrètent des composants de la matrice extracellulaire, tels que le collagène de type IV et la glycoprotéine SPARC, qui participent à la fois au soutien structurel et à l’organisation du microenvironnement musculaire. Mes travaux révèlent que la réponse musculaire aux dommages repose sur une coopération étroite entre cellules immunitaires, système respiratoire et fibres musculaires et ouvrent de nouvelles perspectives pour identifier d’autres signaux coordonnant ce processus.

La forme des cellules épithéliales et leur adhésion sont des processus étroitement coordonnés, essentiels à la morphogenèse tissulaire et au bon fonctionnement des tissus. La forme cellulaire est déterminée à la fois par des facteurs intrinsèques, tels que l'organisation du cytosquelette, et par des propriétés extrinsèques dues aux interactions physiques avec les cellules voisines, en particulier au niveau des jonctions adhérentes (AJs). La myosine non musculaire de type II (MyoII) joue un rôle central dans la mise en forme des cellules, son activité étant finement régulée dans l’espace et dans le temps. L’activation de MyoII est induite par les GTPases Rho, qui sont elles-mêmes activées par des facteurs d’échange de nucléotides guanine (GEFs) et inhibées par des protéines activatrices de GTPase (GAPs). Dans cette étude, un criblage basé sur l’interférence par ARN (RNAi) des GAPs et GEFs a permis d’identifier des régulateurs de la dynamique de MyoII et de la forme cellulaire dont deux candidats, PlexA et Cyst, ont été caractérisés plus en détail. Dans l’ensemble, ce travail fournit une ressource importante quant au rôle des GEFs et des GAPs dans la morphogenèse et l’homéostasie de l’épithélium du thorax dorsal chez la Drosophile. Cela offre aussi de nouvelles perspectives sur la manière dont la contractilité de l’actomyosine est intégrée à la forme cellulaire et à la dynamique des jonctions.

L’organisation du réseau de microtubules est essentielle pour de nombreuses fonctions cellulaires, telles que le transport intracellulaire et la polarisation de la cellule. La Kinésine-1 (Khc) est un moteur moléculaire qui joue un rôle clé dans ces processus, et des mutations de Khc sont associées à plusieurs pathologies humaines. Récemment, Ensconsine/MAP7, a été identifiée comme un activateur de Khc. Au cours de cette étude, j’ai exploré les fonctions du complexe Khc/Ensconsine dans le remodelage des réseaux de microtubules. En combinant des analyses génétiques et microscopiques pour étudier l’organisation des microtubules dans l’ovocyte de Drosophila melanogaster, j’ai disséqué deux mécanismes clés : l’enrichissement spatial d’Ensconsine et la levée de l’auto-inhibition de la Khc. L’ensemble des données montre qu’Ensconsine, est transportée sur les microtubules, des cellules nourricières vers l’ovocyte par la Dynéine et maintenue au cortex de l'ovocyte par la Nineine. Cet enrichissement local d’Ensconsine permet de lever l’auto-inhibition de la Khc dans l'ovocyte. Le complexe Khc/Ensconsine régule ensuite le recrutement des complexes d’ancrage des microtubules, les ncMTOCs, au cortex de l’ovocyte. Enfin, nos données montrent que cet ancrage des microtubules est un prérequis pour la mise en place d’un réseau de microtubules fonctionnel. Cette étude illustre comment le transport et le maintien d’activateurs clés, comme Ensconsine, peuvent induire efficacement l’activation spatiale de la Khc, pour remodeler le cytosquelette de microtubules.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie pathogène opportuniste impliquée dans de nombreuses infections nosocomiales et dont la résistance aux antibiotiques est de plus en plus préoccupante. Cette thèse explore la trans-traduction, un mécanisme de contrôle de la qualité de la traduction permettant de libérer les ribosomes bloqués sur des ARNm tronqués. Ce processus repose sur l'action de la protéine SmpB et de l'ARNtm, qui assurent le recyclage canonique des complexes de traduction. L'inactivation de la trans-traduction réduit la croissance et la virulence de P. aeruginosa. Un système de criblage in vivo a été développé pour identifier des inhibiteurs de la trans-traduction. Il est composé de deux souches biosenseurs et repose sur la fluorescence rouge de la protoporphyrine IX. Cette étude met en avant la trans-traduction comme une cible thérapeutique potentielle contre P. aeruginosa, ouvrant la voie à de nouvelles stratégies antimicrobiennes.

L’histoire de vie des parents peut moduler les phénotypes de la descendance via des mécanismes n’impliquant pas de modification de la séquence d’ADN des gamètes. Ce travail étudie le rôle du gène auts2a dans cet héritage non-génétique et dans la régulation du neurodéveloppement et du comportement de la descendance. AUTS2 est associé à diverses neuropathologies chez l’humain. Ses caractéristiques et son expression, notamment ovocytaire, sont conservées entre les mammifères et les téléostéens. Chez le médaka, l’expression maternelle d’auts2a régule le neurodéveloppement et le comportement de la descendance. Plus précisément, elle régule les comportements traduisant l’anxiété et les capacités d’apprentissage. A génotype égal, le transcriptome des cellules neurales à un stade précoce du neurodéveloppement est modulé par l’expression parentale d’auts2a. Dans l’ovocyte, l’expression d’auts2a régule l’abondance d’ARNs maternels responsables du développement précoce de l’embryon avant que celui-ci exprime ses propres gènes. Ce travail est l’un des rare à associer des modifications non-génétiques de l’ovocyte (ici, des différences d’abondance d’ARNs maternels) médiées par l’expression maternelle d’un unique gène, avec des variations phénotypiques long-terme chez la descendance. Plus généralement, il questionne le rôle de l’expression ovocytaire d’autres gènes de neurodéveloppement dans le contrôle du comportement de la descendance et la conservation des mécanismes associés.

Cette thèse explore les mécanismes de résistance aux inhibiteurs de BRAF dans le mélanome muté BRAF, en se focalisant sur le rôle des circARN. Grâce à des analyses transcriptomiques intégratives et à l’outil CirScan, des réseaux circARN-miARN-ARNm impliqués dans la résistance ont été identifiés. Parmi eux, les circARN tels que hsa_circ_0001610 et hsa_circ_0002805 agissent comme des éponges à miARN, séquestrant des miARN clés comme miR-29a-3p et miR-151a-3p. Cette séquestration favorise la surexpression de gènes critiques comme AhR, AXL et EGFR, responsables de la résistance et de l’agressivité tumorale. Les validations fonctionnelles in vitro montrent que la déplétion stable de ces circARN entraîne une restauration de la sensibilité aux inhibiteurs de BRAF et une réduction significative des capacités invasives des cellules tumorales. Ces résultats révèlent le rôle crucial des circARN dans la plasticité cellulaire et dans l’acquisition de la résistance thérapeutique, ouvrant la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant ces ARN non codants pour améliorer l’efficacité des traitements dans le mélanome métastatique.

Le 17β-oestradiol (E2) est une hormone pléiotropique issue de l’aromatisation de la testostérone par l’aromatase. Dans le cerveau des mammifères et oiseaux, l’E2 influence comportement et neurogenèse en modulant les neurotransmetteurs. Chez les poissons téléostéens, qui maintiennent une neurogenèse étendue à l’âge adulte, deux gènes codent l’aromatase : cyp19a1b (cérébrale) et cyp19a1a (gonadique). L’aromatase cérébrale est régulée par l’E2 et est fortement exprimée dans les cellules gliales radiaires, qui sont pour certaines progénitrices. Cela suggère un rôle clé de l’aromatase cérébrale dans la neuroplasticité mais le lien causal reste à être investigué. Ce travail a exploré le rôle de l’aromatase cérébrale chez le poisson zèbre, via une mutation ciblant le gène cyp19a1b, et les effets à long terme d’expositions précoces à deux perturbateurs endocriniens : Le 17α-éthinyloestradiol (EE2) et le clotrimazole (CLO). La mutation et les expositions ont modifié divers comportements, comme la nage et la sociabilité, parfois de façon sexe-spécifique à l’âge adulte. Par immunofluorescences, il a été montré que l’aromatase, l’EE2 et le CLO modulent la prolifération cellulaire. Le clotrimazole augmente le nombre de neurones dopaminergiques dans l’hypothalamus caudal, tandis que la mutation accroît la dégradation de la dopamine. Des analyses transcriptomiques chez la lignée mutante ont révélé de nombreux processus biologiques impactés, particulièrement chez les femelles adultes. Ces résultats soulignent le rôle clé de l’aromatisation dans la régulation du comportement et de la neuroplasticité, ainsi que les impacts de sa modulation enzymatique chez le poisson zèbre.

Staphylococcus aureus est une bactérie commensale et pathogène responsable d’un large spectre d’infections. Pour permettre une adaptation rapide et efficace aux signaux environnementaux, S. aureus possède un réseau de régulation précis et complexe. Dans ce réseau, les ARN régulateurs (ARNreg) apparaissent comme des modulateurs post-transcriptionnels importants. Les ARNreg sont généralement définis comme des ARN non codants, petits, stables, avec des fonctions de régulation sur leurs cibles. À ce jour, environ 200 ARNreg ont été identifiés chez S. aureus. Dans ce travail, nous avons étudié l’un d’eux : Srn_9342. Cet ARNreg est transcrit sous deux formes – une courte (Srn_9342S) et une longue (Srn_9342L) – partageant la même extrémité 5’ et dont l’annotation chevauche avec la séquence codante située en amont. Il s’agissait ainsi de caractériser l’expression du gène srn_9342, d’identifier ces cibles et de définir sa fonction biologique. Un profil d'expression spécifique a été observé, avec une permutation de Srn_9342S vers Srn_9342L en fonction de la densité cellulaire. La découverte d’un promoteur spécifique pour srn_9342 a révélé qu’il s’agit du premier cas d’ARNreg dérivé d’une région 3’ UTR d’ARNm de type I identifié chez S. aureus. De plus, nous avons montré que l’expression de Srn_9342L est dépendante de SigB L’identification de ces cibles ARN par MAPS, a identifié l’ARNm hemQ, codant une coproporphyrine décarboxylase impliquée dans la biosynthèse de l'hème, et l’ARNIII, un ARNreg central de la virulence, comme cibles directes de Srn_9342. Enfin, les rôles de cet ARNreg dans la régulation de la biosynthèse de l'hème, la formation du phénotype SCV et la virulence ont été démontrés.