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.

La fusion ETV6::RUNX1 est associée à un bon pronostic de la leucémie aiguë lymphoblastique à cellules B (LAL B), le cancer pédiatrique le plus fréquent. Cependant, la rechute peut encore survenir chez 15 % des patients dans la moelle osseuse et dans les sites extramédullaires (gonades et système nerveux central), en raison d'une chimiorésistance. Les cellules leucémiques remodèlent le microenvironnement à leur profit, lui conférant ainsi un rôle protecteur pour les blastes grâce aux interactions intercellulaires et à une communication. L’équipe a montré un possible rôle de la tétraspanine 29 ou CD9 dans la migration des cellules de LAL B, ainsi que sa régulation par le facteur HIF-1ɑ répondant à l’hypoxie. L’objectif de ma thèse était d’étudier l’impact du microenvironnement sur la mobilité des cellules de LAL B. Notre modèle a montré une régulation de CD9 par les variations physico-chimiques du milieu. La migration induite par le sécrétome des cellules souches mésenchymateuses (CSM) s’est retrouvée bloquée par un anticorps anti-CD9 contrairement à l’adhérence. En revanche, le KO de CD9 n’a eu aucun effet sur la migration, ce qui pourrait s’expliquer par une perturbation des microdomaines enrichis en tétraspanines (MET) par la fixation de l’anticorps. Mes résultats suggèrent cependant qu’une autre tétraspanine pourrait être impliquée dans la migration des lignées de LAL B et fournissent une nouvelle piste d’étude pour la compréhension des mécanismes de migration. En parallèle, j’ai développé un modèle in vivo original pour l’étude des LAL B, la membrane chorio-allantoïque (CAM) d’embryon de poulet. J’ai fait la preuve de concept de la prise de greffe des lignées de LAL B sur la CAM mais la migration dans les tissus est beaucoup plus faible voire non détectable.

L'holoprosencéphalie (HPE) est une maladie rare qui affecte le développement de la ligne médiane du cerveau antérieur dès les premiers stades embryonnaires, rendant son diagnostic moléculaire complexe. Elle résulte principalement d’altérations génétiques entraînant une réduction de l'activité de la voie de signalisation Sonic Hedgehog (SHH). Cependant, un diagnostic moléculaire précis n’est possible que pour 30% des patients, ce qui souligne l’importance de développer des nouvelles approches diagnostiques. Le principal obstacle réside dans l'impossibilité d'accéder au tissu primaire affectée par la pathologie, soit le neuroectoderme antérieur. Pour surmonter cet obstacle, j’ai mis au point un modèle in vitro du développement du neuroectoderme antérieur en utilisant des cellules souches pluripotentes induites. Ce modèle m’a permis de produire des données transcriptomiques permettant d’évaluer les impacts moléculaires de la déficience en SHH et de définir des signatures transcriptomiques décrivant les variations de l'activité de la voie SHH pouvant être corrélées à la sévérité des phénotypes d’HPE. Ce travail a également révélé de nouveaux gènes co-exprimés et régulés par SHH, qui pourraient constituer de nouveaux marqueurs génétiques de l'HPE. Ces avancées ouvrent la voie à la création d’outils de diagnostic innovants, visant à améliorer la précision du diagnostic pour les patients atteints d'HPE.

La division cellulaire est un processus fondamental à la vie, assurant la répartition de l’ADN lors de la mitose. Au cœur de ce processus se trouve le fuseau, une structure composée principalement de microtubules. Son assemblage et son fonctionnement corrects sont essentiels à la stabilité génomique, car les défauts de ségrégation des chromosomes peuvent entraîner une aneuploïdie, associée à diverses maladies. Malgré des progrès significatifs dans notre compréhension de l'assemblage et l’organisation du fuseau, son architecture détaillée reste en partie incomprise à cause de ses dimensions, sa densité en microtubules et sa variabilité inter-espèces. Cependant, ces variations offrent également l'opportunité d'explorer comment l'architecture du fuseau s'adapte aux contraintes spécifiques de chaque espèce. Dans ce contexte, ma thèse visait à étudier l'architecture du fuseau de X. laevis et X. tropicalis en utilisant la microscopie d'expansion (ExM), qui permet l’agrandissement physique des échantillons pour améliorer la résolution. En adaptant l’ExM aux fuseaux assemblés en extraits d’ovocytes de xénopes, j'ai apporté une analyse détaillée de leur organisation, révélant des différences clés spécifiques à chaque espèce concernant la taille et la distribution des bundles de microtubules. Ces différences peuvent refléter des adaptations aux environnements cellulaires spécifiques à chaque espèce, contribuant à une meilleure compréhension de la régulation de l’architecture des fuseaux.

Grâce à diverses techniques, notamment la microscopie et la biologie moléculaire, la chromatine a été décrite comme une structure hiérarchique à plusieurs échelles. Toutefois, ce modèle bien défini a été remis en question par des découvertes récentes suggérant que les fibres de chromatine soient plutôt disposées de manière irrégulière dans le noyau. De plus, la structure de la chromatine, au lieu d'être rigide et régulière, semble comme une structure plastique qui peut être réorganisée à différentes échelles pour remplir diverses fonctions nucléaires. En particulier, dans le contexte des lésions à l'ADN, l'activation de la réponse aux dommages de l'ADN (DDR) modifie l'organisation de la chromatine afin de faciliter l'accès aux lésions et de restaurer l'intégrité génomique avec précision. Ce processus de remodelage de la chromatine implique de nombreux acteurs de la réparation de l'ADN.Parmi ceux-ci, l'ADP-ribosylation, une modification post-traductionnelle, favorise le remodelage de la chromatine aux premiers stades de la DDR, soit en modifiant les histones, soit en recrutant plusieurs remodeleurs de la chromatine. Au cours de ma thèse, par le biais de la microscopie de super-resolution, j'ai obtenu une description préliminaire à l’échelle du nucleosome de la structure de la chromatin et de son remodelage à proximité des sites de lésions de l'ADN. Par ailleurs, grâce à l’utilisation de méthodes d’imagerie de cellules vivantes, j'ai pu déterminer le rôle de l'ADP-ribosylation dans le recrutement du complexe de remodelage de la chromatine ACF aux dommages à l’ADN. Enfin, j'ai examiné les fonctions potentielles des complexes de remodelage ACF et CHRAC au cours la réparation de l'ADN.

Les ARN non-codants, longtemps considérés comme des débris de la transcription, représentent une grande partie du transcriptome humain et jouent des rôles fonctionnels importants. Parmi eux, les ARN circulaires (circARN) se distinguent par leur stabilité et leur capacité à agir comme des éponges à microARN (miARN), modulant ainsi indirectement l’expression génique et influençant la plasticité cellulaire. Le mélanome cutané, l’un des cancers de la peau les plus agressifs, est associé à la mutation BRAFV600E dans 50% des cas. Bien que des thérapies ciblées soient disponibles et que leur efficacité soit encourageante, des mécanismes de résistance apparaissent dans la plupart des cas. L’ensemble de ces observations soulignent la nécessité de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à cette résistance, en particulier ceux impliquant les circARN dans la plasticité cellulaire tumorale. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous avons développé Cirscan, une méthode bio-informatique innovante capable d’inférer automatiquement des réseaux circARN-miARN-ARNm à partir de données transcriptomiques humaines multi-niveaux, et d’identifier des mécanismes d’éponges, actifs dans une condition spécifique (Fraboulet et al. 2024). Appliqués à des données de mélanome cutané et à d’autres types de cancers, les réseaux identifiés contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux traitements, et soulignent l’importance des circARN dans la plasticité cellulaire tumorale. Combinés à des validations expérimentales, ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour l’utilisation des circARN en tant que biomarqueurs et cibles thérapeutiques potentielles.

Les épithéliums sont des tissus composés de cellules polarisées qui s'appuient sur des signaux de polarité apicale-basale, des changements dans l'adhésion cellulaire et des interactions avec le cytosquelette pour intégrer les stimuli et produire des réponses coordonnées afin de maintenir l'homéostasie. Les jonctions cellulaires doivent être robustes tout en restant plastiques pour permettre des réarrangements cellulaires collectifs sans compromettre la survie de l'organisme. Dans le cadre de mes travaux, j'ai mis en évidence une nouvelle fonction non exclusive des jonctions septées (SJ), qui empêche l'activation des caspases et l'élimination par la compétition cellulaire. J'ai également identifié comment la perte de SJ synergize avec RasV12 pour promouvoir la délamination collective apicale et basale. J'ai caractérisé le remodelage spatio-temporel des complexes jonctionnels et du réseau du cytosquelette afin de déchiffrer la séquence d'événements nécessaires pour que les cellules forment des plis tissulaires et subissent une délamination collective apical ou basal. Nos collaborateurs ont développé un modèle in silico pour étudier les propriétés mécaniques du disque oculaire lors de la perturbation des événements de remodelage que j'ai identifiés. Nos résultats in silico et in vivo révèlent que la cytoarchitecture des tissus et des changements dans l'adhésion cellulaire régissent la directionnalité avec laquelle les tumeurs vivent délaminent collectivement hors d'un épithélium, une propriété qui est essentielle pour déterminer le destin des tumeurs. Mes travaux mettent en évidence de nouvelles fonctions non-occlusives de la SJ dans la prévention de l'extrusion cellulaire et caractérisent comment la perte de l'intégrité des SJ dans des tumeurs déclenchent la progression tumorale. En outre, ils révèlent comment l'architecture tissulaire et les changements dans l'adhésion cellulaire régissent la directionnalité de la délamination collective apicale et basale, offrant de nouvelles perspectives sur la façon dont les SJ fonctionnent pour préserver l'homéostasie tissulaire et prévenir la transformation néoplasique.

Le volume cellulaire est une caractéristique fondamentale des cellules vivantes. Chez les eucaryotes, la taille des cellules est un trait phénotypique hautement contrôlé qui module la biochimie intracellulaire, délimite l'interaction des cellules avec leur environnement et joue un rôle dans la taille des organismes multicellulaires. Le volume cellulaire est intimement lié à la prolifération, et de nombreux processus couplant la taille des cellules et la progression du cycle cellulaire ont été identifiés, assurant ainsi l'homéostasie du volume des cellules à l’échelle de la population. Cependant, malgré la conservation des mécanismes centraux de régulation du cycle de division, la taille des cellules peut varier de plusieurs ordres de grandeur entre les espèces. Le volume cellulaire pourrait donc être le produit de contraintes évolutives tout en contribuant directement aux stratégies d'adaptation des cellules eucaryotes. Au cours de ma thèse, j'ai étudié si le volume initial d'une cellule joue un rôle dans sa trajectoire évolutive dans des environnements délétères. À cette fin, j'ai utilisé un modèle unique chez la levure de fission me permettant de générer des populations distinctes de cellules génétiquement identiques mais avec des volumes cellulaires moyens différents. En utilisant un stress hyperosmotique comme modèle de pression de sélection, j'ai combiné cette approche avec des méthodes d'évolution expérimentale pour déterminer l'influence de la taille des cellules sur l'évolution de ces populations. De manière remarquable, mes études ont révélé une interaction entre le volume cellulaire et l'adaptation aux niveaux phénotypique, génétique et mécanistique. Mes résultats démontrent ainsi que la taille des cellules peut être un facteur clé d'adaptation, avec des implications pour les trajectoires évolutives des cellules eucaryotes exposées à des environnements défavorables.

La prolifération et la différenciation cellulaires sont des processus essentiels qui sous-tendent le développement des organismes multicellulaires. L'arrêt de la prolifération cellulaire précède généralement la différenciation terminale, suggérant que ces deux processus pourraient être coordonnés. Nous avons utilisé le développement très stéréotypé de l'intestin de C. elegans pour déterminer si les contrôles des programmes de prolifération et de différenciation sont systématiquement couplés. Nous montrons qu'un retard dans l'arrêt du cycle cellulaire entraîne un retard dans le recrutement de certains composants seulement de la bordure en brosse. Réciproquement, nous constatons que l'arrêt du cycle cellulaire repose sur les facteurs de différenciation ELT-2 et ELT-7 uniquement dans les cellules intestinales postérieures. L'apparition de divisions surnuméraires en l'absence d'ELT-2 et d'ELT-7 est associée à des changements dans le profil d'expression des régulateurs du cycle cellulaire CKI-1 et cycline B1. Notre travail démontre donc l'existence d'interactions réciproques entre la prolifération et la différenciation cellulaire. Il montre cependant aussi que ces deux processus ne sont que partiellement couplés, suggérant l'existence de mécanismes supplémentaires assurant leur contrôle temporel.

Près de la moitié des mélanomes cutanés diagnostiqués comportent une altération activatrice sur le codon V600 du gène codant pour la protéine kinase BRAF. Cela a permis l'avènement des inhibiteurs ciblant spécifiquement la forme mutée de la protéine, révolutionnant ainsi le traitement de cette maladie. L'efficacité de ces thérapies ciblées demeure néanmoins limitée par l'émergence rapide de mécanismes de résistance. Cette réalité clinique souligne le besoin urgent de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour surmonter la résistance et améliorer la survie des patients. Dans cette étude, nous montrons que l'activité mitochondriale, l'accumulation d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et l'augmentation de la peroxydation des lipides conduisent à une plus grande vulnérabilité vis-à-vis de la mort par ferroptose des cellules de mélanome résistantes aux inhibiteurs de BRAF. Ainsi, nous avons pu montrer que la ferroptose constituait une opportunité thérapeutique pour cibler les cellules résistantes, qui présentent une sensibilité accrue aux inducteurs chimiques de cette forme de mort cellulaire. En outre, nos résultats suggèrent fortement que le facteur de transcription Aryl Hydrocarbon Receptor (AhR), dont nous avons déjà montré l’implication dans l’acquisition de la résistance aux thérapies ciblées, joue également un rôle dans l’émergence de cette vulnérabilité à la ferroptose.