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.

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.

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.