Academic literature on the topic 'Vésicules extracellulaire'

Les vésicules extracellulaires (VE) suscitent un intérêt croissant lié à leur capacité à transférer du contenu biologique entre cellules. Les VE, émises dans l’espace extracellulaire, circulent via les différents fluides de l’organisme et modulent localement ou à distance les réponses des cellules avec lesquelles elles ont interagi. Des données cliniques et expérimentales étayent leur rôle dans les maladies liées au syndrome métabolique. Les VE bousculent la vision traditionnelle de la communication intercellulaire et représentent ainsi un mode de communication alternatif et versatile, qui ouvre la porte à de nouveaux concepts et opportunités tant biologiques que thérapeutiques.

Le dossier thématique suivant a été rédigé par les étudiantes et étudiants de Master 1 de Biologie de l’École Normale Supérieure de Lyon à l’issue de l’UE Microbiologie Moléculaire et Structurale (2019-2020). Le Master de Biologie de l’ENS de Lyon, cohabilité par l’université Claude Bernard Lyon 1, accueille chaque année environ 50 étudiants en M1 et en M2 et propose une formation de haut niveau à la recherche en biosciences. Chaque étudiant y construit son parcours à la carte, en choisissant ses options parmi un large panel de modules, favorisant ainsi une approche pluridisciplinaire des sciences du vivant, et ce en relation étroite avec les laboratoires de recherche du tissu local, national et international. En participant à diverses activités scientifiques connexes aux UE de leur formation, les étudiants préparent également l’obtention du Diplôme de l’ENS de Lyon, qui valide leur scolarité à l’ENS. La rédaction du présent dossier, qui vise à transmettre de façon claire les messages issus d’une sélection d’articles scientifiques publiés récemment dans le domaine de la microbiologie, constitue l’une de ces activités connexes proposées aux étudiants. Les bactéries peuvent vivre en communautés dont la structure est régulée par de nombreuses interactions abiotiques et biotiques. Les interactions biotiques reposent sur des communications inter-bactériennes qui participent à la mise en place de relations de collaboration, de compétition ou de prédation. Ces communautés bactériennes peuvent en outre être en interaction avec des hôtes animaux, dans le cas des bactéries du microbiote ou des bactéries pathogènes par exemple, ou avec des virus parasites, les bactériophages. Le présent dossier illustre quelques aspects nouveaux de cette communication bactérienne, et de la façon dont les interactions bactéries/hôte ou bactéries/phages peuvent impacter cette communication. Deux nouvelles s’attardent sur des découvertes récentes autour du quorum sensing, une modalité de communication bactérienne permettant l’expression coordonnée des gènes à l’échelle de la population, en fonction de la densité de la population. La nouvelle intitulée « Le monoxyde d’azote : une arme du système immunitaire pour brouiller les communications entre bactéries » illustre comment le quorum sensing chez Staphylococcus aureus, une bactérie opportuniste, peut être affecté par un médiateur du système immunitaire de la souris. La nouvelle intitulée « Un bactériophage exploite le système de communication de son hôte bactérien pour entrer en cycle lytique » montre une stratégie étonnante par laquelle le phage VP882 décrypte des signaux issus du quorum sensing de la bactérie qu’il infecte pour réguler son propre cycle de réplication. Au-delà du quorum sensing, deux nouvelles décrivent de nouvelles modalités de communication inter-bactérienne. La nouvelle intitulée « Les nanotubes bactériens, acteurs de la compétition entre Bacillus subtilis et Bacillus megaterium » met en lumière le rôle des nanotubes, des structures de communication intercellulaire insoupçonnées jusque récemment chez les bactéries. La nouvelle intitulée « La bactérie Vibrio cholerae lyse les bactéries environnantes et assimile leur ADN qu’elle intègre dans son propre génome » illustre comment un système de sécrétion, qui permet l’injection d’effecteurs bactériens dans des cellules cibles, peut être exploité pour faciliter les transferts horizontaux de gènes chez les bactéries. Enfin, pour élargir la réflexion au monde des virus eucaryotes, deux nouvelles montrent comment l’infection virale peut interférer avec la communication entre cellules eucaryotes, sur l’exemple de la communication s’effectuant par l’intermédiaire de vésicules extracellulaires. La nouvelle intitulée « La sécrétion de vésicules extracellulaires par les plaquettes activées à l’origine de la létalité de la dengue ? » discute des mécanismes par lesquels le virus de la dengue déclenche la sécrétion de vésicules extracellulaires par les plaquettes, et des conséquences que cela peut avoir sur l’inflammation et le déclenchement de chocs hémorragiques. La nouvelle intitulée « Le coccolithovirus et Emiliania huxleyi : le détournement viral des vésicules extracellulaires » montre enfin comment ce virus d’algue unicellulaire exploite la communication intercellulaire de son hôte pour augmenter son pouvoir de diffusion au sein de la population, et des conséquences écologiques et géochimiques que cela peut entraîner à grande échelle.

La progression tumorale dépend d'un dialogue entre les cellules cancéreuses et leur environnement. Parmi les cellules du microenvironnement du mélanome, les adipocytes ont longtemps été ignorés. Pourtant, ces cellules sont le composant majeur de l'hypoderme, la couche la plus profonde de la peau. Ainsi, elles sont proches du mélanome lors de la tumorigenèse et, lorsque la tumeur envahi les couches profondes de la peau, les deux types cellulaires entrent en contact. Il est donc important de comprendre l'impact des adipocytes sur la progression du mélanome, d'autant plus que des études épidémiologiques montrent que l'obésité est un facteur de mauvais pronostic pour ce cancer. Le surpoids et l'obésité sont en hausse constante avec près d'un tiers de la population mondiale affectée, faisant du lien entre l'obésité et le cancer un enjeu de santé publique majeur. Parmi les différents moyens de communication cellulaire, les vésicules extracellulaires (VE) jouent un rôle important dans le cancer. Les VE régulent la communication entre les cellules cancéreuses mais aussi entre les composants du microenvironnement et la tumeur. Les VE sécrétées par les adipocytes sont peu caractérisées et leur rôle sur la progression tumorale reste à élucider. Les VE adipocytaires pourraient être modifiées qualitativement et quantitativement en obésité car différents stress (inflammation, hypoxie...), connus pour modifier les VE, sont retrouvées dans le tissu adipeux d'individus obèses. Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse était de caractériser les VE adipocytaires et déterminer leur impact sur le mélanome dans un contexte normopondéral et d'obésité. Les résultats obtenus montrent que ces VE favorisent la migration et l'invasion des cellules de mélanome. Une analyse protéomique a révélé une signature spécifique dans ces VE, fortement enrichies en protéines du métabolisme des acides gras (AG).[...]<br>It is now clear that tumor progression is the result of a permanent dialog between cancer cells and the tumor microenvironment (TME). Among the cells found within the melanoma microenvironment, adipocytes had long been ignored. However, adipocytes are the main component of the hypodermis, the deepest skin layer, and are therefore close to melanoma from tumorigenesis and, as the tumor becomes aggressive and invades the deeper skin layers, the two cell types come into contact. Thus, understanding how adipocytes influence melanoma progression is of major importance, especially since epidemiological studies show that obesity is a poor prognosis factor for melanoma. As overweight and obesity are constantly rising and affect around a third of the World's population, the link between obesity and cancer is a major public health issue. Among the different ways in which cells communicate, extracellular vesicles (EV) play a particularly important role in cancer. Moreover, not only can tumor cells communicate with each other through EV, but the cellular components of the TME also use EV to communicate with cancer cells. Adipocyte-derived EV are poorly characterized and their role in tumor progression remains to be determined. In obesity, adipocyte EV may be qualitatively and quantitatively altered since various stresses (inflammation, hypoxia etc.), which are known to modify EV, are found in the adipose tissue of obese individuals. In this context, the first aim of my thesis was to characterize adipocyte EV and their impact on melanoma in lean and obese individuals. The results obtained show that EV secreted by adipocytes promote migration and invasion of melanoma cells. Analysis of their proteome revealed a protein signature specific to adipocyte EV, which was highly associated with fatty acid (FA) metabolism, a metabolic pathway involved in tumor aggressiveness. In melanoma treated with adipocyte EV, fatty acid oxidation (FAO) is increased and FAO inhibitors reverse their pro-invasive effect. Moreover, adipocytes secrete increased numbers of EV in obesity and, using equal numbers of EV from lean or obese subjects, their effect on tumor aggressiveness is increased and remains dependent on FAO. T[...]

Les vésicules extracellulaires telles que les microvésicules et les exosomes sont libérées lors de l’apoptose ou de l’activation cellulaire. Ce sont des médiateurs importants dans la communication intercellulaire, suggérant que ces vésicules pourraient jouer un rôle physiopathologique, en particulier dans les maladies cardiovasculaires. L'athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique de la paroi artérielle qui résulte de l’interaction entre les lipoprotéines, les cellules inflammatoires, et les cellules vasculaires. L'infarctus du myocarde est une complication aiguë et grave de l'athérosclérose. La réaction inflammatoire post-infarctus joue un rôle central dans la formation de néovaisseaux sanguins et la cicatrisation. Cependant, les mécanismes de l’inflammation sont encore mal connus dans ces pathologies. Mon travail de thèse a porté sur les effets des vésicules extracellulaires isolées de tissus pathologiques sur les cellules inflammatoires. Nous avons montré dans un premier travail que les microvésicules s’accumulant dans les lésions d’athérosclérose humaines contribuent à la surcharge en cholestérol et en triglycérides des macrophages et facilitent la formation de cellules spumeuses. L’accumulation des lipides intracellulaires induite par ces microvésicules est contrebalancée par une augmentation de l’efflux du cholestérol associée à une activation d’ABCA1. Dans un deuxième travail, nous avons examiné les effets des vésicules produites dans le cœur post-infarctus sur la réponse inflammatoire. Nos résultats montrent : 1- une augmentation de la libération in situ des microvésicules majoritairement d’origine cardiomyocytaire et des exosomes 15 heures après infarctus ; 2- la stimulation de la production de VEGF monocytaire par les vésicules extracellulaires ; 3- l’incapacité en ce qui concerne les vésicules isolées de cœur diabétique infarci à reproduire cet effet sur les monocytes des souris contrôles. Afin de clarifier les déterminants de l’angiogenèse post-ischémique, nous avons également étudié les profils de miARNs des vésicules contrôles et diabétiques. Après infarctus du myocarde, l’expression de miR-126-3p et de miR-92a-3p est significativement diminuée dans les vésicules diabétiques en comparaison avec les vésicules contrôles. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de miR-126-3p et de miR-92a-3p respectivement dans les microvésicules et les exosomes chez les souris contrôles post-infarctus. En conclusion, ce travail apporte des éléments nouveaux sur les fonctions des vésicules extracellulaires générées localement dans les tissus inflammatoires, en particulier leur capacité à promouvoir la transformation des macrophages en cellules spumeuses dans la plaque. Par ailleurs, les vésicules isolées du cœur ischémique pourraient favoriser l’angiogenèse post-infarctus en stimulant la production de VEGF monocytaire. La disparition de cet effet bénéfique dans le diabète pourrait être associée à des modifications d’adressage des miARNs dans les vésicules extracellulaires au cours de cette pathologie<br>Extracellular vesicles, such as microvesicles and exosomes, are released during cell apoptosis or activation. They are important mediators of intercellular communication, suggesting that these vesicles could play a pathophysiological role, especially in cardiovascular diseases. Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease of the arterial wall which results from the interaction between lipoproteins, inflammatory cells, and vascular cells. Myocardial infarction is an acute and severe complication of atherosclerosis. The postinfarction inflammatory response plays a central role in the formation of new blood vessels and scarring. However, the mechanisms of inflammation are still poorly known in these pathologies. My thesis concerned the effects of extracellular vesicles isolated from pathological tissues on inflammatory cells. We showed in the first work that microvesicles accumulating in human atherosclerotic lesions contribute to cholesterol and triglyceride overload in macrophages and facilitate foam cell formation. The accumulation of the intracellular lipids induced by those microvesicles is offset by an increase in cholesterol efflux associated with activation of ABCA1. In the second study, we examined the effect of vesicles produced in the infarcted heart on the inflammatory response. Our results showed : 1- an increased release in situ of microvesicles mostly of cardiomyocyte origin and exosomes 15 hours after infarction ; 2- the stimulation of monocyte VEGF production by extracellular vesicles ; 3- the incapacity of diabetic vesicles isolated from infarcted heart to reproduce that effect on control mice monocytes. In order to clarify the determinants of postischemic angiogenesis, we also studied miRNA profiles of control and diabetic vesicles. After myocardial infarction, the expression level of miR-126-3p and miR-92a-3p was significantly decreased in diabetic vesicles compared to control vesicles. Furthermore, we observed an increased expression of miR-126-3p and miR-92a-3p respectively in the microvesicles and the exosomes isolated from control mice heart after myocardial infarction. In conclusion, this work provides new information on the functions of extracellular vesicles locally generated in inflamed tissues, particularly in promoting macrophage transformation into foam cells in the atherosclerotic plaque. Furthermore, vesicles isolated from ischemic heart could enhance postinfarction angiogenesis by stimulating monocyte VEGF production. The loss of this beneficial effect in diabetes may be associated with changes of miRNA cargo in extracellular vesicles in this pathology

Les vésicules extracellulaires (VE) sont des nano-vésicules produites par les cellules : elles jouent un rôle clé dans la communication intercellulaire en délivrant des molécules, acides nucléiques et protéines. Grâce à ces propriétés naturelles, les VE ont émergé en tant que nouveaux vecteurs. La délivrance intracellulaire de protéines est particulièrement difficile, et les systèmes existants présentent des défauts (biocompatibilité, sûreté) : les VE pourraient être des candidats singulièrement intéressants. Mon objectif de thèse était d’évaluer le potentiel des VE pour la délivrance intracellulaire de fragment d’anticorps, en utilisant des processus de chargement physico-chimiques sur des VE après production. Le premier objectif était de produire, caractériser et conserver les VE. Les VE ont été isolés à partir de cellules souches mésenchymateuses murines par ultracentrifugation. Ils ont été caractérisés de façon exhaustive : les VE étaient sphériques, de 94±10 nm de diamètre, possédaient des protéines (TSG101, CD81) et des lipides (cholestérol, sphingomyélines, céramides) spécifiques de VE de petite taille. Les VE étaient davantage internalisés que les liposomes (standards, HSPC/Cholestérol) in vitro et ils suivent des voies d’endocytose différentes. Congeler les VE dans du trehalose (25 mM) avec inhibiteurs de protéase assurait une conservation optimale. Le deuxième objectif était d’utiliser des processus physico-chimiques pour charger dans les VE un fragment d’anticorps single-chain variable (scFv) avec un tag GFP et ciblant la tubuline humaine, et de parvenir à délivrer un scFv fonctionnel en intracellulaire. Différentes méthodes ont été évaluées : extrusion, sonication avec une sonde, bain à ultrasons, lyophilisation, cycles de congélation/décongélation, et des combinaisons de ces méthodes. Nous avons identifié des protocoles de chargement résultant en des pertes de VE et scFv inférieures à 20%. Pour certains procédés combinatoires, un léger marquage tubuline a été observé in vitro, ce qui implique que les complexes VE-scFv ont été internalisés, ont échappé à la dégradation endosomale et ont atteint la tubuline dans le cytoplasme. Ces résultats devront être confirmés, mais nous concluons que les VE semblent prometteurs en tant que système pour la délivrance intracellulaire d’anticorps fonctionnels, ce qui n’a jamais été décrit auparavant<br>Extracellular vesicles (EVs) are nano-vesicles produced by cells: they play a key role in intercellular communication by delivering molecules, nucleic acids or proteins. Because of these natural features, EVs have emerged as novel vectors. Intracellular protein delivery is particularly challenging, and existing systems have shortcomings (biocompatibility, safety): EVs could be an especially interesting candidate. My objective for this PhD was to evaluate the potential of EVs for antibody fragment intracellular delivery, using physico-chemical loading processes on EVs once isolated. The first goal was to isolate, characterise and store nanosized EVs. EVs were isolated from murine mesenchymal stem cells by ultracentrifugation. They were thoroughly characterized: EVs were spherical, 94±10 nm, possessed proteins (TSG101, CD81) and lipids (cholesterol, sphingomyelins, ceramides) specific of small EVs. EVs were internalised to a greater extent than their liposomal counterparts (HSPC/Cholesterol standards) in vitro and follow different endocytic routes. Freezing EVs at -80°C in trehalose 25 mM with protease inhibitors ensured optimal EV storage. The second goal was to use physico-chemical processes to load EVs with an anti-tubulin GFP-tagged single-chain antibody fragment (scFv) and achieve intracellular delivery of functional scFv. Different methods were evaluated: extrusion, probe sonication, bath sonication, freeze drying, freeze-thaw cycles and combinations of these methods. We identified loading protocols leading to less than 20% loss of EVs and scFv. For some combinatory processes, a slight tubulin staining was observed in vitro, implying scFv-EV complexes were internalised, escaped from endosomes and reached tubulin in the cytoplasm. These results will need to be confirmed, but we conclude EVs show promise for the intracellular delivery of functional antibody, which has never been described before

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative invalidante pour laquelle le diagnostic ne peut être donné qu’une fois la dégénérescence neuronale bien entamée, rendant impérative la découverte d’un biomarqueur ; un outil biologique permettant de prédire l’apparition de la pathologie ou d’évaluer sa progression. Mon projet de maîtrise visait donc l’étude des vésicules extracellulaires (VE) issues du sang comme test diagnostique ou comme marqueur de la progression de la MP. La quantification des VE effectuée par cytométrie de flux à haute sensibilité a révélé une augmentation spécifique des VE dérivées d’érythrocytes (VEE) chez les parkinsoniens comparés à leurs contrôles, ainsi qu’une forte corrélation avec la progression de la maladie. L’analyse quantitative de l’alphasynucléine (α-Syn), principale protéine impliquée dans la pathologie de la maladie, a montré un niveau similaire entre les individus. Cependant, l’analyse protéomique des VEE a révélé une modulation de certaines protéines entre les patients et les donneurs sains. Nos résultats suggèrent que les VEE pourraient conduire au développement d’un marqueur pour suivre l’évolution de la maladie ainsi que l’effet de nouvelles thérapies.<br>341812 Parkinson’s disease (PD) is a debilitating neurodegenerative disease for which the diagnosis can only be confirmed once the degeneration state is very advanced, making imperative the discovery of a biomarker: a biological tool to predict the onset of pathology or its progression. My master’s project was designed to study extracellular vesicles (EV) from the blood in order to discover if they could be used as a diagnostic test or as a marker of disease progression. Quantification of EV performed by high-sensitivity flow cytometry demonstrated an increase in PD patients compared to their controls and a strong correlation with the progression of the disease only in EV derived from erythrocytes (EEV). Quantitative analysis of α-Syn, the main protein involved into PD pathogenesis, showed a similar level between individuals. However, analysis of the EEV proteome reveals a modulation of some proteins between patients and healthy donors. Our results suggest that EEV have the potential to lead to the development of a marker abled to track disease course as well as measuring the effect of new therapies.

La thérapie photodynamique (PDT) est un traitement alternatif à la chirurgie en oncologie utilisant un photosensibilisateur (PS), la lumière visible et l’oxygène moléculaire. La méta-tétra(hydroxyphényl)chlorine (mTHPC) est l’un des PS de deuxième génération les plus utilisés en clinique en raison de son absorption dans le rouge lointain et d’un rendement quantique en 1O2 élevé. De par sa nature hydrophobe, la mTHPC est partiellement agrégée dans la circulation sanguine diminuant sa biodistribution. Dans le but d’améliorer la sélectivité tumorale de la mTHPC, différentes stratégies de vectorisation ont été développées. La formulation liposomale de mTHPC non PEGylée (Foslip®) améliore la biodistribution ainsi que les propriétés pharmacocinétiques de la mTHPC. Cependant, une rapide destruction des liposomes en circulation ainsi qu’une rapide libération de la mTHPC sont des inconvénients majeurs. Une alternative possible est l’utilisation de vésicules extracellulaires (VE). Dérivées des cellules, les VE possèdent une stabilité naturelle dans la circulation sanguine et une capacité à transporter et délivrer leur contenu de manière spécifique aux cellules cancéreuses. Cette vectorisation est intéressante en PDT en raison d’une importante capacité d’encapsulation des porphyrines. Le but de cette étude était d’évaluer l’intérêt des VE en tant que nanovecteur de la mTHPC dans divers modèles précliniques comparé au Foslip®. Contrairement au Foslip®, l’intégrité membranaire des VE est conservée en présence de 20% de plasma. In vitro, les mTHPC-VE ont montré une internalisation cellulaire par un mécanisme actif d’endocytose. Dans un modèle cellulaire en 3D de sphéroïdes multicellulaires, les mTHPC-VE ont permis d’accroitre l’accumulation cellulaire, la diffusion au sein de ce modèle ainsi que l’efficacité PDT. In vivo, les mTHPC-VE apparaissent plus efficace au niveau PDT avec un retard de croissance tumorale significativement augmenté. En conclusion, l’intégration de la mTHPC au sein des VE améliore l’efficacité PDT dans les différents modèles d’étude. Le suivi des mTHPC-VE à l’aide d’un traceur radioactif chez la souris ainsi que l’étude du ciblage de la vascularisation tumorale seront étudiés dans la suite du travail<br>Photodynamic therapy (PDT) is an alternative treatment to surgery in oncology using photosensitizer (PS), light and oxygen. Meta-tetra(hydroxylphenyl)chlorin (mTHPC) is one of the most used PS in clinics due to its high absorption in the deep red and high 1O2 quantum yield. In order to improve the mTHPC tumor selectivity different attempts of nanovectorisation were conducted. Non-PEGylated liposomal mTHPC (Foslip®) increase biodistribution and pharmacokinetic properties. However, the rapid liposome destruction during circulation and rapid mTHPC release are obvious shortcomings. Alternatively, mTHPC vectorization could be realized by extracellular vesicles (EVs). Derived from the cell, EVs possess a natural stability in bloodstream and ability to transport and deliver cargo molecules into cancer cells. This formulation is interesting for PDT due to the ability to encapsulate porphyrins. The aim of the present study was to determine the interest of EVs as mTHPC nanocarriers in various preclinical models compared to Foslip®. In contrast to Foslip®, membrane integrity of mTHPC-EVs was conserved in 20% of plasma. In vitro, mTHPC-EVs showed cellular internalization by an active endocytosis mechanism. In a 3D model of spheroids, mTHPC-EVs have improved cellular uptake, better diffusion inside spheroid and increased PDT efficacy. In vivo, mTHPC-EVs appeared to be more potent in terms of PDT efficacy, with a tumor growth delay significantly higher. In conclusion, integration of mTHPC in EVs improves PDT efficacy in various preclinical models. The tracking of mTHPC-EVs using a radioactive tracer in xenografted rodents as well as the study of vascularization targeting will be studied in the next step of this work

Au cours de ces dernières années, le développement de nouveaux protocoles de traitements immunosuppresseurs de plus en plus puissants en transplantation rénale a permis une meilleure prévention des rejets d'allogreffes. Cependant, l'immunodéficience induite conduit à la réactivation de multiples agents viraux responsables de pathologies aux conséquences graves comme un rejet du greffon. Le virus BK (BKPyV) est un de ces virus opportunistes. Il se réplique chez un patient greffé sur deux au cours de la première année post-greffe tandi’s que plus de 80% de la population générale est porteuse asymptomatique. Malheureusement, ses mécanismes de persistance et d'échappement au système immunitaire demeurent encore incompris. En purifiant le virus, nous avons constaté que les cellules infectées relarguaient deux populations infectieuses de densités différentes, dont l'une co-sédimente avec les vésicules extracellulaires (VE). Cette population est par ailleurs moins sensible à l'action de protéases et, sous l'action du chloroforme, retrouve une densité similaire à celle des virions nus. La microscopie électronique nous a permis de confirmer que des VE pouvaient transporter une dizaine de virions. Nous avons alors constaté que les particules comprises dans les VE (eBKPyV), contrairement aux particules nues, ne sont plus hémagglutinantes et n'ont pas besoin des groupements de glycanes sialylés pour entrer dans les cellules. Cette dualité de formes permet donc une diversification des modes d'entrée. Nous avons aussi observé que virus nu et eBKPyV étaient sensibles à la neutralisation par des anticorps de patient infecté et par des immunoglobulines polyvalentes et que cette neutralisation avait lieu après endocytose. La présence du BKPyV au sein de VE, phénomène portant le nom de "transmission en bloc", pourrait finalement jouer un rôle critique au cours de l'infection primaire, de la persistance, mais aussi de la réactivation du virus et offrir une nouvelle cible dans le développement de nouvelles thérapies<br>During the last years, development of new strong immunosuppressive treatment protocols used in renal transplantation has allowed a better prevention of allograft rejection. However, the induced immunodeficiency leads to the reactivation of multiple viral agents, causative of pathologies with potentially serious consequences such as transplant rejection. The BK virus (BKPyV) is one of these opportunistic viruses. It replicates among one in two transplant patients during the first year post-transplant while more than 80% of the general population is asymptomatic carrier. Unfortunately, its mechanisms of persistence and immune evasion remain misunderstood today. We purified the virus produced in cell culture on a iodixanol gradient and we found that infected cells released two infectious populations of different densities. One of them co-sedimented with extracellular vesicles (EV). This population was less sensitive to protease digestion and its treatment by chloroform leads to the the disappearance of the low-density BKPyV population whereas it increases the high-density population. Electron microscopy allowed us to confirm that EV could transport about ten virions. We also found that the particles included in the EV (eBKPyV), unlike naked particles, are no longer able to agglutinate red blood cells and don’t need sialylated glycan groups to infect cells. The existence of two BKPyV forms could allow diversification of its infection modes. Furthermore, we also observed that naked virus and eBKPyV were both sensitive to neutralization by antibodies from an infected patient and by polyvalent commercial immunoglobulins, with no significant difference, and that this neutralization occured after endocytosis. The presence of BKPyV in extracellular vesicles, a phenomenon called "transmission en bloc", could have a critical incidence during primary infection, persistence but also reactivation of the virus and could be a new target in the development of new therapies

L'hémolyse intravasculaire est la destruction prématurée et chronique des globules rouges. Elle est caractérisée par une libération accrue d’hème et de microvésicules (MV) membranaires dans la circulation sanguine. L'hémolyse chronique est une des caractéristiques de la drépanocytose. Elle joue un rôle très important dans la physiopathologie de la drépanocytose. La drépanocytose est associée à une agrégation des globules rouges dans la circulation, menant à des occlusions vasculaires et des crises vaso-occlusives extrêmement douloureuses. Les travaux précédents de l’équipe dans la drépanocytose, ont montré que les MV de globules rouges transfèrent de l’hème aux cellules endothéliales, participent à la dysfonction vasculaire et induisent des vaso-occlusions rénales dans un modèle de souris drépanocytaire. Ces résultats nous ont incités à poursuivre l’étude des effets des MV de globules rouges, chargées en hème. Nous avons émis l’hypothèse que les MV chargées en hème stimulent également l’inflammation dans la drépanocytose au de-là de la dysfonction endothéliale. Ce travail regroupe trois parties. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à l’effet pro-inflammatoire des MV de globules rouges, chargées en hème. Nous avons démontré que les MV stimulent les neutrophiles qui libèrent leur ADN. Les taux plasmatiques d’ADN extracellulaire sont élevés dans la drépanocytose, comparés aux taux plasmatiques chez les individus sains, et augmentent encore durant les crises vaso-occlusives. Cet ADN, qui pourrait provenir en partie des pièges extracellulaires d’ADN (dits NETs), affecte l’hémorhéologie drépanocytaire en modifiant les propriétés d’agrégation et d’adhésion des globules rouges. Par ailleurs, nous avons constaté que le plasma des patients drépanocytaires était incapable de dégrader l’ADN in vitro, et présentait une activité DNase plasmatique réduite. La baisse de l’activité DNase dans la drépanocytose crée un déséquilibre entre les taux d’ADN circulant et son inhibiteur endogène. En contre partie, une supplémentation en DNase-I humaine recombinante par perfusion intraveineuse a libèré les vaso-occlusions rénales dans le modèle de souris drépanocytaire et a réduit l’excès d’agrégation et d’adhésion des globules rouges drépanocytaires. Ces résultats démontrent un déséquilibre entre les taux d’ADN circulant et l’activité DNase chez les patients drépanocytaires conduisant à une inflammation chronique, une forte agrégation des globules rouges et la survenue des vaso-occlusions. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux effets du remodelage et du remaniement membranaire des globules rouges dans la drépanocytose. Nous avons identifié que les globules rouges et leurs MV sont associés à une externalisation accrue de la phosphatidylsérine et que cette externalisation accrue ne résulte pas d’une composition lipidique modifiée de la membrane des globules rouges, mais, il s’agit principalement d'une externalisation exagérée de la phosphatidylsérine. L’externalisation de la phosphatidylsérine contribue aux occlusions vasculaires in vivo. La neutralisation de la phosphatidylsérine des MV et des globules rouges avec de l’annexine-A5 recombinante permet la libération des vaso-occlusions rénales induites par les MV de globules rouges dans le modèle de souris drépanocytaire. Ces résultats démontrent le rôle de la phosphatidylsérine externalisée par les globules rouges et les MV dans les occlusions vasculaires in vivo et le potentiel thérapeutique de l’annexine-A5 pour restaurer l’hémorhéologie et la perfusion tissulaire durant les vaso-occlusions drépanocytaires. Dans une troisième partie, nous nous sommes intéressés aux annexines en tant qu’inhibiteurs endogènes de la phosphatidylsérine des membranes de globules rouges et de MV. Nous avons mis au point un nouveau test qui permet de quantifier la fonctionnalité de l’annexine-A5 et –A7. (...)<br>Pas de résumé

La mucoviscidose est une maladie génétique due à des mutations du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator), conduisant à un défaut d'adressage de la protéine CFTR à la membrane apicale des cellules épithéliales, ou à un déficit de sa fonction de canal à ions chlorure. Ce travail a consisté à étudier les vésicules extracellulaires (EV), microvésicules (MV) et exosomes (Exo), comme vecteurs de la protéine CFTR et de son ARN messager. La preuve de concept du transfert de matériel biologique d'intérêt par l'intermédiaire d'EV, d'abord apportée sur un modèle de cellules animales (CHO), a été validée en cellules humaines. Les EV ont été isolées à partir de surnageant de Calu-3, cellules exprimant la protéine CFTR de manière endogène, et de A549 transduites par le vecteur adenoviral Ad5-GFP-CFTR, surexprimant la protéine de fusion GFP-CFTR. Les cellules cibles choisies, A549 et CF15, étaient déficientes en CFTR. Le transfert s'est révélé plus efficace en système homologue (A549/A549) qu'en système hétérologue (A549/CF15). Par ailleurs, l'utilisation d'inhibiteurs métaboliques suggère que les EV ne suivent pas une voie d'internalisation cellulaire unique, mais que plusieurs mécanismes sont mis en jeu, dont l'endocytose clathrine dépendante et la macropinocytose. Les deux types d'EV sont capables de rétablir la fonction canal associée au CFTR dans les cellules CF15 de façon dose-dépendante, mais avec un effet de seuil minimum. L'activité CFTR reste stable pendant 3 jours, et à un niveau encore détectable après 5 jours. Notre travail démontre l'intérêt potentiel des MV et Exo comme vecteurs de biothérapie de pathologies génétiques<br>Cystic fibrosis is a genetic disease in which its prognosis depends on the lung damage. It is caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene (CFTR), resulting in a dysfunctional CFTR protein normally located at the plasma membrane of epithelial cells. This thesis is a study of a novel therapeutic approach to use extracellular vesicles (EVs), microvesicles and exosomes, as transfer vectors for CFTR mRNA and protein to target cells. The proof of concept for the transfer of CFTR mRNA and protein was first done in the CHO hamster model. To validate this concept on human cells, we used human bronchial Calu-3 cells, which express the endogenous CFTR protein, and A549 lung epithelial cells transduced by the adenoviral vector Ad5-GFP-CFTR to overexpress the fusion exogenous protein GFP-CFTR. We show that EVs produced by these cells could transfer a new functionality to CF15 target cells carrying the CFTRdeltaF508 mutation and the transfer seems to be more efficient in a homologous cell system versus a heterologous system. Interestingly, the exosomes seem to be more efficient in CFTR transfer than the microvesicles. A study of the mechanism of EVs cellular uptake show that it is temperature dependent and that endocytosis and macropinocytosis are implicated. Collectively, this study demonstrates the potential application of EVs for CFTR transfer and functional correction of the genetic defect in human CF cells

Les récepteurs à dépendance (RD) sont une famille de récepteurs membranaires partageant une caractéristique fonctionnelle: ils induisent une signalisation dite « positive » en présence de leurs ligands et une signalisation « négative », conduisant à un mort cellulaire par apoptose en absence de leur ligand. Par conséquent, l’expression de ces récepteurs rend les cellules dépendantes de la présence du ligand pour leur survie. Les récepteurs à dépendance agissent donc comme des suppresseurs de tumeurs: les cellules cancéreuses surnuméraires se retrouvent en compétition pour fixer une quantité limitée de ligand et celles qui présentent un récepteur non lié sont éliminées par apoptose. Parmi les avantages sélectifs permettant d’échapper à cette mort cellulaire induite par les RD, la surexpression du ligand offre des possibilités thérapeutiques. Afin de bloquer la liaison ligand/récepteur un anticorps monoclonal dirigé contre un ligand de RD a été développé et est actuellement en cours d’essai clinique. Toutefois une question encore ouverte est comment sélectionner les patients présentant une tumeur avec une forte expression du ligand susceptible de répondre au traitement avec l’anticorps bloquant. Pour cela les vésicules extracellulaires représentent de bons candidats. En effet, les vésicules extracellulaires (VE) ont suscité un intérêt croissant lié à leur capacité à transférer du contenu biologique (protéines, acides nucléiques et lipides) entre cellules. Une fois relarguées dans l’espace extracellulaire, les VE circulent dans les différents fluides corporels (sang, lymphe, urine), représentant ainsi de possibles biomarqueurs liquides. Ce travail de thèse a démontré que les ligands de RD peuvent être présent dans les VE sécrétées par des cellules cancéreuses et ouvre la voie pour une étude plus approfondie sur les fonctions de ces VE dans le développement et la progression tumorale<br>Dependence receptors (DRs) are a family of membrane receptors linked by common functional traits. The most notable is their ability to trigger two opposite signalling pathways: a ‘positive’ signalling when their ligand is present and a ‘negative’ signalling that induces cell death in the absence of the ligand. In the context of tumour progression these receptors act as conditional tumour suppressors by triggering cell death when unbound by their ligand. Consistent with this view, an overexpression of the ligand would represent a selective advantage for cancer cells and an appealing therapeutic strategy would be to block the ligand/receptor interaction. An antibody targeting a ligand of these DRs and inhibiting the interaction ligand/DRs has been generated and obtained promising results in the phase I clinical trial. Since extracellular vesicles (EVs) could be found in most body fluids and contain information related to its cell of origin, EVs might be used as cancer biomarker. In this thesis work preliminary data suggests that the ligand of these DRs is present in cancer associated extracellular vesicles while the discussion focuses on how these ligand-containing EVs may have a functional role in tumour development and progression

Les vésicules extracellulaires (VE), incluant exosomes et microparticules (MP), vecteurs d’information biologique, peuvent moduler la fonction de cellules cibles. Une élévation du taux de VE circulantes est observée dans les pathologies cardiovasculaires dont l’obésité est l’un des facteurs de risque majeur. Cependant, il existe peu de données concernant la production de VE adipocytaires et leur capacité à moduler le métabolisme des adipocytes. Tout d’abord, nous avons caractérisé de manière morphologique et biochimique les MP et les exosomes adipocytaires. Nous montrons une production accrue de ces VE dans un contexte d’obésité murine. L’analyse protéomique des VE adipocytaires révèle un enrichissement spécifique des MP et des exosomes en protéines clé du métabolisme énergétique et de l’inflammation, respectivement. Dans une seconde partie, nous avons étudié l’effet de MP lymphocytaires portant le morphogène Hedgehog (MPHh+) sur la différenciation adipocytaire. A l’instar d’une activation classique de la voie de signalisation Hh, les MPHh+ inhibent l’adipogenèse. Bien que dépendant du récepteur Smoothened (Smo), cet effet inhibiteur est indépendant des facteurs de transcription Gli. Nous montrons que les MPHh+ activent un axe anti-adipogénique Smo/Lkb1/Ampk pouvant être stimulé par un nouvel agoniste de Smo, le GSA-10. Nos résultats démontrent, d’une part, la capacité des adipocytes à sécréter des VE, et d’autre part, le potentiel fonctionnel des MPHh+ à inhiber l’adipogenèse par une voie de signalisation Hhnon-canonique. Les VE pourraient contribuer aux dysfonctions métaboliques associées à l’obésité en véhiculant des messages métaboliques à l’échelle de l’organisme<br>Extracellular vesicles (EV), including microparticles (MP) and exosomes, are able to modulate target cell function through exchange or transfer of biological material. Although EV are present in the blood of healthy individuals, an elevated quantity of circulating EV is associated with cardiovascular diseases, which obesity is a major cardiovascular risk factor. Nevertheless, few studies have reported the ability of adipocytes to release EV and their implication in adipose tissue metabolism. First of all, we could determine morphological and biochemical features of adipocyte-derived exosomes and MP through a combination of methods. We were able to demonstrate an increase in adipocyte EV production in a murine model of obesity. Proteomic analysis of adipocyte EV further revealed a specific enrichment of proteins crucial for glucose and lipid metabolism and related to inflammation in MP and exosomes respectively. We then evaluated the ability of lymphocytes-derived MP harboring the Sonic Hedgehog morphogen to control adipocyte differentiation. Activation of the Hedgehog canonical pathway inhibited adipogenesis, as did MPHh+. Surprisingly, although Smo dependent, inhibitory potential of such MP did not involve the Gli transcription factors. We show that MPHh+ inhibit adipocyte differentiation through a Smo/Lkb1/Ampk axis as does a new agonist of Smo, GSA-10. Our results demonstrate, on one hand, the ability of adipocyte to release EV and on the other hand, the capacity of MPHh+ to control adipogenesis through a non-canonical Hh signaling pathway. In conclusion, EV might contribute to obesity related metabolic dysfunctions through systemic regulation of metabolic pathways