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La rupture ductile des matériaux métalliques n'est pas bien connue au stade de la nucléation. Le rôle des lacunes produites par la déformation plastique est essentiel pour comprendre la décohésion à l’interface matrice/précipité et la nucléation des cavités par transformation de phase ou condensation des lacunes. Ces mécanismes ne sont pas entièrement clarifiés et ont été rarement étudiés expérimentalement jusqu'à l'échelle atomique. Les niveaux de contrainte auxquels ces mécanismes sont activés sont essentiels pour établir un lien avec les modèles de rupture aux échelles supérieures. Ce projet étudiera le système Cu-Al à la fois du côté riche en Al sur les mécanismes de décohésion aux interfaces entre matrice et précipités Theta' et du côté riche en Cu sur la transformation de phase assistée (cfc vers Hume-Rothery) précurseur de la nucléation des cavités. Le projet sera divisé en 4 parties : _ Des essais de traction in situ avec des observations HRTEM sur la rupture d'alliages modèles. La cartographie de la déformation impliquée dans la rupture sera analysée. _ Modélisation atomistique de la rupture ductile par cavitation le long d’interfaces ou après transformation de phases. Une hiérarchie de potentiels interatomiques modernes, certains développés dans le projet, sera implémentée et testée par Monte Carlo. _ Essais de traction in situ à méso-échelle dans le MEB et caractérisation 3D des dommages causés par les vides au niveau de la microstructure. _ Estimation par la dynamique des dislocations de la distribution des contraintes le long de bandes de glissement tirées de l’expérience pour faire lien avec les études à l’échelle atomique et donner une estimation des niveaux de contrainte locaux impliqués dans la rupture ductile. Le thème central est de comprendre la rupture ductile des alliages structurels, son interaction avec la thermodynamique métallurgique, en mettant l'accent sur la modélisation multi-échelle pour guider la mise au point de nouveaux alliages.

Les enzymes sont des catalyseurs très efficaces et respectueux de l'environnement mais qui en vue d’applications doivent souvent être immobilisées sur des supports. On peut ainsi élaborer des hybrides enzyme@MOFs (où MOFs = Metal-Organic Frameworks) par formation du MOF autour de l'enzyme, offrant une protection unique à la biomolécule et conduisant à des matériaux stables et recyclables. Cependant, cette approche nécessite des conditions de synthèse douces (eau, Tmax ~45 °C) et est ainsi limitée à un petit nombre de MOFs. De plus, les processus d’assemblages restent mal compris et difficiles à analyser du fait de la difficulté à cristalliser ces composés biomolécule@MOF et à les imager. Or, les polyoxométalates (POMs) sont eux des espèces reconnues pour faciliter la cristallisation de protéines, et peuvent également être associés à des MOFs, formant des hybrides POM@MOFs aux propriétés catalytiques reconnues. Cependant, leur rôle dans la formation de composites protéine@MOF reste totalement inexploré. Ce projet propose de combiner enzymes, POMs et MOFs afin d’élaborer des composites (enzyme,POM)@MOF où l'enzyme et le POM seront incorporés au sein du MOF. Notre objectif est de tirer parti des propriétés biocatalytiques de l'enzyme, du double rôle que peux jouer le POM (agent de cristallisation et (co-)catalyseur) et des propriétés d'adsorption du MOF pour développer des catalyseurs très performants. En outre, la microstructure 3D et l'assemblage en conditions humides de ces matériaux seront étudiés à l'aide de techniques avancées de microscopie électronique environnementale, ce qui permettra de mettre en évidence l'accessibilité des sites catalytiques et les interactions enzyme/POM/MOF ainsi que de fournir des informations sur les mécanismes d'assemblage et de nucléation-croissance de ces composites, un domaine encore très peu exploré.

Les alliages réfractaires à haute entropie/concentrés complexes (RHEAs/RCCAs) sont des solutions solides monophasées cubique centrée (ß) multi-éléments principaux, comprenant typiquement des métaux de transition du groupe IV (Ti,Zr,Hf) et des groupes V & IV (V,Nb,Ta,Cr,Mo,W). Ils présentent une résistance et une stabilité thermique élevées, depuis l’ambiante jusqu’à des températures élevées. Leur faible ductilité à température ambiante (TA) empêche néanmoins toute application industrielle à haute température. La plasticité induite par la transformation de phase (effet TRIP) offre une piste d'amélioration intéressante de la ductilité et du taux d’écrouissage des RHEAs, mais très peu de choses sont connues à ce jour sur ses liens avec la composition d'alliage, ainsi que sur la possibilité de maintenir une haute limite d’élasticité. Le projet BADTRIP vise à fournir une compréhension approfondie de l'évolution des mécanismes de déformation à TA dans les RHEAs avec effet TRIP en fonction de la composition d'alliage - depuis le début de la plasticité jusqu'aux différents stades d'écrouissage - et à établir des critères simples, fondés sur la physique, pour les prédire. Dans ce but, nous simplifierons les compositions et nous nous concentrerons sur des RCCAs modèles dans le système Ti-Zr-Nb-X, en étudiant des variations restreintes mais pertinentes dans l'espace des compositions. Une approche multi-échelle – depuis l’échelle atomique de la structure des défauts et des mécanismes élémentaires jusqu’à l’échelle mésoscopique des microstructures hiérarchiques au sein du grain comme du polycristal - sera développée à la fois expérimentalement et numériquement. A l’issue du projet BADTRIP, grâce à la combinaison de descripteurs semi-empiriques simples de la structure électronique et d'une analyse détaillée des microstructures complexes, nous pourrons fournir une feuille de route pour la conception de RHEAs/RCCAs avec effet TRIP pour des applications à haute température.

Ce projet porte sur l'étude des phénomènes électronique quantiques à travers les jonctions dans des matériaux bidimensionnels (2D). Le projet combine la croissance, la microscopie à effet tunnel (STM) et les calculs ab initio pour étudier les processus électroniques dans des jonctions planaires, responsables des phénomènes de transport dans le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition. Les ondes de densité de charge et la diffusion des fermions de Dirac dans les jonctions seront étudiées en utilisant la capacité du STM à visualiser les interférences électroniques et la densité d’état électronique, en combinaison avec des calculs ab initio. Des défauts contrôlés seront introduits pour visualiser la réponse électronique des matériaux 2D dans des hétérostructures planaires. Les résultats de cette étude fourniront des informations précieuses sur le transport quantique et les effets des impuretés dans les matériaux 2D au travers de jonctions.

Les ferroélectriques sont des matériaux polaires dont la polarisation peut être commutée par un champ électrique, tandis que les antiferroélectriques abritent un ordre anti polaire qui peut être converti en une phase polaire par l'application d'une pression ou d'un champ électrique. Les oxydes antiferroélectriques sont prometteurs pour de nombreuses nouvelles applications telles que le stockage d'énergie (supercondensateurs), la réfrigération « tout solide » (refroidissement électrocalorique) ou les commutateurs thermiques. Ce projet vise plus spécifiquement l'électronique neuromorphique. Les antiferroélectriques naturels sont rares et la disponibilité de films minces de haute qualité structurelle est primordiale pour bénéficier de leurs propriétés physiques intrinsèques, en particulier à l'échelle nanométrique. Ce projet vise à élaborer des systèmes antiferroélectriques synthétiques à partir de matériaux ferroélectriques conventionnels plus largement disponibles. La stratégie consiste à frustrer l’ordre ferroélectrique pour imposer une polarisation nette nulle à la rémanence, imitant ainsi un comportement antiferroélectrique. Différentes stratégies seront explorées pour frustrer différents oxydes ferroélectriques élaborés en couche mince par le biais de conditions limites électrostatiques, de contraintes épitaxiales et de transitions paraélectriques-ferroélectriques à température ambiante. Nous exploiterons les potentialités de ces antiferroélectriques synthétiques dans le régime ultramince. Comme il a été démontré que les jonctions tunnel ferroélectriques émulaient le comportement des synapses artificielles, les jonctions tunnel antiferroélectriques devraient se comporter comme des neurones artificiels. Le projet rassemblera alors les deux ingrédients clefs d’une informatique neuromorphique intégrée à partir d’un même matériau parent, et constituant ainsi la brique technologique d’un « cerveau sur puce ».

L’objectif de ce projet est d'étudier le confinement d'un peptide canal ionique biologique, la gramicidine (gA), dans des nanotubes de carbone (NTC) et de mesurer l'impact de ce confinement sur les propriétés de transport ionique d'une membrane et d'un dispositif nanofluidique réalisés à partir de NCT. L'intérêt est double. Premièrement, il cherche à prouver pour la première fois de façon expérimentale qu’il est possible, si les dimensions du NTC hôte sont adaptées, que la conformation hélicoïdale de la gA qui lui confère une perméabilité et une sélectivité ioniques uniques dans les conditions biologiques peut être conservée lors du confinement. Deuxièmement, il vise à démontrer que ce système artificiel bio-inspiré peut être utile dans les domaines i) de la nanofiltration (e.g. membranes de dessalement d’eau ou de production d'énergie bleue) et ii) de l’ionotronique (e.g. détection de molécules uniques ou neurones artificiels). Le confinement de gA sera étudié en utilisant des NTC de diamètre adapté et suivi par DRX, diffusion des Neutrons, spectroscopie µ-Raman, MEB, MET, XPS et Sorption d'eau. Nous utiliserons des gA naturelles et synthétiques, qui seront soit marquées au fluor pour une détection plus facile, soit agrafées pour bloquer leur conformation hélicoïdale. Ces expériences seront accompagnées d'études numériques de modélisation moléculaire et d'analyse spectrale. En parallèle, nous imprégnerons avec nos gA des membranes faites de NTC alignés verticalement et mesurerons leurs propriétés ioniques en utilisant divers électrolytes. L'impact de la concentration ionique et du pH sera pris en compte. Ces mêmes électrolytes seront utilisés pour mesurer l'impact du confinement de la gA sur les propriétés ioniques de dispositifs nanofluidiques faits d'un CNT unique. Ce projet ambitieux s'appuie sur des partenaires dont l'expertise les domaines requis est reconnue et qui ont déjà démontré la faisabilité de ce projet par des études préliminaires.

CHECKMATE vise à fabriquer des membranes d'oxydes autoportantes (OM) et des bicouches d'oxydes torsadées ("twistées", TOB) pour explorer de nouveaux phénomènes de polarisation. En contrôlant les interactions entre matériaux ferroélectriques (FE) et antiferroélectriques (AFE), le projet cherche à stabiliser de nouvelles phases polaires à l’échelle nanométrique, ouvrant la voie à des propriétés inédites pour l’électronique et le stockage d’énergie. Il réunit trois laboratoires français—LPS (Université Paris-Saclay), SPMS (CentraleSupélec) et LAF (Université Paris-Saclay)—ainsi que deux groupes taïwanais (NTHU et NCKU). Ces équipes combinent des expertises en croissance de films minces d’oxydes, en caractérisation structurale et en modélisation théorique, permettant une exploration approfondie des oxydes twistés et de leurs applications. Les films d’oxydes présentent des propriétés variées, des transitions métal-isolant (MIT) ((La,Ca)MnO3), la ferroélectricité (PbTiO3, BaTiO3, BiFeO3), l’antiferroélectricité (PbZrO3, PbSnO3, PbHfO3) ou la multiferroïcité (BiFeO3). Les films minces épitaxiés classiques permettent l’ingénierie des interfaces mais sont limités par les contraintes du substrat. CHECKMATE contourne ces limites en fabriquant des OM autoportantes et en les empilant en TOB, offrant un contrôle précis du couplage interfacial, de la contrainte et des effets de brisure de symétrie. Les films minces seront synthétisés par dépôt PLD, suivis d’un lift-off chimique et d’un transfert pour former des structures twistées. En exploitant l’ingénierie de Moiré, le projet explorera l’effet des angles de twist et des recuits sur les propriétés émergentes. CHECKMATE se concentrera sur les bicouches de type FE-FE, FE-AFE et AFE-AFE afin d’étudier des textures et des paysages de polarisation exotiques, notamment : - La création et le contrôle de textures polaires chirales dans des bicouches FE-FE (déjà observées en 2024) ou MIT-FE. - Le contrôle de l’empreinte électrique dans les bicouches FE-AFE (analogue au biais d’échange en magnétisme). - L’exploration des bicouches AFE-AFE pour la capacitance négative. Des techniques de caractérisation avancées permettront une gestion optimisée des interfaces grâce à : - La 4D-STEM et la ptychographie électronique pour l’imagerie structurale haute résolution, - La cartographie locale de la polarisation via PFM-STEM, - L’imagerie synchrotron pour sonder l’interaction des ordres ferroïques, - Des études en température (XRD, Raman, mesures diélectriques) pour suivre les transitions de phase. Un défi majeur de CHECKMATE est la compréhension et le contrôle des interactions aux interfaces. Des simulations ab-initio et de modèles hamiltoniens permettront de prédire la stabilité des phases, le couplage inter-couches et les reconstructions induites par Moiré. Au-delà des découvertes fondamentales, CHECKMATE explorera les applications des TOB : les condensateurs à base d’AFE offrent un stockage d’énergie haute densité grâce à leur grande différence de polarisation et leur commutation rapide. Les bicouches twistées pourraient améliorer ces performances par une optimisation des contraintes. Un enjeu clé pour l’électronique basse consommation, la capacitance négative (NC) permet une commutation efficace au-delà de la limite de Boltzmann. Les bicouches AFE-AFE, avec leurs paysages énergétiques complexes, pourraient étendre les régions de NC avec une hystérésis minimale, un domaine inexploré mais prometteur. En résumé, CHECKMATE ouvre une voie dans l’exploration des propriétés des oxydes par l’ingénierie de Moiré dans des bicouches twistées. Grâce à une fabrication innovante, des techniques de caractérisation avancées et une modélisation théorique, le projet révélera de nouveaux états de polarisation et leurs applications. La collaboration avec les partenaires taïwanais permettra aux laboratoires français d’acquérir un savoir-faire stratégique, positionnant la France parmi les leaders de ce domaine émergent.

L'auto-assemblage de nanoparticules (NPs) est une méthode versatile pour créer des matériaux fonctionnels, ouvrant des perspectives prometteuses en catalyse et en spectroscopie. Cependant, comprendre les facteurs qui influencent la formation des nanostructures est essentiel pour leur utilisation pratique. Ce projet porte sur les mélanges binaires de NPs, en particulier les nanobâtonnets d'or et d'argent, car ils offrent un potentiel de synergies nouvelles et parce que les principes de formation sous-jacent restent peu connus. La forme allongée des nanobâtonnets favorise la formation de structures en couches, et le mélange de bâtonnets de tailles et de sections transversales variées peut produire de nouvelles symétries cristallines voir quasi-cristallines. Notre méthode consiste à former ces assemblages en suspension, ce qui devrait permettre de mieux contrôler les nanostructures par rapport aux techniques de séchage courantes. Nous proposons une approche combinant simulations et observations in-situ de l'auto-assemblage à l'aide de la diffusion des rayons X aux petits angles et de la microscopie électronique en transmission à cellule liquide. En combinant ces deux techniques, les observations expérimentales guideront l'optimisation des modèles de simulation, tandis que les simulations permettront de définir les conditions idéales pour l'auto-assemblage de nouvelles phases. La dernière phase du projet portera sur l'étude de la stabilité des superstructures de nanobâtonnets sous différentes conditions, afin de juger leur potentiel pour des applications technologiques. Ce travail ouvrira de nouvelles perspectives pour contrôler la symétrie des assemblages de nanoparticules et approfondira notre compréhension de l'influence de la forme des particules sur la structure lors de l'auto-assemblage.

Les métamatériaux élastiques topologiques, à l'interface de la physique de la matière condensée et des sciences des matériaux, sont capables d'héberger des états de surface protégés par des propriétés topologiques intrinsèques, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour contrôler la propagation des ondes élastiques. Ce projet se concentre sur la démonstration expérimentale du guidage topologique par le biais d'un contrôle actif de l'onde élastique injectée dans la structure. Cette approche, qui repose sur l'adaptation des propriétés spatiales et spectrales des ondes acoustiques de surface à GHz (SAWs) à l'aide d'un modulateur spatial de lumière, associé à la technique de l’acoustique picosecondes, permet un contrôle précis de la fréquence des ondes et de leurs caractéristiques spatiales. Ces ondes devraient offrir des aperçus approfondis sur les modes d'interface, les modes de coin et leur stabilité dans des structures topologiques, en particulier à des échelles nano et submicroniques et à des fréquences de GHz.

Le projet MadPOMs a pour but l’e´laboration de jonctions tunnel magne´tiques (MTJs) a` base de polyoxome´tallates (POMs). En effet, certains POMs ont la particularite´ de pouvoir e^tre re´duits par divers stimulus : application d’un champ e´lectrique et/ou par irradiation lumineuse. Lorsqu’ils sont inte´gre´s dans une MTJ, le changement de leur e´tat redox devrait moduler la polarisation de l’e´lectrode magne´tique par effet d’interface donnant acce`s a` des MTJs multi-adressables. Malgre´ leur inte´re^t e´vident pour ce domaine, aucune e´tude n’a encore e´te´ reporte´e sur l’e´laboration de MTJs a` base de POMs ni me^me leur de´po^t sur substrats ferromagne´tiques. Le projet MadPOMs s’attachera donc a` poser les jalons de ce nouveau domaine porteur, allant de la synthe`se des POMs adapte´s a` leur inte´gration dans une MTJ, le contro^le de leur de´po^t sur e´lectrode magne´tique, les caracte´risations spectroscopiques avance´es et par microscopie de champ proche pour e´tudier l’interface e´lectrode-mole´cule et la commutation des mole´cules une fois greffe´es, jusqu’aux premie`res mesures dans les jonctions magne´tiques. Ces travaux seront le fruit d’une collaboration e´troite entre spe´cialistes de la synthe`se et mise en forme de POMs sur substrats, experts de spectroscopie d’absorption X et spe´cialistes de l’e´laboration de MTJs a` base de mole´cules.

La prise de décision est une activité récurrente dans l’industrie tout au long du processus d’ingénierie. Les prises de décisions ne sont malheureusement pas capitalisées et tracées en prenant en compte l’ensemble des données du contexte : espace du problèmes, espaces des solutions, espaces des performances, critères ce valeurs… Il est alors très difficile de retrouver les décisions passées ou d’anticiper des évolutions socio-technico-économiques. Le projet MACCOD propose donc un environnement de type Tableau de Bord afin de que les parties-prenantes du processus décisionnel puissent visualiser et réaliser des analyses collectives et dynamiques en manipulant « à la volée » chacune des données de contexte sous incertitudes permettant ainsi d’évaluer les évolutions potentielles du cahier des charges, des technologies, des connaissances, des indicateurs de performances et des critères de valeurs. Cet environnement encapsulera un méta-modèle de données de contexte de la prise de décisions, des représentations multiples et des fonctions d’analyse dynamique de ces données. L’objectif de MACCOD et d’analyser si les traces de décisions, ainsi que l’usage de leurs représentations multiples, dynamiques et personnalisables permettent d’améliorer le processus de prises de décisions collaboratives synchrones. L’originalité du projet MACCOD porte donc sur 1/ l’analyse de la dynamique des données de contexte pour une plus grande agilité des prises de décisions ; 2/ la comparaison expérimentale de l’environnement développé avec les approches actuelles de prises de décisions. Trois cas d’étude seront traités : un problème de conception pour définir l’architecture d’un système, un problème de processus de fabrication pour définir les supports et les stratégies optimales en fabrication additive, un problème d'opportunité de conception des pièces fabriquées en fabrication additive.

Le projet est motivé par les défis de résilience sans précédent auxquels sont confrontées la logistique et les chaînes d'approvisionnement (supply chains) mondiales. Ces défis remettent en question les pratiques et les modèles actuels des supply chains ainsi que de la gestion des opérations, en particulier en ce qui concerne les questions émergentes telles que la stratégie de re-shoring, la prise de décision sous incertitude et la digitalisation pour la résilience. En réponse, ce projet se concentre sur le développement et l'évaluation de systèmes logistiques résilients innovants et de nouveaux modèles de gestion utilisant des technologies et des paradigmes de rupture. Plus précisément, nous examinons des questions critiques telles que la conception de topologies de réseaux résilients, l'Internet Cyber-Physique pour coordonner des décisions et opérations logistiques coopératives dynamiques, l'optimisation robuste distributionnelle pour la prise de décision sous incertitude, et la conception de systèmes d'information pour des modèles basés sur les données. Le projet adoptera des méthodologies comprenant l'analyse de données, l'ingénierie des systèmes informatiques, la modélisation mathématique, la simulation multi-agents et l'étude de cas. Pour évaluer l'efficacité et l'applicabilité des systèmes et modèles proposés, des cas d'utilisation adaptés aux intérêts de chaque partenaire (France et the Greater Bay Area en Chine) seront développés. Cela contribuera à générer des éclairages managériaux et sociétaux et à fournir des recommandations politiques qui aideront à innover de nouvelles normes de la logistique et supply chain résiliente. Les groupes de recherche de Hong Kong et de France apporteront ensemble leur expertise, combinant leurs résultats de recherche remarquables dans le domaine. Depuis 2013, ce partenariat se poursuit sur ces sujets de recherche, fournissant une base solide et complémentaire pour la collaboration sur ce projet.

Le suivi du rythme cardiaque fetal (RCF) est une technique de suivi de la santé du fétus pendant l’accouchement. Un graphe du rythme cardiaque du bébé et de la mère est imprimé en continu. En le lisant, sage-femmes et obstétriciens analysent la façon dont le bébé supporte l’accouchement. Le RCF est mis en cause dans de nombreux incidents en France et dans le monde chaque année. Le problème a été souligné par la Haute Autorité de Santé récemment. Jusqu’à présent, la recherche a principalement évalué la compétence individuelle de lecture des graphes RCF. Les interactions collectives, la conception et la disponibilité des équipements, la charge de travail, ou la conscience partagée de la situation n’ont pas été investigués. Nous proposons une approche fondée sur l’ergonomie/facteur humain, avec comme prémisse que le monitoring du RCF doit être considéré comme un système sociotechnique complexe. Nous proposons une approche multiméthode pour comprendre les risques présents dans ce processus. A partir d’observations de terrain et d’une analyse combinant plusieurs modèles, nous analyserons le travail quotidien d’analyse du RCF. Grâce à un sondage national, nous analyserons les variations de pratique entre les maternités. A partir d’analyse de la pensée à voix haute, nous analyserons la façon dont obstétriciens et sage-femmes lisent les graphes et les facteurs influençant ce processus. En combinant ces méthodes, nous obtiendrons un diagnostic complet de la façon dont le RCF est suivi en France. Nous explorerons comment les méthodes se complètent entre elles pour construire un modèle de la façon dont les facteurs à différents niveaux (individu, équipe, organisation, environnement élargi) interagissent pour influencer la pratique du suivi du RCF sur le terrain. Ce travail contribuera à la sécurité des soins en maternité, et à la méthodologie de recherche et d’application de l’ergonomie/facteur humain dans les services de santé.

Les rétrotransposons sont des constituants majeurs des génomes eucaryotes et présentent des similitudes structurales et fonctionnelles avec les rétrovirus. Leur intégration dans l'ADN s’effectue dans un environnement chromatinien complexe et hétérogène, où les protéines liées à l'ADN, les remodeleurs de la chromatine et/ou les modifications des histones régulent l'accessibilité de la machinerie d'intégration, sans que l’on connaisse précisément comment la machinerie d’intégration interagit avec la chromatine. Le rétrotransposon Ty1 de levure est un excellent modèle pour étudier comment la chromatine guide l'intégration dans le génome. Ty1 présente une grande spécificité d'intégration pour les trois premiers nucléosomes en amont des gènes transcrits par l'ARN polymérase III (Pol III), qui est déterminée par une interaction entre l'intégrase de Ty1 (IN1) et Pol III. Abolir cette interaction entraîne l'intégration de Ty1 dans les subtélomères, suggérant que des cofacteurs de ces régions ou des marques chromatiniennes jouent un rôle dans le processus. L'interaction IN1-Pol III a été résolue au niveau atomique mais nous manquons de données structurales concernant les caractéristiques des nucléosomes favorisant l'intégration de Ty1 et comment IN1 peut lier simultanément Pol III pour son ancrage à la chromatine et les nucléosomes pour l'intégration de l'ADN. Ce projet interdisciplinaire vise à élucider, au niveau atomique, les interactions complexes entre IN1, ses cofacteurs et la chromatine qui conduisent à une intégration réussie. Nous combinerons des approches structurales, biochimiques, de génétique moléculaire et de génomique, pour caractériser 1) le nucléosome optimal pour l'intégration, 2) l'interaction IN1-nucléosome en présence et en absence de Pol III, et 3) les facteurs conduisant à l'intégration de Ty1 dans les subtélomères. Les résultats combleront une lacune dans la biologie des rétrotransposons, avec de larges implications pour la recherche sur le génome.

Les mitochondries sont responsables de la production d'énergie par les phosphorylations oxydatives (OXPHOS). Elles contiennent leur propre ADN (ADNmt), qui est exposé aux espèces réactives de l'oxygène (ROS) et à d'autres radicaux libres nocifs produits au cours des OXPHOS. Les lésions oxydatives de l'ADN sont principalement réparées par la voie de réparation par excision de base (BER), dont la 8-Oxoguanine ADN glycosylase (OGG1) est le principal acteur. Le facteur de transcription mitochondrial A (TFAM) organise l'ADNmt en nucléoïdes au sein du réseau mitochondrial. La quantité de TFAM détermine l'équilibre entre les nucléoïdes actifs, engagés dans la transcription ou la réplication, et les nucléoïdes inactifs. Cependant il n'a pas encore été déterminé si cette compaction interfère avec les mécanismes de réparation en réponse au stress oxydatif. MitoCoRe vise à répondre à cette question en se concentrant sur l’effet des lésions oxydatives de l'ADN (8-oxoG) sur TFAM et OGG1 et sur l'accessibilité des nucléoïdes et la façon dont ces changements influencent la réplication et la transcription. Plus spécifiquement, nous nous proposons d’étudier l’effet du stress oxydatif sur i) la structure du nucléoïde, ii) les dynamiques de TFAM-OGG1, iii) la liaison de TFAM à la région promotrice de l'ADNmt et iv) les modifications post-traductionnelles de TFAM et d’OGG1. Pour explorer ces questions fondamentales, MitoCoRe réunira une équipe pluridisciplinaire possédant des compétences complémentaires en réparation de l'ADN et en ADNmt et intégrera des techniques avancées de microscopie à super-résolution et d'imagerie en temps réel (STED, FRAP), de séquençage de molécules uniques, d'essais in vitro, de phosphoprotéomique et de techniques de force et de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. A terme, MitoCoRe cherche à élucider les interactions complexes entre la compaction, la réparation, la réplication et la transcription de l'ADNmt en réponse au stress oxydatif.

Les dommages de l'ADN peuvent avoir de graves conséquences pour les cellules, conduisant à l’accumulation de mutations, à l’instabilité génomique, voire à la mort cellulaire. Les voies de réparation de l'ADN par excision de bases (BER) et par excision de nucléotides (NER) sont en charge de l'élimination des dommages affectant les nucléobases, induits notamment par les rayonnements ultraviolets (UV) et ionisants. Nous avons récemment identifié des interactions directes entre les facteurs des voies NER et BER chez la bactérie radiorésistante Deinococcus radiodurans, et une coopération fonctionnelle entre ces voies pour l’élimination de bases oxydées de l'ADN, suggérant une possible coordination du NER et du BER chez les procaryotes. De plus, notre suivi de la remarquable activité de réparation de l'ADN chez cet organisme indique que celle-ci est modulée par la structure et l'état de compaction du nucléoïde bactérien. Des observations similaires ont été faites chez les eucaryotes, mais pas chez les bactéries. Sur la base de ces résultats importants, les objectifs du projet CANDLES sont (i) d’établir les interactions entre les facteurs du NER, du BER et d’une voie alternative de réparation des dommages UV-induits, et caractériser au niveau structural ces "hubs" de réparation de l'ADN assemblés in vitro, (ii) de déterminer comment ces trois voies coopèrent in vivo pour assurer l'élimination rapide des nucléobases endommagées, et (iii) d’étudier l'impact de la structuration du génome bactérien sur la distribution et la réparation de ces lésions à travers le génome. Pour cela, notre consortium, réunissant 3 partenaires aux expertises complémentaires en biochimie, biologie structurale, imagerie de fluorescence avancée, chimie analytique et approches ‘omics’, explorera ces questions chez D. radiodurans. Cet organisme fascinant fait preuve d'une capacité exceptionnelle à restaurer son génome, tout en disposant d’une machinerie de réparation de l'ADN typique des bactéries.

Ce projet vise à comprendre comment les ribosomes sont assemblés dans les mitochondries de plantes. Les ribosomes sont les principaux effecteurs de la traduction, le processus fondamental qui convertit l'information génétique en protéines. Alors que la traduction a été très étudiée dans les systèmes procaryotes et cytosoliques eucaryotes, la traduction mitochondriale est moins bien comprise. Les mitochondries sont les organites essentiels des cellules eucaryotes qui génèrent l'ATP. Elles ont leur propre génome et un système complet d'expression génique comprenant un système de traduction. Des études récentes ont révélé la diversité surprenante des systèmes de traduction mitochondriale chez les eucaryotes. En particulier, les mitoribosomes se sont révélés étonnamment divers en termes de compositions et de structures. Chez les plantes, les mitoribosomes ont des caractéristiques structurales uniques, avec des domaines spécifiques aux plantes et contiennent de nombreuses protéines PPR. Toutefois, de nombreux aspects de la traduction mitochondriale des plantes, en particulier l'assemblage des ribosomes, restent complètement inconnus. Ce projet devrait combler cette lacune en fournissant une analyse fonctionnelle et mécanistique complète de la biogenèse de l'appareil traductionnel des mitochondries de plantes. Grâce à une combinaison d'approches génétiques, biochimiques et structurales complémentaires, la recherche devrait révéler comment les modifications des ARNr sont établies et comment elles impactent l'assemblage des mitoribosomes. Elle devrait identifier l'ensemble complet de facteurs protéiques nécessaires à la biogenèse des ribosomes et élucider la séquence d'événements conduisant à la production de mitoribosomes. Cette étude contribuera à fournir une vue complète des processus de traduction dans les mitochondries de plantes et aidera à déterminer la diversité des processus de traduction chez les eucaryotes.

Au cours de la division cellulaire, le fuseau mitotique contrôle la répartition des chromosomes dans les cellules filles. La dépolymérase des microtubules KIF2C/MCAK facilite la correction des erreurs d'attachement des microtubules au kinétochore (MT-k). L’absence de KIF2C provoque des défauts de ségrégation des chromosomes comparables à ceux de cellules cancéreuses présentant une instabilité chromosomique. Les partenaires 1 et 2 ont récemment observé que KIF2C forme des organites sans membrane de manière phospho-dépendante à la jonction MT-k en prométaphase. Ils ont découvert que la région N-terminale de KIF2C contient un domaine de liaison à des phospho-peptides essentiel à la condensation de KIF2C. Dans ce projet, nous allons explorer l'interactome de KIF2C en mitose, afin de déchiffrer les mécanismes de condensation de KIF2C, identifier les partenaires de KIF2C au sein de ces condensats, et révéler quel role jouent ces condensats dans l'organisation du fuseau, l'attachement MT-k et le contrôle de l'assemblage du fuseau. Pour cela, le partenaire 1 identifiera in vitro les mécanismes d'oligomérisation de KIF2C. Le partenaire 2 utilisera sa plateforme optogénétique pour tester l'effet de mutations perturbant l’oligomérisation sur la condensation de KIF2C dans les cellules, et recherchera les partenaires de KIF2C dans les condensats, soit en utilisant un marquage par la TurboID fusionnée à KIF2C, soit en précipitant les complexes avec l’étiquette Halo fusionnée à KIF2C exprimée de façon endogène. Le partenaire 1 caractérisera structuralement les complexes identifiés et concevra des mutations aux interfaces qui seront testées par le partenaire 2. Le partenaire 3 utilisera les cellules exprimant Halo-KIF2C de façon endogène pour caractériser la fonction des condensats de KIF2C lors de la mitose. Enfin, le partenaire 4 explorera, par imagerie à haute résolution spatiale ou temporelle, comment les condensats de KIF2C régulent son activité dépolymérase au kinétochore.

Le protéasome humain est un complexe multi-protéique essentiel à l'homéostasie et à la survie cellulaire. Sa dérégulation peut causer des pathologies neurodégénératives, auto-inflammatoires et certains cancers. Actuellement, des inhibiteurs de 1ère génération sont utilisés en clinique pour traiter le myélome multiple, tandis qu'une 2ème génération, en cours de développement, semble prometteuse pour les maladies auto-inflammatoires. Cependant, ces inhibiteurs ciblent uniquement les sous-unités catalytiques du protéasome 20S sans prendre en compte ses régulateurs, impliqués dans la génération d’antigènes et dans certains cancers et l'auto-inflammation. Ce projet vise à développer une 3ème génération d'inhibiteurs, ciblant spécifiquement les sous-types de protéasome 20S associés aux régulateurs PA28 dans un contexte auto-inflammatoire. Cette approche pourrait réduire la toxicité observée avec les inhibiteurs actuels. À partir d’un criblage récent de ligands ayant identifié des composés spécifiques des complexes PA28aß-i20S ou PA28?-std20S, nous adopterons une stratégie de déconstruction-reconstruction pour améliorer leur affinité. Les nouveaux composés seront testés in vitro pour leur activité, et les plus prometteurs seront évalués in cellulo pour leurs effets sur le répertoire antigénique et la production de cytokines. Ils seront également testés sur des cellules humaines issues de patients atteints de maladies auto-inflammatoires et sur des modèles organoïdes, tels que ceux présentant un déficit enzymatique en DPP9 ou l’autoactivation des inflammasomes NLRP1 et CARD8. Notre étude des relations structure-activité sera enrichie par des approches structurales telles que la spectrométrie de masse structurale, la cryoEM et la cristallographie aux rayons X. En ciblant l'interface entre le 20S et ses régulateurs, cette approche constitue un véritable changement de paradigme dans le développement de nouveaux inhibiteurs du protéasome.

Le projet ELIXER vise à élucider les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le système de recombinaison spécifique du site Xer chez les bactéries. La recombinaison Xer est un processus critique qui résout les dimères chromosomiques formés lors de la recombinaison homologue, assurant ainsi une ségrégation fidèle des chromosomes bactériens. En outre, le système Xer assure l'intégration de nombreux éléments mobiles dans le génome de leur hôte. À l'exception de quelques espèces, le système Xer est composé de deux recombinases à tyrosine, XerC et XerD, qui sont contrôlées par des activateurs spécifiques à chaque espèce. XerC et XerD peuvent effectuer la recombinaison par deux voies, selon que la réaction est initiée par XerD ou XerC. La voie « XerD-first » est la voie canonique suivie pour la résolution des dimères chromosomiques. La voie alternative « XerC-first » est la voie utilisée par la plupart des éléments mobiles. Le projet se concentre sur le système Xer de Vibrio cholerae, dans lequel la voie canonique XerD-first est exploitée par un phage impliqué dans l'évolution vers la pathogénicité et la voie alternative XerC-first est exploitée par un phage qui porte les gènes de la toxine cholérique. Cette dualité en fait un modèle idéal pour étudier la dynamique et la régulation de l'échange de brins médié par la tyrosine recombinase (YR). Le consortium ELIXER rassemble trois partenaires complémentaires ayant une forte expertise en recombinaison, en biologie structurale et un accès à des infrastructures majeures. Le partenaire 1 (I2BC) dirige le projet et se concentre sur les essais in vivo et in vitro ; le partenaire 2 (I2BC) apporte son expertise en biologie structurale et biochimie. Le partenaire 3 (Synchrotron-Soleil) apporte une expertise avancée dans l'acquisition et l'analyse des données de Cryo-EM et de cristallographie. Le projet est structuré en deux lots de travail principaux. Le lot 1 se concentre sur la caractérisation structurelle des complexes XerCD-DNA, tandis que le lot 2 s'intéresse à la validation biochimique et génétique des interactions protéine-ADN et protéine-protéine déduites des données structurelles. De nouvelles stratégies d'assemblage de complexes de recombinaison asymétriques utilisant des protéines de flexion de l'ADN (par exemple, IHF) ou des domaines de dimérisation inductibles par des produits chimiques seront utilisées pour isoler des intermédiaires structurellement informatifs. Des approches de séquençage profond et de mutagenèse seront utilisées pour disséquer les déterminants de séquence de la liaison et de l'activité de la recombinase, ainsi que pour sonder les mécanismes d'activation spécifiques à l'espèce. En résolvant les états conformationnels du cycle de recombinaison XerCD, ELIXER répondra à des questions de longue date concernant la régulation de l'ordre de recombinaison, le rôle des facteurs accessoires et la base structurelle de la spécificité d’espèce de ces facteurs. Ces connaissances permettront non seulement de faire progresser notre compréhension fondamentale de la recombinaison médiée par YR, mais aussi d'ouvrir la voie à la conception rationnelle de nouvelles molécules capables d'inhiber sélectivement l'activité de la recombinase Xer. Ces inhibiteurs pourraient servir de nouveaux agents antimicrobiens ou empêcher l'intégration d'éléments mobiles pathogènes comme CTXF dans le microbiote commensal.

Les éléments transposables (ET), par leur capacité à se répliquer et de se déplacer dans les génomes, peuvent jouer un rôle clé dans leur évolution. Bien qu'ils constituent la majeure partie du génome de nombreux organismes eucaryotes , la plupart sont des fossiles inactifs, ne laissant qu'une petite fraction mobile, appelée le "mobilome." Malgré son importance dans l'évolution des ET, cette fraction active reste mal comprise. En particulier, nous ne connaissons pas les facteurs qui régissent le nombre, le type, le taux de transposition et l'impact des ET actifs, des connaissances cruciales pour comprendre leur variation entre les espèces. Ce projet s'appuie sur notre compréhension du contrôle épigénétique des ET dans la plante modèle Arabidopsis thaliana pour étudier le mobilome et ses régulateurs génétiques et épigénétiques. En déployant des études d'association génomique (GWAS) sur de grandes populations expérimentales, nous identifierons les facteurs cis et trans impliqués dans la variation naturelle de la répression et de la transposition des ET, et testerons leurs rôles à l'aide de techniques d'édition génomique. L'impact des insertions d'ET sur l'expression génique sera aussi examiné via des approches transcriptomiques, et ces résultats seront intégrés dans un modèle génétique des populations sur l'évolution du mobilome. Cette collaboration internationale réunit des experts en génomique et génétique des populations d'Arabidopsis (Magnus Nordborg, GMI, Vienne), des transposons (Leandro Quadrana, IPS2, France) et de l'épigénétique (Pierre Baduel, IBENS, France), offrant une occasion unique d'explorer la variation naturelle de l'activité et de l'impact des ET. Ainsi, DYNAMETS offrira une perspective à l'échelle des espèces sur la diversité du mobilome, avec des implications clés pour comprendre les forces qui animent l'évolution des génomes et l'adaptation rapide, notamment face aux changements environnementaux.

Les changements dans la structure chromosomique appelés réarrangements chromosomiques complexes (GCRs pour Gross Chromosomal Rearrangements, ex : translocations ou amplifications) sont des moteurs fondamentaux des processus évolutifs mais aussi une caractéristique majeure des cellules cancéreuses et des troubles neurologiques. Le stress de réplication qui provient de problèmes dans la progression des fourches de réplication est une des principales sources de GCRs. Le lien entre stress de réplication et GCRs est indéniable et pourtant les mécanismes moléculaires sous-jacents à l'occurrence de GCRs induits par des stress de réplication sont loin d'être complètement élucidés. Ici, je propose un projet visant à approfondir notre compréhension des mécanismes par lesquels les GCRs sont induits par des stress de réplication. Pour cela, deux essais génétiques innovants en cours de développement chez la levure de fission et dans les cellules humaines seront utilisés pour étudier de manière non biaisée les GCRs induits par des stress de réplication. De plus, le rôle du positionnement nucléaire dans la formation de GCRs induits par le stress de réplication sera abordé pour la première fois de manière systématique. L'adaptabilité de ces systèmes génétiques offre une opportunité unique d'étudier un large éventail de sources de stress de réplication et leur impact sur les GCRs qui en résultent. La réalisation de ce projet contribuera à fournir, à court et à long terme, une meilleure caractérisation des voies moléculaires sous-jacentes à l'évolution des génomes ou encore à des évènements pathologiques tels que la tumorigénèse.

Lors de la méiose, plusieurs centaines de cassures double-brin programmées de l'ADN sont formées et réparées par recombinaison homologue (RH), générant des crossing-over entre chromosomes homologues, qui sont essentiels pour leur ségrégation lors de la première division méiotique, et donc pour la fertilité. La liaison de la protéine d'échange de brins RAD51, exprimée de manière ubiquitaire, et/ou de son paralogue DMC1, spécifique de la méiose, sur les extrémités d'ADN simple brin génère un filament nucléoprotéique qui catalyse l'invasion d'une molécule d'ADN double-brin intacte. L'extrémité envahissante est ensuite allongée par synthèse d'ADN, en utilisant l'ADN double-brin comme matrice. Alors que dans les cellules somatiques, la RH utilise préférentiellement la chromatide sœur comme matrice, en méiose la RH est biaisée en faveur de l’utilisation du chromosome homologue, ce qui permet d’assurer l’appariement et la ségrégation des chromosomes homologues. Cette régulation du choix du partenaire (chromosome homologue ou chromatide sœur) implique une coopération entre DMC1 et RAD51, dans un contexte particulier où RAD51 semble jouer essentiellement un rôle non catalytique. DoRAD aborde la question de la coopération entre DMC1 et RAD51 durant la RH méiotique chez les mammifères. Nous développerons une méthode d’analyse des produits de RH par séquençage « long-read », pour détecter et caractériser les fragments d'ADN synthétisé. Cela ouvrira de nouvelles perspectives pour comprendre les mécanismes moléculaires de la recombinaison méiotique chez les mammifères. DoRAD vise également à élucider la fonction de la protéine méiotique RAD51AP2 dans la régulation de l'activité de RAD51. DoRAD constituera une avancée dans la compréhension de la recombinaison méiotique contrôlée par la coopération entre RAD51 et DMC1, et ouvrira plus largement de nouvelles perspectives concernant la régulation de RAD51 pour le contrôle de la stabilité du génome.

Chez les plantes à fleurs, les croisements entre différentes espèces et entre parents de ploïdies divergentes donnent le plus souvent naissance à des graines hybrides défaillantes en raison d'un déséquilibre dans l'expression des gènes à empreinte parentale. Ce phénomène, connu sous le nom de "blocage triploïde", est considéré comme un déterminant majeur de l'isolement reproductif et de la spéciation, en particulier chez les plantes où les événements de polyploïdisation sont récurrents. Des études précédentes chez Arabidopsis thaliana ont montré que la méthylation de l'ADN et les petits ARNs dans les gamètes paternels jouent un rôle essentiel dans le blocage triploïde en ciblant les éléments transposables (ET) qui flanquent les gènes à empreinte parentale, mais les mécanismes génétiques et épigénétiques impliqués restent mal compris. Notamment, la famille relativement ancestrale des microARNs 845 et les mécanismes de méthylation de l'ADN dirigée par l'ARN (RNA-directed DNA methylation ou RdDM) semblent affectés ou absents dans des lignées d'A. thaliana qui présentent également une perte de blocage triploïde. Dans ce projet, nous tirerons donc parti de cette variation naturelle chez A. thaliana pour i) étudier l'impact de la déplétion des miR845 et RdDM dans le contrôle épigénétique de l'activité des ET pendant la polyploïdisation et les hybrides inter-ploïdies, et tenter de ii) cartographier la base épigénétique de la viabilité des semences triploïdes. En apportant une compréhension mécanistique du rôle des petits ARN paternels et de la méthylation de l'ADN dans le contrôle de l'activité TE et de l'empreinte génomique dans les semences hybrides, nous visons ainsi à mieux comprendre l'établissement ou la rupture de l'isolement reproductif, une étape clé de la spéciation.

Le but de ce projet est de comprendre comment est régulé l'équilibre entre les voies mutagène et fidèle de tolérance des lésions, en utilisant Escherichia coli comme modèle. • Contexte Le génome de tout organisme est constamment menacé par de nombreux agents qui endommagent l'ADN. Lorsqu'une lésion bloque la progression de l'ADN polymérase réplicative, la ré-initiation de la réplication en aval de la lésion génère une brèche d'ADN simple-brin (ssGap). Deux stratégies permettent de combler cette brèche : la synthèse trans-lésionnelle (TLS) potentiellement mutagène, et le contournement des dommages (DA) non-mutagène. On ne sait pas aujourd'hui comment est régulé l'équilibre entre ces deux voies. De plus, aucune technique ne permettait de se focaliser sur les ssGaps. • Nouvelle Approche Pour surmonter ces limitations, notre groupe a développé une technique innovante pour insérer une lésion unique dans le génome d'une cellule vivante, nous permettant de générer et d’étudier les ssGaps. • Objectifs de Recherche Notre objectif est de comprendre comment sont régulées les voies de tolérance des lésions. Pour cela, notre projet est centré sur 4 questions : 1. Quels facteurs sont responsables du traitement des ssGaps ? 2. Comment ces facteurs sont-ils recrutés au niveau des ssGaps et quels sont leurs partenaires/interacteurs ? 3. Comment ces facteurs affectent-ils la structure, la longueur et la résolution des ssGaps, et comment modulent-ils la cinétique de génération, d'extension et de résection des gaps ? 4. Comment le traitement des ssGaps module-t-il l'équilibre entre les voies mutagènes et fidèles de tolérance des dommages ? • Méthodologie En utilisant notre approche de lésion unique chez Escherichia coli, nous allons : -Identifier les protéines recrutées sur le site de la lésion -Caractériser les modes de recrutement et identifier les interacteurs à l'aide d'approches computationnelles et d'imagerie à molécule unique -Évaluer le rôle de ces facteurs dans le traitement des ssGaps à l'aide d'approches moléculaires (Microscopie Électronique, NGS, qPCR) -Évaluer leurs fonctions dans le contournement des lésions en mesurant les niveaux de TLS et de DA -Corréler la taille des ssGaps et le choix d'utilisation de la voie fidèle ou mutagène de tolérance des lésions. • Impact Potentiel Cette recherche apportera des informations essentielles sur les mécanismes de réponse aux dommages de l’ADN, permettant une meilleure compréhension de la mutagenèse, du développement des cancers et de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les maladies liées à la réparation de l’ADN. Elle contribuera également à une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux antibiotiques, qui résulte de la mutagenèse qui permet l’adaptation des bactéries en réponse aux pressions environnementales.

La cohésine, un complexe protéique en forme d'anneau, est essentielle à la stabilité du génome en régulant les boucles d'ADN, l'expression des gènes, la cohésion des chromatides sœurs et la réparation de l'ADN. Elle forme des boucles intrachromosomiques pendant l'interphase, contribuant à l'organisation de la chromatine en rapprochant amplificateurs et promoteurs. La cohésine maintient également la cohésion des chromatides sœurs pendant la réplication de l'ADN et répare les cassures double brin (DSB). En réponse aux dommages à l'ADN, la cohésine se lie aux DSB et renforce la cohésion via la DI-cohésion. Récemment, il a été montré que la cohésine lie les extrémités des DSB grâce à des oligomères. Ce projet de recherche explore comment les dommages à l'ADN influencent les rôles de la cohésine dans la stabilité du génome. L’hypothèse centrale est que ces dommages activent des populations distinctes de cohésine avec des fonctions spécifiques, essentielles pour l’intégrité du génome. Utilisant Saccharomyces cerevisiae comme modèle, le projet vise trois objectifs : analyser l'impact des dommages sur la composition de la cohésine, étudier son oligomérisation dans l'attachement des DSB, et identifier les populations de cohésine impliquées dans la DI-cohésion. La méthodologie combine approches biochimiques, génétiques et génomiques. Les tâches clés incluent l’identification de nouveaux interacteurs de la cohésine, l’étude des complexes dans des mutants spécifiques, et l’analyse des modifications post-traductionnelles.

RECAF aborde de manière originale une question clé de la biologie évolutive : comment le sexe façonne-t-il la diversité génétique ? La reproduction sexuée par le biais de la méiose crée de la variation génétique, mais de nombreuses espèces ont tendance à se reproduire de manière asexuée. En fait, la plupart des organismes unicellulaires, peuvent alterner entre reproduction sexuée et asexuée en fonction du stress environnemental et de la disponibilité des nutriments. Cependant, nous ignorons toujours comment cet équilibre influence les résultats de l'évolution. Je propose d'explorer le rôle du caractère facultatif du sexe, qui permet aux organismes de passer d'un mode de reproduction à l'autre. Mon hypothèse est que la fréquence de la reproduction sexuelle - connue sous le nom de « fréquence méiotique » - est cruciale pour façonner la diversité génétique, en particulier lorsque les taux de recombinaison et les pressions de sélection varient. En utilisant S. cerevisiae, une espèce sexuée facultative où la méiose ne se produit qu'une fois toutes les 50 000 générations, RECAF étudiera comment la recombinaison, la sélection et la conversion génétique biaisée vers GC façonnent la diversité génomique. Le projet remettra en question les modèles actuels de génétique des populations et offrira de nouvelles perspectives sur la manière dont les stratégies de reproduction et la structure génétique influencent l'évolution. RECAF combinera des modèles théoriques, l'apprentissage automatique et la bio-informatique pour découvrir comment le sexe et la liaison génétique agissent sur la diversité. RECAF permettra d'approfondir notre compréhension de l'évolution et d'améliorer les prévisions relatives à la diversité génétique en cas de changements environnementaux. Les résultats permettront également d'élaborer des stratégies de conservation pour les espèces menacées, contribuant ainsi à la gestion de la biodiversité et à la viabilité à long terme des populations.

La réplication de l'ADN est constamment mise à l'épreuve par des dommages de l’ADN qui peuvent bloquer sa progression, entrainant un « stress réplicatif ». Ce stress réplicatif menace la stabilité du génome ainsi que la viabilité cellulaire et a été associé à diverses pathologies humaines. Les mécanismes de tolérance aux dommages à l’ADN peuvent contrer le stress réplicatif. L’un de ces mécanismes implique le redémarrage de la fourche de réplication en aval du dommage grâce à la synthèse d’une nouvelle amorce d’ADN (repriming) par la polymérase et primase PRIMPOL. Le repriming permet la progression de la fourche de réplication mais entraine la formation de brèches d’ADN simple brin post-réplicatives. Ces brèches sont ensuite comblées par des mécanismes tels que la synthèse translésionnelle et le changement de matrice (template switching). Malgré l’intérêt croissant pour les brèches post-replicatives formées en réponse à un stress réplicatif, les déclencheurs moléculaires du repriming aux fourches de réplication bloquées restent à définir. De plus, les déterminants du « choix » du mécanisme de comblement des brèches sont encore méconnus. Dans ce projet, nous visons à aborder ces questions fondamentales. A partir de nos données préliminaires, nous cherchons à comprendre l’impact (1) de la quantité et la nature des dommages à l’ADN, (2) des facteurs de réponse aux dommages de l’ADN et (3) de l’état de la chromatine sur la formation et le comblement des brèches post-réplicatives. Pour réussir ce projet, nous avons établi un consortium d’experts en réplication de l’ADN, en réponse aux dommages de l’ADN et en chromatine. Nous intègrerons des techniques de pointe de microscopie, de protéomique et des approches à l’échelle du génome. Ce projet est crucial pour comprendre comment les cellules répondent à un stress réplicatif et pour décrypter l’interaction complexe entre les réponses à un stress réplicatif et la chromatine.

L'information épigénétique stockée sous forme de chromatine dans le noyau cellulaire gouverne l'identité cellulaire en contrôlant à la fois l'expression des gènes et la réparation des lésions de l'ADN. L'hétérochromatine facultative est une forme de chromatine transcriptionnellement silencieuse qui contribue à la différenciation cellulaire et dont les altérations sont pathologiques. Le chromosome X inactif des mammifères femelles en est un exemple typique : il est réduit au silence pendant le développement embryonnaire et maintenu de manière stable pendant les divisions somatiques. Malgré la fréquence élevée des cassures de l'ADN lors de l'inactivation du chromosome X et la grande sensibilité du chromosome X inactif aux lésions de l'ADN, on ignore comment l'hétérochromatine facultative du chromosome X inactif réagit aux lésions de l'ADN et influe sur leur réparation. Ces connaissances sont critiques pour comprendre comment la stabilité génétique et épigénétique de l'X inactif, et donc la compensation de dose des gènes liés à l'X, sont préservées. Nous utiliserons des stratégies innovantes combinant l'édition du génome, l'imagerie et la protéomique pour étudier comment l'hétérochromatine facultative gouverne la réparation des cassures double-brin de l'ADN dans le chromosome X inactif. Réciproquement, nous identifierons les changements chromatiniens qui accompagnent la réparation des cassures dans l'hétérochromatine facultative et nous caractériserons les mécanismes qui assurent le maintien des marques de l'hétérochromatine facultative et de l'inactivation du chromosome X en réponse aux cassures de l'ADN. L'ensemble de ces travaux devrait apporter un éclairage nouveau sur l'interaction entre la réparation des cassures de l'ADN et l'hétérochromatine facultative permettant d’élucider leur impact sur les transitions physio-pathologiques des états cellulaires.

Lors de la première division en méiose, les chromosomes homologues doivent s’apparier et rester connectés jusqu’à leur ségrégation. La recombinaison homologue (RH) est cruciale dans ce processus, commençant par la formation programmée de cassures double brin (CDB) dans l’ADN. Ces cassures sont réparées en utilisant le chromosome homologue comme modèle, générant des « crossing over » qui garantissent une ségrégation correcte des chromosomes. L’histone méthyltransférase PRDM9 joue un rôle essentiel dans ce processus en spécifiant les sites de CDB (points chauds) et en recrutant les protéines nécessaires à la formation de ces cassures. Chez les souris dépourvues de PRDM9, les CDB se produisent à des sites alternatifs comme les promoteurs, mais elles sont mal réparées, empêchant ainsi l’appariement correct des homologues, ce qui entraîne la stérilité. Néanmoins, les organismes dépourvus de PRDM9, tels que la levure et les chiens, ne rencontrent pas ces problèmes. Cela soulève la question de savoir pourquoi PRDM9 est indispensable à la réussite de la RH chez certaines espèces, mais pas chez d'autres. L'objectif principal du projet Shape-n-Break est de décrypter les voies moléculaires activées par PRDM9 qui assurent la coordination entre la formation des CDBs et la RH, en se concentrant à la fois sur le chromosome cassé (en cis) et sur son homologue intact (en trans). En raison des limites technologiques, de telles études étaient jusqu'alors impossibles, faisant de ce projet une initiative opportune qui améliorera notre compréhension de la méiose et de ses perturbations potentielles pouvant entraîner des défauts de reproduction. Pour atteindre l'objectif principal du projet Shape-n-Break, nous nous concentrerons sur trois axes distincts : 1. Nous identifierons les mécanismes qui guident la machinerie de formation des CDBs vers les sites de cassure. En particulier, nous déterminerons les facteurs moléculaires permettant le recrutement du complexe RMI (qui fait partie de cette machinerie) aux sites de cassure en présence et en absence de PRDM9. 2. Nous déterminerons le lien spatio-temporel entre la machinerie de formation des CDBs et l’organisation chromosomique aux sites de cassure. Nous fournirons des mesures cinétiques de la dynamique d’assemblage des protéines RMI aux sites de cassure en présence ou en absence de PRDM9 et nous décrirons la structure 3D de la chromatine à ces sites, avec une résolution ultra-haute et des informations sur la variation cellule à cellule. 3. Nous explorerons les rôles potentiels de PRDM9 sur le chromosome homologue intact. Nous déterminerons si PRDM9 se lie aux deux homologues au niveau de la cellule unique, modifiant ainsi potentiellement la l’homologue intacte, et nous examinerons si PRDM9 peut favoriser les contacts entre homologues avant même la formation des CDBs. Pour répondre à ces objectifs, deux équipes d’expertes ont uni leurs compétences pour intégrer des approches de pointe en protéomique, cytologie, génomique in vivo à haute résolution, y compris avec une précision monocellulaire, imagerie haute résolution basée sur le suivi de sites uniques, et analyses génétiques sur divers fonds génétiques de souris. Grâce à ces approches, nous réaliserons une analyse sans précédent de l'assemblage des protéines de CDBs, de la formation des cassures et de l’interaction des homologues aux sites de cassures in vivo. Une meilleure compréhension de ces processus essentiels dépasse l’élucidation de la méiose, en apportant des connaissances sur l’organisation des chromosomes et les interactions entre homologues lors de la recombinaison, contribuant ainsi à l’identification des causes sous-jacentes de l’infertilité, des problèmes de reproduction et de l’instabilité du génome.

La résistance aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique. Toutefois, le lien entre l’état physiologique des bactéries et l’efficacité des antibiotiques reste mal caractérisé. Notre projet propose d’y remédier en étudiant, à l’échelle de la cellule unique, l’effet de changements du taux de croissance d’Escherichia coli sur la sensibilité à un antibiotique entraînant des cassures du chromosome, la ciprofloxacine. Nous étudierons aussi l’impact de cet antibiotique sur un état physiologique particulier, sans paroi et à croissance lente, les formes L. Nous avons montré que les bactéries à croissance rapide meurent davantage après une exposition aux dommages à l’ADN que celles à croissance lente. De plus, l'induction de la réponse aux dommages de l'ADN (réponse SOS) varie en fonction du taux de croissance ce qui peut affecter la survie des bactéries. Pour découvrir les mécanismes moléculaires sous-jacents, nous allons : (i) Combiner la microfluidique et notre protocole de microscopie à molécule unique pour imager la réparation de l'ADN en temps réel et la corréler avec l'induction de la réponse SOS dans des conditions de croissance variées. Nous comparerons l’exposition à la ciprofloxacin avec un système génétique qui permet de produire des cassures du chromosome de manière controlée. (ii) Induire le passage à la forme L et caractériser la réponse de ces formes L aux dommages à l'ADN au niveau de cellules individuelles après avoir développé des dispositifs microfluidiques adaptés. (iii) Evaluer l'effet du fond génétique en comparant la sensibilité à la ciprofloxacine d'une collection de souches uro-pathogènes, qui présentent des différences significatives de taux de croissance dans des milieu nutritifs identiques. Nous quantifierons également leur capacité à produire la forme L et leur réponse en présence de ciprofloxacine dans ces conditions. Ce projet permettra de mieux comprendre l'importance de changements physiologiques retrouvés dans des conditions cliniques sur la sensibilité d'E. coli à la ciprofloxacine, avec une pertinence directe pour les infections des voies urinaires.

La condensation mitotique des chromosomes (CMC) est la réorganisation globale des fibres de chromatine en chromosomes métaphasiques, en préparation à leur ségrégation précise en anaphase. Condensine est le moteur moléculaire de la CMC. Les données actuelles indiquent que condensine se lie massivement et directement à l’ADN au moment de l’entrée des cellules en mitose et façonne les chromosomes mitotiques en extrudant l’ADN génomique en boucles de chromatine. Comment condensine opère in vivo et dans quelle mesure la chromatine doit être remodelée pour accueillir condensine demeurent mal compris. La condensation des chromosomes est maximale en mitose mais nous ignorons à quelle phase du cycle cellulaire exactement les chromosomes se préparent à une telle condensation. De nombreux travaux montrent l’existence d’un couplage entre la réplication de l’ADN et la CMC, mais dont les bases moléculaires demeurent inconnues. Un rôle pour condensine dans la réplication du génome constituerait un lien direct avec la CMC, mais aucun rôle pour condensine dans la réplication n’a été décrit à ce jour. En utilisant la levure S. pombe comme modèle, nous avons découvert que condensine prend part à la réplication de l’ADN en phase S. Nous avons trouvé un lien physique entre condensine et la machinerie de réplication et identifié des mutants spécifiques de condensine qui altèrent la réplication de l’ADN. Nous observons une séparation génétique des fonctions réplicatives et mitotiques de condensine, suggérant deux fonctions distinctes. Nos résultats suggèrent également que la fonction de condensine dans la réplication prépare les chromosomes pour la CMC. Les objectifs de ce projet sont (1) de caractériser au niveau moléculaire le rôle exact joué par condensine dans la réplication et (2) comment cette fonction réplicative promeut la CMC lors de la mitose suivante. Les données à disposition pointent vers un rôle de la chromatine réassemblée dans le sillage des fourches de réplication.

La migration cellulaire collective est impliquée dans la morphogenèse, la régénération tissulaire et le cancer. Les cellules qui migrent collectivement doivent se coordonner par la propagation directionnelle de signaux. Dans la migration collective épithéliale, le cytosquelette d'actomyosine transmet des informations mécaniques aux jonctions adhérentes (AJ) cellule-cellule et aux adhérences focales (FA) cellule-matrice. Nos récentes études ont révélé comment les adhérences mécanosensibles codent les informations mécaniques transmises par l'actomyosine pour former des complexes stables entre l'a-caténine, la vinculine et le VASP dans les jonctions adhérentes, et entre la taline et la vinculine dans les adhérences focales, qui polymérisent l'actine pour alimenter le cytosquelette d'actomyosine. Nous émettons l'hypothèse que la coordination des activités mécanosensibles et de polymérisation de l'actine des adhérences focales et des jonctions adhérentes contrôle la propagation des signaux mécanochimiques pour coordonner les cellules pendant leur migration collective. Les objectifs généraux de ce projet sont de déterminer 1) les mécanismes moléculaires par lesquels les activités des mécanosenseurs des FA et des AJ se coordonnent pendant la migration collective, 2) le rôle des mécanosenseurs des FA et des AJ dans la propagation des signaux à travers une monocouche de cellules, et 3) l'importance de ces mécanismes pour les paramètres de la migration collective tels que la vitesse, la collectivité, la directionnalité et la persistance. Pour ce faire, notre équipe développera une stratégie interdisciplinaire combinant la biochimie, la biophysique et la biologie cellulaire. Dans un premier temps, nous développerons un système minimal constitué de protéines purifiées micropatternées, dont les mécanosenseurs des FA et des AJ, dont l'organisation spatiale mime l'architecture 2D de la face basale d'un feuillet de cellules en migration. Ici, la protéine mécanosensible a-caténine sera immobilisée sur les bords d'hexagones micropatternés formant une structure en nid d'abeille, imitant sa distribution dans les AJ, tandis que la protéine mécanosensible taline sera immobilisée à l'intérieur des hexagones, imitant sa localisation sur la face basale des cellules. La liaison de l'actine fluorescente, de la vinculine et de VASP aux zones de taline et d'a-caténine sera stimulée par la force de l'actomyosine et observée en microscopie TIRF. Le développement de capteurs FRET innovants permettra de mesurer la force de l'actomyosine appliquée aux zones de taline et d'a-caténine. Enfin, nous déterminerons les mécanismes régissant la propagation spatio-temporelle, dépendante de l'actomyosine, de la liaison de la vinculine aux zones de taline et d'a-caténine, ainsi que la force de traction qui l'accompagne, à la suite de la stimulation locale de l'actomyosine par des outils optogénétiques. Les informations obtenues à partir de ce test in vitro, telles que les concepts généraux associés à la coordination spatio-temporelle des activités des mécanosenseurs FA/AJ et les outils moléculaires correspondants, tels que les mutants présentant des défauts dans les activités mécanosensibles et de polymérisation de l'actine, seront transposées aux cellules MDCK II en migration collective. Ces mutants seront exprimés dans les cellules MDCK II afin de déterminer leur rôle dans 1) la coordination des AJ et des FA pendant la migration collective, 2) la propagation des ondes mécanochimiques intrinsèques et induites par optogénétique, et 4) les paramètres clés de la migration collective (vitesse, persistance, directionnalité et collectivité).

Le cholestérol (CHOL) est un lipide essentiel à la structure et aux fonctions cellulaires, notamment pour le maintien de l'intégrité et de la fluidité des membranes. Cependant, un excès de CHOL est nocif et contribue à des maladies métaboliques et liées au vieillissement, y compris la maladie d'Alzheimer (MA). Pour maintenir l’homéostasie du CHOL, les cellules régulent strictement sa synthèse, son absorption, son transport et son stockage. Si le foie et le cerveau sont des organes clés de la production de CHOL, la régulation cellulaire de son homéostasie, en particulier dans le cerveau, reste mal comprise. Les sites de contact inter-organites (CS) sont de plus en plus reconnus comme des voies essentielles pour le transport des lipides, servant de plateformes aux protéines de transport du CHOL et aux enzymes métaboliques. Toutefois, la manière dont le CHOL circule à travers ces sites et s’intègre au métabolisme cellulaire reste mal comprise. La dérégulation du CHOL est un facteur clé de la MA, influençant le traitement de la protéine précurseur amyloïde, la formation des plaques Aß et la pathologie de la protéine tau. L’allèle ApoE4, principal facteur de risque génétique de des formes sporadiques de MA, perturbe le transport et l’élimination du CHOL, entraînant son accumulation et la formation de gouttelettes lipidiques (LD) dans les cellules cérébrales. En dehors du cerveau, le dysfonctionnement hépatique associé à ApoE4 pourrait aggraver le stress métabolique et l’inflammation, accélérant ainsi la neurodégénérescence. Des études récentes mettent en avant le rôle des membranes mitochondrie-Réticulum endoplasmique (RE) associées (MAM) comme sites clés du transport et du métabolisme des lipides. Nos travaux ont identifié les MAM comme des sites critiques de la biogenèse des LD, formant un site de contact tripartite MAM-LD CS, établissant ainsi un lien direct entre le transport et le stockage des lipides. La perturbation de ces sites pourrait favoriser l’accumulation du CHOL, la formation de LD et la dysfonction mitochondriale, contribuant ainsi à la progression de la MA. Nous formulons l’hypothèse que les MAM-LD CS agissent comme des centres métaboliques régulant la synthèse, le transport, le stockage et l’efflux du CHOL. Nous suggérons qu’ils coopèrent avec les CS entre le RE et la membrane plasmique pour maintenir l’homéostasie cellulaire du CHOL grâce à l’action coordonnée de protéines de transport des lipides et d’enzymes métaboliques spécifiques. De plus, la dérégulation du CHOL induite par ApoE4 dans les cellules hépatiques et cérébrales pourrait impliquer une altération des MAM-LD CS, entraînant une accumulation de CHOL et la formation anormale de LD, contribuant ainsi aux premiers stades de la pathologie Alzheimer. En utilisant des hépatocytes, des astrocytes et des neurones dérivés de cellules souches humaines induites à la pluripotence (hiPSC), y compris des modèles de MA liés à ApoE4, notre projet vise à caractériser le transport et le stockage du CHOL aux CS MAM-LD et RE-membrane plasmique. Nous identifierons les composants moléculaires clés impliqués dans la détection et le transport du CHOL et explorerons comment sa dérégulation aux MAM-LD CS contribue à la pathologie dans les hépatocytes et les astrocytes exprimant ApoE4, afin d’évaluer son impact sur la fonction neuronale. Grâce à une combinaison d’imagerie haute résolution, de suivi des lipides, d’analyses biochimiques, d’édition génétique par CRISPR et de modèles basés sur des hiPSCs, notre étude fera progresser la compréhension du métabolisme du CHOL aux CS. Ces connaissances pourraient ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant les troubles métaboliques liés au CHOL, telle que la maladie d'Alzheimer.

Contexte L'obésité est un facteur de risque majeur des maladies cardiométaboliques, impliquant un dysfonctionnement des adipocytes. Chez les individus obèses, le tissu adipeux (TA) présente des altérations du stockage et de la libération des lipides, entraînant une rigidité métabolique et un dépôt ectopique des lipides. Ces perturbations contribuent à la maladie stéatosique hépatique associée à un dysfonctionnement métabolique (MASLD). Comprendre la gestion lipidique dans les adipocytes et les hépatocytes est donc essentiel. Les gouttelettes lipidiques (GL) sont des organites de stockage clés, interagissant avec d’autres compartiments cellulaires via les sites de contact membranaires (MCS) pour réguler l’homéostasie lipidique. Les contacts GL/réticulum endoplasmique (RE) facilitent le stockage lipidique, tandis que les contacts RE/mitochondries (MAMs) jouent un rôle central dans la signalisation hormonale et nutritionnelle. Les contacts mitochondries/GL sont de plus en plus reconnus pour leur implication dans le métabolisme lipidique. Hypothèse Malgré un intérêt croissant pour les MCS, leur rôle dans la gestion lipidique du foie et du TA, en conditions physiologiques et en contexte d’obésité, reste mal compris. Notre hypothèse est que l'organisation structurelle du RE des GL et des mitochondries est régulée par le statut nutritionnel et contrôle l’homéostasie lipidique. Nous proposons que les altérations des MCS dues à l'obésité contribuent à la dysfonction du TA et à la MASLD. Pour explorer ces mécanismes, nous modulerons les MCS dans le TA et le foie de souris obèses afin d’évaluer leur potentiel thérapeutique dans les troubles métaboliques. Objectifs 1. Décrire le rôle des MCS dans la flexibilité métabolique. 2. Etudier les MCS dans le contexte de l’obésité. 3. Déterminer l’impact de la modulation des MCS sur la santé métabolique. Défis majeurs Pour atteindre ces objectifs, nous avons développé : • Des méthodes de quantification et d’analyse des MCS (imagerie, isolement). • Des approches pour caractériser les propriétés les organites dans différentes conditions. • Test pour étudier la fonction des MCS dans la gestion des lipides • Des outils pour moduler les MCS. • Des modèles murins d’obésité pour analyser les conséquences de la manipulation des MCS. Données préliminaires Nos résultats montrent que l’organisation RE/GL/mitochondries est régulée par le statut nutritionnel dans les adipocytes. Dans le TA de souris obèses, ces contacts sont fortement altérés. Dans le foie stéatosique, les contacts mitochondries/GL sont positivement corrélés avec la charge lipidique. Dans les adipocytes 3T3-L1, la suppression de PTPIP51—une protéine impliquée dans les contacts mitochondries/RE/GL—perturbe l’organisation RE/GL/mitochondries et altère le stockage lipidique, la lipolyse et la sensibilité à l’insuline. Chez la souris, la suppression spécifique de PTPIP51 dans les adipocytes désorganise également les sites de contacts. Consortium Notre consortium multidisciplinaire regroupe quatre équipes complémentaires : • P1 : Physiologiste spécialisé dans les dysfonctions du TA • P2 : Expert des MAMs et de leur rôle dans la MASLD, spécialiste de la flexibilité métabolique. • P3 : Biologiste cellulaire spécialiste des GL, ayant développé des approches innovantes pour étudier les MCS. • P4 : Biophysicien expert des relations structure-fonction des lipides et des propriétés biophysiques des MCS, disposant d’outils uniques pour leur analyse. Originalité et importance Nos données préliminaires révèlent des altérations majeures des MCS dans le contexte de l’obésité. Le projet MICADO vise à déterminer si ces modifications des MCS contribuent aux complications métaboliques de l’obésité. En intégrant des techniques de pointes, imagerie super-résolution, caractérisation des organites, analyse des flux métaboliques, notre étude établira les liens mécanistiques entre les altérations des MCS et les conséquences métaboliques.

Préserver la fonction rénale et dépister précocement les patients à risque représentent un enjeu majeur de santé publique. La maladie rénale chronique (MRC) touche 10 à 15 % de la population générale. Il est donc essentiel de développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblées pour ralentir sa progression. Les métabolites issus des acides aminés aromatiques (AAA), en particulier du tryptophane (Trp), jouent un rôle central dans les communications inter-organes. Le Trp est métabolisé via trois voies principales : la sérotonine, la kynurénine et les indoles d’origine microbienne. Nos travaux préliminaires chez des souris atteintes de MRC, soumises à des régimes enrichis ou appauvris en Trp, montrent que la voie de la kynurénine est la plus modulée. Certains métabolites terminaux de cette voie, tels que l’acide xanthurénique (XANA) et l’acide kynurénique (KYNA), activent le récepteur des hydrocarbures aromatiques (AhR) et sont associés à la sévérité de la MRC dans des cohortes cliniques et des modèles animaux. Nous faisons l’hypothèse que la modulation de cette voie pourrait constituer une stratégie thérapeutique innovante pour ralentir la progression de la MRC. Le projet ACCORDANCE a pour objectif de déterminer le rôle des métabolites des AAA dans la progression de la MRC et de mieux caractériser leur impact rénal, à travers une approche translationnelle combinant cohortes de patients, modèles animaux et cellulaires. Objectif 1 : Identifier les métabolites clés associés à la progression de la MRC. Nous utiliserons deux approches métabolomiques complémentaires : (i) une approche ciblée pour cartographier les métabolites des AAA et leurs ratios associés à une progression rapide dans la cohorte CKD-REIN (N=2000). L’analyse des ratios des métabolites, reflets de l’activité enzymatique, permettra d’identifier des cibles thérapeutiques potentielles ; (ii) une approche non ciblée exploitant la caractérisation clinique de la cohorte CKD-REIN pour identifier de nouvelles signatures métaboliques au-delà des AAA. Une cohorte de validation externe (CPinMRC, N=200) sera utilisée pour tester la robustesse des voies identifiées. Objectif 2 : Valider les mécanismes causaux et évaluer le potentiel thérapeutique. Nous étudierons la causalité et les effets biologiques des métabolites d’intérêt à l’aide de modèles in vitro (cellules rénales) et in vivo (souris urémiques). Nous testerons également le potentiel thérapeutique de la modulation de la voie de la kynurénine dans plusieurs modèles expérimentaux de MRC (adénine, Col4a3–/–, néphropathie diabétique). Le consortium réunit quatre équipes complémentaires : en métabolomique (JC Martin, INSERM U1263, plateforme BIOMET), en épidémiologie et biostatistiques (N. Alencar de Pinho, INSERM U1018), et en recherche clinique et expérimentale sur les toxines urémiques et la voie AhR (L. Koppe, INSERM U1060 ; S. Burtey, INSERM U1263). Grâce à une approche métabolomique étendue, le projet générera de nouvelles pistes mécanistiques et thérapeutiques autour du métabolisme des AAA, et plus largement, pour limiter la progression de la MRC. En termes de perspectives, ACCORDANCE représente une opportunité unique d’intégrer les données métabolomiques aux autres données multi-omiques déjà disponibles dans la cohorte CKD-REIN (protéomique, génomique, métagénomique). Cette intégration permettra une compréhension plus globale et robuste des mécanismes complexes impliqués dans la MRC. En exploitant ces jeux de données combinés, le projet générera des connaissances inaccessibles par des approches isolées. La MRC terminale (dialyse, transplantation) étant l’une des pathologies chroniques les plus coûteuses, tout progrès permettant d’en retarder l’évolution aura un impact économique significatif, en plus d’un bénéfice majeur pour les patients en termes de qualité et d’espérance de vie.

L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est caractérisée par l’augmentation de la pression artérielle pulmonaire. Les patients sont jeunes et ont une courte espérance de vie. L'HTAP résulte d’une dysfonction des cellules vasculaires pulmonaires due à l’acquisition d'un phénotype pro-prolifératif et anti-apoptotique. Ce phénotypique s’explique par une dérégulation de l'expression génique dont les causes restent mal comprises. L’HTAP peut, entre autres, être due à des mutations génétiques. L’étude de ses causes génétiques, a démontré la pertinence d’étudier ces mutations pour toutes les formes d’HTAP. De nombreuses mutations ont été identifiées, mais leur rôle reste, souvent, à définir. Parmi ces mutations, les mutations gain de fonction du facteur de transcription T-box transcription factor 4 (TBX4) sont d’un intérêt particulier, car, 1- Ces mutations sont fréquentes dans les cas d’HTAP génétiques. 2- TBX4 est réactivé dans les formes non-génétiques 3- Le rôle de TBX4 reste mal compris. 4- Nos données montrent que TBX4 régule l’expression des protéines de liaisons à l’ARN. 5- TBX4 régule le développement embryogénique pulmonaire. Basé sur ces données, j’émets l’hypothèse que TBX4 participe à la dérégulation de l’expression génique et à la prolifération des cellules vasculaires pulmonaires au cours du développement de l’HTAP. J’émets également l’hypothèse que les cibles secrétées de TBX4 sont des biomarqueurs potentiels de la sévérité de l’HTAP. Pour répondre à ces hypothèses, j’ai défini quatre objectifs : 1- Déterminer les types cellulaires exprimant TBX4 et les cibles de TBX4 chez les patients atteints d’HTAP porteurs ou non de mutation TBX4. 2- Déterminer le rôle de TBX4 à travers la régulation de ses cibles dans le phénotype des cellules exprimant TBX4 dans les poumons HTAP. 3- Tester si la restauration de l’expression de TBX4 dans des modèles murins d’HTAP prévient, renverse ou bloque le développement de l’HTAP.

L'hématopoïèse clonale de potentiel indéterminé (CHIP) est associée à un risque accru de développer des maladies inflammatoires liées à l'âge. Ce phénomène serait lié à une différenciation biaisée des cellules souches hématopoïétiques (CSH) en cellules myéloïdes inflammatoires, mais les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués restent mal compris. La CHIP est principalement due à des mutations dans des facteurs épigénétiques tels que TET2. La perte de la marque d’hétérochromatine H3K9me3, qui joue un rôle majeur dans la répression des éléments transposables (TE), induit un biais myéloïde. Les TE jouent un rôle crucial dans les réseaux de régulation génique. Nous émettons l'hypothèse que la perte d'hétérochromatine aux TE et l'altération de l'activité de facteurs de transcription (FT) pourraient participer au biais myéloïde dans la CHIP. Nous utiliserons le traçage de lignées pour identifier les origines cellulaires du biais myéloïde lors de la perte de TET2 et pendant l'inflammation chronique mimant le vieillissement. Le rôle enhancer des TE sera évalué par des approches multi-omiques étudiant l'ouverture de la chromatine, la méthylation de l'ADN et différentes marques d'histones aux TE dans les CSH et leurs progéniteurs dans ces conditions. En parallèle, nous utiliserons des modèles mathématiques pour générer des réseaux booléens de l'activité des facteurs de transcription (FT) dans ces cellules. Enfin, nous modulerons l’expression des FT pour valider la collaboration TE/FT dans les modifications du transcriptome et de la fonction des CSH et des progéniteurs myéloïdes. TECHROCHIP réunit trois partenaires ayant l'expertise nécessaire et complémentaire dans des approches de pointe et des modèles génétiques uniques afin de définir la fonction des TE en tant qu'activateurs de réseaux transcriptionnels induisant un biais myéloïde dans la CHIP. Ce projet pourrait révéler de nouvelles stratégies pour limiter ou prévenir les maladies inflammatoires liées à l'âge

L'augmentation de la consommation de fructose a été soulignée par l'institut Anses comme un problème potentiel de santé publique au vu de nombreuses études mettant en avant l'impact de sa surconsommation sur le développement de troubles métaboliques. Néanmoins, l’effet de ce sucre sur les fonctions cérébrales et la santé mentale a été négligé malgré certaines études sur des modèles humains ou animaux suggérant un impact potentiel sur le développement de troubles de l’humeur. Sur la base de données préliminaires solides, Micro2Sweet émet l'hypothèse que le fructose modifie l'humeur par trois voies non exclusives : 1/ l'effet direct du fructose sur le cerveau ; 2/ l'action indirecte du fructose en réponse aux dysfonctionnements métaboliques et 3/ l'action indirecte par la modification du microbiote intestinal. Ces hypothèses pertinentes de notre projet de physiologie intégrative seront étudiées à l'aide d'approches complémentaires via l'analyse d'échantillons humains ou l'utilisation de modèles animaux transgéniques uniques et la réalisation d'analyses du microbiote intestinal et du comportement en plus des études de neurophysiologie.

Le microbiote intestinal constitue un écosystème complexe essentiel à la défense de l'hôte contre les infections et à la maturation du système immunitaire. Les maladies inflammatoires de l'intestin (MICI), telles que la rectocolite hémorragique et la maladie de Crohn, se caractérisent par une inflammation sévère de l'intestin, résultant d’un microbiote dérégulé et d’une réponse immunitaire inappropriée. Ces pathologies nécessitent des traitements à long terme basés sur des thérapies anti-inflammatoires et immunosuppressives, qui entraînent souvent des effets secondaires liés aux médicaments. De plus, certains patients atteints de MICI ne répondent pas bien au traitement, ce qui nécessite le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Les pathobiontes sont actuellement étudiés pour leur rôle actif dans le développement et la sévérité des MICI. Il s'agit de bactéries présentes dans le microbiote d'individus sains sans provoquer de maladie, mais qui ont un potentiel pathogène lorsque l'environnement intestinal est perturbé. Nos recherches ont identifié un nouveau commensal potentiellement pathobionte, capable de moduler les fonctions immunitaires de l'hôte, notamment la production d'IL-22. L'objectif de ce projet est donc d'identifier les mécanismes impliqués dans cette régulation, d'évaluer l'impact sur l'inflammation intestinale et d'examiner l'effet du microbiote intestinal sur les cellules immunitaires humaines isolées chez les patients. Pour ce faire, nous utiliserons des techniques avancées d'immunologie, des approches de biochimie et de biologie synthétique, des modèles de colite chez la souris et un accès unique aux cellules et tissus de patients atteints de MICI. Cela contribuera à comprendre la physiologie intestinale et les mécanismes environnementaux impliqués dans l'inflammation intestinale et ouvrira la voie à de nouvelles approches thérapeutiques potentielles.

Il est reconnu que les interactions précoces entre le microbiome et l'hôte ont une influence majeure sur le développement de l'Holobionte et sur la santé à court et à long terme, notamment en assurant l’homéostasie métabolique et la maturation du système immunitaire de l’hôte. De plus, une altération de la primocolonisation (i.e. vagues successives des premiers microorganismes colonisant la muqueuse intestinale) a été constatée chez les bébés atteints de coliques du nourrisson, un trouble gastro-intestinal fonctionnel courant, lié à une hyperalgésie viscérale chez les bébés. Le principe d’alimentation croisée, correspondant à l’interdépendance des microorganismes entre eux pour l’apport de nutriment, est un facteur majeur de la primocolonisation. Dans le projet Cross-Tivity, nous émettons l'hypothèse que les altérations de l'alimentation croisée en début de vie entraînent des perturbations métaboliques et immunitaires chez l’hôte, conduisant à une sensibilité accrue à la douleur viscérale par des voies dépendantes du microbiote. En combinant des approches ex vivo, in vitro et in vivo, nous prévoyons de déchiffrer comment une primocolonisation altérée provoque des dysfonctionnements de la maturation de la barrière intestinale et du système neuro-immunitaire, ainsi que des réponses altérées au métabolisme énergétique et au stress cellulaire impactant la sensibilité à la douleur viscérale. Ce projet constitue donc une nouvelle stratégie pour étudier l'holobionte humain en début de vie comme une étape cruciale vers la réduction de l'impact sur la santé des altérations du microbiote en début de vie.

La spondylarthrite (SpA) est un groupe de rhumatismes inflammatoires chroniques avec des manifestations axiales et périphériques. Une forte association de la spondylarthrite avec l’allèle HLA-B27 est connue depuis 50 ans, mais le rôle pathogène du HLA-B27 reste largement inexpliqué. La preuve du rôle pathogène du HLA-B27 dans la SpA a été apportée par le développement de rats transgéniques pour le HLA-B27 et la ?2-microglobuline humaine. Ces rats développent spontanément des manifestations cliniques ressemblant à la SpA périphérique et axiale de l'homme. Des études ont montré que l'axe IL-23/IL-17 jouait un rôle clé dans la SpA et la SpA du rat. Initialement, on pensait que les cellules IL-17+ avaient besoin de la signalisation IL-23 pour se différencier en un phénotype pathogène. Cependant, des données récentes ont remis en question cette hypothèse. En outre, on ignore quelle(s) population(s) de cellules productrice(s) d'IL-17 est/sont critique(s) dans les différentes formes de SpA. Nous aborderons cette question en utilisant de nouveaux rats rapporteurs il23r knock-in (KI). Alors que les rats il23r KI hétérozygotes et homozygotes reportent l'expression de l'IL-23R, les rats il23r KI homozygotes abrogent la signalisation de l'IL-23. Nos objectifs sont d'identifier les cellules IL-17+, leur localisation tissulaire et si elles dépendent de l'IL-23 au cours de la SpA périphérique et/ou axiale. Ensuite, nous déterminerons si la signalisation de l'IL-23 est requise pour développer la SpA chez le rat et la capacité des cellules IL-17+ identifiées à induire la SpA du rat. Nous transposerons ces résultats à la SpA humaine périphérique et axiale. Nous identifierons et analyserons le transcriptome des cellules IL-17+ dans les tissus liés à la SpA et testerons leur dépendance à l’IL-23. Ce travail sera réalisé afin de comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans la SpA et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.

Le projet HUMANITY vise à comprendre les mécanismes physiopathologiques de la dystrophie myotonique congénitale (CDM), la forme la plus sévère de dystrophie myotonique de type 1. Cette pathologie se manifeste dès la naissance par une hypotonie musculaire et un retard du développement moteur. La CDM est causée par l’expansion de répétitions CTG dans le gène DMPK, entraînant la séquestration des protéines muscleblind-like (MBNL), essentielles à la régulation de l'épissage alternatif. Cette altération conduit à une immaturité des épissages embryonnaires, perturbant le développement neuromusculaire. Les études actuelles réalisées sur la CDM reposent principalement sur des biopsies de patients, fournissant une vision statique qui ne permet pas de capturer les processus dynamiques du développement musculaire et neuronal. Grâce aux avancées dans l’utilisation des cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), il est désormais possible de modéliser ces processus in vitro. En particulier, les organoïdes neuromusculaires (NMOs) permettent de recréer les interactions cellulaires complexes qui ont lieues au sein de la niche neuromusculaire, constituant ainsi un modèle physiologiquement pertinent pour l'étude de pathologies neuromusculaires. Nos travaux préliminaires ont permis de mettre au point un protocole robuste et reproductible pour générer des organoïdes neuromusculaires à partir de différentes lignées hiPSC. Ces organoïdes possèdent la capacité d’auto-organisation en compartiments distincts, neuronal et musculaire, et contiennent divers types cellulaires essentiels au développement du système neuromusculaire, notamment des motoneurones, des astrocytes et des cellules progénitrices musculaires caractérisées par l’expression du marqueur nucléaire PAX7. Après 100 jours de différentiation, des analyses en microscopie électroniques ont révélé la formation de contacts synaptiques entre neurones et fibres musculaires, ainsi qu’une organisation sarcomérique avancée, témoignant d’une maturation musculaire significative. Par ailleurs, le séquençage des organoïdes à l’échelle de noyaux uniques a confirmé la présence de nombreuses sous populations cellulaires, incluant des progéniteurs du neurectoderme, des neurones, des fibroblastes, et des cellules gliales. L’application de ce protocole sur des cellules hiPSC provenant de patients CDM a permis de générer des organoïdes pathologiques reproduisant les anomalies caractéristiques de la maladie. De plus, en différentiant différentes lignées CDM, ainsi que des lignées contrôles déplétées pour les différents isoformes de MBNL (MBNL KO), nos résultats ont démontré une diminution de la myogenèse associée à une diminution du nombre de cellules PAX7 positives à la fois dans les organoïdes CDM et dans les organoïdes MBNL KO. Ces résultats suggèrent que la perte de fonction des protéines MBNL contribue fortement aux défauts du développement musculaire observés dans la CDM. Ainsi, ce projet propose de modéliser les atteintes de développement du système neuromusculaire avec des organoïdes issus d’hiPSC de patients atteints de CDM. Les trois objectifs principaux sont : 1 - Élucider l'impact phénotypique et fonctionnel de la CDM et des protéines MBNL sur le développement neuromusculaire humain, 2 - Générer un atlas transcriptomique pour cartographier les altérations génétiques dans les cellules affectées par la CDM, ainsi que déterminer spécifiquement le rôle des protéines MBNL dans ces changements d’expression, et 3 - Évaluer les conséquences des transcrits les plus dérégulés sur le développement du système neuromusculaire. En combinant des modèles cellulaires avancés, des approches transcriptomiques de haute résolution et des outils d’édition du génome, ce projet a pour ambition non seulement d’approfondir notre compréhension des mécanismes physiopathologiques de la CDM, mais également d’ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques pour cette maladie invalidante pour les patients.

Le syndrome de détresse respiratoire de l'adulte (SDRA) est une atteinte pulmonaire aigüe complexe sans traitement curatif. La rupture de la barrière alvéolo-capillaire et l'inflammation dérégulée sont des caractéristiques de l’atteinte pulmonaire aigüe communes à toutes les étiologies de SDRA sans que les mécanismes sous-jacents soient connus. Des données préliminaires solides et l’expertise des deux partenaires indiquent que la voie de signalisation de la leptine pourrait jouer un rôle physiopathologique sur l’intégrité de la barrière microvasculaire pulmonaire, potentiellement via des modifications post-transcriptionnelles de la méthylation de l’ARN au niveau de la N6-méthyladénosine (m6A). L’objectif global de ce projet est d’explorer les interactions qui existent entre la signalisation de la leptine et la voie de régulation de la méthylation de l’ARN au niveau m6A dans le poumon, et comment ces interactions impactent l’intégrité et la fonction de la barrière alvéolo-capillaire dans les lésions pulmonaires aigües. Notre approche innovante, grâce à des stratégies in vivo, in situ, ex vivo et in vitro et des modèles de souris transgéniques, ainsi que notre expertise complémentaire vont permettre de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques afin de rétablir l’homéostasie de la barrière alvéolo-capillaire, ce qui améliorera le pronostic des patients. Depuis la pandémie du coronavirus (COVID)-19, le besoin urgent de nouvelles thérapies curatives qui restaureraient l’intégrité de la barrière alvéolo-capillaire dans l’atteinte pulmonaire aigüe est clair. Notre projet interdisciplinaire s’appuie sur des résultats préliminaires solides et des innovations conceptuelles et techniques essentielles à la meilleure compréhension de la physiopathologie de l’atteinte pulmonaire aigüe, à la base de la faisabilité de ce projet à fort potentiel en vue du développement de thérapies innovantes et ciblées dans le SDRA fin d’améliorer la prise en charge et la survie des patients.

Plus de 20 hormones régulant la prise alimentaire et l’absorption de nutriments sont produites par cellules entéroendocrines (CEE), une population rare de l’épithélium intestinal. Différents types de CEE se distinguent par leur localisation, les hormones et les récepteurs exprimés, qui permettent la sécrétion contrôlée d’hormones spécifiques en réponse à divers stimuli. Bien que la production nécessite un apport énergétique important, le métabolisme des CEE reste peu caractérisé. Nos données préliminaires révèlent une activité métabolique spécifique dans les CEE. Les CEE rencontrant différents environnements le long du tractus digestif, les différents types de CEE pourraient dépendre de différents substrats énergétiques, et utiliser différentes voies métaboliques distinctes pour moduler leurs fonctions. Le microbiote intestinal, notamment dans l’intestin distal, influence ce métabolisme en modulant la disponibilité et production de certains substrats comme les acides gras à chaîne courte. Le projet MetabEECs vise à caractériser les spécificités métaboliques des CEE et à déterminer comment les modulations du métabolisme énergétique, comme celles induites par le microbiote intestinal, affectent les fonctions des CEE. L’analyse transcriptomique en cellules uniques, à partie des bases de données humaines et murine disponibles, ainsi que sur des CEE triées issues de souris à microbiote déplété sera couplée à la mesure de l’activité métabolique en CEE uniques de marquées. Nous analyserons également l’effet de modulations métaboliques sur les fonctions des CEE ex vivo via l’utilisation d’organoïdes murins. Ce projet permettra d’explorer et caractériser le métabolisme énergétique des CEE et son importance dans la régulation des hormones intestinales. Il ouvrira ainsi de nouvelles perspectives pour moduler les niveaux endogènes des hormones intestinales faisant du métabolisme des CEE une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement des maladies métaboliques.

Le syndrome des ovaires polykystiques (SOPK), première cause d'infertilité féminine, se manifeste par des cycles menstruels irréguliers, associés à une anovulation chronique et des troubles métaboliques. De nombreux désordres de la cyclicité féminine, dont le SOPK, restent idiopathiques en raison d'une compréhension limitée de la régulation du cycle sexuel. Ce cycle est principalement régulé par l'hypophyse, qui joue un rôle crucial en sécrétant deux hormones : l'hormone lutéinisante (LH) et l'hormone folliculo-stimulante (FSH), produites par les cellules gonadotropes. Ces cellules font preuve d’une plasticité endocrine remarquable au cours du cycle sexuel, culminant dans une libération massive de LH et de FSH déclenchant l'ovulation. Toutefois, en raison de l'hétérogénéité de l'hypophyse, les mécanismes moléculaires régissant cette décharge préovulatoire sont encore mal caractérisés. Le developpement d’analyses multi-ome en cellule unique permet aujourd'hui d'analyser simultanément l'expression génique et l'activité régulatrice au sein d'une cellule, offrant ainsi une opportunité unique d'explorer les réseaux de régulation dans des tissus complexes comme l'hypophyse. Le projet FEMCYCLE vise à identifier les réseaux de régulation génique programmant la plasticité des cellules gonadotropes lors de la décharge préovulatoire chez la ratte par des analyses ScMultiome innovantes. Nos premiers résultats remettent déjà en cause le paradigme actuel sur la décharge ovulante et révèlent des comportements épigénétiques et cellulaires inattendus des cellules gonadotropes. Les dérégulations de ces réseaux seront étudiées dans un modèle préclinique de ratte SOPK et chez des femmes atteintes de troubles chroniques de l'ovulation. En alliant recherche fondamentale, études précliniques et translationnelles, ce projet devrait apporter un éclairage nouveau sur la plasticité des cellules gonadotropes, ouvrant la voie à une meilleure prise en charge de l'infertilité féminine.

Les lésions de la moelle épinière cervicale (SCI) touchent plus de 450 000 patients chaque année, entraînant une paralysie du diaphragme et une dysfonction respiratoire dues aux dommages des voies respiratoires bulbospinales et des motoneurones phréniques. Nous avons montré que la stimulation trans-spinale par thêta-burst (TBS) améliore transitoirement l'activité diaphragmatique chez des rats présentant une SCI. Ce projet vise à développer un protocole de stimulation magnétique trans-spinale déclenchée par la respiration (rTSMS) afin d'améliorer la fonction neurorespiratoire après SCI. Nous émettons l'hypothèse que la rTSMS lors de phases respiratoires spécifiques (inspiration vs expiration) améliorera la fonction diaphragmatique. Ce projet comportera quatre objectifs principaux : 1) Stimulation déclenchée par la respiration en développant un système de rTSMS en fonction des phases du diaphragme. Les réponses diaphragmatiques lors de la rTSMS seront évaluées pour mesurer l'excitabilité des motoneurones phréniques ; 2) Stimulation par thêta-burst pour tester si la TBS déclenchée par l'inspiration offre des améliorations plus durables de l'activité diaphragmatique ainsi que les neurotransmetteurs impliqués dans ces effets (5-HT et adénosine) ; 3) Efficacité thérapeutique pour évaluer les effets de la TBS chronique (5 jours/semaine pendant 4 semaines) sur la récupération respiratoire par pléthysmographie, hémodynamique spinale, intégrité du circuit moteur phrénique et remodelage au niveau du diaphragme et 4) Dépistage non ciblé en utilisant la transcriptomique et la protéomique in situ pour identifier les voies cellulaires et moléculaires dans et autour des motoneurones phréniques, afin de comprendre les mécanismes thérapeutiques induits par TBS. Cette étude pourrait établir la rTSMS comme nouveau traitement pour les troubles respiratoires après SCI, posant ainsi les bases de futurs essais cliniques chez les patients atteints de lésions médullaires.

Les virus à ARN représentent l'un des défis majeurs pour la santé publique mondiale, en particulier en raison de leur lien avec des maladies infectieuses émergentes. Parmi ces agents pathogènes, les virus transmis par les arthropodes, appelés Arbovirus, se distinguent par leur impact néfaste sur la santé humaine. Parmi les exemples d’Arbovirus les plus notables, les virus Zika et Chikungunya ont provoqué de graves épidémies dans de nombreuses régions au cours des deux dernières décennies. Ces épidémies ont touché des millions de personnes, entraînant certaines complications graves telles que des malformations congénitales, des douleurs chroniques et des atteintes neurologiques, ainsi que des conséquences sanitaires, sociétales et économiques majeures. La compréhension des mécanismes sous-jacents à ces infections est cruciale pour lutter efficacement contre ces virus et prévenir de futures pandémies mondiales, comme celle que nous avons récemment vécue avec le COVID-19. Une recherche approfondie sur les cycles de réplication de ces virus et sur les réponses immunitaires qu'ils déclenchent est essentielle pour comprendre leur propagation et concevoir de nouveaux traitements antiviraux. Les processus de localisation, de traduction et de réplication du génome viral sont non seulement complexes, mais aussi finement régulés. Chaque étape de la réplication virale est orchestrée avec une précision remarquable. Malgré les efforts considérables investis dans l'étude des virus à ARN, des lacunes importantes demeurent dans notre compréhension des mécanismes spatio-temporels qui se déroulent pendant l'infection virale dans les organismes vivants. Des questions fondamentales persistent, telles que : comment évolue la dynamique de la traduction virale au cours de l'infection ? Quelle est la rapidité de la réponse des cellules de l'hôte, et comment cette réponse varie-t-elle en fonction du type cellulaire ou du stade de développement au moment de l'infection ? Pour répondre à ces interrogations, nous envisageons d'exploiter les avancées récentes en méthodologie d'imagerie et de suivi de la traduction des ARNm en molécules uniques dans un modèle vivant, le poisson zèbre (Danio rerio). Le poisson zèbre présente plusieurs avantages en tant que modèle d'étude : sa transparence pendant les stades larvaires permettant une visualisation directe des dynamiques biologiques, et sa génétique facilement manipulable ouvrent des perspectives prometteuses pour l'étude des virus et de leurs interactions avec les cellules hôtes. Notre objectif est de disséquer, in vivo, l'interaction entre la dynamique de traduction et de réplication des virus Zika, Chikungunya et Sindbis, en corrélation avec la réponse immunitaire des cellules infectées. En utilisant des approches de pointe combinant le suivi à haute fréquence temporelle de molécules uniques par microscopie à fluorescence de dernière génération et des analyses à l'échelle du génome entier par séquençage en cellules uniques de la réponse immunitaire induite, nous visons à collecter des données détaillées sur la relation spatio-temporelle entre cycle cellulaire viral et les réponses immunitaires. Cette approche innovante permettra d'obtenir une vue d'ensemble holistique et en temps réel de la dynamique du cycle viral et de l'immunité associée, avec pour objectif d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. En fin de compte, ces recherches pourraient contribuer à la lutte contre ces virus émergents et à la protection de la santé publique mondiale, en apportant des éclairages sur les mécanismes sous-jacents aux infections virales et en facilitant le développement de traitements adaptés à l'évolution de ces menaces.

Le système génique HLA (antigènes leucocytaires humains) est le plus polymorphique (>20000 protéines ou antigènes HLA, différant par au moins un acide aminé, réparties sur 11 gènes importants en transplantation et regroupées en 120 groupes sérologiques). Il est impliqué dans la présentation des peptides au lymphocyte T, acteur majeur de la réponse immunitaire. C’est le Complexe Majeur d’Histocompatibilité humain, responsable de la majorité des pertes d’organes greffés, via le rejet immunologique, surtout humoral. Le rejet médié par anticorps spécifiques du donneur (DSA) n’est en effet pas maitrisé par les traitements immunosuppresseurs actuels. Un DSA reconnait un épitope allogénique à la surface d’un ou plusieurs antigènes HLA, centré sur un éplet, polymorphisme du donneur absent du receveur. Le profil sérologique d’un patient est établi contre près de 200 antigènes HLA fréquents en test « single antigen luminex ». La compatibilité donneur/receveur pour la greffe est estimée « seulement » à l’échelle du groupe sérologique, sans considérer les variations subtiles des antigènes, réelles causes d’immunisation. Nous étudierons la diversité HLA pour définir éplets et épitopes, et les propriétés immunologiques de prototypes jugés représentatifs car cliniquement majeurs (groupe A2, et antigènes HLA-DQ) en combinant plusieurs approches : analyse algorithmique d’un très grand nombre de profils anticorps sériques (issus du projet PHRC national ACORGHLA, NCT03861962), modélisation moléculaire et superposition structurale de ces 200 antigènes, réactivité des sérums contre des cellules exprimant un seul allèle HLA ou un mutant généré à dessein, génération d’anticorps monoclonaux humains issus de patients porteurs de DSA. Nous développerons aussi des compétiteurs de petite taille (anticorps à domaine unique, ou « nanobody ») qui pourraient ultérieurement trouver une application en traitement/prévention du rejet humoral. Ce projet fait suite à l’ANR EPIHLA 2022-2025.

L'immunité innée constitue la première ligne de défense contre les pathogènes et conditionne l'apparition de l'immunité acquise. Les mécanismes moléculaires qui contrôlent son activation sont donc particulièrement intéressants pour identifier les facteurs qui ont un impact sur les infections, et pour identifier des cibles pour de nouveaux traitements. Lors d'une infection, les bactéries sont détectées par des récepteurs de reconnaissance des pathogènes (PRRs) sur les cellules immunitaires et sur les cellules immunitaires « non professionnelles », telles que les cellules épithéliales, qui jouent le rôle de sentinelles. Après s'être liés aux motifs moléculaires associés aux pathogènes (PAMPs), les PRRs déclenchent des voies de signalisation pro-inflammatoire qui entraînent la sécrétion d'un large éventail d'effecteurs immunitaires tels que les cytokines, les chimiokines et les peptides antimicrobiens. L'ADP-heptose a été récemment décrit comme un nouveau PAMP bactérien. Il s'agit d'un métabolite soluble de la voie de synthèse du lipopolysaccharide de la plupart des bactéries à Gram négatif. Une fois dans le cytoplasme de la cellule hôte, il se lie à l'alpha-protéine kinase 1 (ALPK1) qui agit comme un PRR. À son tour, ALPK1 phosphoryle les protéines adaptatrices TIFA, un processus qui déclenche leur oligomérisation massive en structures multi-protéiques appelées TIFAsomes. Ce mécanisme aboutit à l'activation de TRAF6 et NF-kB et à l'expression de gènes pro-inflammatoires. Bien que l’axe ADP-heptose/ALPK1/TIFA soit activé par un nombre croissant de bactéries, cette nouvelle voie de l’immunité innée reste encore très mal caractérisée. Les objectifs du projet ADPH-WHAT4 sont donc de déterminer comment l'ADP-heptose est délivré dans les cellules lors d'une infection, de comprendre sa contribution potentielle à la propagation de l'inflammation au sein d’un épithélium infecté, et de caractériser son impact sur les activités anti-infectieuses des neutrophiles.

La maladie de Crohn (MC) est une maladie inflammatoire chronique de l’intestin dont la pathogénèse exacte reste inconnue. Elle est associée à la fois à des polymorphismes de certains récepteurs de l’immunité innée détectant des molécules bactériennes, et à une diminution de Faecalibacterium, une bactérie intestinale anti-inflammatoire. L'administration orale de Faecalibacterium pourrait représenter une nouvelle stratégie thérapeutique pour les patients atteints de MC. Cependant, les molécules bactériennes, les récepteurs de l'hôte et les voies de signalisation impliquées sont encore mal compris et nécessitent des recherches supplémentaires. Le but de ce projet est de définir le rôle de l’interaction entre Faecalibacterium et les récepteurs de l’hôte en conditions physiologiques et dans la MC. Pour cela, nous souhaitons (i) caractériser l’effet de différentes espèces/souches de Faecalibacterium et des constituants de leur paroi sur l’activation des récepteurs de l’immunité innée en utilisant des approches in vitro et in vivo et (ii) tester la capacité de certaines enzymes bactériennes remodelant la paroi de Faecalibacterium à générer de façon active des ligands des récepteurs de l’immunité innée. Ce projet, mené par des équipes de l’INSERM, de l’Institut Pasteur et de l’INRAe permettra d’ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques dans la MC, utilisant Faecalibacterium ou des constituants de sa paroi pour induire des réponses anti-inflammatoires.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) et la dystrophie musculaire de Becker (BMD) sont des maladies neuromusculaires causées par des mutations du gène DMD, entraînant un déficit gradué en dystrophine. Bien que la faiblesse musculaire progressive soit la manifestation principale, les déficits cognitifs sont de plus en plus reconnus comme comorbidités. Les fonctions neurologiques précises des isoformes de la dystrophine restent cependant mal définies, limitant ainsi le développement de thérapies ciblées pour les troubles cognitifs des patients. Notre étude est fondée sur un panel unique de quatre modèles de rats génétiquement modifiés par édition génomique, reproduisant des mutations humaines parmi les plus fréquentes : duplication des exons 10-17, délétion de l’exon 45 et délétion de l’exon 52 pour la DMD, ainsi qu'une délétion des exons 45-47 pour la BMD. Ces modèles isogéniques, développés sur l'unique fonds génétique non consanguin Sprague Dawley, plus propice aux études translationnelles, offrent un panel génétique sans précédent pour analyser de façon robuste les rôles distincts des isoformes Dp427 et Dp140 dans le cerveau, tout en conservant une diversité génétique plus proche de celles des patients que ne le font les modèles consanguins de souris. Grâce à des technologies de pointe incluant l’analyse comportementale assistée par intelligence artificielle, l’imagerie PET scan et le séquençage du transcriptome à l'échelle de la cellule unique, nous caractériserons de manière systématique le phénotype comportemental et cognitif des rats, ainsi que les mécanismes moléculaires sous-jacents. Cette approche intégrative vise à identifier les processus pathogènes spécifiques aux isoformes, découvrir de nouveaux biomarqueurs et cartographier les réseaux cellulaires altérés dans les régions cérébrales clés. Afin d’évaluer la réexpression postnatale de la dystrophine comme stratégie thérapeutique, nous utiliserons des technologies de transfert de gène, incluant des binômes de vecteurs AAV et des nanoparticules dérivées de vésicules extracellulaires de microalgues, pour délivrer des constructions optimisées de midi-dystrophine. Cette approche nous permettra d’évaluer le potentiel de restauration comportementale et cognitive et d’apporter des informations essentielles sur la plasticité cérébrale postnatale en réponse à la restauration de la dystrophine. En exploitant des données d’expression et des analyses fonctionnelles issues de ces modèles génétiques, nous visons à préciser les contributions spécifiques des Dp427 et Dp140 à l’architecture synaptique, tout en mettant en évidence d’autres mécanismes pathogéniques. Ce travail contribuera non seulement à une meilleure compréhension des rôles de la dystrophine dans le système nerveux central, mais aussi au développement de stratégies thérapeutiques adaptées aux différentes classes de mutations. Nos résultats auront des implications importantes pour la DMD et la BMD, avec le potentiel d’orienter les futurs essais précliniques et cliniques ciblant les déficits comportementaux et cognitifs chez les patients atteints.

Les variations génétiques naturelles affectant le système nerveux ont une contribution majeure à l'évolution des espèces. FISHOLF décryptera les mécanismes par lesquels les variations intra- ou inter-espèces conduisent à des changements adaptatifs dans l'organisation du système olfactif, la sensibilité, les préférences olfactives et les comportements associés. Nous avons choisi d’étudier 2 espèces de poissons : les formes cavernicoles aveugles et de surface d'Astyanax mexicanus apporteront des informations évolutives, et le poisson zèbre des outils d’imagerie et de neurogénétique. Nous nous concentrerons sur les récepteurs et circuits neuronaux impliqués dans la détection de l'alanine et la cystéine, car les Astyanax de surface et de grotte d'une part, et les Astyanax et le poisson zèbre d'autre part, présentent des différences marquées dans leur sensibilité et réponse comportementale à ces 2 odeurs. 1. Par traçage anatomique, nous documenterons et comparerons les projections des neurones sensoriels olfactifs et l'organisation glomérulaire chez les 3 poissons, et par traçage fonctionnel nous étudierons les différences d'activation neuronale lors de la stimulation par les 2 odeurs. 2. Nous identifierons les récepteurs de l'alanine et de la cystéine chez l’Astyanax cavernicole par une nouvelle stratégie basée sur RNAseq en cellule unique. Nous caractériserons l’expression et la distribution des gènes récepteurs orthologues dans les sous-types de neurones sensoriels des 3 poissons. 3. Par édition de génome médié par CRISPR-cas9, nous générerons des lignées reportrices fluorescentes knock-in et knock-out de zebrafish ainsi que knock-out d'Astyanax cavernicole pour le récepteur olfactif à l’alanine. Ainsi, nous analyserons in vivo le développement et l'activité fonctionnelle du circuit impliqué dans la réponse à l'alanine, et testerons le rôle du récepteur de l’alanine dans l'organisation de son propre circuit, de ses cibles glomérulaires, et le contrôle des comportements de recherche alimentaire qu'il gouverne. FISHOLF est un projet original et d’actualité abordant une question clé liée à l’adaptation olfactive chez les vertébrés, jamais explorée jusqu’à présent.

Le cervelet est essentiel chez tous les vertébrés à mâchoires pour le contrôle moteur et les fonctions cognitives. Les neurones cérébelleux proviennent principalement de deux niches germinatives : la zone ventriculaire et la lèvre rhombique supérieure (URL), un tissu spécialisé ayant des propriétés de niche pour les cellules souches neurales (NSC). Des études récentes ont révélé l'architecture de la lèvre rhombique humaine (RL) et comment des défauts dans son développement sont associés à divers syndromes humains. Ces découvertes remettent en question la vision centrée sur les rongeurs du développement de la RL, soulignant la nécessité de nouveaux modèles expérimentaux et une meilleure compréhension des voies et des gènes régissant les trajectoires de l'URL. Les facteurs T (TCF) sont des facteurs de transcription (TF) essentiels de la voie Wnt. L'activité des TCF et l'expression des gènes proneuraux Hairy et Enhancer of Split (Hes/Hey) sont des marqueurs clés de l'auto-renouvellement des NSC. L'activité des TCF et les transcrits Hes/Hey ont été détectés dans l'URL chez plusieurs espèces, mais leurs rôles et leurs interactions régulatrices dans la RL cérébelleuse humaine restent largement inconnus. Nos recherches montrent que les amphibiens sont un modèle pertinent pour étudier le développement de l'URL chez les vertébrés. Nous avons aussi découvert que les TF BARHL inhibent l'activité des TCF et influencent les décisions de destin cellulaire dans l'URL, probablement via des interactions avec les TCF, Groucho(GRO)/TLE et les HES. LockOnURL adopte une approche transdisciplinaire et multi-échelle combinant la biologie computationnelle, l'intelligence artificielle, les multi-omiques, la bioinformatique, la biologie moléculaire, la biochimie et la biologie du développement, allant des embryons de Xenopus aux organoïdes humains. L'objectif est de caractériser le réseau interactif TCF/TLE/BARHL/HES, en examinant sa structure 3D et son impact transcriptionnel sur la biologie de l'URL cérébelleuse Les objectifs de LockOnURL sont : 1. Identifier et valider les surfaces d'interaction et les déterminants de spécificité des protéines TCF, Gro/TLE, BARHL et HES, et développer un algorithme d'apprentissage profond pour prédire les interactions entre protéines désordonnées. 2. Définir les profils transcriptomiques et les trajectoires d'expression génique pendant la neurogenèse précoce chez les amphibiens à l'aide de techniques multi-omiques, y compris le séquençage de noyaux uniques (SN) et l'Assay for Transposase-Accessible Chromatin (ATAC), et les comparer aux mammifères. 3. Examiner comment l'altération de l'activité des TCF impacte la différenciation cellulaire et la progression dans l'URL/EGL. 4. Étudier l'activité des TCF dans les organoïdes cérébelleux humain et évaluer les effets de l'activation ou de l'inhibition des TCF sur le destin cellulaire de l'URL LockOnURL documentera les structures, les stœchiométries, les modifications post-traductionnelles et les partenaires d'interaction potentiels du réseau interactif TCF/TLE/BARHL/HES. Un outil computationnel sera aussi mis en place pour prédire les interactions entre protéines désordonnées. LockOnURL suivra les trajectoires cellulaires et les réseaux régulateurs de gènes dans le développement cérébelleux des amphibiens, tout en menant une comparaison inter-espèces des trajectoires de l'URL. LockOnURL vise à établir un modèle robuste pour étudier les changements développementaux nuisibles dans le développement précoce du cervelet. LockOnURL fournira des informations inédites sur le rôle de la signalisation TCF dans le développement cérébelleux. Le projet offrira également des informations sur les hiérarchies de développement dans la RL humaine, mettant en lumière les processus dérégulés dans les cellules cancéreuses et offrant des pistes pour des approches thérapeutiques potentielles.

Le projet BrainMicroWiring explorera le lien entre le microbiote et la microglie dans le développement du cerveau humain, en se concentrant sur les circuits inhibiteurs corticaux. Au cours des trois premières années de vie, le microbiote colonise l'intestin tandis que le cerveau se développe par synaptogenèse et élagage synaptique. L'objectif est de déterminer si les signaux du microbiote intestinal régulent l'activité microgliale. Une attention particulière sera portée aux Lactobacilli, influencés par l'alimentation postnatale. Bien que la microglie soit essentielle à l'élagage synaptique chez les animaux, son rôle dans le cerveau humain reste incertain. La signalisation microbiote-microglie pourrait réguler la formation des circuits neuronaux, en particulier des interneurones, durant les trois premières années de vie de l'enfant. Une communication perturbée entre microbiote et microglie pourrait contribuer aux malformations corticales. Pour valider cette hypothèse, le projet utilisera des biopsies cérébrales pédiatriques et des analyses de microbiote d'enfants de 0 à 3 ans, avec ou sans malformations corticales. Les expériences incluront des enregistrements électrophysiologiques et de l'imagerie des microglies dans des tranches corticales humaines et des cultures organotypiques. En collaboration avec l'Hôpital Necker, nous corrélerons les antécédents cliniques des patients avec leur microbiote pour traduire les résultats en pratique clinique. Un modèle de primate non humain (macaque) sera également utilisé pour valider ces mécanismes, permettant d'étudier le rôle du microbiote dans les interactions microglie-neurone à des stades spécifiques du développement cérébral. Ces études, représentent une étape cruciale vers la compréhension de l'axe microbiote-microglie dans le développement du cerveau humain et pourraient révéler de nouveaux mécanismes des malformations cortical ouvrant la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Le métabolisme complexe de l’ARN régule le répertoire moléculaire et la fonction cellulaire des neurones, en coordonnant la synthèse protéique dans l’espace et le temps et en contrôlant le développement neuronal, la polarité et la connectivité synaptique. Lorsque cette régulation fine est perturbée, elle peut entraîner des pathologies sévères, comme la dystrophie myotonique de type 1 (DM1). Cette maladie multisystémique résulte de l’expansion anormale d’une répétition CTG non codante, conduisant à l’accumulation d’ARN toxiques qui interfèrent avec des protéines essentielles. DM1 est un modèle clé de toxicité de l’ARN, apportant un éclairage unique sur les anomalies du traitement de l'ARN dans le développement neuronal et la neurodégénérescence. Bien que la DM1 ait d’abord été étudiée pour ses symptômes musculaires, des preuves solides montrent qu’il s’agit aussi d’une maladie cérébrale, marquée par de graves troubles cognitifs et comportementaux. Cependant, ses mécanismes neuropathologiques restent mal compris, ce qui freine le développement de traitements ciblant le système nerveux central. Nos travaux remettent en question le modèle actuel : nous observons que la DM1 perturbe la structure axonale, le transport vésiculaire et les voies de signalisation intracellulaires. En particulier, nous avons identifié des anomalies morphologiques et fonctionnelles du segment initial de l'axone (AIS), un site clé pour l'initiation du potentiel d'action et le chargement vésiculaire, ainsi qu’un trafic vésiculaire synaptique altéré et une activité kinase perturbée. Ce projet vise à étudier les mécanismes physiopathologiques du dysfonctionnement neuronal dans la DM1, en combinant neurobiologie moléculaire, imagerie haute résolution, transcriptomique, protéomique et électrophysiologie. Notre approche repose sur quatre axes. D'abord, nous caractériserons en profondeur la morphologie et la fonction axonales des neurones DM1, avec un focus particulier sur l’AIS. Grâce à l’imagerie en temps réel et aux matrices de multiélectrodes de haute densité couplées à des circuits microfluidiques, nous évaluerons comment les anomalies de l’AIS affectent la fonction et la plasticité neuronales en réponse à l’activité synaptique. Ensuite, nous analyserons les défauts du transport axonal dans des cellules vivantes en utilisant des méthodes innovantes de suivi vésiculaire, combinant des traceurs fluorescents codés génétiquement et des nanodiamants fluorescents. Puis, nous réaliserons des analyses transcriptomiques et phosphoprotéomiques subcellulaires pour examiner comment la DM1 altère la localisation des ARN et la signalisation moléculaire avec une résolution inégalée. Enfin, en nous appuyant sur ces découvertes, nous explorerons des stratégies thérapeutiques ciblées, incluant la thérapie génique et la modulation de kinases, dans le but d’atténuer ou d’inverser les phénotypes neuronaux de la DM1. Notre étude repose sur un modèle murin transgénique unique de la DM1, développé par le laboratoire coordinateur, qui reproduit les principales caractéristiques moléculaires et neurologiques de la maladie. Pour assurer la pertinence translationnelle, nos résultats seront validés sur des neurones dérivés d'iPSC humaines et des tissus cérébraux post-mortem. Ce projet réunit trois équipes aux expertises complémentaires en production de modèles murins transgéniques, neurobiologie, multi-omiques, microfluidique et biophotonique. L'approche interdisciplinaire du consortium est non seulement un atout, mais une nécessité pour aborder la complexité neurologique de la DM1. En clarifiant les mécanismes du dysfonctionnement axonal et synaptique dans la DM1, nous révélerons des processus pathologiques cérébraux encore inexplorés. Ce travail ouvrira la voie à de nouvelles approches thérapeutiques, non seulement pour la DM1, mais aussi pour d'autres maladies neurologiques impliquant l'expression d'ARN toxique, dont la DM1 est le prototype.

L'un des principaux défis des neurosciences modernes est de déterminer comment la connectivité synaptique au sein des réseaux neuronaux façonne leurs fonctions, une étape critique dans la rétro-ingénierie des fonctions cérébrales de base et complexes. Cependant, les méthodes actuelles d'évaluation de la connectivité sont limitées. Les approches existantes s'appuient soit sur des modèles statistiques dépourvus de validation expérimentale, soit sur des enregistrements électrophysiologiques unicellulaires à faible débit réalisés in vivo ou ex vivo. La solution à ce défi fondamental réside dans l'acquisition entièrement optique de signaux d’origine électrophysiologique in vivo - une approche puissante combinant l'enregistrement optique du potentiel membranaire à l’échelle des neurones individuels doublé d’une stimulation optogénétique précise également à l’échelle cellulaire. Cette méthode tout optique permet de mesurer directement les poids synaptiques entre les neurones chez des animaux éveillés pendant plusieurs jours donc chronique, offrant ainsi des opportunités sans précédent pour les études longitudinales de connectivité. Cependant, malgré son grand potentiel, la faisabilité de cette approche n'a pas encore été prouvée. Dans ce projet, quatre équipes d'experts en imagerie fonctionnelle in vivo utiliseront un nouveau microscope à deux photons basé sur des déflecteurs acousto-optiques (AOD), issu des travaux de recherche de l’une des équipes et disséminé par une startup française, pour établir cette preuve de concept. Nous effectuerons des mesures de connectivité dans des neurones définis fonctionnellement et génétiquement in vivo, à travers différents types de cellules et échelles spatiales, à la fois chez la souris et le poisson zèbre, en tirant parti des deux modes de fonctionnement du microscope, ULoVE et 3D-CASH, adressant les neurones respectivement en 2D et en 3D. Bien que nous ayons déjà des preuves d'enregistrements stables du potentiel de membrane en utilisant la technique ULoVE pour les neurones exprimant la sonde de voltage génétiquement encodée JEDI-2P, nous optimiserons la combinaison d'opsines, d'indicateurs de voltage et de techniques de stimulation basées sur la microscopie à deux photons AOD pour améliorer la sensibilité au potentiel de membrane sous le seuil de décharge, réduire les interférences pendant l'enregistrement optique du voltage et assurer une grande précision temporelle. Nous affinerons les paramètres d'utilisation des approches ULoVE et 3D-CASH afin d'élargir l'étude de la connectivité synaptique. Nous validerons notre méthodologie à deux échelles différentes. Au niveau du circuit local, nous sonderons la connectivité au sein de circuits neuronaux fonctionnellement définis chez la souris et étudierons les règles de connectivité unisensorielle et multisensorielle dans les réseaux neuronaux des cortex visuel et auditif. Au niveau du cerveau entier, nous utiliserons le modèle du poisson zèbre pour estimer la connectivité à l'échelle du cerveau, en cartographiant les interactions entre des centaines de régions cérébrales, chacune contenant des centaines de neurones, et nous étudierons comment la connectivité à l’échelle mésoscopique définit l'activité cérébrale spontanée. Ce projet démontrera l'importance de cette méthodologie révolutionnaire à haut débit pour la cartographie de la connectivité neuronale chez les animaux éveillés.

Le trouble dépressif majeur est l’une des pathologies psychiatriques les plus invalidantes au monde. Les antidépresseurs conventionnels, comme les inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (ISRS), constituent le principal traitement mais présentent de nombreuses limites, comme une résistance observée chez 30% des patients et un bénéfice clinique n’apparaissant qu’après plusieurs semaines de traitement. Des études récentes ont montré que les agonistes hallucinogènes du récepteur 5-HT2A (5-HT2AR) de la sérotonine comme le LSD ou la psilocybine, induisent des effets antidépresseurs rapides qui persistent jusqu’à 5 semaines après le traitement. Des études ont également démontré que ces composés induisent une plasticité synaptique cependant les mécanismes impliqués dans les effets antidépresseurs de ces molécules restent à démontrer. Dans une étude récente, le coordinateur du projet a montré que les agonistes 5-HT2AR peuvent produire des effets de type antidépresseurs indépendamment de leurs propriétés hallucinogènes et, de manière surprenante, que l'effet antidépresseur de la psilocybine est indépendant de l'activation des 5-HT2AR. Le but de ce projet est de caractériser les mécanismes d'action antidépressive des agonistes 5-HT2AR hallucinogènes et non hallucinogènes dans des modèles précliniques de dépression à haute valeur translationnelle chez la souris. Le projet Magic-Hall poursuivra les objectifs suivants : 1) étendre nos études préliminaires à un modèle de dépression d'étiologie différente ; 2) déterminer les mécanismes sous-jacents aux effets antidépresseurs des agonistes 5-HT2AR hallucinogènes et non-hallucinogènes (en comparaison avec la kétamine) à l'échelle du circuit neuronal (identification des ensembles de neurones répondant aux agonistes hallucinogènes et non-hallucinogènes) 3) à l'échelle synaptique (impact sur l'homéostasie neurochimique, la transmission synaptique et la plasticité) et 4) à l'échelle moléculaire (caractérisation du protéome et phosphoprotéome induits par les différentes molécules).

La leucinose (MSUD ou déficit en déshydrogénase des 2-cétoacides à chaîne ramifiée) est une maladie métabolique autosomique récessive rare dont 80% des patients présentent des variants dans les gènes BCKDHA ou BCKDHB et dont le traitement reste imparfait. Le traitement diététique est difficile à suivre à vie et ne prévient pas l’apparition de difficultés neuropsychiatriques à long terme. La greffe de foie, qui ne corrige que 10 % de l'activité enzymatique totale est thérapeutique. Les faibles niveaux d'activité résiduelle requis et la présence de biomarqueurs informatifs ont incité à tester la thérapie génique (TG) AAV ciblant le foie chez des souriceaux MSUD présentant une mortalité précoce. Nous avons montré que la TG néonatale avec un promoteur ubiquitaire était curative alors que son efficacité était moindre avec un promoteur spécifique du foie. Les données de cette première étude ont des limites. 1) La dose (1014 vg/kg) utilisée pour la TG AAV avec un promoteur constitutif, n'est pas facilement utilisable chez l'homme en raison du risque potentiel de toxicité hépatique aiguë. Nos données suggèrent que cibler d’autres organes que le foie a une efficacité thérapeutique, en particulier pendant la période néonatale. 2) La TG par AAV ciblant le foie en période néonatale perd son efficacité au fil du temps en raison de la nature non intégrative de l'AAV. OPTIMSUD vise à développer des stratégies pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus. Nous allons i) développer une TG AAV innovante ciblant le muscle afin de dé-cibler le foie tout en améliorant le ciblage musculaire, pour améliorer la sécurité de la TG néonatale à haute dose (dans le modèle murin Bckdha-/-), ii) tester différents transgènes et combinaisons capside/promoteur pour réduire la dose minimale efficace et iii) appliquer la même approche au transfert de gène BCKDHB dans le modèle murin Bckdhb-/-. Ce projet collaboratif optimisera la TG AAV pour la leucinose pour conduire à son application clinique.

Les néphrites interstitielles (NI) sont caractérisées par un infiltrat inflammatoire affectant l'interstitium et les tubules rénaux. Ces caractéristiques peu spécifiques ne permettent souvent pas d'identifier une étiologie particulière. Récemment, des cas de NI ont été décrits chez des patients atteints de myélodysplasie, maladie hématologique caractérisée par l'acquisition d'une hématopoïèse clonale (CH) de la lignée myéloïde. Cependant, cette CH acquise peut également survenir à l'état présymptomatique, en association avec le vieillissement. Outre le risque de transformation maligne, ces mutations ont été associées à des manifestations pro-inflammatoires, impliquant les cellules myéloides et l'immunité innée. Hypothèse: Certaines NI pourraient être liées à une infiltration directe du rein par des cellules porteuses de CH. Objectif: Comprendre le rôle physiopathologique de la CH au cours des NI. De façon préliminaires, nous avons identifié 38 patients avec NI et infiltrat à cellules myéloides, dont 84% avec un CH circulante. Chez 11/24 patients, des cellules clonales ont également été détectées dans l'échantillon de rein. Après revue histologique de biopsies rénales avec NI (138 cas avec ADN circulant disponible), nous rechercherons une CH dans le sang et le rein, et caractériserons la signature protéique (imagerie Hyperplex, Lunaphore), et les voies de signalisation (transciptomique spatiale, GeoMx, Nanostring) impliquées dans les Clon-IN chez l'homme. En outre, nous développerons des modèles murins de Clon-IN en exposant des souris avec CH à des lésions rénales. Nous comparerons les voies moléculaires impliquées dans les modèles murins et et chez les patients, pour proposer de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant ces voies. Notre étude permettra de caractériser les Clon-IN, et de démontrer le lien direct entre clones circulants et infiltration rénale, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques dans ces pathologies.