Projets

La prolifération cellulaire implique que les chromatides sœurs nouvellement répliquées soient tirées vers chacune des futures cellules filles. Chez les eucaryotes, la ségrégation n’arrive qu’une fois la phase S et la restructuration des chromosomes terminées. L’association des chromatides sœurs pendant les phases S et G2 est appelées Sister Chromatid Cohesion (SCC). La SCC est générée par les cohésines, un complexe multi protéique composé de protéines SMC (Structural Maintenance of Chromosome) et de leurs partenaires. Les cohésines sont déposées derrières les fourches de réplication durant la phase S. Chez les bactéries, réplication et ségrégation sont concomitantes. Les chromosomes bactériens ne contiennent qu’une seule origine de réplication bidirectionnelle qui définit deux brase de réplication. Alors que la réplication progresse le long des bras, les loci nouvellement répliqués migrent vers les pôles opposés de la cellule. L’observation de la ségrégation de loci individuels a démontré l’existence d’un délai de quelques minutes entre leur moment de réplication et le début de leur ségrégation. Pendant ce délai les chromatides sœurs sont en interaction. Bien que les bactéries ne disposent pas d’orthologue des cohésines nous appellerons cette étape de bacterial sister chromatid cohesion (bSCC). Les études réalisées dans différents laboratoires, incluant le groupe d’O. Espéli (Partner 1 du projet BaCh), ont suggéré que le délai de ségrégation était, en partie, causé par le temps pris par la topoisomérase IV pour enlever les liens de caténation formés à l’arrière des fourches de réplication. Nous avons récemment démontré, qu’en présence de cassures double brin de l’ADN, la SCC est dépendante de l’induction de la réponse SOS et plus particulièrement de l’activité de la protéine RecN. RecN est une protéine SMC, ce qui suggère que son action pourrait être similaire à celle des cohésines eucaryotes. La découverte de RecN comme facteur étendant la durée de la période de bSCC suggère que, comme chez les eucaryotes, la SCC est une étape importante du cycle cellulaire qui peut être régulée pour être adaptée à des conditions de croissances différentes. Ces observations ont conduit l’équipe de FX. Barre (Partenaire 3 de BaCh) à développer un nouvel outil d’étude de la bSCC à l’échelle du génome entier (Hi-SC2) et adaptable facilement à l’étude de changements environnementaux. Les premiers résultats obtenus avec Hi-SC2 révèlent que de nombreux facteurs de cohésion restent encore à découvrir, qu’ils pourraient agir dans des loci différents du chromosome, être régulés par les conditions de croissance ou avoir un fonctionnement diffèrent entre espèces bactériennes proches. Notre consortium poursuit trois objectifs dans le cadre de ce projet : (1) Identifier les facteur de cohésion de chromatides sœurs dans les génomes bactériens (E . coli et V. cholera) ; (2) caractériser leur mécanisme moléculaire et (3) comprendre leurs rôles dans le cycle cellulaire et les implications de leurs altérations. Pour atteindre ces objectifs BaCh s’appuie sur des méthodes modernes de génétique, génomique, imagerie et d’enzymologie à l’échelle de la molécule unique. Nous avons choisi de travailler simultanément sur deux modèles bactériens E . coli et V . cholera qui présentent des chorégraphies de ségrégation des chromosomes différentes mais restent suffisamment proches pour que l’on puisse à la fois identifier des règles spécifiques à chaque espèces et des mécanismes universels de contrôle de la cohésion des chromatides sœurs. Les concepts et les outils développés au cours de BaCh devraient également permettre d’alimenter les recherches sur l’étape de cohésion des chromatides sœurs chez les autres bactéries modèles et les eucaryotes.

Les mécanismes épigénétiques jouent des rôles importants durant le développement et sont impliqués dans de nombreuses pathologies. Des gènes soumis à l’empreinte représentent un paradigme fort, de part leur expression mono-allélique dépendant de l’origine parentale mais aussi de part de leurs rôles essentiels dans le développement et l’émergence de maladies. Le projet IMP-REGULOME est focalisé sur le domaine génomique Dlk1-Dio3 soumis à l’empreinte et s’intéresse à comprendre comment ce locus pourrait contrôler des gènes localisés ailleurs sur le génome. Le domaine Dlk1-Dio3 est conservé d’une manière évolutive et exprime le ligand du Notch-1 ‘Delta-like-1’ (Dlk1) et d’autres gènes développementaux à partir du chromosome paternel. Le chromosome maternel exprime de multiples ARN non codant (ncRNAs), incluant le long ncRNA Meg3, et ceci dépend d’une séquence régulatrice du locus appelée « ICR » (Kota et al. Developmental Cell 2014). Nous avons récemment découvert que l’expression maternelle de Meg3 contrôle en cis l’empreinte du gène Dlk1 durant de développement (Sanli et al. Cell reports 2018). A la suite de ces travaux et d’autres découvertes, notre projet ANR déterminera d’une manière globale le rôle du lncRNA Meg3 dans la régulation génique. Lié à cette nouvelle question, il est d’une grande importance de savoir comment le domaine Dlk1-Dio3 est structuré sur les chromosomes maternels versus les chromosomes paternels, et quel est son positionnement au sein du noyau de la cellule. Le projet présenté ci-dessous utilise des approches alléliques de 4C-seq, Hi-C, ainsi que l’approche DAM-ID combinées à des techniques d’imagerie par FISH pour déterminer l’existence d’une structuration différentielle du domaine, et si celle-ci est influencée par Meg3, mais aussi par la marque H3K9me2 qui est contrôlée par la lysine méthyltransferase G9A, et par le recrutement allélique de CTCF et des complexes cohésines présents. Ces approches mécanistiques chez la souris seront complémentées par des études sur des cellules des patients ayant des maladies liées à l’empreinte notamment dues à une surexpression de MEG3 sur le chromosome 14 (Geoffron et al. J Clin Endoc Metab 2018). De façon intéressante, nous avons observé que ceci corrèle aussi avec une expression réduite du gène IGF2 sur le chromosome 11. Dans ce contexte, notre but est de dériver des cellules iPSC à partir des cellules de patients, pour pouvoir explorer des effets géniques et développementaux, et étudier si des défauts peuvent être corrigés en ré-établissant un taux normal de l’expression de MEG3. Ce projet collaboratif entre trois laboratoires avec des expertises complémentaires donnera des indices mécanistiques et développementaux sur le domaine Dlk1-Dio3 et comment sa perturbation épigénétique est impliquée dans des maladies. IMP-REGULOME fournira aussi des données sur comment le domaine soumis à l’empreinte influence l’expression génique ailleurs dans le génome chez la souris et chez l’Homme. D’une manière générale, l’approche multidisciplinaire du projet devrait fournir des indications mécanistiques et cliniques d’une importance plus large, au-delà de l’empreinte génomique.

La transcription “pervasive” non-codante, issue de promoteurs cryptiques ou de la translecture transcriptionnelle, est un mécanisme conservé dans tous les organismes. Son rôle est établi chez les eucaryotes mais reste mal compris chez les bactéries. La transcription pervasive bactérienne est contrôlée par la terminaison de la transcription Rho-dépendante et par la dégradation de l’ARN par les RNases. Nos résultats préliminaires suggèrent un lien direct entre ces deux voies. Le projet multidisciplinaire CoNoCo visera à démontrer ce lien et établir son importance pour le contrôle de la transcription pervasive chez les bactéries Gram-positif Bacillus subtilis et Staphylococcus aureus. Le projet devrait mieux cerner les rôles de cette double régulation dans la biologie bactérienne révélés par nos découvertes récentes de l’implication de Rho dans le contrôle de la différenciation cellulaire chez B. subtilis et de la RNase III dans la régulation des ARNm médiée par les ARN non-codants.

A l'intérieur des cellules vivantes, le remodelage des nanotubes membranaires par la dynamique des réseaux d’acto-myosine est crucial pour des processus tels que le trafic intracellulaire ou l'endocytose. Malgré l'importance de ces processus pour les fonctions cellulaires, les mécanismes par lesquels l'acto-myosine affecte la morphologie des nanotubes est mal compris. Quelles sont les forces radials et axiales générées sur un nanotube par la dynamique de l’acto-myosine ? Ces forces peuvent-elles induire la scission du nanotube? Comment sont ells reliées à la structure du réseau d’acto-myosine ? Mon objectif est de répondre à ces questions par des expériences in vitro permettant d’étudier les mécanismes physiques du remodelage des nanotubes avec des expériences biochimiquement contrôlées. J'utiliserai deux techniques complémentaires pour former des nanotubes membranaires sur lesquels je reconstituerai des réseaux d’acto-myosine à partir de protéines purifiées. En utilisant des pinces optiques, je mesurerai les forces impliquées dans la formation et la maintenance des nanotubes en présence d'actine-myosine. Parallèlement, je développerai une nouvelle approche pour obtenir la structure des réseaux d’acto-myosine à l'échelle nanométrique sur les nanotubes membranaires par Microscopie de Force Atomique. En combinant ces deux techniques, je pourrai ainsi comprendre comment la structure nanométrique du réseau actine-myosine dicte le remodelage du tube à l'échelle micrométrique. Cela fournira des informations cruciales sur la régulation de la forme des nanotubes et prmettra d'approfondir notre compréhension du fonctionnement cellulaire. Je travaille sur les nanotubes membranaires et les réseaux reconstitués d’acto-myosine depuis 2008 et j'utilise l'AFM depuis 2013, donc j'ai les compétences et le meilleur environnement, dans mon laboratoire et avec mes collaborateurs, pour mener à bien ce projet ambitieux et novateur. L’allocation JCJC me permettra d’avoir deux chercheurs sous ma supervision, d’obtenir d’importants résultats scientifiques et donc de renforcer mon independence scientifique de preparer la poursuite de ma carriere universitaire.

La pluripotence définit la capacité d'une cellule souche à donner naissance à tous les types cellulaires d'un organisme mature. Chez la souris, les cellules souches pluripotentes existent sous deux formes: (i) les cellules souches embryonnaires (ESC), dérivées de l'épiblaste précoce du blastocyste (préimplantation), qui incarnent l'état naïf de pluripotence, et (ii) les cellules souches épiblastiques (EpiSC) dérivées de l'épiblaste tardif de l'embryon au stade ovo-cylindre (post-implantation), qui incarnent l'état amorcé de pluripotence. Seules les cellules à l’état naïf peuvent coloniser l'épiblaste du blastocyste, contribuer au développement de tous les types de tissus et former des chimères. Ainsi, la compétence chimérique est une caractéristique de la pluripotence naïve. Les lignées de cellules souches pluripotentes (PSC) établies chez d'autres mammifères, comme chez les primates et les lapins, présentent les caractéristiques de la pluripotence amorcée, bien qu'elles soient obtenues à partir de l'épiblaste précoce du blastocyste, comme les ESC de rongeurs. Chez le lapin et les primates, la capture de l’état originel de pluripotence dans les PSC reste un défi. La difficulté d’obtention des embryons rend difficile la résolution de ce problème chez les primates. En tant que modèle de substitution, le lapin est parfaitement adapté pour explorer la nature et les mécanismes d'acquisition et de maintien de la pluripotence dans les cellules épiblastiques et les cellules souches embryonnaires pour un large éventail de mammifères non-rongeurs, y compris le primate. L’objectif du projet est d'explorer la pluripotence naïve et la compétence chimérique chez le lapin. Les principaux objectifs du projet sont: (1) grâce au séquençage d’ARN et la RT-qPCR unicellulaire, caractériser le transcriptome de l'épiblaste de lapin tout au long du développement pré-implantatoire et identifier les marqueurs de la pluripotence naïve spécifiques à cette espèce; (2) identifier de nouveaux gènes et de petites molécules utilisables pour reprogrammer des PSC de lapin conventionnelles vers la pluripotence naïve. Deux approches complémentaires seront mises en œuvre: (i) la sélection non biaisée d'une bibliothèque de vecteurs lentiviraux exprimant des facteurs de transcription, des enzymes de modification des histones et des facteurs de remodelage de la chromatine, et (ii) le criblage à grande échelle d'une banque de petites molécules; et (3) capturer l'état naïf de la pluripotence des embryons préimplantatoires de lapin en utilisant les marqueurs et les molécules précédemment identifiés. A partir de cette étude chez le lapin, nous tirerons de nouvelles informations sur l'état naïf de la pluripotence chez les primates. Le projet est organisé autour de quatre partenaires aux compétences complémentaires. Le partenaire 1 (P. Savatier, INSERM) possède une expertise de longue date dans l'étude des PSC chez la souris, le macaque, l'humain et le lapin. Il a récemment développé les outils et la méthodologie pour tester la compétence chimérique des PSC en utilisant des embryons de lapin. Le partenaire 2 (V. Duranthon, INRA) possède une forte expertise dans l'analyse moléculaire des embryons de mammifères préimplantatoires aux niveaux de la génomique et de l'épigénétique et a publié la première caractérisation du transcriptome de l'épiblaste de lapin. Elle est spécialisée en bioinformatique et en analyse statistique de données Omics à haut débit chez des espèces domestiques dont le lapin. Le partenaire 3 (R. Ricci, IGBMC) possède une expertise de longue date en biologie cellulaire et en signalisation cellulaire ayant utilisé avec succès des approches de dépistage cellulaire dans le passé. Il conduit des criblages génétiques et chimiques dans le cadre de la maintenance et de la différenciation des cellules souches. Le partenaire 4 (F. Lanner, Karolinsks Institutet) possède une solide expertise en matière de séquençage d’ARN unicellulaire.

Les cellules s’adaptent aux propriétés de leur environnement. Les adhésions focales (FAs) sont des structures mécanosensibles qui adaptent l’adhésion de leurs récepteurs intégrines à la force de l’actomyosine et aux propriétés physiques de la matrice extracellulaire (ECM). Notre projet a pour but d’identifier les liens entre la force de l’actomyosine, la régulation des intégrines et les propriétés de l’ECM qui expliquent la mécanosensibilité des FAs. Pour cela, nous reconstituerons un complexe d’adhésion fait d’une membrane supportée contenant des intégrines qui relient des câbles d’actomyosine, via des protéines régulatrices, d’un côté, et une ECM microstructurée de l’autre côté. Le suivi en microscopie des trajectoires des molécules uniques des composants du système, où la concentration des composants, la force de l’actomyosine et les propriétés physiques de l’ECM sont modulables, identifiera les réactions mécanosensibles. L’importance des découvertes sera testée dans des cellules.

L'asthme est une maladie chronique affectant environ 235 millions de personnes dans le monde, et sa prévalence augmente. L'asthme n'est pas seulement un problème de santé publique pour les pays développés; son incidence est également élevée dans les pays en développement. L'asthme concerne tous les groupes d'âge, mais commence souvent dans l'enfance. L'asthme sévère (AS) chez les enfants est rare, affectant 2-5% de la population pédiatrique asthmatique. Les enfants atteints d'AS ont des crises d’asthme fréquentes et ont une qualité de vie réduite. L'asthme a longtemps été considéré comme une maladie homogène, mais est maintenant perçu comme une maladie hétérogène, regroupant diverses situations caractérisées par des symptômes communs (respiration sifflante, toux, essoufflement, oppression thoracique), des degrés variables d’obstruction bronchique, et différents types d'inflammation. Des études récentes ont souligné l'hétérogénéité de l'asthme et l'influence potentielle de l'inflammation et du remodelage des voies aériennes, des mécanismes immunitaires et métaboliques dans un environnement microbien spécifique. Cependant, la plupart des données décrivant les différents endotypes de l'asthme chez les enfants proviennent de grandes cohortes prospectives d'observation. Bien que très instructives, ces études ont été conçues pour analyser un petit nombre de paramètres facilement mesurables, principalement la fonction pulmonaire et l'atopie. La complexité de la physiopathologie de l'asthme a donc été vraisemblablement sous-estimée et les spécificités individuelles partiellement prises en compte. Dans la pratique clinique, une endoscopie bronchique avec lavage broncho-alvéolaire et biopsies de muqueuse bronchique est indiquée pour exclure un diagnostic différentiel d’asthme et évaluer l'inflammation et le remodelage des voies aériennes. Cette approche sous-estime également les autres composantes des endotypes de l’asthme et aboutit à une prise en charge homogène basée sur de fortes doses de stéroïdes inhalés et l'utilisation de biothérapies coûteuses, comme les anti-IgE. Ainsi, bien que le nombre d'hospitalisation et le taux de mortalité liés à l'asthme aient diminué jusqu'au début des années 2000, ils sont demeurés stables au cours des dix dernières années. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles approches intégrant des paramètres pertinents analysés dans les voies respiratoires. Notre projet propose une analyse approfondie, non seulement des paramètres cliniques et fonctionnels, mais aussi de l'inflammation et du remodelage, des cellules immunitaires, du métabolome et du microbiote présents dans les voies respiratoires des enfants atteints d'AS. Le projet, prévu pour 4 ans, est divisé en cinq tâches qui seront réalisées par les trois équipes suivantes: M. Leite-de-Moraes et G. Lezmi (Partenaire 1 et coordinateur), K. Adel-Patient (Partenaire 2) et M. Thomas (Partenaire 3). Un avis éthique favorable a déjà été obtenu auprès d’un CPP, ce qui a permis au consortium d'obtenir des données préliminaires confirmant la faisabilité du projet.

Les adénomes hypophysaires somatotropes sont responsables d’une hypersécretion d'hormone de croissance (GH), conduisant au gigantisme ou à l’acromégalie, associés à une morbidité importante et, non traités, à une surmortalité. Le traitement de première ligne est la chirurgie hypophysaire visant à réséquer l'adénome mais qui est souvent incomplète en raison de la proximité des structures cérébrales adjacentes. Un traitement médical lourd, extrêmement coûteux et d’une efficacité variable, est actuellement utilisé chez plus de 60% des patients. De nouvelles approches thérapeutiques sont donc nécessaires pour mieux contrôler la sécrétion de GH et la croissance des adénomes. Ce projet de recherche aborde deux questions non résolues et cliniquement pertinentes concernant 1) les mécanismes moléculaires sous-jacents au développement des adénomes somatotropes et 2) les bases moléculaires de leur caractère invasif. Nous avons identifié, parmi 41 adénomes somatotropes, un groupe d'adénomes sans mutation de GNAS, provenant de patients ayant une réponse paradoxale de la GH après l’hyperglycémie, avec une expression hypophysaire du récepteur GIPR (Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide Receptor) et présentant un phénotype hyperméthylateur. Notre premier objectif est de réaliser une caractérisation moléculaire intégrée de ces adénomes somatotropes sans mutation GNAS. Nous étendrons l'analyse de méthylation par RRBS (Reduced Representation Bisulfite Sequencing) sur l'ensemble de la collection. Dans un modèle murin original d'inactivation biallélique de Gnas, spécifiquement dans la lignée somatotrope (souris Gnasflox/flox Ghrh-r Cre+/0) que nous avons déjà généré, nous analyserons comment la baisse du tonus de l’AMPc consécutive à l’inactivation de Gnas dans les cellules somatrotropes affecte le profil de méthylation de l’ADN. Nous allons examiner la relation entre la méthylation génique et les changements d'expression génique en utilisant la technique de RNA-seq et effectuer les séquençages d'exomes pour établir la signature mutationnelle des adénomes somatotropes sans mutation de GNAS. Notre deuxième objectif est d'étudier les déterminants moléculaires du développement extrasellaire des adénomes somatotropes, qui limitent considérablement les résultats de la chirurgie de ces lésions bénignes. Nous avons obtenu une collection unique d'adénomes invasifs incluant leurs parties intrasellaires non invasives et des portions envahissant le sinus caverneux. L’analyse par RNA-seq effectué sur 19 paires d'échantillons a mis en évidence une dérégulation de la voie de transition épithélio-mésenchymateuse dans des portions invasives. Nous consoliderons ces résultats en analysant des échantillons supplémentaires. Nous caractériserons les fonctions moléculaires des gènes sélectionnés en utilisant des méthodes in vitro de migration et d'invasion cellulaires. Le niveau d'expression des gènes sélectionnés sera modulé dans les cellules hypophysaires de rat GH3 (surexpression ou contre-expression) en utilisant des techniques de transfection transitoire ou des siRNA. Des clones de cellules GH3 transfectées de manière stable seront ensuite injectés dans l’hypophyse des rats (ou alternativement en sous-cutanée) pour étudier in vivo l'acquisition du phénotype invasif. Enfin, nous effectuerons des séquençages d’exomes des parties invasives et non-invasives pour rechercher des mutations somatiques qui pourraient expliquer les différences d'expression génique. Ce projet ambitieux sera porté par un jeune chercheur à double compétence médicale et scientifique, et lui permettra de consolider l’axe de recherche sur la tumorigenèse hypophysaire qui, grâce à son implication, a récemment émergé dans son unité Inserm. Le projet fournira des bases scientifiques pour une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques du développement des adénomes hypophysaires somatotropes et de leur comportement invasif et pourrait ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques.

L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie dévastatrice, conséquence d'une obstruction progressive des artères pulmonaires distales, induisant une élévation des résistances vasculaires pulmonaires, une hypertrophie ventriculaire droite et à terme une insuffisance cardiaque. La physiopathologie de l'HTAP est multifactorielle et implique les cellules musculaires lisses et cellules endothéliales des artères pulmonaires (CML-AP et CE-AP) et les cardiomyocytes du ventricule droit (VD), caractérisées par une prolifération anormale, une inflammation, une vasoconstriction et une altération de la contractilité du VD. Malgré les traitements actuels ciblant les voies du monoxyde d’azote, de l'endothéline et de la prostacycline, la mortalité reste élevée après 3 ans (30-40%) et la transplantation pulmonaire reste la seule thérapie pour les patients éligibles. 8 mutations du gène KCNK3 ont été identifiées chez des patients atteints d'HTAP. KCNK3 (ou TASK1) code pour un canal potassique. Chaque mutation identifiée induit une perte de fonction du canal et j'ai montré que la perte de fonction/expression de KCNK3 aux niveaux vasculaire pulmonaire et cardiaque est observée dans différentes HTAP humaines et expérimentales. Ainsi, KCNK3 est devenu une cible thérapeutique attrayante pour toutes les formes d'HTAP et pas seulement pour les patients mutés KCNK3. Cependant, les conséquences des dysfonctions de KCNK3 et les mécanismes moléculaires responsables de ces dysfonctions au cours de l’HTAP restent à élucider. Il est également nécessaire d’apporter des preuves expérimentales de l'efficacité d’une thérapie génique ciblant KCNK3 ou d’un ciblage pharmacologique des voies en aval de KCNK3 dans l'HTAP. KCNK3 n’étant pas fonctionnel au niveau des CML-AP de souris. Nous avons généré des rats déficients pour Kcnk3 par la technologie CRISPR-Cas9 afin d’induire la perte de la protéine KCNK3. Ces rats mutés Kcnk3 sont donc essentiels pour étudier le rôle de KCNK3 au niveau cardio-pulmonaire. Le projet a quatre objectifs principaux, concernant des questions fondamentales, expérimentales et précliniques liées à la dysfonction de KCNK3 dans la physiopathologie de l'HTAP. 1: Comprendre le rôle de la dysfonction de KCNK3 dans le déséquilibre de la balance prolifération/apoptose dans l’HTAP. 2 : Identifier les mécanismes responsables de la dysfonction de KCNK3 dans l’HTAP 3: Confirmer l’implication de KCNK3 dans la physiopathologie de l'HTAP avec les rats mutés Kcnk3 4: Identifier une thérapie ciblant KCNK3 pour l'HTAP Ainsi nous utiliserons des CML-AP et CE-AP isolées de patients atteints d'HTAP et de rats mutés Kcnk3 ce qui nous permettra de décrire les conséquences de l’inactivation de KCNK3 au niveau cardio-pulmonaire. Pour finir, nous nous attendons à ce que la ré-expression de KCNK3 par thérapie génique ou le ciblage pharmacologique des voies dépendantes de KCNK3 réduisent l'HTAP. Les résultats de patch-clamp confirment que la fonction de KCNK3 est absente dans les CML-AP isolées de rats mutés Kcnk3 ce qui est associé à une dépolarisation importante des CML-AP. De plus, à l’âge de 3 mois ces rats présentent une muscularisation anormale des artérioles pulmonaires, une augmentation des pressions sanguines du VD et une sur-activation des MAPkinases. Ces résultats préliminaires valident le modèle de rat transgénique et suggèrent que ces rats mutés pourraient être un modèle animal indispensable pour identifier de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans le remodelage vasculaire pulmonaire et cardiaque au cours de l’HTAP. Ainsi, la faisabilité de ce projet ne fait aucun doute, car il est soutenu par de nombreux résultats préliminaires et parce qu’il sera réalisé au sein du Centre National de Référence de l'Hypertension Pulmonaire auquel appartient notre unité INSERM Le caractère novateur du projet repose sur la possibilité de développer une thérapie ciblé d’un canal ionique pour cette pathologie cardio-pulmonaire dévastatrice.

La néphropathie IgA (NIgA) est une des maladies rénales les plus répandues dans le monde et représente une cause majeure d'insuffisance rénale qui est associée à des infections microbiennes au niveau des sites muqueux. La pathogénèse implique des complexes immuns contenant des IgA1 dégalactosylées (Gd-IgA1), des autoanticorps et le récepteur soluble aux IgA (sCD89), qui forment des dépôts dans le mésangium. Le système IgA est très différent entre l’homme et la souris. Chez l'homme, deux types d'IgA sont présents. Ils diffèrent dans la région charnière : l’IgA1 est plus longue et fortement glycosylée par rapport à l’IgA2. Comme il n'y a pas d'homologue pour le CD89 humain et un seul type d'IgA chez la souris, nous avons développé un modèle de souris humanisé exprimant à la fois l'IgA1 humaine et le CD89: la souris transgénique alpha1KI-CD89Tg. Ces souris développent spontanément des dépôts d'IgA1 associés à la production de complexes IgA1-sCD89. De plus, les IgA sont réparties de manière différente entre le système immunitaire systémique et le système immunitaire des muqueuses en jouant un rôle clé dans la protection des muqueuses, notamment l'IgA sécrétoire (SIgA). Chez les souris axeniques, la production d'IgA est très faible et l’introduction d’un microbiote induit la production de SIgA muqueux chez ces animaux. Réciproquement, la sécrétion d'IgA limite l'expansion de certaines bactéries et régule la composition microbienne. En outre, une dysbiose microbienne intestinale a été trouvée chez les patients NIgA. Des données récentes de GWAS ont montré que les gènes de l'immunité intestinale, notamment les locus CARD9 et des défensines, sont liés à la NIgA. Nos données préliminaires montrent que le microbiote des patients NIgA est associé à des proportions accrues de genres bactériens tels que Alistipes et Ruminococcus (Firmicutes), Victivallis (Lentisphaerae), Akkermansia (Verrucomicrobia) et Bilophila (Deltaproteobacteria) par rapport aux patients atteints d'autres maladies rénales chroniques. La dysbiose microbienne fécale chez les patients atteints de NIgA est significativement différente de celle des patients souffrant d'autres pathologies rénales chroniques. De plus, les niveaux d'Akkermansia muciniphila sont significativement corrélés avec les taux IgA1 dégalactosylés circulants dans les fèces des patients NIgA. Ces résultats suggèrent un lien entre la dysbiose microbienne et la NIgA. Pour mieux comprendre le rôle du microbiote dans la NIgA, nous avons utilisé notre modèle humanisé de souris NIgA, les souris alpha1KICD89Tg. Le traitement des souris a1KICD89Tg avec un cocktail d’antibiotiques (ATB) a fait disparaitre la maladie en supprimant la protéinurie et en diminuant les dépôts mésangiaux d’IgA1, sans pour autant affecter les taux sériques d'IgA1, ce qui souligne le rôle important du microbiote au niveau des sites muqueux dans le développement de la maladie. L’introduction par gavage d’A. muciniphila après le traitement par ATB reconstitue le phenotype de la NIgA avec une augmentation des Gd-IgA1 dans le sérum et des complexes. Des résultats in vitro montre que A. muciniphila favorise une dégalactosylation des IgA1 induisant une retrotranscytose de Gd-IgA1. De plus les taux d’alpha défensine-6 sont diminués dans les selles des patients. Des résultats in vitro révèlent A. muciniphila est sensible à cette défensine ouvrant des voies thérapeutiques. De plus, des expériences supplémentaires ont montré que CARD9 est impliqué dans le voie d’activation du CD89. Pour explorer la relation entre A. muciniphila, Gd-IgA1 et CARD9 en utilisant le modèle de souris et des échantillons de patients, nos objectifs sont: 1. Caractériser le microbiote intestinal chez les patients et chez la souris alpha1KICD89Tg. 2. Définir le rôle des bactéries mucinophiles dans la pathogénicité de la NIgA. 3. Caractériser le rôle de CARD9 et du CD89 dans la dysbiose. 4. Développer des nouveaux traitements chez la souris alpha1KICD89Tg.

Les pathologies du tractus digestif représentent actuellement un défi économique et sanitaire majeur. Parmi, ces pathologies le syndrome de l’intestin irritable (SII) représente la première cause de consultation chez le gastroentérologue. Le SII est caractérisé par des douleurs ou de l’inconfort abdominal associé à des altérations des fonctions digestives. Il n’y a pas à l’heure actuelle de marqueur diagnostique de cette pathologie, l’inclusion des patients dans les différents sous-groupes de SII se faisant à partir de questionnaires cliniques et par exclusion d’autres pathologies. Cette classification est une des causes de l’échec des essais cliniques dans ce groupe très hétérogène de patients. L’augmentation des connaissances vis-à-vis de cette pathologie et des moyens thérapeutiques représente donc un important challenge pour améliorer la qualité de vie des patients. Des études récentes ont mis en évidence qu’un dysfonctionnement de la communication entre le microbiote intestinal et l’organisme hôte pourrait conduire au développement du SII. Ainsi, une meilleure compréhension des relations hôte-microbiote pourrait nous permettre d’identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques. Nous développons un nouveau concept selon lequel les bactéries du microbiote associées à la muqueuse intestinale, notamment les Escherichia coli, (E. coli) sont capables de modifier la physiologie de l’hôte via leur production de molécules lipidiques. Nous nous sommes intéressés à la bactérie Echerichia coli Nissle 1917, une bactérie du microbiote utilisée comme probiotique et récemment testée par voie orale comme traitement thérapeutique alternatif du SII. Nos travaux démontrent que cette bactérie produit du GABA (acide gamma aminobutyrique) lié à une asparagine et à un acide gras de 12 carbones. Ensemble, ces trois molécules forment un lipopeptide, le C12AsnGABAOH. Nous avons synthétisé cette molécule lipidique afin de la quantifier et d’évaluer son effet sur l’hôte. Cette molécule est capable de traverser la barrière intestinale afin d’atteindre les nerfs sensitifs où il diminue l’activation des neurones sensitifs. Le traitement de souris hypersensibles par le C12AsnGABAOH les rendait normosensible. Ce lipopeptide ne modifiant pas la physiologie et la motilité intestinale, un brevet a été déposé pour son utilisation comme analgésique. Cette découverte démontre l’importance d’une meilleure connaissance du potentiel thérapeutique des lipopeptides produits par le microbiote intestinal. L’objectif général de notre projet est donc d’étudier l’implication des lipopeptides bactériens dans le SII. Chez l’homme, les souches bactériennes associées à la muqueuse des patients atteints du SII seront quantifiées. Puis, notre étude se propose d’identifier et de quantifier les molécules lipidiques produites par les bactéries dont l’abondance est modifiée dans le SII. La corrélation entre ces deux paramètres (souche bactérienne et composés lipidiques) et les données cliniques des patients devrait nous permettre de caractériser les patients SII en fonction du portage bactérien et d’évaluer l’utilisation potentielle du dosage lipidique comme marqueur pronostique et/ou diagnostique du SII. Nous caractériserons dans un deuxième temps les vois de synthèse de ces lipides par les bactéries. La manipulation génétique des bactéries isolées chez les patients, nous permettra de déterminer l’implication des composés lipidiques dans les symptômes du SII. Dans une dernière partie de notre projet, nous déterminerons l’impact de ces composés lipidiques sur les cellules impliquées dans la pathogénicité du SII. Puis in vivo, chez l’animal, nous quantifierons l’impact de ces composés sur l’homéostasie intestinale. Ce projet reposant sur la complémentarité des différents partenaires devrait permettre une meilleure caractérisation de ce syndrome hautement invalidant et de proposer de nouvelles approches thérapeutiques.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie rare incurable et mortelle du vaisseau pulmonaire. Elle est définie par une élévation de la pression artérielle pulmonaire, due à un remodelage obstructif des petites artères pulmonaires, conduisant à l’insuffisance cardiaque droite. Les traitements existants ciblent la vasoconstriction, ne sont pas curatifs et un besoin irrésolu d’une stratégie anti-remodelage subsiste. La seule issue reste la transplantation pulmonaire, avec une survie de 50% à 5 ans. Un nouvel acteur lié aux maladies respiratoires, le microbiote pulmonaire, n’est pas encore pris en compte dans l’HTAP. Asthme, BPCO, fibrose idopathique, mucoviscidose sont liés à un pathobiome pulmonaire, avec une baisse de diversité favorisant la progression de la maladie, les exacerbations aiguës et la mortalité, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles pistes thérapeutiques. LUMI a pour but d’explorer le microbiote pulmonaire comme nouvel acteur impactant directement le remodelage vasculaire et la progression de l’HTAP, via les métabolites qu’il produit. Les objectifs spécifiques sont : a/déterminer l’impact physiologique du microbiote sur l’architecture de l’arbre vasculaire pulmonaire b/caractériser de façon translationnelle le microbiote pulmonaire dans l’HTAP expérimentale et humaine et c/évaluer les conséquences physiopathologiques et thérapeutiques de ce microbiote et ses métabolites sur le remodelage vasculaire dans un modèle pré-clinique d’HTAP. L'un des défis sera de démontrer le lien entre les espèces bactériennes pulmonaires, leurs métabolites et le remodelage vasculaire pulmonaire. L'autre défi est comment assurer la translation de l'observation initiale de la composition du microbiote pulmonaire chez les patients aux modèles pré-cliniques d’HTAP. Ainsi LUMI a émergé comme un consortium pluridisciplinaire qui réunit 3 partenaires d’expertises complémentaires P1 (INSERM UMR_S 999, Université Paris Sud), P2 (MICALIS-INRA), et P3 (INSERM UMR_S 1078, UBO), respectivement dans les champs de la Biologie/Médecine (Physiopathologie de l’HTAP et Innovation thérapeutique), Métagénomique fonctionnelle (METAFUN), et Ecosystème du Poumon (Métagénétique 16S/Metatranscriptomique et pipeline bioinformatique MUCOBIOME). LUMI a conçu une stratégie de recherche axée directement sur ces métabolites par une approche à la fois ciblée et globale visant à relever ces défis, grâce à la possibilité unique de travailler sur des tissus pulmonaires explantés de patients HTAP en relation avec le Centre National de Reference hébergé par P1. Nous pensons que quels que soient les mécanismes conduisant à une altération de la composition du microbiote pulmonaire - rupture de l'homéostasie pulmonaire, translocation bactérienne depuis l'intestin selon l’axe intestin-poumon, ou migration des bactéries de l'oropharynx – des modifications de la structure et de la diversité du microbiote pulmonaire, de la composition et la fonction de ce microbiote, impacteront directement le remodelage vasculaire pulmonaire, au travers des métabolites microbiens produits dans le microenvironnement. Nos résultats préliminaires indiquent le rôle de certains métabolites ciblés, comme modulateurs négatifs ou positifs de la prolifération des cellules vasculaires pulmonaires. Les résultats attendus de LUMI sont: a) contribuer à de nouvelles connaissances sur le rôle du microbiote dans les maladies respiratoires, b) ouvrir et alimenter un nouveau champ de connaissances sur le développement vasculaire pulmonaire, le remodelage vasculaire et la physiopathologie de l’HTAP c) changer notre vision de la physiopathologie et de la prise en charge des patients. LUMI apportera une première connaissance de la diversité du pathobiome, et de la signature métabolique liée au microbiote pulmonaire de l’HTAP, comme socle pour identifier de nouvelles approches biothérapeutiques, avec une ouverture vers des biomarqueurs de l’HTAP au travers des métabolites circulants identifiés.

Le mutualisme qui relie les animaux et leurs communautés microbiennes (ou microbiotes) façonne de nombreux aspects de leur biologie, en particulier la croissance juvénile en cas de sous-nutrition chronique. Nous cherchons à élucider les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'interaction mutualiste entre l'hôte juvénile et son microbiote intestinal, et souhaitons identifier les réseaux génétiques bactériens et animaux impliqués dans ce phénomène de promotion de croissance. Dans ce but, les animaux à microbiote contrôlés (gnotobiotiques) sont des modèles de choix permettant d'étudier les symbioses hôte/microbiote d'une manière intégrée. En utilisant des modèles de drosophile et souris gnotobiotiques, nous avons précédemment démontré un lien causal entre les activités du microbiome et la promotion de la croissance animale. A l'aide de ces modèles, nous souhaitons à présent identifier le dialogue moléculaire fin qui sous-tend la promotion de la croissance animale par le microbiome.

L’étude des mécanismes moléculaires qui contribuent à l’établissement et la maintenance des virus persistants dans leur état léthargique est essentielle pour comprendre les raisons de la résurgence de pathologies virales associées à la réactivation de ces virus. Le projet EPIPRO est conçu pour comprendre un des aspects clés de l’interaction entre un virus persistant, le virus herpès simplex de type 1 (HSV-1), et la cellule hôte, à savoir le rôle des corps nucléaires PML (CN PML) en tant que relais épigénétiques nucléaires de la réponse antivirale. HSV-1 est un virus pathogène humain, qui reste un problème important de santé publique. HSV1 induit des infections récurrentes du visage et en particulier au niveau des yeux, provoquant des pathologies oculaires graves. L'infection primaire qui affecte la muqueuse orale est suivie d'une infection secondaire appelée latence se déroulant dans les neurones du système nerveux périphérique (SNP). HSV1 peut réactiver et se disséminer vers la face ou le système nerveux central (SNC). Chaque épisode de réactivation oculaire peut affecter le pronostic visuel. Les infections cornéennes par HSV-1 sont à ce jour la première cause infectieuse de cécité. L’étude des mécanismes moléculaires qui règulent l'équilibre entre la latence et la réactivation d’HSV-1 est donc cruciale pour la compréhension de la biologie du virus. C'est un défi important pour la conception de nouvelles approches thérapeutiques visant à empêcher le virus de réactiver. En effet, les thérapies antivirales actuelles sont administrées souvent si tardivement que le virus a déjà endommagé certains tissus de façon irréversible. C'est particulièrement vrai quand la réactivation affecte les tissus nobles (oeil ou cerveau), ou lorsqu'il s'agit de réactivations provoquées par des immunodéficiences graves. Nous avons démontré précédemment que le positionnement et la distribution des génomes HSV-1 latents dans le noyau des neurones infectés n’est pas aléatoire. En effet, l’établissement de la latence HSV-1 dans les ganglions trijumeaux chez la souris et chez l’homme est étroitement associée avec la formation de CN PML enfermant le génome HSV-1 que nous avons nommés « viral DNA-containing PML-NBs » (vDCP-NBs). L’utilisation de souris KO pour PML a démontré que PML était directement impliquée dans la formation des vDCP-NBs et que ces structures contrôlaient la transcription d’un ARN viral non codant synthétisé durant la latence. En conséquence, tous les génomes viraux associés aux vDCP-NBs sont transcriptionnellement silencieux suggérant un processus épigénétique de répression de l’expression des gènes viraux associé à la formation des vDCP-NBs. L’analyse in vivo des premiers instants d’infection des neurones a en effet démontré la formation des vDCP-NBs très tôt durant le processus d’établissement de la latence. Nos résultats publiés et non publiés montrent que les vDCP-NBs contiennent les protéines chaperones du variant H3.3 de l’histone H3, à savoir, Daxx-ATRX et le complexe HIRA. Ceci suggère fortement que les vDCP-NBs sont impliqués dans un processus de chromatinisation des génomes HSV-1 et spécifiquement associé à la latence. Des études précédentes ont montré que les génomes HSV-1 latents perdurent dans les noyaux des neurones sous forme d’un mini-chromosome chromatinisé non intégré dans le génome de la cellule hôte. Le projet propose (i) de déterminer l’implication des vDCP-NBs dans la chromatinisation dépendante de H3.3 des génome HSV-1 latents dans des cellules en cultures mais également dans des souris transgéniques exprimant une forme tagguée de H3.3 (eH3.3); (ii) d’étudier le rôle de vDCP-NBs dans la mise en latence d’HSV-1 dans des neurones humains issus de cellules souches pluripotentes induites (CSPi) ; (iii) d’étudier la propagation de l’infection par HSV-1 au niveau du SNP et du SNC dans le modèle murin et chez l’homme, et le rôle des CN PML et de l’interféron de type I dans la prévention de l’infection du CNS par HSV-1.

Les astrocytes sont des cellules gliales jouant un rôle prépondérant dans la mise en place des réseaux neuronaux au cours du développement et le bon fonctionnement synaptique dans les conditions physiologiques. Dans le cerveau malade, comme dans la maladie d'Alzheimer (AD), la contribution des dysfonctions astrocytaires aux processus pathologiques est encore très peu étudiée. La dégénérescence neurofibrillaire, constituée de protéines Tau hyperphosphorylées et agrégées dans les neurones est un phénomène essentiel dans la MA. En effet, la progression de cette pathologie Tau, du cortex entorhinal aux aires corticales, est associée au développement des troubles cognitifs. Néanmoins, les mécanismes sous-jacents restent peu clairs et leur étude est largement focalisée à l’étude des dysfonctions générées au niveau neuronal. A l’inverse, les relations entre pathologie Tau neuronale et dysfonctions astrocytaires demeurent largement inconnues. Nos études préliminaires suggèrent néanmoins que le développement d’une pathologie Tau neuronale provoque des dysfonctions au sein des astrocytes, possiblement via un transfert des protéines Tau pathologiques des neurones vers les astrocytes. Par ailleurs, nous avons récemment identifié les récepteurs adénosinergiques A2A (A2ARs), des GPCRs dont le ligand endogène est l’adénosine, comme des acteurs majeurs de la relation entre pathologie Tau neuronale et astrocytes. Dans ce contexte, l’objectif général de notre projet est de déterminer l’impact de la pathologie Tau neuronale vis-à-vis des fonctions astrocytaires et établir le rôle régulateur des A2ARs dans le développement de ces changements et des troubles cognitifs liés à la pathologie Tau. Ces liens seront explorés par l’utilisation de différentes approches transgéniques et des outils viraux originaux combinés à des méthodes permettant d’évaluer la morphologie, l’activité et l’épigénome astrocytaire après tri cellulaire. L’ensemble de ces moyens nous permettra de déterminer : 1) Si et comment la pathologie Tau neuronale impacte la fonction astrocytaire, y compris en terme transcriptionnel et épigénomique et 2) dans quelle mesure les récepteurs A2A sont des cibles permettant de réguler ces changements. Afin d’atteindre nos objectifs, nous avons constitué le consortium ADORASTrAU dont les partenaires partagent un intérêt commun pour la physiopathologie de la MA et qui ont développé les compétences complémentaires nécessaires à la mise en œuvre de ce projet. Au final, notre projet permettra de mettre en avant des mécanismes gliaux originaux par lesquels le développement de la pathologie Tau contribue aux troubles cognitifs dans la MA et de démontrer l’importance des A2ARs en tant que cible dans ces processus.

Le projet HomeoGAG a pour objectif d’améliorer notre compréhension de la plasticité cérébrale et d’agir sur celle-ci, grâce à la conception et à la production de principes actifs innovants à base de mimes peptidiques de glycosaminoglycanes (GAG) capables de moduler la plasticité cérébrale des périodes critiques (CPs). Les CPs sont des fenêtres de plasticité cérébrale accrue dont la dérégulation est impliquée dans des troubles cérébraux. Les CPs sont cruciales et particulièrement actives au cours du développement postnatal, puis retournent à un état quiescent stabilisé par la formation d’un réseau périneuronaux matriciel (PNNs) composé de GAGs. L'homéoprotéine Otx2 est un facteur de transcription qui se lie aux PNNs et y joue un rôle clé dans la régulation des CPs en agissant tel un interrupteur sur l’ouverture et la fermeture des fenêtres de plasticité neuronales. Notre but est d’agir et de contrôler cet interrupteur Otx2 grâce à la conception de mimes peptidiques de GAG capables de bloquer les interactions Otx2-PNNs. Les GAG sont des polysaccharides complexes et hétérogènes au niveau structure (heparan sulfate et chontroitin) et aussi au niveau sulfatation, il est très difficile d'en isoler des séquences homogènes en quantité suffisante et il est aussi très long de préparer des fragments de GAG naturels. L’intérêt des mimes peptidiques de GAG, utilisés dans ce projet, est de donner rapidement accès à des molécules chimiquement définies, aisément modulables au niveau structure grâce l'automatisation de la synthèse peptidique. La capacité de ces mimes de taille, séquence, et organisation structurale variables à se lier avec affinité et spécificité à Otx2 sera d’abord évaluée in vitro par des méthodes de criblage couplant en ligne l’analyse thermodynamique des interactions (électrophorèse capillaire d’affinité et résonance plasmonique de surface) à l’analyse structurale par spectrométrie de masse. Les mimes actifs seront ensuite testés sur un modèle animal de la souris. Le ciblage du cerveau de la souris aura pour objectif de mesurer la capacité des mimes de GAGs à modifier les CPs postnatales et à ouvrir à des fins thérapeutiques des CPs de plasticité accrue chez l'adulte. En outre, les bibliothèques de mimes GAG permettra de cibler d'autres mécanismes de signalisation GAG-dépendants. Ce projet, à fort potentiel thérapeutique visant en particulier la restauration de la plasticité du cortex visuel, aura un impact important sur la recherche en neurobiologie du développement et en neurosciences moléculaires.

Identification et caractérisation de nouvelles mutations génétique responsable de la sclérose latérale amyotrophique. La sclérose latérale amyotrophique (SLA, ou maladie de Charcot), est une maladie neurodégénérative dévastatrice caractérisée par la perte des motoneurones supérieurs et inférieurs, ce qui conduit à une atrophie et à une paralysie de l’ensemble des muscles squelettiques. La cause la plus fréquente de SLA est une expansion de répétition des nucléotides GGGGCC (G4C2) dans le gène C9ORF72. Nous avons montré que la perte d’expression de C9ORF72 conduit à la mort neuronale dans des modèle de poisson zèbre (Ciura et al., 2013), et que la fonction de C9ORF72 est de réguler l’autophagie (Sellier et al., 2016), c’est-à-dire l‘élimination d’agrégats de protéines toxiques pour les neurones. Récemment, nous avons identifié de nouvelles mutations faux sens dans le gène C9ORF72. Ces mutations sont trouvées spécifiquement chez des patients atteints de SLA, et sont absente de cohorte d’individus contrôles ou de banque de données génétiques contrôles. L’étude de ces mutations par transfection de cellules neuronale ou par injection dans des poissons zèbres montre que ces mutations altèrent l’autophagie et conduisent à la mort des neurones. Nous souhaitons donc mieux comprendre comment ces mutations sont toxiques, notamment en développant des modèles cellulaires iPS et animaux de SLA. De plus, nous souhaitons identifier des molécules pharmaceutiques pouvant corriger les altérations dues aux mutations de C9ORF72. Nos objectifs sont donc les suivants : 1 – Etablir des modèles cellulaires iPS et animaux (poisson zèbre et souris) de ces mutations. 2 – Comprendre comment ces mutations altèrent l’autophagie. 3 – Comprendre la relation entre ces mutations et l’expansions G4C2 dans C9ORF72. 4 – identifier des composés pharmacologiques pouvant rétablir une autophagie normale et corriger l’effet de ces mutations. En conclusion, ce projet permettrait de mieux comprendre les causes à l’origine de la SLA, une étape indispensable pour établir des stratégies thérapeutiques pour cette maladie dévastatrice.

Plusieurs pathologies résultent de l'incapacité de l'oganisme à développer une tolérance immunitaire contre les molécules administrées. C'est le cas de l'hémophilie A (HA), une maladie hémorragique rare liée au chromosome X consécutive à l'absence de facteur VIII (FVIII) pro-coagulant. Le traitement des saignements par injection de FVIII exogène induit chez près de 30% des patients l'apparition d'IgG anti-FVIII qui inhibent le FVIII thérapeutique. La survenue d'inhibiteurs du FVIII est un problème médical majeur ainsi qu'un problème sociétal important en raison des coûts de traitement qui excèdent 0,3 millions d'euros/patient/an dans les pays développés. Il n'existe pas de stratégie efficace permettant d'induire une tolérance au FVIII thérapeutique chez les patients HA et de prévenir la survenue d'inhibiteurs du FVIII. Nous avons récemment validé une stratégie innovante qui consiste à introduire l'antigène (Ag) d'intérêt dans la circulation durant la vie fœtale, de manière à façonner les répertoires immunitaires et permettre au système immunitaire de développer une tolérance spécifique pendant son ontogénie. Dans cette approche, l'Ag cible est couplé à la portion Fc de l'IgG et est injecté dans le sang de femelles gestantes. Après liaison au récepteur Fc néonatal exprimé sur le syncytiotrophoblaste, les protéines chimériques Ag-Fc sont transportées au travers du placenta vers la circulation des fœtus. Ainsi, le traitement de souris déficientes en FVIII gestantes, avec les domaines A2 et C2 du FVIII fusionnés au fragment Fc de l'IgG, permet-il le passage transplacentaire des domaines du FVIII pendant le développement fœtal. Les A2-Fc et C2-Fc transférés induisent des cellules T régulatrices centrales et périphériques qui confèrent une tolérance immunitaire partielle envers le FVIII thérapeutique. En principe, l'utilisation de molécules de FVIII entières liées au Fc devrait conférer une tolérance immunitaire complète pour le FVIII. Ce n'est pourtant pas le cas. En effet, la formation de larges complexes moléculaires entre le FVIII-Fc et le facteur de Willebrand (VWF) endogène dans le sang maternel empêche la traversée du placenta. Dans ce projet, au lieu de produire des protéines de fusion dérivées du FVIII, chères et labiles, nous développerons des molécules chimériques innovantes capables de lier le FVIII, que nous appelons " exfiltrines ". Après administration à des femelles gestantes, les exfiltrines captureront une partie du FVIII maternel endogène et le transporteront vers les fœtus à travers le placenta ; elles y induiront une tolérance immunitaire contre la molécule de FVIII entière. Afin d'éviter la formation de larges complexes moléculaires et d'assurer un transfert transplacentaire optimal, les exfiltrines seront monovalentes et bloqueront l'interaction entre le FVIII maternel et le VWF endogène. Le potentiel thérapeutique des exfiltrines sera confirmée à l'aide de souris transgéniques produisant un FVIII humain, créées pour les besoins du projet. Le succès de notre approche préventive encouragera la mise en œuvre d'essais cliniques. Chez l'homme, la naissance d'un bébé HA peut être suspectée dans 2/3 des cas grâce à l'histoire familiale de la maladie, et peut être diagnostiquée pendant la grossesse. De plus, le risque pour un patient HA "à naître" de développer des inhibiteurs lors d'une thérapie de substitution peut également être estimé avant la naissance, en fonction du type de mutation dans le gène F8, de l'histoire d'un inhibiteur chez un frère ou un oncle HA, ou selon le polymorphisme dans les gènes codant l'IL-10, le TNF-a, le CTLA-4 et HMOX-1. Des résultats positifs de notre étude auraient des répercussions profondes sur la qualité de vie des patients et, à terme, permettraient de réduire les coûts sociétaux. De plus, une telle approche sélective spécifique de l'Ag permettrait d'éviter une immuno-suppression générale et non-spécifique, inacceptable en terme de rapport bénéfice/risque.

Les thrombopénies chroniques isolées (TCI) sont des maladies fréquentes; la plupart d’entre elles sont liées à une destruction auto-immune des plaquettes et de leurs précurseurs médullaires, les mégacaryocytes (MK) et sont appelées Purpura Thrombopéniques Immunologiques (PTI). Cependant le PTI est un diagnostic d’exclusion faute de critères diagnostiques indiscutables, si bien que certaines TCI sont étiquetées PTI alors qu’elles ne sont pas d’origine immunologique. Nous avons montré que certaines d’entre elles étaient en fait des maladies hématologiques, dues à un défaut isolé de formation de proplaquettes par le MK, l’étape qui précède la libération des plaquettes. Pour cette raison, nous avons appelé ces TCI, Thrombopénies acquises chroniques de signification indéterminée (ICTUS en anglais). Comme nous avions montré antérieurement chez la souris que la protéine Bcl-xl, membre anti-apoptotique de la famille Bcl2, était indispensable à la formation des proplaquettes et la survie des plaquettes, nous avons émis l’hypothèse que les ICTUS pourraient être liés à une diminution de l’expression de Bcl-xL. Nous avons confirmé cette hypothèse en montrant une expression diminuée de Bcl-xL plaquettaire chez quelques patients aussi bien au niveau du transcrit que de la protéine. En plus nous avons montré que cette pathologie était associée à une inactivation non aléatoire du chromosome X, suggérant très fortement une hématopoïèse clonale. Ceci nous laisse penser que les ICTUS sont une forme d’hématopoïèse clonale de signification indéterminée (CHIP) associée à une thrombopénie qui serait la conséquence d’une diminution de Bcl-xL. Le but de ce projet est de mieux identifier cette nouvelle entité et d’en faciliter le diagnostic en développant un nouveau biomarqueur tel que l’expression plaquettaire de Bcl-xL. Cette approche permettra d’améliorer le diagnostic de TCI et les indications thérapeutiques. Le projet est divisé en 4 grandes taches médico-scientifiques. La première est consacrée à démontrer que cette hématopoïèse clonale est la conséquence de mutations acquises dans le système hématopoïétique. Pour cela nos utiliserons un abord pangénomique basé sur le séquençage de nouvelle génération (SNG), des CGH arrays et de l’ARN-Seq. Nous pensons identifier des mutations récurrentes qui permettront de définir le profil génomique des ICTUS. La seconde est dédiée à l’étude du rôle précis de Bcl-xL dans la mégacaryopoïèse humaine sachant que son rôle a été jusqu’alors uniquement caractérisé chez la souris. La troisième tâche a pour objectif d’identifier le mécanisme responsable du défaut d’expression de Bcl-xL chez les patients ICTUS, en essayant de faire un lien direct avec le profil mutationnel et les voies de signalisation dérégulées. Dans la dernière tâche, nous évaluerons si la mesure de la quantité de Bcl-xL s’avère être un bon biomarqueur des ICTUS et nous développerons de nouveaux anticorps dirigés spécifiquement contre Bcl-xL afin de les utiliser en cytométrie de flux et de détecter le niveau de Bcl-xL plaquettaire. En outre l’approche génomique devrait nous permettre de réaliser un SNG ciblé qui facilitera le diagnostic des TCI. Ce projet est rendu réalisable par le fait que 3 partenaires (deux scientifiques et une équipe clinique) vont collaborer étroitement pour la sélection des patients et la réalisation des expériences. Les 2 partenaires scientifiques ont une expertise reconnue dans la biologie cellulaire et moléculaire de la mégacaryopoïèse normale et pathologique. Le coordinateur Mme Chloé James a réalisé tout le travail préliminaire et a identifié cette nouvelle entité. Les partenaires cliniques ont une réputation reconnue internationalement sur le diagnostic des TCI et plus particulièrement des PTI et font partie du centre de référence des PTI. A la fin du projet, nous espérons avoir grandement amélioré le diagnostic des TCI en ayant défini de nouveaux critères diagnostiques et la physiopathologie des ICTUS.

Il est maintenant bien admis que les cancers diagnostiqués à un stade précoce sont plus susceptibles d’être traités avec succès. Ceci est particulièrement vrais pour l’adénocarcinome du canal pancréatique (PDAC) qui est une pathologie restant asymptomatique. Il existe donc un besoin urgent d’identifier les biomarqueurs utilisables dans le diagnostic. Dans ce contexte, la nucléoline de surface (NCL) est une molécule très prometteuse. L’objectif principal de ce projet est de générer des anticorps humanisés contre la forme O-glycosylée de NCL reconnaissant spécifiquement la NCL de surface et d’utiliser cet anticorps comme un outil de diagnostic et de pronostic pour PDAC. Pour assurer la réalisation de ce projet, un consortium composé de biologistes, de biochimistes et de glycochimistes, expert en synthèse glucidique, de cliniciens et une société de biotechnologie BCellDesign a été constitué. En perspective de ce projet, cet outil pourrait être étendu à d’autres cancers.

Les leishmanioses sont un ensemble de maladies tropicales et subtropicales provoquées par des parasites protozoaires du genre Leishmania transmis par le phlébotome et présentant différentes expressions cliniques. En 2018, environ 12 millions d'êtres humains sont affectés par les leishmanioses. Dans les pays d'Europe du Sud, L. infantum affecte principalement les chiens et parfois les humains. Les nouveaux cas canins sont estimés à 40 000 par an dans le sud de la France alors que plusieurs centaines de cas humains surviennent chaque année en Europe du Sud, principalement chez les enfants et les patients immunodéprimés. La chimiothérapie anti-leishmanienne est chère, aspécifique et toxique, et la pharmaco-résistance est habituelle ou à risque, principalement à l’antimoine, et récemment à la miltéfosine et à l'amphotéricine B. Malgré le lancement du premier vaccin contre la leishmaniose canine, de nouveaux traitements sont nécessaires car la protection vaccinale des chiens ne devrait réduire que les charges parasitaires in vivo et aucun vaccin n'est actuellement disponible pour l'usage humain. Les parasites de Leishmania envahissent avec succès les cellules hôtes parce qu'ils détournent le mécanisme de trafic intracellulaire de l’hôte à leur profit pour maintenir des vacuoles dans lesquelles ils prolifèrent. Des inhibiteurs chimiques d'éléments clés de cette machinerie détournée devraient handicaper la survie du parasite. Nous avons identifié par criblage moléculaire (Stechmann et al., Cell 2010) la molécule ABMA qui protège les cellules contre diverses toxines et agents pathogènes : virus, bactéries intracellulaires et parasite Leishmania infantum (Wu et al., Scientific reports 2017). Comme le mécanisme d'action d’ABMA est limité aux compartiments endosomaux de la cellule hôte, il réduit l'infection cellulaire des pathogènes qui dépendent de cette voie pour envahir les cellules. Ainsi, en agissant sur les cellules hôtes, et non sur les agents pathogènes, la molécule protège les cellules ciblées. Nous avons criblé plus d'une centaine d'analogues d'ABMA contre les formes amastigotes axéniques et intra-macrophagiques de L. infantum et observé diverses activités antiparasitaires. Des composés d’intérêt ont été sélectionnés sur la base d'une activité sélective contre les formes parasitaires intramacrophagiques et de propriétés physicochimiques favorables. La preuve de concept in vivo a été obtenue avec un dérivé d’ABMA dans un modèle murin d'infection par voie intrapéritonéale. L’application d’autres critères de drugabilité nous a permis de sélectionner un candidat-médicament potentiel, avec une molécule analogue en back-up, compatible avec la production d'une pilule pour le traitement de la leishmaniose par voie orale. Le but du projet est de développer une nouvelle classe de médicaments anti-Leishmania par voie orale, ciblant les composants de la machinerie intracellulaire de l'hôte au lieu de cibler les parasites, réduisant ainsi le risque d'acquisition de résistance aux médicaments par les parasites. Nos objectifs sont de développer un candidat-médicament prêt pour des études de sécurité réglementaire et pour une évaluation clinique chez des chiens patients atteints de leishmaniose. A cette fin, nous réaliserons: (1) Synthèse à grande échelle dans un schéma compatible avec la production pharmaceutique; (2) Caractérisation physicochimique approfondie des meilleures formes cristallines assurant la stabilité, la solubilité après l'administration orale et la formulation; (3) Radiomarquage et biodistribution de la molécule mère et des métabolites; (4) Détermination de la dose et durée du traitement, et évaluation de la toxicité; (5) Pharmacocinétique et tolérance pré-règlementaire chez le chien; (6) Identification, synthèse et évaluation de l'activité antiparasitaire des principaux métabolites identifiés chez le chien; (6) Compréhension du mécanisme de protection des cellules contre le parasite.

Le Syndrome de l'Intestin Irritable (SII) caractérisé par des douleurs abdominales et des troubles de la motricité touche jusqu'à 10% de la population. Nous avons démontré que la Trypsine-3 est la protéase la plus active dans les tissus de ces patients, qu'elle augmente la perméabilité épithéliale, cause des douleurs, reproduisant ainsi les symptômes associés au SII. Notre but est d'identifier des composés clés pour le développement de molécules thérapeutiques pour le traitement du SII, basés sur l'inhibition de Trypsine-3. Nous proposons 1/ d'établir des essais qui permettront le criblage d'inhibiteurs spécifiques de la Trypsine-3 2/ de cribler 2 bibliothèques de molécules 3/ de développer un kit ELISA outil compagnon biomarqueur, permettant la stratification des patients éligibles pour un traitement anti-Trypsine-3. Nous voulons établir les conditions nécessaires pour le développement de nouveaux médicaments basés sur l'inhibition de Trypsine-3 pour le traitement du SII.

Les échecs répétés des essais cliniques des précédents candidats vaccins contre le virus HIV-1 au même titre que l’effet modéré de l’essai vaccinal RV144 ont souligné la nécessité de nouveaux vecteurs vaccinaux avec des nouvelles fonctions immunes ainsi que des stratégies « prime-boosts » combinant des vaccins pré-existants. Une stratégie basée sur l’utilisation du vecteur viral de la rougeole combiné à des boost-protéiques pourrait remplir ces conditions. En effet, nous avons démontré dans une étude initiale qu’un vecteur rougeole exprimant Gag, Env et Nef (measles virus-simian-human immunodeficiency virus, MV-SHIV) induisait le contrôle de la virémie du SHIV162p3. Ce contrôle se traduisait par la réduction de la virémie au pic de près de deux logs, ainsi que par une forte diminution de la charge virale en une semaine (p=0.0001, Wilcoxon test). De plus, les singes vaccinés maintiennent leurs taux de lymphocytes à un niveau > 1000 cellules/µl à la suite des challenges (contrairement aux singes placebos tous en dessous de ce seuil). Ce contrôle de la virémie plasmatique se traduit par une réduction marquée de la taille des réservoirs dans les PBMCs, la rate, les ganglions lymphatiques axillaires et inguinaux et le rectum (comme démontré par un niveau de provirus intégré = 10 copies d’ADN par millions de cellules). De façon intéressante, le contrôle du virus de challenge est corrélé avec la réponse immune cellulaire anti-Gag. Cependant, le vaccin MV-SHIV seul n’est pas capable de retarder l’acquisition du SHIVSF162p3 après des challenges intra-rectaux répétés, ce qui est crucial pour un vaccin contre un virus intégratif comme le HIV. Cela pourrait être dû à l’absence d’anticorps plasmatiques neutralisants de type IgG (contre le SHIVSF162p3 tier-2) et d’IgA mucosaux (au niveau des secrétions rectales) connus pour être associés à une protection complète à l’infection, ou minimalement a un retard d’acquisition du virus. C’est pourquoi, nous proposons dans cette étude de combiner le vaccin MV-SHIV avec des boosts protéiques constitués de la région externe de la sous-unité gp41 de la protéine d’enveloppe de HIV. Ce polypeptide gp41 comprendra 3 domaines fonctionnels très conservés : le domaine immunosuppresseur (ISD) (qui est la cible d’anticorps de type IgA retrouvés dans les personnes « Exposées Non-infectées », EN), le motif « 3S » (qui induit des anticorps inhibiteurs de la lyse cellulaire NK-dépendante) et la région MPER (membrane-proximal external region, reconnue par des anticorps retrouvés chez les patients « EN » et qui possèdent une activité de neutralisation et de blocage de la transcytose virale). Des polypeptides gp41 synthétisés chimiquement en présence ou non de nanoparticules de type PGLA et/ou d’adjuvants (agonistes de TLR4 et TLR7/8) et/ou d’un vecteur MV exprimant la gp41 seront évalués dans un premier temps chez la souris afin de choisir la meilleure stratégie vaccinale (à même d’induire un niveau haut et soutenu d’anticorps circulants et mucosaux anti-gp41). Par la suite, des macaques cynomolgus seront vaccinés avec le vecteur MV-SHIV et boostés par la formulation définie chez la souris, puis challengés intra-vaginalement par le virus SHIVSF162p3. Notre objectif est de produire la preuve de concept de l’efficacité de ce nouveau vaccin/combinaison vaccinale dans la perspective d’un essai clinique de phase I chez l’Homme. A terme ce projet vise à évaluer chez des patients ce candidat vaccin dans des approches prophylactique et thérapeutique.

Les cellules B produisent des anticorps (Ac), jouent un rôle essentiel dans le système immunitaire et sont des cibles thérapeutiques importantes. En tant qu'hybridomes, les cellules B sont également des outils essentiels pour la production biotechnologique de réactifs monoclonaux d'immunoglobulines (Ig) recombinantes. La possibilité de modifier le génome des cellules B pour contrôler la production d'Ig a donc un intérêt potentiellement important en santé humaine par le biais de vaccins, d’applications thérapeutiques dans le cancer, l'auto-immunité, les maladies infectieuses ou génétiques et pour le diagnostic biomédical. Cependant, les cellules B primaires restent difficiles à modifier génétiquement. La technologie d'édition du gènome n'est pas couramment utilisée dans les cellules B pour induire la production d'un Ac désiré au lieu des propres Ig de la cellule. Nous avons récemment découvert un nouveau système pour l'administration efficace de gènes aux cellules B humaines et murines, que nous proposons d'exploiter pour l'édition du génome via CRISPR / cas9. Trois laboratoires collaboreront pour développer des outils et des applications thérapeutiques dans des modèles humains et murins. Les efforts seront intialement focalisés sur l’édition du locus codant pour les chaines lourdes des Ig. Un objectif consistera à rediriger précisément la spécificité d’Ac par l’induction d’un remplacement de spécificité antigénique (iASR). Un Ac bien décrit sera utilisé pour tester les stratégies de l'iASR in vitro et in vivo. Un autre objectif sera de modifier la région constante IgH pour forcer une recombinaison et une commutation de classe spécifique (iCSR). Cette stratégie sera développée pour générer des Ac de type IgM dans des hybridomes, pour le diagnostic et typage sanguin. Globalement, l'ambition de ce projet est résoudre des obstacles technologiques importants afin d'obtenir une plate-forme efficace pour l'ingénierie des lymphocytes B et la thérapie par anticorps vectorisés.

La compréhension des fonctions neuronales est d'une importance capitale dans la compréhension des mécanismes impliqués dans diverses pathologies neurologiques comme la maladie d'Alzheimer, la sclérose en plaque ou l'épilepsie. Cette compréhension représente encore aujourd'hui un défi, le cerveau étant un système biologique complexe et dynamique contenant un très grand nombre de neurones. Pour déchiffrer leur organisation fonctionnelle, il est nécessaire d’enregistrer l’activité d'un vaste réseau de neurones, de manière non invasive, à haute résolution spatiale et temporelle. Les techniques d'imagerie optique combinées aux outils génétiques tendent actuellement à rendre cette étude possible, grâce aux récents progrès réalisés en parallèle en biochimie et en microscopie, comme le développement de protéines photo-activables et de techniques d'imagerie morphologique et fonctionnelle sur modèles animaux, comme la souris et la mouche (drosophile). La microscopie de fluorescence à deux photons et la microscopie à feuille de lumière sont ainsi particulièrement adaptées à l'imagerie du cerveau, offrant une excellente résolution spatiale (<1µm) et une grande sensibilité, sur de larges champs d'observation (400x400µm) et en profondeur dans les tissus (quelques centaines de micromètres). Elles permettent ainsi d'enregistrer la distribution spatiale et l'activité temporelle de protéines d'intérêt marquées. Malgré les nombreuses et récentes publications démontrant d’impressionnants résultats, ces techniques d'imagerie restent limitées par : - les faibles variations de fluorescence induites par l'activité neuronale (typiquement 5 à 10% de fluctuation relative) - la profondeur d'imagerie encore limitée (quelques centaines de microns) - la résolution spatiale dégradée en profondeur, qui ne permet pas une étude des signaux fonctionnels à l'échelle du neurone individuel. Une des raisons majeures de la perte de signal, en particulier en profondeur, dans les tissus, est la présence d’aberrations optiques dues aux inhomogénéités des propriétés optiques du tissu, déformant la phase de l'onde lumineuse ou front d'onde. Ces dernières années, l'optique adaptative a démontré qu'en mesurant puis corrigeant le front d'onde - typiquement grâce à un miroir déformable - il est possible d’améliorer significativement le signal, la résolution et la profondeur d'imagerie en microscopie. Le projet INOVAO se propose de : - développer une approche innovante d'optique adaptative pour la microscopie à sectionnement optique, basée sur une mesure directe du front d'onde par un nouvel analyseur de front d'onde. Cette approche permettra d’agrandir la taille du champ corrigé, typiquement d’un facteur 3. - développer 2 démonstrateurs de microscopes de fluorescence, à deux photons et à feuille de lumière, couplés à ce nouveau concept d'optique adaptative, et offrant une amélioration significative des performances d'imagerie de fluorescence des tissus neuronaux, en termes de champ, de contraste et de résolution. - valider cette nouvelle approche d'optique adaptative et de quantifier son apport par des expériences d'imagerie fonctionnelle du cerveau in vivo chez la souris et la drosophile, à l’échelle de la cellule et sur des champs corrigés étendus. La réalisation de ces instruments originaux constituera la première étape du développement de nouveaux produits commerciaux.

Le glucose est la principale source de production d'énergie, en particulier dans le cerveau. Des preuves convaincantes indiquent le rôle clé que pourraient jouer les défauts du métabolisme du glucose dans plusieurs maladies neurodégénératives. La tomographie par émission de positrons est l'examen de référence pour évaluer de façon non invasive la consommation du glucose par les cellules du cerveau, mais cette technique souffre d’une résolution spatiale intrinsèquement faible. Ceci limite ses applications, en particulier pour l'étude des maladies neurodégénératives dans les modèles murins. Une nouvelle modalité d'imagerie par résonance magnétique (appelée transfert de saturation par échange chimique ou CEST en anglais) a été proposée pour imager le glucose de façon non-invasive avec des résolutions spatiale et temporelle élevées. Cette méthode d'imagerie par résonance magnétique (IRM) appelée glucoCEST pourrait offrir un nouvel outil pour cartographier le métabolisme énergétique dans le cerveau de souris, aussi bien en conditions saines que pathologiques. Cependant, cette méthode est actuellement limitée par le manque de spécificité. En effet, seuls les changements relatifs du signal glucoCEST sont rapportés. Cependant, de telles mesures fournissent relativement peu d'informations sur les variations absolues de la concentration en glucose et de ses produits de dégradation par voie glycolytique dans le cerveau. En plus de l'aspect méthodologique des acquisitions CEST, l'aspect quantitatif est actuellement l'une des limites majeures de l'imagerie CEST qui empêche le transfert de cette technique en clinique pour des applications chez des patients. Dans ce contexte, les objectifs de ce projet ambitieux sont d'abord de repousser les limites de l’imagerie CEST grâce à des développements méthodologiques pointus. Ensuite, nous développerons des outils innovants pour quantifier le signal glucoCEST afin d'établir des cartes quantitatives de l'utilisation du glucose in vivo en utilisant des modèles pharmacocinétiques. Enfin, nous démontrerons que notre méthode peut constituer un biomarqueur pertinent des altérations du métabolisme énergétique cérébral dans la maladie d'Alzheimer en utilisant un modèle de souris déjà bien caractérisé. Avec le projet nrjCEST, nous nous efforçons d'offrir un nouvel outil non invasif à la communauté préclinique pour étudier les dérégulations du métabolisme énergétique cérébral impliqués dans bon nombre de modèles murins de maladies neurodégénératives. De plus, ce projet améliorera considérablement la méthode d'imagerie CEST et accélérera le transfert de la technique pour des applications cliniques permettant ainsi d’étudier sous un nouvel aspect les maladies neurodégénératives et en particulier la maladie d'Alzheimer.

Le développement de nouvelles technologies biomédicales crée une demande croissante pour des systèmes adhésifs améliorés capables d’être interfacés avec les tissus biologiques de manière hautement contrôlée et ajustable. Les méthodes de fixation actuelles répondent mal à ce besoin : les accroches mécaniques, sutures et agrafes, sont généralement trop dommageables et peuvent induire des réactions inflammatoires; les colles chirurgicales à base de polymères souffrent encore d’une adhérence insuffisance, de gonflement excessif et/ou de toxicité. Aujourd’hui, il existe un besoin non-satisfait pour une technologie biocompatible et facilement applicable permettant de fixer des dispositifs et des implants à la surface souple et très hydratée des organes internes. Le projet NANOBIOTAPE associe évaluation ex et in vivo et conception de matériaux pour créer un nouveau type de membranes bioadhésives pour la chirurgie. Le projet NANOBIOTAPE s’appuie sur une approche révolutionnaire de la bioadhésion récemment inventée à l’ESPCI Paris. Cette méthode consiste à utiliser des solutions ou des poudres de nanoparticules à la place de colles polymères : l’adhésion résulte de l’adsorption des macromolécules composant les tissus biologiques à la surface des particules. En maîtrisant ces processus d’adsorption, l’équipe du projet propose de concevoir de nouvelles membranes adhésives, pouvant adhérer aux tissus pendant une opération chirurgicale et être détachées sans dommage à la demande. Ces nouveaux adhésifs chirurgicaux fonctionnels seront conçus spécifiquement pour le développement de techniques améliorées de chirurgie hépatique pour le traitement du cancer du foie, 5ieme cancer le plus fréquent dans le monde en hausse de près de 3% par an depuis 2000. Le projet est multidisciplinaire et s’appuie sur la collaboration étroite entre quatre équipes d’expertises complémentaires dans les domaines des sciences des matériaux, de la clinique et chirurgie vétérinaire et humaine. La conception, fabrication et caractérisation des prototypes de membranes adhésives seront conduites par les chimistes et physiciens du laboratoire Matière Molle et Chimie de l’ESPCI Paris et du Centre des Matériaux de Mines ParisTech. Les chirurgiens vétérinaires de l’Ecole Nationale Vétérinaire d’Alfort et les chirurgiens hépatiques du Centre HépatoBiliaire de l’Hôpital Paul Brousse expérimenteront ces adhésifs sur des modèles animaux in vivo et évalueront leur pertinence clinique. Ils seront assistés par les histologistes qui détermineront la biocompatibilité des implants. Les adhésifs chirurgicaux obtenus offriront un nouvel ensemble de fonctions d’intérêt pour les praticiens médicaux. Ces fonctions seront optimisées pour une application aux tissus hépatiques et pourront être rapidement transposées à d’autres organes internes d’intérêt. Cette recherche apportera les démonstrations de sécurité et d’efficacité requises avant de premiers essais cliniques. Dans le cadre de l’objectif « Un monde, Une seule santé », les résultats de NANOBIOTAPE bénéficieront non seulement à l’Homme mais aussi aux animaux de compagnie traités en médecine vétérinaire. Des découvertes et des innovations de rupture sont anticipées autour de la maîtrise des phénomènes se produisant à l’interface entre des dispositifs hydrogels et des tissus biologiques.

Les plupart des actes chirurgicaux se font à l’heure actuelle uniquement de façon subjective, se basant sur l’expérience du chirurgien, sans aucune aide objective au geste chirurgical. Il en résulte un taux inacceptable d’échec couteux tant autant pour les patients et leur qualité de vie que pour le système de santé. Il est donc primordial de développer de nouvelles méthodes objectives du guidage du geste chirurgical pour améliorer et harmoniser la qualité des soins. Au 1er janvier 2018, 1437 malades sont en attente d’une transplantation hépatique. Le nombre de malades dans cette situation augmente régulièrement et il était de 574 malades il y a 10 ans. Tous les ans, 10 à 12% de ces patients vont mourir sur la liste d’attente. En grande majorité, ces chiffres sont la conséquence d’un manque de critères objectifs permettant de déterminer la qualité et donc la survie d’un greffon transplanté. De plus, suivant cette opération de transplantation, 7 à 10% des patients souffriront de déficiences fonctionnelles du foie. Bien que les raisons pour ces déficiences soient biens connues (entre autres, détérioration de la microcirculation, congestion veineuse, thrombose artérielle, asynchronies dans la régénération des hépatocytes entrainant une désorganisation physiologique), il n’existe à l’heure actuelle aucun outils permettant d’identifier ces déficiences à temps durant l’opération chirurgicale et donc d’intervenir au cours de la chirurgie. En conséquence, ces déficiences entrainent un coût important en termes de ré-opérations et sont à l’origine d’une diminution de 15% de l’espérance de vie des patients. La lumière dans le domaine proche infrarouge, invisible à l’œil humain, a l’avantage de pénétrer profondément dans les tissus vivants et d’apporter des informations critiques pour le geste chirurgical. Par conséquent, l'imagerie optique est particulièrement prometteuse pour aider les chirurgiens à obtenir des informations critiques pendant l’acte chirurgical. En particulier, le contraste moléculaire endogène, telle que la concentration en hémoglobine, en lipides et en eau ainsi que le coefficient de diffusion permettent d’obtenir des informations précises sur l’état des tissus vivant. Au cours de ce projet, nous proposons de développer des solutions innovantes permettant l’imagerie quantitative multispectrale des tissus vivants en temps réel pendant les chirurgies de transplantation du foie. Pour résoudre ce problème d’envergure, nous avons réuni une équipe multidisciplinaire de scientifiques, ingénieurs et chirurgiens. Le Pr. Vibert est un expert en transplantation hépatique à l’hôpital Paul Brousse (Paris). Le Dr. Diana est un chirurgien expérimental à l’Insitut Hospitalo-Universitaire de Strasbourg, spécialisé dans les nouvelles méthodes du guidage du geste chirurgical. Finalement, le coordonnateur du projet a inventé SSOP, et avec les autres équipes du laboratoire ICube à Strasbourg, ont prouvé une expertise reconnue en optique biomédicale et en chirurgie guidée par l’image.

Les microdomaines membranaires sont enrichis de façon spécifique en stérols et en sphingolipides et contiennent des protéines particulières telles que les protéines à domaine stomatin/prohibitin/flotillin/HflK/C (SPFH) qui sont retrouvées dans la plupart des lignées évolutives. De façon intéressante, les plantes possèdent un groupe de protéines à domaine SPFH qui leur sont propre appelées Hypersensitive Induced Reaction proteins (HIRs) et composées de quatre membres (HIR1 à HIR4). Bien que chez les animaux les protéines à domaine SPFH soient impliquées dans des processus cellulaires essentiels tels que la régulation de l’activité de protéines membranaires ou certains mécanismes d’endocytose, la fonction des HIRs reste largement méconnue chez les plantes. Le premier objectif du projet NUTRIR est de : (i) caractériser la petite famille des protéines HIR d’Arabidopsis au niveau cellulaire en termes de localisation, de dynamique et d’identité des microdomaines afin de comprendre le rôle des HIRs dans la cellule, ceci en utilisant des techniques de microscopie de pointe, (ii) découvrir de nouveaux rôles de ces protéines en utilisant l’isoforme HIR2 comme modèle. Dans ce but nous identifierons des protéines interagissant avec HIR2 puis nous analyserons l’importance de ces interactions aux niveaux cellulaire et physiologique. Récemment, j’ai découvert que le transporteur de fer racinaire d’Arabidopsis Iron Regulated Transporter1 (IRT1), qui est une des protéines modèles étudiées dans notre équipe, interagissait physiquement avec HIR2. De plus nous avons montré qu’IRT1 interagissait avec la pompe à proton H+-ATPase2 (AHA2) et la réductase Ferric Reduction Oxydase2 (FRO2) qui sont elles aussi essentielles à l’acquisition du fer dans la racine d’Arabidospsis. De façon intéressante, nous avons démontré par des approches de génétique inverse que HIR2 est impliquée dans le maintien de l’homéostasie des métaux chez Arabidopsis. Le second objectif du projet NUTRIR est d’étudier spécifiquement le rôle de la protéine HIR2 dans la régulation de la machinerie d’absorption du fer chez Arabidopsis, en nous focalisant sur son rôle dans la dynamique intracellulaire d’IRT1 et son impact sur l’homéostasie des métaux.

La structure des graines est un élément essentiel de la production agricole, car elle détermine leur composition et les rendements. Sous l’influence de la sélection naturelle et de la domestication, les plantes à fleurs ont développé un large éventail de structures de graines. Trois grands types d'architectures ont été caractérisés selon les rapports des volumes de l'embryon, l'albumen et du nucelle d’origine maternelle. Le rôle de l'albumen et de l'embryon sont relativement bien décrits. On connaît moins bien le nucelle et sa transformation en périsperme qui accumule pourtant la majorité de réserves nutritives chez les pseudo-céréales. Pourtant, les pseudo-céréales, comme l’amarante ou le quinoa par exemple, connaissent un intérêt agronomique croissant. Le projet vise à mieux comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires qui contrôlent le développement et la répartition des réserves dans la graine périspermique d’Amarante.

Le génie génétique représente un enjeu majeur pour la recherche fondamentale mais aussi appliquée. Malheureusement, la plupart des méthodes qui permettent la manipulation des gènes nucléaires ne sont pas facilement transposables aux mitochondries et chloroplastes qui contiennent leur propre génome. La compréhension de l’importance des mécanismes post-transcriptionnels dans la régulation de l’expression des gènes et du rôle d’ARN défectueux dans certaines myopathies ou dans le contrôle de la fertilité des plantes a engendré le développement de nouveaux outils de génie génétique ciblant les ARNs. Les protéines de liaison aux ARNs jouent des rôles essentiels dans le métabolisme de l’ARN et la capacité à concevoir des protéines qui se lieraient à n’importe quelle séquence ARN pourrait fournir un outil innovant pour le génie génétique. Dans ce contexte, les protéines pentatricopeptide repeat (PPR) représentent une classe idéale de protéines de liaison à l’ARN dont l'architecture modulaire et les propriétés de liaison aux ARNs représentent des options intéressantes pour la mise en place d’outils visant à contrôler l’expression ou le fonctionnement des ARNs. Les protéines PPR sont constituées d'un nombre variable de répétitions d’un motif dégénéré de 35 acides aminés qui se lient à des séquences d'ARN spécifiques suivant un mécanisme dans lequel chaque motif répété reconnaît une seule base de l’ARN grâce à l'action combinatoire de 2 acides aminés dans chaque répétition. Ce code de reconnaissance permet aujourd’hui de concevoir des protéines PPR ayant la capacité de lier n’importe quelle séquence ARN d’intérêt. En utilisant une PPR synthétique optimisée et ce code de reconnaissance, nous avons démontré, en préambule à ce projet, que des répétitions de motif PPR synthétiques (SynPPRs) pouvaient être programmées pour s’associer à n’importe quelle séquence ARN, ouvrant ainsi la porte à de nombreuses applications en biologie de synthèse. Le projet SynPPR visera à développer des protéines PPR synthétiques utiles pour la biologie végétale, l’agronomie et la médecine et sera organisé en 3 tâches. La tâche 1 utilisera les SynPPRs pour réguler l’expression des gènes des organites chez Arabidopsis et contrôler la production de pollen chez les plantes cultivées. Lors de la tâche 2, nous concevrons des SynPPRs dont le rôle sera de réprimer des ARN toxiques dans le noyau de cellules humaines malades. Finalement, dans une dernière tâche 3, nous concevrons un crible haut-débit chez E. coli pour sélectionner rapidement des interactions protéine-ARN et ainsi améliorer la compréhension des mécanismes de liaison PPR-RNA. Ces derniers résultats seront utilisés pour affiner la conception des protéines SynPPRs. Ce projet multidisciplinaire impliquera une collaboration entre 3 équipes internationalement reconnues, aux expertises complémentaires. L’équipe de K. Hammani au CNRS-IBMP, Strasbourg (partenaire 1) est reconnue pour la biochimie des protéines PPR. Celle de H. Mireau à l’INRA-IJPB, Versailles (partenaire 2) est experte dans le contrôle mitochondrial de la production du pollen et la traduction mitochondriale végétale et l’équipe de D. Furling à l’INSERM-CRM (partenaire 3) est un leader mondial dans le développement de biothérapies pour la dystrophie myotonique. Les connaissances acquises dans le cadre du projet SynPPR auront un fort impact économique et scientifique puisqu’elles apporteront d’une part, une méthode nouvelle pour le génie génétique exploitable à la fois en recherche fondamentale et appliquée et d’autre part, répondront à certains enjeux primordiaux de l’agriculture moderne, comme la production de gènes restaurateurs de fertilité mâle optimaux qui faciliteront la production de semences hybrides chez les plantes ou, cliniques comme le développement de solution curatives à certaines maladies humaines associées à des ARN toxiques.

Les plantes ont développé une immunité innée qui repose sur la reconnaissance de molécules produites par les agents pathogènes. Une conséquence majeure de la reconnaissance est une reprogrammation transcriptionnelle rapide et massive des gènes de défense qui implique des changements dans la composition de la chromatine et son remodelage. Néanmoins, nous sommes loin de comprendre les événements de remodelage de la chromatine qui sont associés soit au développement de la maladie, soit à l'activation de l'immunité des plantes. De plus, du point de vue d'un agent pathogène, la reprogrammation de l'épigénome par des pathogènes bactériens représente une stratégie de virulence puissante pour prendre le contrôle de l'expression génique de l’hôte, bien que les mécanismes sous-jacents demeurent encore mal caractérisés. Une autre question inexplorée est de savoir comment les changements de chromatine qui se produisent à une certaine distance du site d'infection peuvent contribuer à la mémoire du stress biotique. Ce projet très innovant et ambitieux vise à étudier pour la première fois et de manière cellule spécifique les événements de remodelage de la chromatine qui sont associés soit au développement de la maladie, soit à l'activation de l'immunité en réponse à un bioagresseur bactérien. Le flétrissement bactérien causé par Ralstonia solancearum est l'une des maladies bactériennes les plus destructrices en raison de son extrême agressivité, de sa distribution géographique mondiale et de sa large gamme d'hôtes (plus de 200 espèces végétales dont les Solanacées, incluant la tomate). L'effecteur PopP2 de Ralstonia cible plusieurs facteurs de transcription défensifs WKRY (TF) pour bloquer leurs fonctions trans-régulatrices nécessaires à l'expression des gènes de défense, inhibant ainsi la résistance basale. PopP2 cible également divers lecteurs épigénétiques et les dissocie de la chromatine. Par conséquent, il représente un outil puissant pour étudier l'interférence d’un effecteur bactérien sur l'épigénome de l'hôte. En utilisant des technologies de pointe et des approches expérimentales (GFP strand, INTACT, RNA-seq, ChIP-seq, Hi-ChIP), nous tenterons de répondre aux questions suivantes : (1) Comment l'effecteur PopP2 affecte-t-il l'épigénome de l'hôte ? Pour cela, nous allons étudier comment les réponses du transcriptome peuvent être liées à la dynamique de la chromatine influencée par PopP2 qui inhibe la résistance basale ou active des réponses immunitaires chez des plantes d’Arabidopsis sensibles et résistantes, respectivement. (2) Quels sont les changements chromatiniens induits par Ralstonia solanacearum dans les cellules infectées d'Arabidopsis et de tomate ? Cette analyse sera effectuée dans des cellules infectées isolées afin d'obtenir la résolution nécessaire. En outre, nous aimerions étudier comment les cellules méristématiques réagissent à l'infection par Ralstonia et si des caractéristiques chromatiniennes particulières façonnent la réponse de résistance des plantes aux attaques pathogènes ultérieures (priming). (3) La résistance aux maladies peut-elle être améliorée en manipulant les processus épigénétiques ? Pour évaluer le rôle des modifications chromatiniennes particulières dans la réponse d'Arabidopsis et de la tomate à Ralstonia, nous utiliserons la génétique inverse (insertions d'ADN-T, édition du génome VIGS ou CRISPR) et des approches de surexpression. Dans l'ensemble, ce projet devrait fournir des renseignements clés sur la pathogenèse microbienne et révéler d'importants mécanismes épigénétiques régulateurs de l'immunité des plantes. Les connaissances acquises seront exploitées pour déterminer comment les mécanismes épigénétiques peuvent être manipulés pour moduler la réponse des plantes à l'infection microbienne. L'objectif à long terme de cette proposition de recherche est d'améliorer les stratégies actuelles de gestion des maladies.

La dormance est une caractéristique adaptative des graines mise en place au cours de leur maturation et qui leur évite de germer sur la plante mère ou à la mauvaise saison après dispersion. C’est aussi un trait agronomique important car la germination des grains avant leur récolte provoque d’importantes pertes de rendement. L’acide abscissique (ABA) est l’hormone-clef induisant la dormance alors que le nitrate (NO3-) la réduit en stimulant la dégradation de l’ABA. Les partenaires 1 et 2 du projet ont identifié récemment un nouveau module MAPK (Mitogen-activated protein kinase) complet, activé par l’ABA et par le NO3- chez les plantules d’Arabidopsis. Les mutants de ce module ont un phénotype de dormance accrue. Par ailleurs, des mutations dans les gènes homologues chez le blé et l’orge diminuent la germination des grains dans l’épi. Ces résultats suggèrent que le module est un acteur important et conservé du contrôle de la dormance des graines. Le fait qu’il soit activé par le NO3- et l’ABA suggère qu’il pourrait être un intégrateur de ces voies de signalisation. Ce projet se propose de caractériser la fonction de ce module dans la germination de la graine en utilisant la plante modèle Arabidopsis et d’exploiter ces résultats pour développer de nouvelles stratégies de manipulation de la germination des plantes d’intérêt agronomique. Le WP1 a comme objectif de valider fonctionnellement le module MAPK en clarifiant à quel moment il est activé et quelles sont les kinases qui le composent, un module MAPK étant constitué d’au moins 3 kinases. Nous décrirons également la manière dont le module MAPK s’articule fonctionnellement avec les voies de signalisation de l’ABA et du NO3- à l’aide d’approches génétiques et biochimiques. Par ailleurs, ce module MAPK présente des caractéristiques originales qui le distinguent de ceux décrits jusqu’à maintenant. Le WP2 a donc comme objectif de mieux comprendre ces caractéristiques uniques. Nous nous intéresserons en particulier aux mécanismes de son activation qui dépendent étonnement à la fois de régulations transcritionnelles et post-traductionelles, ainsi qu’à la fonction d’un domaine très conservé de la MAP2K. Le WP3 vise à comprendre ce que le module contrôle dans la cellule. Nous identifierons et caractériserons des substrats phosphorylés par les MAPKs et importants pour sa fonction dans la germination. Nous éluciderons également les processus cellulaires contrôlés par le module à l’aide d’approches transcriptomiques et métabolomiques menées sur les mutants du module. Pour finir, nous identifierons des molécules inhibant le module et les utiliserons pour étudier sa conservation dans le règne végétal. Ces molécules seront également testées pour leur capacité à contrôler la dormance de plantes d’intérêt agronomique. Ce projet repose sur la collaboration de 4 groupes reconnus comme leaders dans leurs domaines respectifs. Chacun apportera son expertise et ses compétences pour tester l'hypothèse originale que le module MAPK récemment découvert intègre des voies de signalisation environnementales distinctes pour déterminer si les graines doivent germer ou pas. Ce travail conduira à une meilleure compréhension des facteurs qui contrôlent la physiologie des graines. Il mettra en œuvre également une approche originale de chémobiologie chez la levure visant à identifier de petites molécules modifiant l'activité du module MAPK et modulant ainsi la dormance chez des espèces modèles et d’intérêt agronomique. Ainsi, par une recherche fondamentale originale, le projet MAPKSEED s'attaque à un enjeu important d'optimisation de l'agriculture durable dans un environnement en mutation.

Les phytopathogénes Ralstonia, Xylella ou Xanthomonas causent des infections systémiques dévastatrices chez les plantes. Les bases génétiques de l’immunité vasculaire sont méconnues limitant les possibilités de création de variétés résistantes ou tolérantes. En prenant comme exemple la nervation noire des Brassicaceae, maladie vasculaire à fort impact économique causée par Xanthomonas campestris (Xc), le projet NEPHRON vise à caractériser l’immunité de la plante au niveau des hydathodes, sites naturels d’entrée de Xc. Les hydathodes sont des organes situés à la marge des feuilles où se réalise le phénomène de guttation. Le projet NEPHRON établira les bases génétiques de la différenciation et de la physiologie de l’hydathode et son importance pour la sensibilité à la nervation noire. Les résultats acquis chez Arabidopsis et différentes variétés élites de chou serviront de fondation au design de nouvelles stratégies de contrôle des agents pathogènes vasculaires.

Les pucerons sont des ravageurs majeurs de nombreuses cultures et dont les populations sont principalement contrôlées par l'application de pesticides. Les pesticides ont un certain nombre d'effets indésirables pour l'environnement et la santé humaine, et les pucerons ont développé de nombreux mécanismes de résistance aux insecticides. Par conséquent, des méthodes alternatives à la lutte chimique sont nécessaires pour contrôler efficacement et durablement les pucerons. Dans ce contexte, l'utilisation de plantes résistantes est une stratégie pertinente mais qui nécessite de créer plus de connaissances sur les interactions plantes-pucerons. Ce projet s'appuie sur les connaissances acquises sur le système puceron du pois (Acyrthosiphon pisum)/légumineuses (Fabaceae) pour étudier les interactions plantes-pucerons au niveau moléculaire. Plus spécifiquement, nous examinerons les interactions entre les biotypes de A. pisum et les légumineuses pour identifier et caractériser les facteurs de compatibilité et incompatibilité chez les pucerons et les plantes, ainsi que les voies de signalisation des plantes impliquées dans les interactions. Les biotypes d' A. pisum sont des entités génétiques, spécialisées sur une voire quelques espèces de légumineuses et incapables de se nourrir correctement sur les autres légumineuses. Nous émettons l'hypothèse que les interactions plantes-pucerons sont analogues aux interactions plantes-pathogènes microbiens: les protéines salivaires des pucerons pourraient fonctionner comme des effecteurs avec des fonctions de virulence et d'avirulence, et leurs interactions avec certaines protéines végétales détermineraient le succès des pucerons. Nous émettons en outre l'hypothèse que les protéines salivaires des pucerons avec un profil d'expression ou une séquence d'acides aminés spécifiques au biotype pourraient être les effecteurs qui déterminent la compatibilité avec des plantes hôte spécifiques. Sur la base des analyses de re-séquençage du génome et des analyses transcriptomiques, nous avons déjà identifié certains gènes de candidats effecteurs salivaires qui pourraient être impliqués dans l'adaptation des pucerons à leurs plantes hôtes spécifiques. Dans ce nouveau projet, nous proposons de caractériser ces gènes et d'identifier leurs cibles végétales en utilisant des interactions protéine-protéine. Pour identifier directement les facteurs végétaux impliqués dans les interactions pucerons, nous avons criblé 240 accessions re-séquencées du pois Pisum sativum vis-à-vis de lignées de A. pisum adaptées et non adaptées au pois et nous avons observé une gamme de résistance et de susceptibilité. Fort de ces données, nous aimerions maintenant mener une étude de génétique d'association (GWAS-Genome Wide Association Study) pour identifier les locus impliqués dans la résistance ou la sensibilité des plantes. Nous sélectionnerons également les accessions présentant des phénotypes extrêmes en termes de résistance/sensibilité sur lesquelles nous conduirons des analyses métabolomiques et transcriptomiques pour identifier les voies de signalisation impliquées dans les interactions avec les pucerons. En outre, nous criblerons les mutants de P. sativum par TILLING pour trouver les mutants des voies de résistance clés, des cibles effectrices et des gènes de résistance. Nous testerons leurs interactions avec les biotypes d'A. pisum et examinerons l'induction de gènes et l'accumulation de métabolites. À la fin du projet, nous produirons des données et du matériel utiles pour les recherches fondamentales et appliquées et créerons des connaissances et des outils qui bénéficieront à des programmes de sélection ou de création de plantes résistantes aux pucerons.

En lien avec l’augmentation de la population mondiale, et l’élévation du niveau de vie dans les pays en voie de développement, la pression croissante sur le marché mondial des protéines, combinée à la volonté de développer des systèmes alimentaires plus durables, pousse actuellement l'agro-industrie à diversifier ses sources d’approvisionnement en protéines. De plus en plus d'attention est accordée aux végétaux, ceux-ci pouvant être produits en grandes quantités, et dans des conditions de culture très variées. En outre, pour les plantes de grande culture, la fraction protéique est souvent un coproduit de l’extraction d'huile ou d’amidon, qui pour l’instant est essentiellement utilisé en alimentation animale. Une des principales limites à l’utilisation des protéines végétales en alimentation humaine est la faible valeur nutritionnelle qui leur est généralement attribuée, d’une part en raison de leur composition en acides aminés indispensables, souvent déséquilibrée par rapport aux besoins de l’homme, et d’autre part en raison de leur digestibilité, généralement inférieure à celle des protéines animales. Cependant, en ‘craquant’ les produits végétaux et en recombinant les protéines végétales de diverses natures (globulines/albumines/gluténines) et origines (céréales/ légumineuses/graines oléagineuses), il doit être possible de constituer des mélanges présentant une composition en acides aminés adéquate, incorporables dans des matrices alimentaires assurant une bonne biodisponibilité de ces acides aminés. Pour un nombre croissant de ressources végétales (graines oléagineuses, graines protéagineuses, céréales …), des procédés d'extraction et de fractionnement des protéines, développés à l'échelle du laboratoire, sont aujourd’hui en cours de transposition à l'échelle industrielle. La valorisation de ces extraits protéiques en nutrition humaine est donc devenue un point clé pour la capitalisation de ces acquis. Une démonstration claire du potentiel nutritionnel élevé des mélanges de protéines végétales fait actuellement défaut, elle ouvrirait cependant les portes aux innovations agro-industrielles, avec le développement de nouveaux produits adaptés aux besoins spécifiques de consommateurs ciblés. C’est l’ambition du projet P-Probs qui s’attachera à développer un mélange de protéines végétales de qualité nutritionnelle optimisée pour ralentir le développement de la sarcopénie (atrophie musculaire liée à l’âge) et du risque cardiométabolique (ensemble de facteurs de risque, dont l’inflammation systémique et vasculaire) chez les personnes âgées. Dans ce contexte, trois acides aminés semblent jouer un rôle majeur : la leucine, qui stimule la synthèse des protéines musculaires ; l’arginine, qui affecte la fonction endothéliale vasculaire et module potentiellement la perfusion en nutriment du muscle ; la cystéine, qui aide à lutter contre le stress oxydatif par la synthèse de glutathion. L’objectif sera donc de formuler un mélange de protéines végétales assurant un bon équilibre en acides aminés indispensables, une teneur élevée en leucine, arginine et cystéine, une digestibilité élevée, et présentant un bénéfice santé avéré pour la population ciblée. Une étude à long terme chez un modèle de rongeur permettra de tester l'efficacité du mélange de protéines proposé pour maintenir la masse musculaire et atténuer le développement des dérégulations métaboliques associées au vieillissement. En parallèle, un aliment ‘prototype’, basé sur le mélange de protéine sera produit puis testé dans deux essais cliniques pour sa capacité à stimuler l'anabolisme protéique postprandial, tout en réduisant l'inflammation postprandiale à bas bruit et le dysfonctionnement endothélial vasculaire, chez les personnes âgées. Pour atteindre ses objectifs, le projet P-Probs réunit des nutritionnistes, et deux groupes agro-industriels internationaux spécialisés dans la transformation des matières premières végétales et dans la fabrication d’aliments.

La consommation excessive de sucre et de sel a des conséquences délétères sur la santé humaine. Les stratégies actuelles de recommandation nutritionnelle sont peu efficaces car peu acceptables par les individus. Le projet SHIFT combine physiologie de la nutrition, sciences du comportement alimentaire, sciences sociales et mathématiques appliquées pour révéler les déterminants de l’acceptabilité d’options alimentaires plus saines. SHIFT étudiera l’acceptabilité de deux types de substitutions alimentaires présentant un intérêt au regard de la réduction en sucres et en sel : (i) alternatives aux sodas lors d’un repas et (ii) aux desserts et fromages à teneur réduite en sel et/ou sucre. Des recherches seront conduites, à l’échelle populationnelle, micro-sociale et individuelle pour identifier les critères qui limitent ou favorisent l’acceptabilité des options proposées. Les résultats de ces travaux seront utilisés pour concevoir des moteurs de recommandation alimentaire dont l’efficacité sera étudiée en conditions écologiques. Les activités scientifiques menées dans SHIFT s’organiseront autour de 4 lots de travail (workpackages). Dans le premier lot, des méthodes d’Intelligence Artificielle (et notamment d’apprentissage automatique non supervisé) seront utilisées pour analyser les bases de données de consommation alimentaires à l’échelle d’une population, afin d’en extraire les critères qui favorisent ou limitent l’acceptabilité d’options alimentaires plus saines. Dans le second lot, des approches de sociologie et de psychologie expérimentale (notamment des observations de terrain des comportements de consommation en restauration collective) seront utilisées pour comprendre les effets du contexte micro-social sur l’acceptabilité d’aliments de bonne qualité nutritionnelle. Dans le troisième lot, le contexte social de la prise alimentaire sera étudié à l’aide des méthodes de neurosciences comportementales et de neurosciences computationnelles seront menées pour comprendre les processus neurologiques de prise de décision qui sous-tendent l’acceptabilité ou le rejet d’une proposition alimentaire. Des tâches cognitives de choix d’aliments seront réalisées dans un système d’imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf) et les données seront utilisées pour établir des modèles neuro-computationnels de prise de décision. Enfin, un quatrième lot sera consacré à la conception et à la mise en œuvre d’un moteur de recommandations alimentaires (basé sur les résultats des lots 1, 2 et 3) ainsi qu'à l’évaluation de ce moteur en conditions écologiques de consommation alimentaire. L’impact que des recommandations produites par l’outil ont sur les comportements de consommation et sur la qualité de la diète (tout particulièrement sur la réduction des apports en sucre et en sel) seront mesurés. Les résultats de SHIFT permettront de concevoir des stratégies performantes, durables et novatrices pour l’amélioration de la qualité des régimes alimentaires, en proposant des systèmes de recommandations et de conseils alimentaires adaptés, personnalisés, tenant compte des contextes de consommation individuels. SHIFT regroupe 5 partenaires académiques : le laboratoire de Physiologie de la Nutrition et du Comportement Alimentaire (INRA-AgroParisTech, coordinateur du projet), l’Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (Sorbonne Université, CNRS-INSERM), le laboratoire de Mathématiques et Informatique Appliquées (INRA-AgroParisTech), l’unité Alimentation et Sciences Sociales (INRA), la « School of Psychology » de l’université de Birmingham et un partenaire industriel Danone Nutricia Research (Global Nutrition Department).

L’objectif du projet HUNIWERS est double : i) utiliser les archives « classiques » et les spéléothèmes urbains pour déterminer et comparer la qualité et la disponibilité passées et actuelles des eaux sous-terraines en région parisienne afin d’identifier les sources et mode de transfert de polluants; ii) établir un état des lieux des nappes de proches surface parisiennes, évaluer l'efficacité des politiques environnementales (impact sur les sources de polluants), et proposer en lien avec les autorités locales et régionales une utilisation alternative de cette ressource naturelle. L'impact du développement urbain sur les ressources en eau est une question majeure, en particulier sur les eaux sous-terraines de sub-surface. Comprendre l'évolution chimique de ces eaux sous pression anthropique est limité par 2 verrous scientifiques: i) connaitre l'état initial (pré-urbanisation) et ii) identifier les traceurs et archives clés pour retracer et comprendre les fluctuations passées (qualité et quantité). Récemment, nous avons développé une approche innovante pour reconstituer l'évolution passée de la qualité des eaux sous-terraines en milieu urbain. En couplant l'analyse de spéléothèmes urbains (encroûtements calcaires) et d'eaux collectées dans un aqueduc sous-terrain, nous avons reconstitué 300 ans d’enregistrement d'une série d'éléments chimiques (Plomb, Soufre, Terres Rares) et leurs sources actuelles et passées dans un petit bassin versant du NE de Paris. Avec le projet HUNIWERS, nous proposons d'appliquer et d'étendre cette double approche à Paris et sa région en utilisant des spéléothèmes urbains de différents ouvrages sous-terrain et en s'intéressant aux nappes phréatiques perchées mais aussi à l'eau qui s'infiltre de façon diffuse. La mise en œuvre d'HUNIWERS sera divisée en 5 taches: 1) Modélisation du cycle hydrologique dans 2 bassins versants parisiens contrastés: bilan de l'eau et comparaison avec l'usage des sols, le débit et les données climatiques (mesures et archives historiques); 2) Caractériser les propriétés physico-chimiques de l'eau sous-terraine actuelle (nappes perchées); 3) Obtenir une série temporelle de l'évolution géochimique des eaux en utilisant des spéléothèmes prélevés sur différents sites; 4) Déterminer les sources et les mécanismes de transfert des polluants pour la période actuelle et passée ; 5) Evaluer, en concertation avec les autorités / les agences régionales et locales, la possible (ré)utilisation des eaux des nappes perchées parisiennes comme ressource alternative. HUNIWERS regroupe 41 chercheurs et techniciens issues de 7 partenaires principaux: LSCE, CRPG, ISTO, EDYTEM, GEOPS (Laboratoires de pointe dans la recherche sur l'environnement), Cerema (un centre de ressource gouvernemental technique et scientifique avec une forte intégration régionale) et le HT2S du CNAM (relation science-technologies et société). HUNIWERS combine une approche extrêmement innovante (nous sommes le seul groupe à travailler sur les spéléothèmes urbains au niveau international) avec un risque relativement faible puisque la méthodologie a déjà été mise en œuvre sur des projets plus petits et maintenant terminés. Les retombées d'HUNIWERS couvrent des aspects fondamentaux tels que l'héritage des activités humaines dans l'environnement urbain et l'évaluation de l'impact du développement urbain et industriel et des politiques publiques de remédiation. HUNIWERS cherchera aussi à développer des outils opérationnels pour la gestion de l'eau, tels que: - cartographie de la contamination métallique et organique des eaux; - outils géochimiques pour établir la présence de fuites dans le réseau d'eau. -évaluation de la possibilité d'utiliser les eaux de sub-surface comme ressource non conventionnelle en lien avec les acteurs locaux et régionaux (lettres de soutien reçues); En perspectives, appliquer ou envisager la méthodologie d'HUNIWERS à d'autres villes européennes nous ouvrira la voie pour participer au programme H2020.

L'aviation est l'un des secteurs de transport en pleine croissance et cette tendance devrait se poursuivre dans les prochaines années. A l’heure actuelle, l'aviation ne représente que 2% des émissions mondiales de CO2 mais devrait atteindre 3% d'ici 2050. Bien que ce chiffre soit faible comparé aux autres secteurs industriels, tels que la production d'énergie et le transport terrestre, il faut noter que ces industries disposent actuellement de sources d'énergies alternatives viables. Par exemple, l'industrie de la production d'énergie peut se tourner vers les technologies éoliennes, hydroélectriques, nucléaires et solaires. Dans le cas de l'aviation, alors que les recherches portent sur les avions électriques, ces sources d’énergies alternatives sont encore loin d’être utilisée dans le secteur en raison du besoin d'un rapport puissance / poids élevé et d'une infrastructure globalement compatible. L'industrie aéronautique a identifié les biocarburants comme l'un des principaux outils pour réduire ses émissions polluantes. Ces émissions ne se limitent pas aux seuls gaz à effet de serre comme le CO2, mais ils incluent des particules volatiles (vPM) et non volatiles (nvPM). Les nvPM sont définies comme les particules présentes dans les gaz d'échappement du moteur à des températures supérieures à 350 °C. Les vPM sont formées par nucléation à partir de précurseurs gazeux dans les gaz d'échappement en aval de la chambre de combustion, lorsque la concentration de particules préexistantes a diminué, favorisant la nucléation homogène. L'acide sulfurique formé dans les gaz d'échappement du moteur semble être lié à la formation des vPM. Cependant, la quantité de soufre présente dans le combustible convertie en acide sulfurique dans les gaz d'échappement est trop faible pour expliquer la quantité de vPM observée. Le mécanisme moléculaire derrière ce phénomène reste encore inconnu. Les principaux objectifs de ce projet sont: 1. Déterminer le mécanisme derrière la formation de vPM dans les gaz d'échappement du moteur et son lien éventuel avec la composition du carburant ; 2. Établir un protocole d'échantillonnage pour les mesures de vPM pouvant être utilisées dans les processus de certification ; 3. Déterminer l'impact de la composition chimique du carburant sur les propriétés physico-chimiques de vPM et nvPM. Pour atteindre les trois objectifs mentionnés, nous prévoyons d'utiliser un générateur des aérosols de combustion (CAST) spécialement conçu pour fonctionner avec les combustibles aéronautiques disponibles à l'ONERA comme source d'émission. Pour étudier en détail la formation de vPM, nous utiliserons la chambre atmosphérique CESAM disponible au LISA ainsi qu’ un réacteur à écoulement massique d'aérosols (PAM) disponible au LSCE et exploité en collaboration avec l'INERIS pour induire la formation de vPM à partir des gaz d'échappement de CAST. Nous utiliserons les moyens expérimentaux disponibles à l'ONERA et au CESAM pour caractériser les émissions. De plus, une caractérisation chimique sera effectuée par SAGE et PhLAM. Pour mieux comprendre le mécanisme moléculaire de la formation de vPM, nous effectuerons une série de simulations théoriques dirigées par UTINAM. Pour compléter le consortium, deux partenaires étrangers participeront : l'Université de Technologie de Tampere (TUT), qui participera à la caractérisation des amas moléculaires émis par CAST, et l'institut nationale espagnole pour l'aéronautique (INTA) qui collaborera en donnant accès à sa ligne d'échantillonnage dans leur banc d'essai pour mesurer la formation de vPM dans l'une de ses campagnes de mesure standard avec un moteur complet.

Les réseaux de neurones convolutionnels pour l'apprentissage profond reçoivent actuellement beaucoup d'attention de la part des industriels et des universitaires. Cependant, la puissance de calcul nécessaire à l’exécution de réseaux de neurones est souvent hors de portée des dispositifs embarqués de faible puissance et génère un coût important lorsque ceux-ci sont exécutés par des datacenters. Dans ce contexte, le calcul approximatif améliore considérablement les performances et l'efficacité énergétique, tout en conservant une qualité de résultats suffisante. AdequateDL explorera comment les approximations peuvent améliorer les performances de l'accélérateur matériel dans les applications basées sur l’apprentissage profond. Les résultats comprennent un cadre pour l'exploration de la précision et la démonstration de gains de performance de plusieurs ordres de grandeur grâce aux accélérateurs matériels adéquats proposés par rapport aux plates-formes de calcul CPU / GPU classiques.

L'objectif de ce projet est de concevoir et implanter un agent générique pour les enchères (GAP). Cet agent pourra comprendre et raisonner à propos des règles governant une enchère. Les agents automatiques sont aujourd'hui largement utilisés dans les enchères ; toutefois, ces agents sont le plus souvent dédiés à un type d'enchère (enchère ascendante par exemple). Ces agents ne peuvent passer aisément à d'autres types d'enchères. Ce projet part d'une perspective différente basée sur le raisonnement stratégique: une enchère est définie par un ensemble de règles et un agent enchérisseur a pour objectif d'interpréter celles ci (ex: comment le vainqueur est déterminé ?). Afin d'établir sa stratégie, l'agent doit pouvoir raisonnner à propos de ses informations privées (le prix qu'il souhaite payer) et de ses croyances à propos des informations concernant les autres joueurs. Les capacités concernant le raisonnement stratégique sont donc les éléments fondateurs de GAP. Ce projet s'appuie sur une définition en logique de ces agents génériques. En effet la logique permet de définir clairement ce qu'est une stratégie et de pouvoir raisonner à son propos. Qui plus est, la logique permet de décrire précisément les notions clefs en jeu dans les concepts hérités de la théorie des jeux et applicables aux enchères comme les notions de rationalité, incertitude ou équilibre. L'objectif de ce projet est de démontrer que le raisonnement stratégique est implémentable dans un agent artificiel. Pour cela, nous allons nous appuyer sur un langage simple et pratique permet de décrire des jeux: Game Description Language (GDL). Ce langage sera adapté et étendu afin (i) de pouvoir décrire les notions spécifiques aux marchés d'enchères et (ii) mettre en oeuvre les principes généraux du raisonnement stratégique. Pendant ce projet, nous allons développer un langage basé sur GDL et intitulé "Auction Description Language" (ADL) et permettant de décrire les règles régissant une enchère. Objectif principal ------------------ Spécifier et implanter des moyens permettant d'interpréter correctement les règles régissant une enchère. Cet agent raisonnement de manière stratégique sur ces propres actions (enchérir) en considérant ses propres buts et les buts des autres agents impliqués dans l'enchère. Principaux livrables -------------------- 1. un langage logique (ADL) dédié à la description d'une enchère et basé sur GDL: ce langage permettra d'introduire les notions d'enchérisseur, offre, ... ; 2. une spécification modulaire d'une enchère à l'aide d'un ensemble de règles: détermination du vainqueur, calcul du paiement, offres possibles... ; 3. une représentation à l'aide d'ADL du raisonnement stratégique et permettant à un agent GAP d'enchérir dans différents types d'enchères. Le raisonnement stratétique doit permettre de vérifier si l'enchère est à veracité garantie. 4. un prototype GAP pouvant participer à des compétitions d'agents courtiers électroniques (Trading Agent Competitions) et permettant d'évaluer son caractère général. Principaux apports ------------ Ce projet apprtera plusieurs contributions. Tout d'abord le projet AGAPE est pionner dans l'implantation du raisonnement stratégique. Celui-ci est principalement été abordé d'un point très général (théorie des jeux) et AGAPE apportera une concrétisation. Cette concrétisation est complexe et soulève de nombreuses questions sur la représentation des stratégies (représentation compacte). Ensuite, ce projet permet de soulever de nombreuses questions quand à la faisabilité du raisonnement stratégique: quelles sont les concessions à effectuer pour que la complexité de calcul soit "raisonnable" ? quel type de croyances d'ordre supérieur sont nécéssaires ? Enfin, en considérant une approche modulaire du raisonnement stratégique, ce projet mettra en évidence l'équilibre qui doit être établi entre l'implantation de concepts généraux et l'usage de connaissances spécifiques liés à un domaine..

L'agronomie et la biodiversité doivent répondre à plusieurs grands défis sociétaux, économiques et environnementaux. Cependant, les données sont produites en si grande quantité et si vite qu'elles remettent en question notre capacité à les transformer en connaissances et permettre, par exemple, l’agriculture translationnelle, c.-à-d. le transfert rapide et efficace des résultats de recherche agronomique vers le monde agricole. D2KAB ambitionne de mettre en place les processus permettant de transformer les données d’agronomie et de biodiversité en connaissances – sémantiquement riches, interopérables, ouvertes – ainsi que les méthodes scientifiques et les outils pour exploiter et diffuser ces connaissances. Pour ce faire, nous développerons de nouvelles approches et algorithmes pour répondre aux spécificités de nos domaines d'intérêt, mais nous nous appuierons également sur les outils et méthodes existants. D2KAB réunit un consortium pluridisciplinaire (et international) de trois laboratoires d’informatique (UM-LIRMM, CNRS-I3S, STANFORD-BMIR), quatre laboratoires d’informatique appliquée en agronomie ou agriculture (INRA-URGI, INRA-MaIAGE, INRA-IATE, IRSTEA-TSCF), deux en écologie et ecosystemes (CNRS-CEFE, INRA-URFM), l’unité INRA d’appui à information scientifique et technique (INRA-DIST) et une association du monde agricole (ACTA). L'expertise du consortium en informatique s'étend des ontologies et métadonnées, au Web sémantique, aux données liées, à l’alignement d’ontologies, au raisonnement et l’extraction de connaissances, au traitement du langage naturel ainsi qu’à la bioinformatique. Le projet est structuré en trois work-packages de recherche et développement en informatique et deux work-packages de scénarios. Le WP1 se concentrera sur les ontologies/vocabulaires et transformera le prototype AgroPortal en plateforme de référence répondant aux besoins de la communauté en proposant des ressources et des services de très haute qualité: conformité au format SKOS, recherche sémantique de données liées, annotation de texte, interopérabilité avec d’autres portails sémantique. Le WP2 se concentrera sur le problème majeur de l'alignement d’ontologies et développera de nouvelles fonctionnalités et algorithmes dans AgroPortal en utilisant des méthodes à base de background knowledge validées en ag & biodiv. Partant des données hétérogènes fournies par les scénarios, le WP3 déploiera les méthodes et moyens nécessaires à la construction d'un graphe distribué de connaissances ag & biodiv, et à son exploitation via des modes innovants de visualisation, navigation et recherche. Le WP4 comprend quatre scénarios de recherche interdisciplinaire d'agriculture translationnelle. Par exemple, un système d'aide à la décision basé sur les ontologies pour sélectionner l'emballage alimentaire le plus approprié ou un lecteur sémantique augmenté pour les Bulletins de Santé du Végétal. Nous fournirons une base de connaissances scientifiques unique pour les phénotypes du blé et offrirons la première ressource de données agricoles renforcée par les données ouvertes et liées. Le WP5 développera des ressources sémantiques permettant l'annotation des données pour l’expérimentation sur les écosystèmes d’une part et pour les observations en biogéographie fonctionnelle d’autre part. Un exemple combinant des sources de données relatives à l’écologie des communautés, aux traits des plantes et aux facteurs de l’environnement sera réalisé pour comprendre les effets des changements climatiques sur la végétation du Bassin Méditerranéen. Chacun des scénarios guidant le projet aura un impact significatif et produira des résultats concrets pour les communautés scientifiques ag & biodiv et les acteurs socio-économiques de l'agriculture. Nous avons prévu de multiples actions et événements de dissémination où nous utiliserons nos scénarios comme démonstrateurs du potentiel des technologies sémantiques en agronomie et biodiversité.

Dans la limite d’un plan atomique, les dichalcogénures de métaux de transition (2H-MX2, avec M=Mo, W et X=S, Se) sont des semiconducteurs avec un gap direct de l’ordre de 1 à 2 eV, et possèdent des vallées (dégénérées) aux coins K+ et K- de la zone de Brillouin. Outre leur intérêt comme semiconducteurs « classiques », cette structure électronique particulière offre l’opportunité d’utiliser le degré de liberté quantique qu’est l’indice de vallée pour le traitement de l’information. Ce domaine de recherche émergent est connu comme la « valléetronique ». Il est établi que les vallées en K+/K- peuvent être adressées indépendamment par de la lumière polarisée circulairement, et que la polarisation de vallée des porteurs peut être détectée électriquement par l’effet Hall de vallée. Cependant, pour une utilisation concrète de ces matériaux en valléetronique, il est nécessaire de trouver un moyen de lever de façon permanente (et contrôlée) la dégénérescence des vallées. Le but du projet MAGICVALLEY est de développer une méthode originale et prometteuse d’atteindre cet objectif, qui consiste à briser l’invariance par renversement du temps par couplage magnétique d’échange avec un matériau 2D magnétique. En premier lieu, un effort important sera consacré à la croissance et à la caractérisation approfondie de matériaux 2D magnétiques, qui seront soit des ferromagnétiques 2D intrinsèques soit des dichalcogénures de métaux de transition dopés avec des impuretés magnétiques. Ensuite, des hétérostructures van der Waals composées d’un empilement couche magnétique 2D/MX2 seront élaborées pour tester la polarisation de vallée par couplage magnétique d’interface. Les matériaux seront préparés sur de grandes surfaces (1 cm2) par épitaxie par jets moléculaires ou par dépôt chimique en phase vapeur. Cette procédure garantit les interfaces très propres indispensables pour un couplage magnétique efficace. De plus, l’utilisation de couches liées par interaction van der Waals supprimera dans une large mesure la réactivité chimique d’interface. Le projet inclut un ensemble complet de techniques permettant de caractériser en détail les structures atomique, électronique et magnétique des matériaux constituants. Enfin, la levée de dégénérescence des vallées, qui est un élément clé pour la valléetronique, sera sondé à la fois par des techniques optiques et électriques. Les activités expérimentales seront épaulées par un travail théorique important. Dans leur domaine de compétence, tous les partenaires du projet ont une expertise établie dans l’étude de matériaux 2D.

Le projet NEURONIC ambitionne la fabrication d'un accélérateur matériel de réseaux de neurones binaires à base de technologie hybride CMOS/RRAM, et utilisant le concept de calcul dans les mémoires. Cet accélérateur permettra de réaliser de l'inférence en exploitant un concept révolutionnaire : le «XNOR-NET», avec une sobriété énergétique inégalée jusqu'ici. En intelligence artificielle les réseaux de neurones profonds sont aujourd'hui largement étudiés, mais leur simulation sur des cartes graphiques gaspille une énergie considérable lors des échanges de données entre mémoires et processeurs. Dernièrement, l’approche « XNOR-NET » a permis de remplacer les multiplications 32 ou 64 bits par des opérations booléennes, simplifiant considérablement l'architecture du circuit, limitant d’autant l’empreinte mémoire. Mais de manière assez surprenante et grâce à la redondance intrinsèque des réseaux de neurones, la simplification drastique apportée par les XNOR-NET ne dégrade que faiblement les performances. Basé sur ce concept de XNOR-NET, dans le cadre du projet NEURONIC, nous fabriquerons un circuit intégré révolutionnaire qui réalisera de l'inférence, en évitant le transfert des poids synaptiques, grâce à des mémoires RRAM embarquées permettant un calcul local avec une approche logique dans la mémoire. Notre solution permettra un traitement minimal en énergie comparativement aux solutions actuelles qui incluent des processeurs et sont contraintes par la capacité des mémoires pour enregistrer l'historique des données et les échanges. L’application visée est de la fusion multi-capteurs qui agrègent des données pour produire une information plus précise. Cette application se base sur l’extraction de traits caractéristiques permettant d’obtenir des tailles de réseaux réduites, adaptées aux technologies visées. L’efficacité énergétique de notre solution sera exceptionnelle grâce aux éléments suivants : • Une partie des calculs sera directement effectuée avec une approche de logique en mémoire permettant d’éviter le transfert des poids synaptiques. • L’approche XNOR-NET permet de réduire l’empreinte mémoire autorisant le stockage des poids dans des RRAM embarquées. De plus, cette caractéristique permettra de couper l’alimentation lors de la non utilisation du circuit et d’avoir à disposition instantanément les poids synaptiques lors de la remise sous tension. • Le circuit étant dédié à l'inférence, l'apprentissage sera réalisé hors-ligne et une seule programmation sera nécessaire avant d’utiliser le circuit. Nous estimons que la combinaison de ces facteurs permettrait de réduire la consommation d'un facteur x1000 par rapport à une solution classique. Deux générations de circuits NEURONIC seront développées : la première génération utilisant des transistors comme éléments de sélection (1T1R), puis une seconde génération exploitant une technologie de sélecteurs en cours de développement (1S1R) qui permet un gain considérable en surface. L’architecture du circuit reposera sur la conception à façon des blocs mémoires et de leur logique associée selon diverses options d’organisation mémoire. L’architecture du démonstrateur complet sera ensuite définie en utilisant une approche « top-down » permettant d’intégrer les optimisations classiques des systèmes numériques, à savoir virtualisation, multiplexage et « pipe-line » pour adapter l’architecture à la complexité du réseau XNOR-NET. Plusieurs groupes américains et asiatiques s'intéressent au concept de XNOR-NET à base de RRAM. Toutefois, les architectures proposées sont de type « cross-point » pour réaliser l'inférence de manière analogique ce qui peut entrainer des problèmes de conversion et de fiabilité. Nous estimons que notre approche entièrement numérique est plus robuste et plus efficace en terme de surface. Toutefois, cette compétition internationale permet de mesurer l'urgence de financer le projet NEURONIC.

CONTEXTE L'objectif principal de SpinNet est d'apporter des solutions peu consommatrice en énergie et à faible coût pour certains des composants clés utilisés dans les réseaux de capteurs sans fil, ceci en exploitant les résultats récents obtenus avec les composants hyperfréquences spintroniques. Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) sont d’ores et déjà omniprésents, par exemple dans les véhicules, dans les habitations, dans des téléphones intelligents, dans des usines ou encore pour la surveillance de l'environnement (gaz, sol, circulation etc…). Compte tenu du nombre croissant d'objets connectés dans le cadre du développement de l’Internet des Objets (IoT), les caractéristiques cruciales restent la consommation d'énergie, la compacité des dispositifs et le coût, avec en particulier les blocs émetteur / récepteur qui sont les composants les plus consommateurs d'énergie dans ces nouveaux réseaux de capteurs communicants. OBJECTIF Dans ce contexte, SpinNet propose des solutions basées sur la spintronique pour parvenir aux développements de trois composants clés des modules récepteurs Rx WSN: (i) Wake-up Radio (WuRx), (ii) stockage d'énergie via WSP / WPT (iii) Démodulation du signal (RxDEMOD). Pour cela, SpinNet va tirer profit des avancées importantes obtenues récemment par les partenaires dans l’étude et l’utilisation des propriétés de dynamique par transfert de spin de jonctions tunnel magnétiques à base de vortex, V-MTJ (gamme fréquentielle 0,1-1 GHz) et leur fonction de conversion RF-DC (conversion d'un signal d'entrée RF en un signal de tension continue). En s’appuyant sur les performances de ces dispositifs et en les optimisant, nous prévoyons de parvenir à substantiellement dépasser les performances des composants existants en termes de sensibilité à la faible puissance d'entrée, d'efficacité de conversion RF-DC, de consommation énergétique ou encore de compacité. PROGRAMME DE TRAVAIL A partir de nos résultats récents pour des fonctions de détection rf passive ou active avec des dispositifs V-MTJ, nous envisageons de développer trois systèmes sur carte PCB : WuRx, WPH / WPT et RxDEMOD. La méthodologie globale adoptée dans SpinNet pour améliorer les performances au niveau système comprend trois étapes: WP2: optimisation des composants individuels pour augmenter la sensibilité et le niveau du signal de sortie, réduire le bruit et optimiser la forme du signal WP3: définition d'un réseau connecté de V-MTJ WP4: optimisation de la conception d'une antenne, adaptée au réseau de V-MTJ et réalisation de circuits HF sur PCB pour la fonctionnalisation des dispositifs spintroniques (WP4). Le résultat sera trois systèmes PCB (WuRx, WPH / WPT et RxDEMOD) qui seront élaborés, testés et évalués pour une exploitation plus avancée. IMPACT/RETOMBEE La mise en réseau de V-MTJ connectés en parallèle et / ou en série constitue un des importants défis de SpinNet pour augmenter la sensibilité à une faible puissance rf d'entrée. Cette approche basée sur un grand réseau de V-MTJs (jusqu’à 100) n’a encore jamais été implémentée pour la fonction détection rf de ces dispositifs spintroniques. La fonctionnalisation de ces réseaux V-MTJ pour les systèmes WuRx, WPH / WPT, RxDemod implique de trouver des solutions dans la conception d'antenne pour la distribution efficace de l'énergie au réseau, ou encore en établissant un circuit équivalent pour la fonction de détection rf et de nouveaux protocoles multifréquences pour WuRx. les résultats attendus du projet SpinNet vont de nouvelles connaissances fondamentales importantes au dépôt de brevets sur la conception des systèmes WuRx, WPH / WPT, RxDemod en vue d’une exploitation vers d'autres applications de communication sans fil. CONSORTIUM Les partenaires de SpinNet CEA-SPINTEC, UMPhy CNRS, THALES et CEA-LETI possèdent des compétences et des expertises complémentaires (communication sans fil et spintronique) et ont à plusieurs reprises collaboré dans des précédents projets.

Contexte – Les ondes THz (1-10 THz) constituent un rayonnement non-ionisant qui a un large potentiel d’applications dans un grand nombre de domaines. Les plus prometteurs aujourd’hui sont l’imagerie THz et la spectroscopie. Les lasers à cascade quantique (QCL) apparaissent comme une solution compacte et efficace pour répondre à ces applications. Ils peuvent fonctionner à 50/80 K avec un système de refroidissement Stirling compact ou avec un système à azote liquide. Cependant, au-delà de la puissance optique disponible qui est un paramètre important, ce qui limite le développement applicatif des QCL THz c’est l’absence d’accordabilité en fréquence. Objectifs – Le but du projet TERASEL est de développer un laser à cascade quantique émettant par la surface en cavité externe (QC-VECSEL) largement accordable en fréquence. Il sera basé sur un milieu actif formé par un réseau de microstructures métal/semiconducteur pompé électriquement, une metasurface qui offre un gain optique en réflexion par l’intermédiaire de transitions inter-sousbandes dans le domaine THz. Ce laser sera accordable en fréquence (>10%) grâce à un miroir externe sélectif en fréquence et ajustable qui fermera la cavité. Nous ciblons le domaine de fréquence 2.5-4.5 THz, une température de fonctionnement de 50-80 K et une puissance de sortie continue de 10 mW. Un deuxième objectif du projet est de réaliser un amplificateur optique pour ondes THz en espace libre, élément qui n’existe pas aujourd’hui. Un tel composant sera bénéfique pour étendre l’efficacité des systèmes de spectroscopie TDS (Time Domain Spectroscopy) au-delà de 2 THz, ou pour l’amplification large bande d’impulsions THz provenant de QCL à blocage de mode. Equipe – Le consortium TERASEL est formé par trois groupes de recherche complémentaires qui sont des acteurs académiques majeurs au plan international dans le domaine des QCLs : IES à Montpellier (Epitaxie par jets moléculaire de QCL), C2N à Saclay (microstructures et composants photoniques THz) et LPA à l’ENS Paris (TDS, QCL impulsionnels). Originalité et pertinence – Le concept de QC-VECSEL THz est nouveau et très prometteur. Il a été démontré expérimentalement par une équipe de recherche de UCLA aux Etats-Unis. Notre proposition s’appuie sur ces uniques développements très récents et vise à contribuer à ce domaine émergeant en y apportant de nouvelles avancées. Nos atouts sont de démarrer le sujet rapidement et de s’appuyer sur un consortium complémentaire et très expérimenté. Ce projet est novateur sur au moins trois aspects : tout d’abord, nous visons la réalisation d’un VECSEL THz largement accordable ; ensuite, notre objectif est d’améliorer considérablement sa puissance de sortie par rapport à l’état de l’art ; enfin, nous allons utiliser la metasurface active comme amplificateur d’impulsions THz provenant d’un système TDS ou de QCLs à blocage de mode. Un dernier point important est la pertinence temporelle de cette proposition par rapport à ce sujet chaud et émergeant, mais aussi par rapport à la structuration nationale de la recherche dans ce domaine. Pour la première fois la chaine de fabrication complète (design quantique et optique, croissance épitaxiale, études et caractérisations) est disponible en France, notamment grâce à la démonstration récente de la croissance de QCL THz à l’état de l’art à l’IES. Un objectif de ce projet est donc également de tirer bénéfice de cette situation et de la faire perdurer en apportant au domaine des avancées significatives à fort potentiel applicatif.

Notre société est basée sur les technologies de communication. Depuis 10 ans, les communications sans fil ont connu le développement de systèmes basés sur la lumière visible. Pour l’instant, les sources pour les Communications par Lumière Visible (CLV) sont basées sur des diodes électroluminescentes (DEL) inorganiques à base de GaN, qui permettent des temps de modulation rapides, mais qui sont plus chères que l’éclairage classique par incandescence. Par conséquent, pour les sources dédiées aux applications CLV, il y a un besoin pour des technologies peu chères et de grande surface. Les DEL organiques présentent un inconvénient qui les rend non attractives pour le CLV: leurs propriétés de transport de charges limitées font qu’on ne peut les utiliser que dans des composants de petite surface. Le projet EMIPERO propose de montrer que les Pérovskites Hybrides Organiques (PHO) sont une technologie intéressante pour l’émission de lumière, particulièrement bien adaptée pour les applications CLV. Nous pensons que passer des émetteurs organiques aux émetteurs à base de PHO va permettre de réaliser des sources modulables à fréquence élevée et/ou de plus grande surface active, grâce aux grandes mobilités des électrons et des trous (10 cm²/V.s). Les matériaux PHO sont des candidats pertinents pour réaliser des composants émetteurs de lumière intégrables, tels que des DELs ou des microlasers car ils présentent des processus de recombinaison radiative efficaces, leur énergie de bande interdite peut être facilement variée en jouant sur la composition chimique des pérovskites, en particulier la longueur d’onde verte est aisément accessible. Ces matériaux sont synthétisés en solution à basse température, ce qui est compatible avec les procédés utilisés pour réaliser des DELs ou des diodes laser à grande échelle, sur des supports bon marché, éventuellement intégrables dans des composants silicium. Jusqu’à aujourd’hui, tous les composants laser à base de PHO présentés dans la littérature sont pompés optiquement. L’effet laser par pompage électrique est donc encore un important défi à relever. La combinaison des propriétés optiques excellentes de ces matériaux avec des structures résonantes adéquates et des contacts électriques de grande qualité reste donc à démontrer pour obtenir l’injection électrique des microlasers à base de PHO. Le projet EMIPERO a pour but d’utiliser les matériaux PHO pour développer une technologie pertinente pour l’émission de lumière, particulièrement adaptée pour les applications CLV. A cette fin, nous proposons la réalisation de DELs et de microlasers à base de PHO et le principal objectif du projet EMIPERO est d’obtenir des composants émetteurs de lumière à base de PHO pompés électriquement. Le projet propose une étude complète depuis les propriétés fondamentales du matériau en vue de son optimisation pour l’effet laser jusqu’aux caractérisations de la performance des composants pour le CLV. Alors que des films minces monocristallins de PHO sont utilisés pour explorer les propriétés intrinsèques des PHO et que des DELs de référence sont utilisées pour explorer différents scenarii de CLV, des composants à base de nanostructures photoniques sont proposés comme une technologie puissante pour contrôler les propriétés d’émission. L’obtention de l’effet laser sous pompage électrique bénéficiera des études réalisées sur les DELs. Le problème de la stabilité des PHO est pris en compte en choisissant comme matériau les HOPs les plus stables : la famille des pérovskites hybrides de structure Ruddelsden-Popper. La réalisation des dispositifs s'appuie sur les compétences de trois équipes complémentaires: un spécialiste des matériaux HOP (LAC), un spécialiste de la nanophotonique pour l'émission lumineuse (INL), un spécialiste des semiconducteurs organiques et plus récemment des dispositifs optoélectroniques hybrides pérovskites (XLIM).

Le projet ‘SANTA' a pour but d'étendre les matériaux pour la spintronique aux isolants antiferromagnétiques (AF). Ceux-ci n'ont pas encore été utilisés en tant qu'éléments actifs dans les dispositifs spintroniques à cause de leur insensibilité aux sollicitations extérieures. La prédiction récente qu'un courant de spin peut produire un couple magnétique sur l’ordre AF ouvre une nouvelle voie dans l’utilisation potentielle de ces matériaux pour la spintronique. Nous comptons donc démontrer, avec des techniques de pointe et des matériaux de qualité, que cet effet ainsi que ceux d'une contrainte mécanique et d’une impulsion lumineuse femtoseconde, peuvent être utilisés pour manipuler l'ordre AF de composés choisis. Nous explorerons en détail les propriétés dynamiques de résonance antiferromagnétique dans le THz et propagation d’ondes de spin ainsi que leur couplage aux phonons et aux impulsions picosecondes de courant de spin. Notre but ultime est de valider l’utilisation de ces matériaux pour de nouveaux composants spintroniques ultra-rapides dans la gamme du THz.

Photodétecteur et matrice de détecteur à superréseaux "Ga-free" fonctionnant à haute température dans la totalité de la gamme spectrale du moyen infrarouge Une augmentation de la température de fonctionnement des matrices de détecteurs infrarouges (IR-FPA) refroidis haute performance conduirait à une réduction de la taille, du poids et de la consommation énergétique de la machine à froid ce qui permettrait d'accéder à de nouvelles applications où les besoins des caméras IR en termes de portabilité, de compacité et d'autonomie énergétique sont essentielles. Actuellement, les technologies de photodétecteurs fonctionnant à haute température (T = 150K), en particulier le détecteur InAsSb, ne couvrent qu'une partie du domaine spectral du moyen infrarouge (MWIR), pour des longueurs d'ondes en deçà de 4,2µm. Etendre la longueur d'onde de coupure à la totalité du domaine MWIR, jusqu'à 5µm pour une température de fonctionnement au moins égale à 150K, sans dégradation de performance, présenterait des avantages radiométriques indéniables. En associant les avantages des superréseaux (SR) de matériaux semiconducteurs, en particulier en ce qui concerne la flexibilité en longueur d'onde de coupure de ces nanostructures périodiques, avec ceux des nouvelles architectures de structures à barrière, appelées XBn, le projet HOT-MWIR a pour objectif de fabriquer et d'étudier la première matrice de photodétecteur "Ga-free" (sans Gallium) à base de superréseau de type II InAs/InAsSb (T2SL). Le photodétecteur à SR "Ga-free" sur substrat GaSb sera conçu dans une configuration XBn avec une longueur d'onde de coupure à 5 µm, afin d'adresser la totalité de la fenêtre de transparence MWIR. Les matrices de détecteurs à SR "Ga-free" au format 320 x 256 pixels (format TV/4) au pas pixel de 30 µm, seront fabriquées, hybridées puis évaluées pour une température de fonctionnement supérieure ou égale à 150K. Pour atteindre cet objectif ambitieux, le projet HOT-MWIR implique cinq laboratoires français présentant des compétences scientifiques et techniques très complémentaires : trois laboratoires universitaires (IES, LPA, ILV), un partenaire industriel (THALES - III-V Lab) et une structure EPIC (ONERA). Ces compétences pluridisciplinaires sont nécessaires pour de mener des études fondamentales et appliquées, allant de la croissance des structures à SR InAs/InAsSb par épitaxie par jets moléculaires (EJM) jusqu'à l'hybridation des matrices de détecteurs sur circuit de lecture et à leurs caractérisations radiométriques, en passant par des études détaillées sur les propriétés optiques des nanostructures, la physique des dispositifs et la chimie des surfaces et interfaces telles que la modélisation des SR par un modèle k.p. multibandes, des caractérisations fines d'échantillons superréseaux par magnéto-spectroscopie, la gravure et la passivation des mono-éléments (pixel) et des matrices de détecteurs, ainsi qu'une étude spécifique du retrait de substrat GaSb en utilisant des substances chimiques non polluantes pour l'environnement et non dangereuse pour la santé (conditions REACH). Compte tenu du nombre important de défis à relever dans le cadre de ce projet, 48 mois sont prévus pour réaliser et évaluer la première matrice de photodétecteur à SR "Ga-free" pour le MWIR.

La magnonique aspire à devenir une nouvelle technologie de l'information exploitant le degré de liberté du spin, avec pour ambition de développer une plateforme de traitement vectoriel du signal miniaturisée, versatile et efficace en énergie, offrant de nouvelles fonctionnalités par rapport à l'électronique CMOS. Cette perspective repose en particulier sur les effets de transfert de spin, qui peuvent être utilisés pour exciter, contrôler et détecter les ondes de spin (OdS), ou leur quanta magnons, avec des fréquences caractéristiques du GHz au THz et des longueurs d'onde du micromètre au nanomètre. Depuis que les partenaires du projet ont démontré la possibilité de moduler le temps de relaxation des OdS se propageant dans le YIG, un isolant magnétique considéré comme le matériau magnonique idéal en raison de son facteur de qualité dynamique inégalé, le nouveau concept de milieu magnonique actif est devenu tangible. Cette première étape vers un dispositif fonctionnel a aussi révélé des effets de saturation indésirables, dus aux couplages non-linéaires entre magnons. Le but du projet Maestro est donc de maîtriser les instabilités et turbulences d'OdS qui apparaissent dans les matériaux à faibles pertes magnétiques, afin de faire fonctionner ces dispositifs à OdS sous de forts courants de spin. Cela sera obtenu en exploitant : - les concepts de la magnonique sur la nanostructuration périodique, pour contrôler le spectre de propagation des magnons et lever la dégénérescence entre OdS susceptibles de participer aux effets non-linéaires. - les concepts de la spintronique sur le transfert de spin associé aux couples spin-orbite (SOT), pour diminuer/augmenter la relaxation des OdS en fonction de la polarité d'un courant électrique injecté dans une couche métallique adjacente. L'objectif principal est de démontrer la manipulation d'OdS cohérentes de fortes amplitudes dans les dispositifs magnoniques, ce qui permettrait d'augmenter leur signal de sortie. Pour cela, trois moyens différents d'exciter les magnons dans le régime fortement hors d'équilibre seront comparés : i) une excitation harmonique (RF) classique, où les règles de sélection imposent la fréquence et la symétrie spatiale des OdS. ii) une excitation statique (dc) SOT, qui augmente/diminue la population de toutes les OdS (pas de règle de sélection). iii) en combinant ces deux excitations, i.e., l'amplification stimulée par SOT dc d'OdS excitées par la RF. Avec (i), le but est d'atteindre une dynamique de très grande amplitude dans des nanostructures de YIG et d'étudier sa stabilité, puis de propager des OdS de fortes amplitudes dans un cristal magnonique conçu à partir de ces résultats. Avec (ii), le but est de stabiliser une auto-oscillation de forte puissance sous pompage dc, en jouant sur le couplage non-linéaire entre magnons. Un autre but est d'étudier comment le pompage dc altère la distribution en énergie des magnons, du bas de la bande (GHz) jusqu'aux magnons thermiques (THz), et l'opportunité de générer des solitons et même un condensat de Bose-Einstein, comme prédit récemment dans des conditions spécifiques. Avec (iii), l'objectif est de repousser, voire supprimer la saturation non-linéaire de l'amplification des OdS par SOT, et de quantifier les performances d'une ligne à retard basée sur cette idée. Ultimement, cet effort devrait permettre la conception de nouveaux composants micro-ondes compacts et intelligents répondant à l'évolution à long terme des télécoms. Pour atteindre les objectifs ambitieux de Maestro, son consortium (CEA-SPEC, CEA-SPINTEC, CNRS-UMf, UBO-LabSTICC) réunit toute l'expertise nécessaire sur la dynamique de l'aimantation, la croissance de couches ultra-minces de grenats et la mise au point de leurs propriétés, la nanofabrication, les méthodes expérimentales pour sonder la dynamique spatio-temporelle des OdS, et les simulations micromagnétiques, pour concevoir, fabriquer, caractériser, modéliser et optimiser des dispositifs magnoniques.

Les composés à base de GaN épitaxiés sur saphir sont au cœur de l’éclairage à source solide. Cependant le substrat saphir présente des limitations en termes de taille, prix, conductivité thermique, etc. C’est pourquoi un effort important de recherché a été dédié à la croissance de GaN sur Si. Cependant, des problèmes de contrainte et de qualité existent et nécessitent la croissance de couches tampons complexes limitant le développement industriel de cette filière GaN sur Si. Nous proposons d’explorer une nouvelle et simple technique basée sur un procédé de sublimation sélective pour fabriquer des dispositifs à base de (Ga,In)N sur Si. Nous avons montré récemment que ce procédé permet d’obtenir des couches de (Ga,In)N nano-poreuses avec des propriétés optiques fortement améliorées. L’objectif principal du projet est de démontrer que des couches de nitrures nano-poreuses peuvent être utilisées pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques efficaces sur substrat Si.

Le projet BRIGHT porte sur l’étude et la démonstration de structures photonique silicium aux propriétés optomécaniques remarquables, permettant d’augmenter de plus de 2 ordres de grandeur l’efficacité d’interaction photon-phonon dans les guides d’onde. Les résultats obtenus permettront la conception de sources optiques aux propriétés remarquables. En effet, la diffusion Brillouin stimulée (SBS) a un immense potentiel pour le traitement photo-acoustique du signal surpassant les approches électro-optiques et tout-optiques conventionnelles, par exemple en terme de régénération de signal optique à faibre bruit. Bien que l’effet SBS ait été largement développé dans les fibres optiques, son utilisation en optique intégrée et plus particulièrement en photonique silicium présente des verrous fondamentaux liés aux propriétés mécaniques des guides silicium sur isolant (SOI) . Ce n’est que très récemment qu’une nouvelle génération de guides d’onde silicium a permis les démonstrations (i) de l’effet SBS surpassant les effets Kerr et Raman (2013), (ii) d’une bande-gap complète pour les phonons (2014), (iii) d’une amplification net (2016) et (iv) du premier laser Brillouin sur la plateforme silicium (2017). Cette dernière démonstration, bien que très prometteuse, nécessite des guides d’onde de plusieurs centimètres de long, qui limite son impact. La principale limitation porte sur le faible gain dû à la difficulté d’avoir un bon compromis entre le temps de vie des photons et un bon recouvrement photon-phonon dans les structures photoniques silicium. Dans ce contexte, le projet BRIGHT est basé sur une approche innovante pour la réalisation de laser Brillouin silicium. L’idée originale porte sur l’exploitation des degrés de liberté offerts par les structures sub-longueurs d’onde pour le contrôle des propriétés de propagation des modes photoniques et phononiques permettant de maximiser l’effet Brillouin. Cette approche donne accès à un nouveau champ d’étude autour du traitement du signal sur puce à base de l’effet Brillouin et sur les interactions entre photons et phonons. L’objectif final du projet est la démonstration d’un laser Brillouin compact et efficace sur la plateforme photonique silicium. Ce projet pluridisciplinaire permettra de réelles percées technologiques et scientifiques sur l’effet Brillouin silicium en alliant de la photonique, de l’optomécanique et de la nanotechnologie. Le projet BRIGHT sera un tremplin pour le coordinateur, Carlos Alonso-Ramos (CRCN depuis octobre 2017), afin de prendre son indépendance scientifique sur un sujet émergeant à fort impact.

Le projet PARTISYMO vise à ériger un pont ambitieux entre un nouveau concept de physique fondamental récemment introduit en optique, la «symétrie parité-temps», en bref PT-symétrie, et une nouvelle génération de composants d’optique intégrée. En arrangeant le gain et son contraire temporel, l’absorption, suivant les règles de la PT symétrie, plusieurs architectures de blocs élémentaires fonctionnels ont été proposées depuis 2010. Ils ont des propriétés spéciales telles que la réflexion d’un seul côté, ou des « points exceptionnels » : des singularités remarquables dans l’évolution des constantes de propagation des modes utiles. Plusieurs équipes académiques ont rapporté des structures à PT-symétrie qui incorporent un réseau de pertes périodique ou une section à perte, et qui exhibent des nouvelles fonctionnalités en rapport direct avec le choix d’arrangement spécifique gain/pertes bien au-delà de la simple compensation. Le concept est donc mature pour tenter son transfert à des applications dans le monde réel. Nous avons de surcroit identifié deux avantages génériques à travailler avec gain et pertes plutôt qu’avec des systèmes électro-optiques classiques de type non-absorbant pour accomplir des fonctions utiles aux télécoms à 1550 nm : (i) il est possible de combiner des fonctions actives (sources) et passives (de type commutation) à partir d’une seule et même multicouche épitaxiale sans le besoin d’une coûteuse reprise d’épitaxie. (ii) la réflectivité d’un seul côté, bien qu’elle appartienne aux effets optiques réciproques, suggère un impact contrôlable des faisceaux d’origine externe sur le laser, et notamment une plus grande immunité à la rétroaction optique, qui constitue une pénalité reconnue des diodes lasers, nécessitant pour s’en affranchir l’insertion d’un isolateur magnéto-optique en grenat. Dans notre projet, deux laboratoires CNRS (C2N et LCF) s’associent au laboratoire industriel III-V Lab pour atteindre l’objectif d’une preuve de concept en terme de dispositifs d’optique intégrée PT symétriques basés sur InP et mettant en œuvre les deux avantages susmentionnés. On ne saurait trop insister sur l’importance d’un comportement uni-directionnel (réflectivité d’un seul côté) : elle devrait logiquement conduire à une plus grande immunité des largeurs de raies des lasers ainsi que de leur fréquence elle-même vis-à-vis d’une rétroaction optique de la fibre ou de la ligne optique, amenant ainsi à la perspective de diode lasers sans isolateur dans les réseaux à haute performance, au cœur du marché de 2 Md d’euros des diodes lasers télécom. Ces diodes n’auraient pas besoin du placement coûteux d’un isolateur en grenat pour garder l’étroitesse de leur raie et maintenir leur fréquence, et cela jusqu’à un feedback de -15 dB au moins. Plus spécifiquement, le projet se propose de réaliser deux dispositifs élémentaires d’optique guidée, -- une diode laser immune à la rétroaction et un commutateur électro-optique basé sur la PT-symétrie mettant à profit des guides couplés latéralement, pour ensuite fabriquer leur combinaison intégrée dans le même wafer actif. La couche épitaxiale en question sera surtout utilisée en mode gain et perte. Cela constituerait une première étape vers une nouvelle architecture pour tous les éléments actifs et passifs. Une telle preuve de concept serait aussi un cas de transfert d’innovation d’une idée de physique fondamentale vers un dispositif du monde réel. Elle pourrait être par la suite exploitée pour d’autres types de systèmes où l’accordabilité électro-optique de l’indice de réfraction n’est pas d’un niveau satisfaisant, notamment en plasmonique et en photonique de composants sur verre ou silice (les métaux et les verres ont de mauvaises performances en électro-optique). Le projet PARTISYMMO a une durée de 3.5 ans et prend en considération le déménagement en septembre 2018 du C2N (ex-LPN et IEF) sur sa nouvelle implantation sur le site de Palaiseau.

La loi de Moore ralentit et l'exploration de dispositifs alternatifs est en cours pour remplacer le transistor CMOS et les architectures traditionnelles au cœur du traitement des données. De plus, l'émergence de contraintes applicatives rigoureuses, notamment celles liées à la consommation d'énergie comme dans les centres de données et le calcul haute performance embarqué (eHPC), nécessite de nouvelles stratégies d'architecture système telles que les approches multi-cœurs et d'adaptabilité opérationnelle en temps réel. La plupart des architectures multi-cœurs ont adopté un paradigme de communication par mémoire partagée pour simplifier le développement de logiciels. Dans ce paradigme, la cohérence du cache par le matériel garantit que les données répliquées dans les mémoires caches privées restent cohérentes les unes par rapport aux autres. Cela nécessite des communications de type broadcast : les données sont simultanément adressées à N destinations. La réalisation d'une véritable solution de multicast rend possible une architecture entièrement décentralisée, dans laquelle plusieurs copies peuvent être mises à jour simultanément, avec des améliorations de performance potentiellement en rupture. La cohérence de cache peut passer à l’échelle avec le nombre de cœurs avec une faible surcharge matérielle, mais cela se fait au prix d'une augmentation significative du trafic. Cependant, l'utilisation d'interconnexions classiques nécessite une grande partie des ressources matérielles utilisées pour la communication au lieu du calcul réel, consomme de l'énergie, limite la flexibilité du composant et souffre de l'augmentation des effets de diaphonie et du débit de données limité. Les interconnexions deviennent ainsi le goulot d'étranglement de nombreuses architectures multi-cœurs. Par conséquent, afin de pousser plus loin l'intégration manycore et d'atteindre 0,1pJ/bit sous une bande passante totale agrégée de 100TB/s, la communication au niveau de la puce nécessite une restructuration profonde pour se conformer aux contraintes d'énergie. La photonique au silicium est un candidat de choix pour y parvenir et des interconnexions nano-photoniques ont été proposées comme solution évolutive pour interconnecter un grand nombre de cœurs. Cependant, les communications optiques sur puce utilisant des guides d'ondes en silicium subissent plus de pertes que les communications par fibre optique (dB/cm vs. dB/km), et nécessitent une optimisation minutieuse des chemins optiques à partir des sources lumineuses, afin de maintenir un rendement énergétique élevé. L'objectif d'OpticALL² est de concevoir des liaisons de communication optique broadcast-enabled dans les architectures manycore. Nous visons à fabriquer une liaison optique de diffusion dont la puissance optique est partagée de manière égale par toutes les destinations. Aucun résonateur optique ne sera utilisé, ce qui permettra de minimiser la latence de la liaison et conduira à des temps de communication déterministes, deux caractéristiques clés pour des protocoles de cohérence de cache efficaces. Le deuxième objectif d'OpticALL² est de proposer et de concevoir un nouveau protocole de cohérence de cache permettant. De plus, l'absence de modulateurs en anneau permettra la mise en œuvre de sources laser rapides à modulation directe (jusqu'à 25Gb/s), pour lesquels aucune calibration n'est nécessaire, et conduira ainsi à des interconnexions avec le haut débit requis pour le calcul haute performance. Les principaux objectifs sont : 1 : Concevoir une interconnexion nano-photonique à haute efficacité énergétique qui passe en dessous de la barrière de consommation d'énergie de 0,1pJ/bit pour une bande passante totale de 100TB/s agrégée. 2 : Définir un protocole de cohérence de cache broadcast-aware permettant d'interconnecter des centaines de mémoires cache. 3 : Fabriquer et caractériser un démonstrateur supportant la diffusion optique pour une architecture multi-cœurs.

Les communications optiques sont devenues l'épine dorsale des systèmes de communication actuels compte tenu de la croissance permanente des flux de données. Pour relever le défi lié à cette demande, et en raison de leur compatibilité avec des capacités de production de masse, les procédés de fabrication CMOS ont un potentiel unique pour mettre en œuvre des puces optoélectroniques ultra-compactes répondant à ces exigences et devenant ainsi la première technologie en optique intégrée. Une solution pour obtenir une transmission accrue en débit de données avec des coûts raisonnables repose sur la parallélisation des canaux obtenue par le biais du multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM). Si dans le principe la photonique sur silicium a tous les éléments de base et propose déjà des solutions commerciales pour les centres de données, en utilisant des systèmes disponibles basés sur un à quatre supports optiques, chacun utilisant un laser III-V différent, cette approche n'est pas à même de fonctionner pour des centaines de canaux de longueur d'onde différentes, l'augmentation du nombre de lasers entraînant inévitablement des protocoles d'intégration compliqués associés à une augmentation considérable de la consommation en énergie des circuits. Dans ce contexte, le projet FOIST est consacré au domaine émergent des communications optiques sur puce visant une faible consommation d'énergie, une taille compacte et une bande passante élevée. Il vise à développer une nouvelle approche technologique basée sur la combinaison des oxydes fonctionnels avec la photonique silicium pour aborder le développement de sources produisant des peignes de fréquence amplifiés dans la bande C (1535nm-1565nm). Le concept innovant repose sur l'utilisation d'une seule source de pompage pour générer et amplifier simultanément plusieurs canaux cohérents et équidistants. Ce projet exploitera le coefficient Kerr non linéaire élevé, les faibles pertes en transmission et l'ingénierie des oxydes fonctionnels dopés avec des terres rares pour la réalisation d'émetteurs Kerr amplifiés à longueurs d'onde multiples sur une plate-forme photonique silicium. Jusqu'à présent, principalement le silicium et son nitrure sont utilisés pour développer des peignes de fréquence optique Kerr. L'efficacité du peigne de fréquence à base de silicium est entravée par de fortes pertes non linéaires dues à l'absorption de deux photons (TPA). De plus, aucune de ces solutions ne peut fournir une amplification des canaux de sortie. En regroupant les compétences de trois partenaires académiques (C2N, IOGS-LCF et IPREM-UPPA) et d'un partenaire industriel (STMicroelectronics), acteur majeur de la photonique silicium, le consortium développera un circuit photonique avancé multi-longueurs d’ondes au TBit/s sur plateforme silicium. Le projet repose sur trois pivots préalablement étudiées par les partenaires, à savoir : la mesure de la réponse optique Kerr de l’oxyde YSZ par le C2N et l’IOGS-LCF, l’obtention de la propagation de la lumière sur des guides intégrés sur le silicium par le C2N, l’obtention de fortes propriétés de photoluminescence dans des films d’YSZ dopé à l’Erbium par le C2N. Les principaux objectifs du projet FOIST visent à couvrir l'aspect théorique de la réponse non linéaire Kerr des oxydes fonctionnels qui est mal connue, la démonstration de la génération de peignes hybrides intégrées et l'amplification de la lumière sur puce dopée par des terres rares. L'intégration complète de la source et de l'amplificateur avec d'autres blocs de construction Si sera abordée, grâce au travail mené avec STMicroelectronics. Les résultats scientifiques et techniques seront publiés dans des articles scientifiques et présentés lors des conférences pertinentes tout en s’assurant d’une protection adéquate de la propriété intellectuelle au travers de brevets. Ce travail participera à la visibilité des activités de recherche amont de STMicroelectronics auprès de ses clients.

Les réseaux 5G, en répondant aux besoins des industries verticales et des villes intelligentes, auront la capacité de révolutionner nos vies quotidiennes et notre industrie. Ces réseaux devront alors servir du trafic avec des exigences très différentes, allant de la connectivité massive de capteurs jusqu’à la télé-opération de robots en temps réel. Le concept de slicing permet de satisfaire ces exigences diverses sur une infrastructure unique. En effet, le slicing permet de créer des partitions de réseau isolées sur un plan logique, un slice représentant une unité de ressource programmable (fonction réseau, calcul, stockage). Le slicing a été initialement proposé pour les réseaux coeur, mais il est question de l’utiliser dans les réseaux d’accès radio (RAN – Radio Access Network) grâce à l’essor de technologies permettant son implémentation : principalement la virtualisation des équipements du RAN et la programmabilité de son contrôle, l’avènement du Mobile Edge Computing et la conception flexible de réseaux 5G sur les couches physiques et MAC. Cependant, plusieurs challenges doivent être relevés pour permettre une implémentation complète du slicing dans le réseau d’accès mobile, en particulier concernant la gestion des slices et des plans de contrôle et de données associés, ainsi que sur les mécanismes d’ordonnancement et d’allocation des ressources. Le projet MAESTRO-5G développe des technologies permettent d’implémenter et de gérer les slices des réseaux d’accès radio 5G, pour permettre de fournir des services hétérogènes, mais aussi pour permettre le partage dynamique d’infrastructure entre opérateurs. Pour y parvenir le projet rassemble des experts des domaines de l’évaluation de performances, de la théorie des files, de la théorie des jeux et de la recherche opérationnelle. Le projet Maestro-5G doit fournir : • un cadre pour l’allocation de ressources pour les slices, qui intègre des contraintes de qualité de services variées et l’utilisation de ressources hétérogènes; •une architecture complète de gestion des slices qui inclut des modules de provisionnement et de ré-optimisation ainsi que leur intégration dans les couches SDN et NFV ; •une couche business pour le slicing dans les réseaux 5G, afin de garantir que les services 5G seront commercialement viables et seront acceptés par le marché ; •un démonstrateur, démontrant la réalisabilité pratique ainsi que l’intégration des fonctions et mécanismes principaux proposés dans le projet, sur une plateforme de réseau d’accès 5G. Cette plateforme ainsi enrichie doit permettre de simuler plusieurs services 5G et de démontrer les aspects clés du slicing tels que: - la possibilité de créer et d’opérer plusieurs slices en parallèle, sur la même infrastructure physique et partageant les mêmes ressources radio, chaque slice ayant ses propres contraintes de qualité de service, - la possibilité de créer et d’opérer plusieurs slices, indépendantes les unes des autres, en parallèle, partageant la même infrastructure et appartenant à des acteurs différents, par exemple différents opérateurs ; - démontrer le contrôle entre les slices, garantissant le respect des contrats de service et un partage de ressources équitable.

Les pratiques du test logiciel ont subi des changements rapides au cours des dernières années. Cela peut être attribué à une large adoption des méthodes agiles (e.g. intégration continue ou développement guidé par le test) qui placent le test au centre du développement logiciel. La communauté a défini des critères de couverture de test qui ont un rôle essentiel dans le processus de test en boîte blanche car ils sont utilisés par les outils de test à la fois pour guider la génération de cas de test, pour décider quand la génération doit s’arrêter et pour démontrer la qualité d’une suite de test. Le support des critères de test avancés (tels que le test aux limites, MCDC, les critères à base de flot de données, etc.) est particulièrement important pour les applications critiques. Par exemple, dans les domaines réglementés comme l’aéronautique, les critères de test avancés font partie des exigences strictes que l’ingénieur test doit satisfaire avant de fournir le logiciel. Dans d’autres domaines, les critères de couverture sont reconnus comme une bonne pratique pour le test, et une composante clef du développement guidé par le test. Les outils de test existants ne gère qu’un nombre limité de critères de test, en les intégrant de façon non générique, codés en dur. Par conséquent, dans la pratique industrielle courante, différents outils sont nécessaires pour différents critères de couverture. De plus, dans l’industrie, très souvent la sélection de données de test se fait manuellement suivant des critères informels, basés sur l’expérience des ingénieurs test dans un domaine particulier. Dans ce cas, les critères de test ne sont ni formalisés ni gérés automatiquement par les outils de test. Le principal but du projet SATOCROSS (Support des critères de test avancés pour les logiciels robustes et sécurisés) consiste à améliorer la pratique du test en reliant, d’un côté, le potentiel de tout un ensemble de travaux de recherche académique sur les critères de couverture de test et, de l’autre côté, leur utilisation limitée dans l’industrie. Le consortium inclut deux partenaires académiques : l’institut List de CEA Tech (CEA) et Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust (SnT) de l’Université de Luxembourg (UL), ainsi qu’un partenaire industriel : MERCE (Mitsubishi Electric). Les précédentes collaborations entre les partenaires ont clairement démontré les avantages d’une approche générique, et ont proposé des premières solutions de génération et d’optimisation de suite de test pour un petit ensemble de critères. Cette collaboration a permis de construire un programme de recherche ambitieux et motivé la soumission de cette proposition. Les partenaires vont concevoir des techniques de test, à la fois génériques et efficaces, pour tous les services clefs de test : génération de cas de test, détection des objectifs de test polluants (e.g. inutiles) et évaluation de couverture. Le projet va gérer une large classe de critères importants pour la pratique industrielle. Une attention particulière sera portée au paradigm de développement continu. Le projet fournira ces outils sous forme d’un toolkit intégré qui sera évalué sur des codes réels fournis par le partenaire industriel. Enfin, le projet va établir des recommandations d’application industrielle afin de faciliter l’application des résultats du projet dans l’industrie. Les principales retombées du projet seront de nature scientifique, technologique et industrielle. SATOCROSS vise le développement d’une technologie de pointe dans le domaine du test logiciel. Elle aura le potentiel d’avoir un impact majeur sur la pratique du développement logiciel, et plus généralement sur l’industrie du logiciel et la société. Les outils open-source, publications et rapports produits par les partenaires vont améliorer l’automatisation du test et fournir à un large spectre d'utilisateurs des moyens améliorés pour développer et maintenir des logiciels fiables.

Plus de cinq millions de salariés occupent des emplois « non qualifiés » en France. Au cœur des mutations socio-productives, ils sont contraints de s’y adapter. Or, les voies pour sécuriser leur parcours professionnel sont loin d’être tracées alors qu’ils sont de plus en plus enjoints à en devenir les principaux acteurs. Cette injonction, portée par l’évolution des politiques publiques et du management de nombre d’entreprises, est érigée en pièce maîtresse de la sécurisation des parcours et de la performance des entreprises. Notre projet vise à interroger le rôle des entreprises dans les possibilités offertes aux salariés de se développer professionnellement. Pour y répondre, il adopte une ligne de recherche innovante articulant approche par les capacités, sociologie clinique et approche par les outils de gestion. L’originalité du projet repose aussi sur l’articulation entre une enquête longitudinale quantitative - le Dispositif d’information sur la Formation sur les Itinéraires des Salariés (DEFIS) - des investigations complémentaires qualitatives dans quatre secteurs (logistique, aide à domicile, chimie et agro-alimentaire) sous la forme d’entretiens biographiques et une recherche-intervention. C’est dans cette intrication de cadres méthodologiques que le projet SQUAPIN entend développer une recherche innovante. L’approche se veut à la fois croisée en ce qu’elle entre à partir d’entreprises relevant de divers secteurs contrastés et comparative en ce qu’elle analyse le pouvoir d’agir des salariés en emploi peu qualifié au regard de celui des salariés qualifiés. L’approche articule également différentes perspectives : institutionnelle - à travers la prise en compte des institutions qui encadrent le travail et la formation aux niveaux européen, national et sectoriel - organisationnel -à travers l’analyse des configurations d’entreprise- et individuelle - à travers l’examen des parcours et des modes de perception de l’injonction à l’agir individuel. Elle interroge ainsi à diverses échelles les politiques et pratiques liées à cette injonction.

Datations croisées uranium-thorium, uranium-protactinium et carbone-14 de carbonates secondaires en grottes : recherche de critères de validation des échantillons et des âges : Application à l’art pariétal (ApART). Résumé Le projet ApART répond aux enjeux décrits dans le plan d’action 2018 de l’ANR défi «Sociétés innovantes, intégrantes et adaptatives » et son axe 5 : « Cultures, création, patrimoines ». En effet, son objectif est double : développer des méthodologies d’étude adaptées à la conservation de ces œuvres patrimoniales, tout en améliorant la connaissance de l’art pariétal. L’obtention de résultats pertinents lors de la datation d’échantillons de carbonates pariétaux est un véritable enjeu scientifique qui aura un impact important dans le domaine de la Préhistoire. En effet, les grottes ornées paléolithiques sont très abondantes, en France notamment, mais la majorité d’entre elles ont livré des décors pariétaux gravés ou tracés avec des oxydes métalliques qui ne peuvent être datés directement par la méthode du carbone 14 ; leur chronologie reste donc très incertaine. Le fait que de nombreux décors soient recouverts de dépôts carbonatés datables par les méthodes radionucléaires permet de relever ce défi en ouvrant un nouveau champ d’investigation pour les recherches portant sur l’art Paléolithique. Jusqu’à présent, les chercheurs engagés dans la datation de ces dépôts pariétaux ont utilisé la seule méthode uranium-thorium, sans information sur l’évolution géochimique du système, d’où l’impossibilité d’apprécier la fiabilité des résultats obtenus. Le projet ApART, au contraire, s’attache à combiner plusieurs méthodes de datation (231Pa/235U et 230Th/234U et 14C) sur le même échantillon afin de comparer leurs résultats respectifs. Nos études antérieures ont aussi montré qu’il était indispensable de caractériser avec des méthodes physico-chimiques la structure minéralogique et la diagénèse des échantillons pour vérifier qu’ils pouvaient être datés de façon fiable. Les investigations menées dans ApART sont donc multiples : elles portent sur la définition de critères de validation des différentes méthodes de datation grâce à des études de caractérisation préalable des échantillons. Le deuxième volet concerne la miniaturisation des prélèvements, objectif indispensable pour ces études concernant des échantillons de parois ornées. La démarche pluridisciplinaire d’ApART repose sur la collaboration étroite de plusieurs laboratoires ayant des compétences complémentaires, une expertise reconnue au plan international, et qui disposent d’une instrumentation de pointe. ApART intègre aussi des préhistoriens pariétalistes et des conservateurs dont le rôle sera central dans le choix des échantillons et l’interprétation des résultats. Dans un souci de conservation des grottes ornées, nos protocoles seront d’abord développés et éprouvés sur des échantillons prélevés dans les grottes de Soyons sans art pariétal, avant d’être mis en pratique sur des échantillons de grottes ornées (grotte aux Points et abri du Bois d’Argeville en France ; Grotte Nerja, Navarro, Askondo en Espagne). Ces travaux sur le terrain seront conduits en étroite concertation avec les préhistoriens en charge de leur étude, lesquels ont déjà fait les demandes de prélèvements auprès des autorités. L’objectif de l’ANR ApART, fondé avant tout sur la concertation des différents partenaires, aussi bien dans les sites archéologiques que dans les laboratoires, va permettre, à terme, de mettre au point une méthodologie fiable qui sera à même de répondre à la fois aux exigences de conservation maximale des parois et des œuvres pariétales tout en autorisant l’obtention de datations réellement pertinentes et validées. Dans un avenir plus lointain, les apports d’ApART ouvriront des perspectives nouvelles pour l’étude de l’art pariétal.

Des milliers d’épaves métalliques datées de la révolution industrielle (XIXe) et des conflits du XXe siècle gisent le long des côtes françaises et forment, avec le temps, de véritables récifs artificiels. Outre leur valeur patrimoniale intrinsèque, elles ont une forte attractivité économique d’une part pour la plongée (vestiges historiques et leur biodiversité spécifique), et d’autre part pour le secteur économique de la pêche qui trouve des ressources halieutiques à proximité. Cependant, ces épaves se dégradent sous l’effet de la corrosion, modifiant gravement ces écosystèmes. Ces dégradations présentent non seulement un risque pour les plongeurs mais peuvent être également à l’origine du relargage de polluants induisant des conséquences dramatiques pour la préservation de l’environnement marin. Ainsi le projet SOS (Save Our Shipwrecks) a pour objectif la préservation du patrimoine immergé par des traitements de protection cathodique (PC). Il regroupe 2 laboratoires de recherche spécialisés en corrosion et en microbiologie, le NIMBE/LAPA et l’IPREM, ainsi que le DRASSM, en charge de la recherche en archéologie sous-marine et A-CORROS, entreprise spécialisée dans la PC et la conservation du patrimoine. Pour cela il s’appuiera sur l’étude de deux épaves qui serviront de laboratoires in situ et qui ont été choisies pour leur intérêt historique, leur état et leur emplacement. En effet, elles sont localisées dans deux environnements (Atlantique-Manche et Méditerranée) aux caractéristiques différentes. Le projet s’appuiera sur quatre axes d’étude. Le premier concerne la caractérisation générale des épaves, étape nécessaire au diagnostic de leur état de corrosion initial et au dimensionnement de la mise sous PC. Dans cet axe sera notamment développé et utilisé par la société A-CORROS un outil innovant de diagnostic sous-marin capable de mesurer simultanément le potentiel de corrosion et l’épaisseur résiduelle de métal. La photogrammétrie 3D sera aussi utilisée pour la reconstitution virtuelle des épaves. Le deuxième axe se focalisera sur l’étude des mécanismes de corrosion sans et avec PC sur des systèmes corrodés à court (coupons installés in situ) et long terme (échantillons d’épaves). Des prélèvements seront effectués à différents temps pour une caractérisation multi-échelles à l’aide de techniques complémentaires (du macro au nanomètre) des produits de corrosion, des dépôts formés ainsi que de la diversité microbienne. De même, des échantillons seront caractérisés afin de décrire l’évolution des faciès pour différents protocoles de PC. Les interactions entre la colonisation biologique et la PC seront étudiées, ainsi que l’effet du relargage des métaux corrodés et des composants d’anodes de PC. Les résultats à l’échelle de l’épave ainsi qu’à celui des processus de corrosion obtenus dans les axes 1 et 2 sont ainsi cruciaux pour préconiser le traitement de PC optimal qui sera mis en place dans l’axe 3 du projet sur chacune des épaves. Dans cet axe, à différentes échéances, les études globales mises en œuvre dans l’axe 1 ainsi que la caractérisation de nouveaux prélèvements tels que ceux effectués dans l’axe 2 seront alors à nouveau conduites afin de déterminer l’évolution de ces systèmes sous PC à l’échelle réelle. L’ensemble des résultats alimentera les actions de l’axe 4 visant à la reconnaissance du patrimoine immergé par le public et à la sensibilisation à la protection. Ce projet aura des retombées directes dans les secteurs du patrimoine culturel et historique, du tourisme, de la pêche et au-delà pour la protection de structures métalliques en milieu marin.