Tissues must adapt to the different external stimuli so that organisms can survive in their environments. The intestine is a vital organ involved in food processing and absorption, as well as in innate immune response. Its adaptation to environmental cues such as diet and biotic/abiotic stress involves regulation of the proliferative rate and a switch of division mode (asymmetric versus symmetric) of intestinal stem cells (ISC). In this review, we outline the current comprehension of the physiological and molecular mechanisms implicated in stem cell division modes in the adult Drosophila midgut. We present the signaling pathways and polarity cues that control the mitotic spindle orientation, which is the terminal determinant ensuring execution of the division mode. We review these events during gut homeostasis, as well as during its response to nutrient availability, bacterial infection, chemical damage, and aging. JNK signaling acts as a central player, being involved in each of these conditions as a direct regulator of spindle orientation. The studies of the mechanisms regulating ISC divisions allow a better understanding of how adult stem cells integrate different signals to control tissue plasticity, and of how various diseases, notably cancers, arise from their alterations.

Linear unconstrained DNA cannot harbor supercoils since these supercoils can diffuse and be eliminated by free rotation of the DNA strands at the end of the molecule. Mammalian telomeres, despite constituting the ends of linear chromosomes, can hold supercoils and be subjected to topological stress. While negative supercoiling was previously observed, thus proving the existence of telomeric topological constraints, positive supercoils were never probed due to the lack of an appropriate tool. Indeed, the few tools available currently could only investigate unwound (Trioxsalen) or overwound (GapR) DNA topology (variations in twist) but not the variations in writhe (supercoils and plectonemes). To address this question, we have designed innovative tools aimed at analyzing both positive and negative DNA writhe in cells. Using them, we could observe the build-up of positive supercoils following replication stress and inhibition of Topoisomerase 2 on telomeres. TRF2 depletion caused both telomere relaxation and an increase in positive supercoils while the inhibition of Histone Deacetylase I and II by TSA only caused telomere relaxation. Moving outside telomeres, we also observed a build-up of positive supercoils on the FRA3B fragile site following replication stress, suggesting a topological model of DNA fragility for this site.

Médecine/sciences (M/S), revue internationale dans le domaine de la recherche biologique, médicale et en santé

L'intestin est un organe multifonctionnel complexe faisant partie du système digestif. Pour maintenir son intégrité et ses différentes fonctions (digestives, absorbantes, immunitaires, endocriniennes), l'épithélium intestinal doit faire aux agressions quotidiennes provenant des aliments, des métabolites, du microbiote, des pathogènes ou des molécules chimiques ingérés. L'épithélium intestinal étant une unique couche cellulaire, il doit lutter en permanence pour garder son intégrité et ses fonctions. Pour y parvenir, les cellules souches intestinales (ISC) permettent à l'intestin de générer de nouvelles cellules remplaçant celles lésées, âgées ou mortes, maintenant l'homéostasie tout en limitant le risque de développer des pathologies telles que les maladies inflammatoires et les cancers.Mes travaux de thèse s'appuient sur l'intestin de Drosophila melanogaster, modèle reconnu pour étudier les mécanismes d'homéostasie intestinale et la biologie des cellules souches adultes. Dans un premier projet, j'ai analysé le rôle des protéines du groupe Polycomb (PcG) dans les ISC. J'ai également, dans un deuxième projet, étudié les effets de l'ingestion chronique d'insecticides à base de la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) sur le développement de maladies intestinales.Les protéines PcG participent à l'organisation 3D du génome et au contrôle de l'expression génique. Les PcG et leurs mécanismes sont conservés des plantes aux mammifères et ont d'abord été identifiés comme régulateurs dans les processus de développement. Plus tard, les PcG ont été décrits comme impliqués dans divers processus, notamment la régulation des cellules souches adultes. Les activités d'ubiquitination et de triméthylation de deux complexes répressifs Polycomb majeurs, PRC1 et 2, conduisent à la propagation et au maintien de la répression génique en compactant la chromatine. J'ai montré par des expériences de perte de fonction que PRC1 et PRC2 permettent le maintien de l'identité des ISC et de leur capacité à générer des cellules différenciées. En effet, les ISC mutantes perdent les marqueurs cellules souches et forment des tumeurs néoplasiques. En étudiant différentes voies de signalisation, j'ai identifié la voie JAK/STAT comme étant activée dans les tumeurs générées. Les protéines PcG impacte donc directement l'homéostasie intestinale en agissant comme suppresseur de tumeur dans les ISC.En condition défavorable, le genre Bacillus a la particularité de former un état de dormance extrêmement résistant, la spore. La réponse de l'intestin face aux spores de bactéries a été très peu étudiée et fait l'originalité de la thématique de l'équipe. Sous forme de spores, Bt est le bioinsecticide le plus utilisé en agriculture comme méthode alternative aux pesticides chimiques pour protéger les cultures des ravageurs. Bt est génétiquement très proche de B. cereus (Bc), qui est le deuxième agent responsable de toxi-infections alimentaires collectives (TIAC) en France. Alors que l'impact de Bt sur les organismes non-cibles est controversé, des études récentes suggèrent que certaines TIAC pourraient être attribuées à des souches de Bt d'origine agricole. Ainsi, mon deuxième projet avait pour objectif d'évaluer si la présence répétée de Bt dans l'intestin via l'alimentation pouvait induire un contexte pathologique. Nous avons montré que l'ingestion chronique de Bt, à des doses agricoles, induit une dysplasie précoce et un vieillissement prématuré de l'intestin. J'ai également montré que ce phénomène était aggravé chez des drosophiles génétiquement prédisposées à développer des maladies inflammatoires. Ainsi, ce travail permet une première évaluation des risques de maladies intestinales liées à la consommation chronique d'insecticides Bt.

Chromatin modulators, like Polycomb group proteins, are key epigenetic regulators of gene expression and are frequently mutated in cancers. In adult stem cells, epigenetic regulation maintains their identity and controls their differentiation during homeostasis or aging, but its direct role in tumorigenesis remains unclear. Here we developed a novel tumor model in Drosophila by exploring the function of Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1) in adult intestinal stem cells (ISCs). Disrupting core PRC1 components in ISCs induces the formation of small cell clusters devoid of intestinal markers, a novel phenotype linked to premature mortality under stress. These clusters exhibit neoplastic characteristics such as overproliferation and continuous growth in serial transplantations, leading to their designation as tumor-initiating intestinal cells (TIICs). While JAK/STAT signaling contributes to TIIC growth, the NF-κB-related Toll/Imd immune pathways restrict their expansion independently of cell death. Altogether, our results highlight PRC1 as an epigenetic tumor suppressor in adult stem cells.