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Theses

Developing new tools and platforms for mammalian synthetic biology: From the assembly and chromosomal integration of complex DNA circuits to the engineering of artificial intercellular communication systems

Résumé : La biologie synthétique des mammifères peut potentiellement offrir des stratégies thérapeutiques nouvelles, aider à identifier de nouvelles voies pour la découverte de médicaments et faciliter la synthèse de molécules d’intérêt. Malheureusement, notre capacité à programmer les cellules mammifères est actuellement limitée par le manque d’approches efficaces pour rationaliser la conception, la construction, et l’identification de réseaux génétiques synthétiques fonctionnels ainsi que par la complexité des systèmes mammifères et par notre compréhension trop partielle des dépendances de contexte des processus cellulaires. Dans cette thèse, j’ai proposé un certain nombre de concepts et d’approches pour traiter de ces problèmes. Premièrement, j’ai créé un cadre pour l’assemblage modulaire et combinatoire de vecteurs d’expression (multi)géniques et leur intégration ciblée efficace dans un locus chromosomique bien défini. Le potentiel de cette approche a été démontré par l’assemblage et l’intégration de plusieurs réseaux de régulation mammifères fonctionnels, incluant notamment le plus grand circuit génétique construit et intégré chromosomiquement à ce jour (6 unités de transcription, 27kb), fonctionnant comme une unité de mémoire inductible. Une telle plateforme de prototypage est bien adaptée pour les analyses comparatives d’éléments de régulation génique, de gènes et de circuits multigéniques, ainsi que le développement aisé de collections de lignées cellulaires isogéniques. Deuxièmement, j’ai développé une plateforme pour l’identification et la caractérisation de nouveaux systèmes de recombinase à sérine de Mycobacteriophages afin d’étendre les outils disponibles pour l’ingénierie des génomes mammifères. J’ai validé l’approche en identifiant 26 nouvelles recombinases à sérine dans 400 génomes de Mycobacteriophages, dont 4 utilisent des sites de recombinaison nouveaux. Ces recombinases sont fonctionnelles chez E. coli et dans des cellules mammifères. De plus, j’ai montré que l’on pouvait créer pour chacune d’elles un ensemble de paires de sites de recombinaison orthogonales. Pour dépasser les limites de nos capacités à construire des systèmes cellulaires, j’ai également développé deux nouveaux systèmes de communication intercellulaire afin de faciliter le découplage spatial des différents modules d’un système synthétique. Le premier est constitué de deux modules, émetteur et receveur, qui peuvent être intégrés dans une population cellulaire unique pour créer un système de type autocrine ou intégrés dans deux populations cellulaires distinctes pour créer un système de type paracrine. Pour créer le module d’émission, j’ai assemblé et intégré une voie métabolique synthétique faite d’enzymes de différentes plantes et produisant une petite molécule diffusible, la phlorétine. Cette molécule, orthogonale aux voies de signalisation mammifères, peut être détectée par le module de réception contenant un système d’expression génique intégrant des éléments d’origine bactérienne et mammifère. J’ai créé un second système de communication intercellulaire, permettant le transfert de protéines entre populations cellulaires émettrices et receveuses. Ce système utilise des virus-like particles (VLPs). J’ai démontré que l’on pouvait induire la production de particules contenant des recombinases (Cre et B3) par les cellules émettrices, qui pouvaient ensuite induire un réarrangement génomique activant l’expression d’un transgène dans la population receveuse. Même si les thérapies utilisant des cellules intégrant des circuits synthétiques pour réparer des organes non-fonctionnels ou pour créer de-novo des tissus ne sont encore qu’une perspective lointaine, je crois que les contributions développées au cours de ma thèse peuvent être utiles au développement de la biologie synthétique des mammifères, que ce soit en accélérant le développement de circuits synthétiques d’intérêt thérapeutique ou en apportant de nouveaux outils pour mieux comprendre les processus cellulaires sous-jacents.
Mots-clés : Biologie de Synthèse
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01108520
Contributor : Gregory Batt <>
Submitted on : Thursday, January 22, 2015 - 9:00:43 PM
Last modification on : Friday, May 25, 2018 - 12:02:07 PM
Document(s) archivé(s) le : Thursday, April 23, 2015 - 11:10:23 AM

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  • HAL Id : tel-01108520, version 1

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Citation

Xavier Duportet. Developing new tools and platforms for mammalian synthetic biology: From the assembly and chromosomal integration of complex DNA circuits to the engineering of artificial intercellular communication systems. Biotechnology. Université Paris Diderot (Paris 7), 2014. English. ⟨tel-01108520⟩

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