Ce projet de thèse serait sous la direction de : MMs Luc PELLERIN et Nicolas MELIS
Unité de recherche : IRMETIST
École doctorale : Rosalind Franklin – Énergie, Environnement, Bio santé
Intitulé du sujet :
Augmenter la résistance des organes lors de transplantation : le métabolisme comme cible pharmacologique dans la protection tissulaire face à l’ischémie-reperfusion
Increase organ resistance in transplantation: metabolism as a pharmacological target in tissue protection against
ischemia-reperfusion
Début de thèse : à partir du 01/11/2025
Mots clés : Ischemia-Reperfusion, Métabolism, Liver
Résumé:
La transplantation est à ce jour l’ultime option thérapeutique pour le traitement de la défaillance d’organe mettant en péril la survie de patients. A ce jour, la greffe de foie demeure la seule solution thérapeutique pour de nombreuses indications (cancer, cirrhose alcoolique et non alcoolique, hépatites aigues…). Avec près de 1350 transplantations en 2023 et 1791 nouveaux patients inscrits sur la même durée, la transplantation hépatique est la seconde greffe en France et dans le monde. Cette demande, en croissance constante, associée à une pénurie d’organes a conduit à un recours à des greffons « à critères étendus », plus fragiles face aux effets délétères de l’ischémie-reperfusion. Cette étape, inhérente à la transplantation, soumet les organes à une privation en oxygène et nutriments, les rendant prompts à d’importants dommages cellulaires et tissulaires.
Notre laboratoire, grâce à la qualité de la recherche menée en son sein, a participé à la mise en évidence d’une nouvelle cible pharmacologique dans la protection d’organes à l’ischémie-reperfusion : l’inhibition de l’hypusination d’eIF5A. Nous avons mis en évidence que cette inhibition protège et améliore l’efficacité de la transplantation rénale dans des modèles pré-clinique via un profond remaniement métabolique, une indépendance de l’oxygène et une production énergétique anaérobique.
Forts de ces connaissances, nous avons récemment débuté des travaux visant à transposer ces effets sur le foie afin d’évaluer les effets de la modulation du métabolisme. Pour ce faire, nous avons établis des modèles mimant les conditions d’ischémie-reperfusion in vitro (hypoxie-réoxygénation d’hépatocytes et cholangiocytes), en 2D et 3D, sur lesquels nous pouvons mesurer de nombreux paramètres biologiques et in vivo chez la souris (ischémie-reperfusion hépatique) afin d’évaluer la réponse physio-pathologique.
En parallèle, dans le cadre de l’acquisition d’un microscope multiphoton, nous développons une approche innovante basée sur l’imagerie en microscopie multiphoton et en intravitale qui nous confère la possibilité d’étudier in situ, chez l’animal, des modifications cellulaires (métabolisme) ou tissulaire (organisation de la matrice extracellulaire, réponse immunitaire), dynamiquement et longitudinalement. Cette approche nous permettra notamment de suivre ces paramètres lors de la séquence d’ischémie-reperfusion et de corréler nos observations à des données « classiques » d’analyses histologiques et biochimiques. Les données générées par cette approche pourront être analysées et modélisées via un pipeline d’analyse d’images dédié.
Ce projet nous permettra d’améliorer la compréhension du phénomène d’ischémie-reperfusion, d’évaluer de nouvelles cibles pharmacologiques et d’améliorer la prise en charge des patients nécessitant une transplantation hépatique en région Nouvelle Aquitaine.
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Transplantation is currently the ultimate therapeutic option for the treatment of life-threatening organ failure. As of today, liver transplantation remains the only therapeutic solution for many indications (cancer, alcoholic and non-alcoholic cirrhosis, acute hepatitis, etc.). With almost 1,350 transplants performed in 2023, and 1,791 new patients registered over the same period, liver transplantation is the second most common transplantation procedure in France and worldwide. This ever-increasing demand, combined with a shortage of organs, has led to the use of “extended criteria” grafts, which are more fragile in the face of the deleterious effects of ischemia-reperfusion. This stage, inherent to transplantation, subjects organs to oxygen and nutrient deprivation, making them prone to significant cellular and tissue damage.
Thanks to the quality of its research, our laboratory has helped to identify a new pharmacological target for the protection of organs against ischemia-reperfusion: inhibition of eIF5A hypusination. We have demonstrated that this inhibition protects and improves kidney transplantation efficiency in pre-clinical models via profound metabolic remodelling, oxygen independence and anaerobic energy production.
Building on this knowledge, we have recently begun work to transpose these effects to the liver in order to assess the effects of metabolic modulation. To this end, we have established models mimicking ischemia-reperfusion conditions in vitro (hypoxia-reoxygenation of hepatocytes and cholangiocytes), in 2D and 3D, on which we can measure numerous biological parameters, and in vivo in mice (hepatic ischemia-reperfusion) to assess the physio-
pathological response.
At the same time, as part of the acquisition of a multiphoton microscope, we are developing an innovative approach based on multiphoton microscopy and intravital imaging, allowing us to study cellular (metabolism) or tissular (extracellular matrix organization, immune response) changes dynamically and longitudinally in situ in animals. In particular, this approach will enable us to monitor these parameters during the ischemia-reperfusion sequence and correlate our observations with “conventional” histological and biochemical analysis data. The data generated by this approach can be analyzed and modeled via a dedicated image analysis pipeline.
This project will enable us to improve our understanding of the ischemia-reperfusion phenomenon, evaluate new pharmacological targets and improve the management of patients requiring liver transplantation in the Nouvelle Aquitaine region.
Contexte et problématique :
A ce jour, la transplantation est l’option thérapeutique ultime permettant de pallier des pathologies chroniques (néphropathies, cancers, cirrhoses…) qui entraîneraient la défaillance d’un organe vital. Outre la complexité de la procédure, la limitation majeure reste la disponibilité de greffons pouvant être utilisés : en France, près de 22.000 patients sont toujours en attente d’une greffe en 2024 (part. rénale et hépatique). Récemment des efforts ont été mis en place afin d’augmenter le nombre de greffons disponibles, via l’utilisation de greffons dits “à critères étendus”, et plus généralement, grâce à la mise en œuvre de moyens pour améliorer leur reprise de fonction. Cela implique notamment à une meilleure tolérance vis-à-vis des lésions liées à l’Ischémie-Reperfusion indissociables d’une transplantation. Dans ce contexte, nous proposons de développer de nouveaux modèles pour l’étude de la tolérance à l’Ischémie-Reperfusion notamment hépatique et de mettre en évidence des cibles pharmacologiques utilisables en clinique.
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Today, transplantation is the ultimate therapeutic option for chronic pathologies (kidney disease, cancer, cirrhosis, etc.) that would lead to the failure of a vital organ. In addition to the complexity of the procedure, the major limitation remains the availability of grafts that can be used: in France, almost 22,000 patients are still waiting for a transplant in 2024 (renal and hepatic part). Recently, efforts have been made to increase the number of grafts available, through the use of so-called “extended criteria” grafts, and more generally, through the implementation of means to improve their recovery of function. This implies, in particular, a better tolerance of Ischemia-Reperfusion injury, which is an integral part of transplantation. In this context, we propose to develop new models for studying tolerance to Ischemia-Reperfusion, particularly in the liver, and to identify pharmacological targets for
clinical use.
Description du sujet :
Nous avons précédemment mis en avant que l’inhibition de l’hypusination (une modification post-traductionnelle) d’eIF5A, un facteur de traduction, permettait de protéger les organes de ces lésions associées à l’Ischémie-Reperfusion dans différents modèles in vivo : modèle pré clinique de transplantation rénale chez le porc, modèles d’AVC et d’infarctus murins…
Mécanistiquement, nous avons pu mettre en avant que cette protection est notamment conférée par une modification importante du métabolisme, se traduisant par la diminution de l’activité mitochondriale et la réorganisation structurelle des mitochondries. Ces modifications du métabolisme permettent particulièrement de prévenir les dommages liés au stress oxydant, au stress du RE et à la réponse immunitaire, qu’elle soit immédiate ou au long cours.
Nous souhaitons donc évaluer la modulation du métabolisme au niveau hépatique en tant que cible pharmacologique dans la résistance à l’ischémie-reperfusion, par différentes approches intégrées et transversales.
Ces approches innovantes, pour certaines déjà développées au laboratoire, permettront notamment de répondre à des questions à différents niveaux de complexité, allant de la cellule à l’organe par une approche longitudinale et dynamique.
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We have previously demonstrated that inhibition of hypusination (a post-translational modification) of eIF5A, a translation factor, protects organs from Ischemia-Reperfusion-associated damage in various in vivo models: pre-clinical pig model of kidney transplantation, murine models of stroke and infarction…
Mechanistically, we were able to highlight that this protection is notably conferred by a significant modification of metabolism, resulting in a decrease in mitochondrial activity and structural reorganization of mitochondria. These metabolic modifications are particularly effective in preventing damage associated with oxidative stress, ER stress and the immune response, whether immediate or long-term.
We therefore aim to evaluate the modulation of metabolism at the hepatic level as a pharmacological target in resistance to ischemia-reperfusion, using a variety of integrated and cross-disciplinary approaches. These innovative approaches, some of which have already been developed in the laboratory, will enable us to answer questions at different levels of complexity, from the cell to the organ, using a longitudinal and dynamic approach.
Méthodologie et mise en œuvre :
Nous utiliserons et raffinerons des modèles fonctionnels in vivo par l’utilisation de technique d’exploration de microscopie intra-vitale qui permet de réaliser de l’imagerie in vivo afin d’étudier des phénomènes cellulaires et subcellulaires in situ, au sein du tissu d’intérêt. Cette approche, couplée à de la microscopie multi-photonique permet non seulement de suivre des molécules fluorescentes, dans les tissus, en tant que marqueurs (suivi des mitochondries, du stress oxydant, de l’infiltration immunitaire) mais aussi d’acquérir un type de fluorescence “sans marquage” qui nous permet de suivre le métabolisme cellulaire et tissulaire (via la fluorescence du NADH-FADH2),
la réorganisation de la matrice extracellulaire (via le collagène-I) … Outre le large éventail de paramètres métaboliques pouvant être étudiés, cette approche nous offre la possibilité de suivre les animaux longitudinalement, permettant une meilleure compréhension de la cinétique de l’ischémie- reperfusion hépatique à court et long terme. Cette approche peut aussi être couplée à la mesure de paramètres biologiques bien établis (mesure des ALAT, ASAT, Factor V, Albumin, PAL, GGT, bilirubine…) afin de mesurer la souffrance hépatique et la corréler à nos observations microscopiques.
En parallèle, nous développerons des méthodes d’analyse de nos images de microscopie pour en extraire des données quantitatives afin de modéliser la réponse du foie face à ces situations.
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We will use and refine in vivo functional models by employing exploratory intra-vital microscopy techniques that enable in vivo imaging to study cellular and sub-cellular phenomena in situ, within the tissue of interest. This approach, coupled with multi-photon microscopy, enables us not only to monitor fluorescent molecules in tissues as markers (monitoring mitochondria, oxidative stress, immune infiltration), but also to acquire a type of “label-free” fluorescence that enables us to monitor cellular and tissue metabolism (via NADH-FADH2 fluorescence), extracellular matrix reorganization (via collagen-I)… In addition to the wide range of metabolic parameters that can be studied, this approach offers us the possibility of following animals longitudinally, enabling a better understanding of the kinetics of hepatic ischemia-reperfusion in the short and long term. This approach can also be coupled with the measurement of well-established biological parameters (measurement of ALAT, ASAT, Factor V, Albumin, PAL, GGT, bilirubin…) in order to measure hepatic suffering and correlate it with our microscopic observations.
In parallel, we will develop methods for analyzing our microscopy images to extract quantitative data for modeling the liver’s response to these situations.
Profil recherché :
Le ou la candidat(e) devra avoir obtenu un master 2 en biologie ou biotechnologies et avoir de bonnes connaissances en biologie cellulaire et biochimie et si possible en physiologie et microscopie optique (épifluorescence, confocal, multiphotonique…) ou faire preuve de curiosité envers ces techniques. Le ou la candidat(e) idéal(e) fera preuve de : motivation, curiosité, pro-activité, autonomie et de rigueur. Il/Elle rejoindra un environnement stimulant, collaboratif et engageant. Un travail sur les modèles murins étant nécessaire, le ou la candidat(e) sera en accord avec la pratique de l’expérimentation animale. Le diplôme d’expérimentation animale serait un plus mais pourra être acquis au sein du laboratoire. Une bonne maîtrise de l’anglais (lu, écrit, parlé) est nécessaire, notamment pour des interactions avec les collaborateurs internationaux de l’équipe.
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The ideal candidate must have obtained a master 2 in biology or biotechnologies and have solid knowledge of cell biology / biochemistry /physiology and if possible in light microsopy (epifluorescence, confocal, multiphoton…) or have a strong interest to learn those approaches. He or she will show motivation, curiosity, pro-activity and autonomy. He or she will join a stimulating, collaborating and friendly work environment. An animal work is part of the project and therefore the candidate will agree to work with such models. Animal experimentation diploma is needed but can be acquired in the lab. Very good spoken and written English is required to communicate in the lab and particularly with the group international network of collaborators.
Contact pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 16/05/25 :
nicolas.melis@univ-poitiers.fr