Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2003-2004 / Une déficience en cellules souches épithéliales mène à une conjonctivalisation progressive de la cornée se traduisant par une perte de vision. Nous nous sommes attardés à l'étude de la régénération de l'épithélium cornéen initiée par une greffe de cellules épithéliales de cornée de lapin (CECL) cultivées sur un gel de fibrine. À confluence des cellules, le gel est greffé de façon autologue sur une cornée de lapin déficiente en cellules souches et la guérison est observée par rapport à un contrôle non greffé. À différents temps, les cornées sont prélevées et utilisées pour une analyse histologique ou par immunomarquage. Nos résultats démontrent qu'en seulement deux semaines, nous pouvons préparer un greffon d'épithélium cornéen autologue qui est sans risque de rejet. Après un mois, les lapins ayant reçu une greffe montrent un phénotype cornéen normal comparé aux témoins non-greffés. Ces résultats indiquent que la greffe de CECL autologues permet d'aider à la guérison d'un déficit en cellules souches.

La PARP-1 est une enzyme nucléaire qui modifie de façon post-traductionnelle plusieurs protéines nucléaires via son activité de poly(ADP-ribosyl)ation, souvent en réponse aux bris de l'ADN. Elle est ainsi impliquée dans plusieurs fonctions cellulaires vitales, incluant la réparation de l'ADN, la prolifération, la différenciation ainsi que la transcription de l'ADN pour n'en nommer que quelques- unes. Les promoteurs humains, de rat, de souris et de Drosophile du gène de la PARP-1 ont été clones et démontrent une structure commune aux gènes constitutifs (housekeeping). La transcription du gène de la PARP-1 est en partie régulée positivement par les facteurs de transcription Sp1 et Sp3 et négativement par le facteur de transcription NFI. Nous avons récemment démontré que les niveaux d'expression de la PARP-1, Sp1 et Sp3 sont fortement modulés par l'état de la densité et de la différenciation cellulaire chez des cultures primaires de cellules épithéliales de cornée de lapin (CECL). Par conséquent, la PARP-1 pourrait jouer un rôle durant la cicatrisation cornéenne puisqu'elle est fortement influencée durant les événements de migration, prolifération et différenciation qui caractérisent ce phénomène. La PARP-1 joue un rôle d'autant plus spécifique durant la cicatrisation cornéenne. En plus d'être influencée par la densité et la différenciation cellulaire, son expression est également fortement influencée par la présence de la fibronectine (FN). La FN, une protéine de la matrice extracellulaire, est sécrétée de façon massive durant la cicatrisation de l'épithélium cornéen. Considérant la relation étroite qui existe entre l'expression de la PARP-1 et de Sp1, nous avons également envisagé la possibilité que Sp1 soit une cible potentielle de la poly(ADP-ribosyl)ation par la PARP-1. PARP-1 pourrait ainsi réguler la transcription de son propre gène. En conclusion, notre étude a démontrée par quels mécanismes moléculaires la PARP joue son rôle durant la cicatrisation de l'épithélium cornéen. La PARP-1 pourrait ainsi constituer un modérateur de l'expression génique durant la phase hautement prolifique qui caractérise la cicatrisation cornéenne. / Poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) is a nuclear enzyme that post-translationally modifies a variety of proteins through its poly(ADP-ribosyl)ation activity in response to DNA strand break. PARP-1 is thus involved in several vital cellular functions such as DNA repair, cell proliferation and differentiation as well as DNA transcription. The promoter from the human, rat, mouse and Drosophila PARP-1 genes have been identified and cloned. Each of them has a structure common to housekeeping genes. PARP-1 gene transcription is positively regulated by the positive transcription factors Sp1 and Sp3 whereas it is repressed by members of the nuclear factor-l (NFI) family of transcription factors. We recently demonstrated that PARP-1, Sp1 and Sp3 expression was similarly influenced by both cell density and cell differentiation in primary cultures of rabbit corneal epithelial cells (RCECs). Because it may influence the migration, proliferation and differentiation properties of the epithelial cells from the cornea, PARP-1 may therefore play a significant function during corneal wound healing as well. We recently demonstrated that fibronectin, a major component from the extracellular matrix that is transitorily expressed during corneal wound healing, positively influenced the expression and DNA binding of Sp1 in RCECs. Similarly, PARP-1 gene expression strongly responded (positively) to the presence of FN in tissue culture plates, a further evidence that link PARP-1 expression to corneal wound healing as FN is massively secreted during that process. Moreover, and considering the close relationship between PARP-1 and Sp1 expression, we hypothesized that Sp1 could represent a potential targetfor poly(ADP-ribosyl)ation by PARP-1 and thereby alter its overall regulatory influence. We indeed demonstrated that Sp1 could be added polymers of ADPribose by PARP-1, a post-translational modification that also resulted in restricting the positive regulatory influence Sp1 might exert on its downstream target genes. In conclusion, PARP-1 indeed seems to be a potent regulator of gene expression during the highly proliferative phase that characterizes corneal wound healing.

Dès les premières heures suivant une lésion à l’épithélium cornéen, d’importantes quantités de fibronectine (FN) sont sécrétées dans la membrane basale, tandis que l’expression des laminines (LMs) et des collagènes (principalement le type IV) diminue temporairement pour réapparaitre une fois la lésion recouverte. L’intégrine α5β1 joue un rôle majeur dans la cicatrisation cornéenne en favorisant l’adhésion et la migration des cellules épithéliales de cornées (CEC) sur la matrice temporaire de FN. Notre laboratoire étudie la modulation d’expression du gène codant pour la sous-unité α5 par les composantes de la matrice extracellulaire (MEC) durant la cicatrisation de l’épithélium cornéen. Des travaux antérieurs réalisés dans notre laboratoire ont permis de démontrer que la FN exerce une influence positive sur l’activité transcriptionnelle du promoteur du gène α5, tandis que la LM exerce une influence négative dans des CEC de lapins. Toutefois, l’étude des influences individuelles des collagènes ou des effets combinés des matrices complexes n’avait jamais été entreprise à ce jour. Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de démontrer que les matrices extracellulaires complexes, composées de FN et de différents types de collagènes, exercent une influence positive sur l’expression du gène α5 dans des CEC humaines. Ces influences de la MEC résultent de modifications dans l’expression et les activités de liaison à l’ADN des facteurs de transcription NFI, Sp1, AP-1 et Pax-6. À l’inverse, les matrices simples de collagènes exercent une influence négative sur l’expression du gène α5 dans les CECs ce qui suggère qu’une des multiples actions des collagènes pourrait être de ralentir la migration et la prolifération des cellules épithéliales afin de permettre leur différenciation dans les couches supérieures de l’épithélium cornéen. Nous avons également démontré la présence d’une région distale conservée de 300 nucléotides située en amont des gènes codant pour les sous-unités d’intégrines α3, α5, α9 et αv. Cette région conservée porte plusieurs éléments de régulation (positifs et négatifs) qui contribuent à la modulation fine de l’expression du gène α5. Outre les gènes pour certaines intégrines, la MEC modifie profondément l’expression de plusieurs gènes codant, entre-autre, pour des métalloprotéinases matricielles (MMPs) et diverses composantes de la MEC. / Upon corneal injury, it is the massive secretion of fibronectin (FN) that characterizes the very first changes occurring in the basement membrane (BM) while in the meantime laminin (LM) and collagens (mostly type IV) temporarily disappear and then sequentially reappear once the denuded corneal area is completely covered. The FN binding integrin α5β1 plays a major role in corneal wound healing by promoting epithelial cell adhesion and migration over the temporary FN matrix. Over the past few years, our laboratory investigated the mechanisms by which the extracellular matrix (ECM) components may alter the expression of the α5 integrin subunit gene during corneal wound healing. While FN was found to positively regulate the expression of the α5 gene promoter, LM surprisingly repressed its transcription in rabbit corneal epithelial cells. However, the individual influences of collagens, or the combinatorial influence of a more complex tissue-engineered ECM had yet to be determined. In this thesis, we demonstrated that the reconstructed ECM, which is enriched in several types of collagens and FN, exerts a positive influence on the expression of the α5 gene in human corneal epithelial cells as a result of alterations in the expression and DNA binding of the transcription factors NFI, Sp1, AP-1 and Pax-6. On the other hand, collagens most usually acted negatively on the expression of the α5 integrin gene in corneal epithelial cells (CECs). One can then speculate that a particularly important function of the corneal BM collagens would consist to inform CECs that cell migration is no longer required, allowing them to differentiate vertically into suprabasal epithelial cells. We also demonstrated that a 300 bp conserved 5’-distal region present in the α3, α5, α9 and αv integrin subunit gene promoter sequences contains several target sites for positive and negative transcription factors that may prove important for fine-tuned regulation of α5 gene transcription. In addition, the ECM components also cause important changes in the expression of other genes, such as those encoding matrix metalloproteinases (MMPs) and various ECM components.

Cette thèse de doctorat porte sur l'étude des notions fondamentales de la vision, plus particulièrement de la compréhension de l'homéostasie et de la cicatrisation de la cornée. En fait, l'attention de ces travaux est accordée à la modulation de l'expression d'un récepteur important dans l'adhésion de l'épithélium cornéen : la sous-unité d'intégrine a6. Les intégrines sont des protéines transmembranaires, des composantes essentielles de l'adhésion entre cellules et la matrice extracellulaire. D'ailleurs, les intégrines sont impliquées dans la plupart des processus cellulaires et sont un élément clef de tout tissu, incluant le tissu oculaire. Les intégrines a6(31 et a6|34 sont toutes deux exprimées au niveau de l'épithélium cornéen, deux intégrines ayant comme ligand la laminine. Lors de la cicatrisation cornéenne, l'expression de la laminine ainsi que celle de la sous-unité a6 est favorisée. Cependant, le rôle des intégrines a6(31 et a6(34 ainsi que la modulation de l'expression du gène de la sous-unité a6 au niveau de l'épithélium cornéen demeuraient des éléments obscurs avant le début de ces travaux. L'objectif principal des travaux était donc d'identifier les facteurs importants dans la modulation du promoteur du gène de la sous-unité d'intégrine a6 dans la réponse des cellules épithéliales de l'épithélium cornéen lors de la cicatrisation cornéenne. Ces travaux ont permis de démontrer l'importance des facteurs Spl, Sp3 et NFI dans la régulation de la transcription du gène a6 dans l'homéostasie, ainsi qu'à des étapes précises du processus de la cicatrisation cornéenne. De plus, l'effet global de la laminine dans la réponse des cellules épithéliales de la cornée suite à l'activation des intégrines a6(31 et a6(34 est mieux défini. / This doctoral thesis is a study based on the fundamental notions of vision, more particularly the comprehension of corneal homeostasis and wound healing. It pays a particular attention to the modulation of expression of a gene that encodes a membrane-bound receptor subunit, the a6 subunit from the a6|31 and a6(34 integrins, important for adhesion of the corneal epithelium to the basement membrane. These integrins constitute essential components of cell-to-cell and cell-extracellular matrix adhesions. These trans-membrane receptors are involved in most cellular processes and represent key elements in ail tissues, including ocular tissues. Expression of both the a6|31 and a6(34 integrins, whose respective ligand is laminin, has been reported in the corneal epithelium. Recently, expression of the a6 subunit has been shown to be coordinated with the massive secretion of laminin that occurs 24 hours following damage to the corneal epithelium. However, the precise function played by laminin on the modulation of expression of the a6 subunit gene had never been explored before the present study. The a6 gene promoter is deprived of a TATA binding cassette. On the other hand, it possesses a high content in guanine and cytosine residue (GC-rich promoter), a condition required in order to ensure proper regulation of a6 gene transcription. This study demonstrates the importance of the transcription factors Spl, Sp3 and NFI in the transcription regulation of the a6 gene during corneal wound healing. In addition, the global influence of laminin in the response of the corneal epithelial cells following activation of the a6|31 and a6(34 integrins is further explored. In conclusion, the results presented in this work shed light at least in part on the extreme complexity of the gene regulation network that takes place at the corneal epithelium during wound healing

L'expression de l'intégrine a5pl et celle de son ligand, la fibronectine (FN), est augmentée au tout début de la cicatrisation cornéenne afin de favoriser la migration des cellules épithéliales. Toutefois, l'expression du collagène de type IV (CIV) et de la laminine (LM), deux composantes majeures de la membrane basale, est diminuée temporairement durant ce processus. Notre laboratoire étudie le promoteur a5 afin de déterminer quels sont les mécanismes responsables de l'augmentation de l'expression de l'intégrine a5(31 dans le contexte de la cicatrisation cornéenne. Jusqu'à maintenant, nous avions démontré que la sous-unité a5 était à la fois modulée par la FN et la densité cellulaire. Ces effets étaient, en partie, causés par des modifications du facteur de transcription Spl (±spécifie protein one¿), un régulateur positif de la transcription du gène a5. Sur le promoteur a5, nous avons identifié un site de liaison potentiel pour le facteur de transcription NFI (±nuclear factor one¿) à proximité de celui des sites Spl et AP-1 (±activator protein one¿) préalablement identifiés. Le premier objectif de cette thèse fut de déterminer l'influence de chacun de ces facteurs sur l'activité du promoteur a5. Le second objectif fut de définir l'influence de la densité cellulaire sur les facteurs de transcription AP-1, Spl et NFI. Finalement, le troisième objectif visait à déterminer l'influence du CIV et de la LM sur l'expression d'a5. Nous avons démontré que les facteurs de transcription AP-1, Spl et NFI modulent l'activité basale du promoteur a5. Nous avons aussi démontré que la densité cellulaire induit des modifications des propriétés des facteurs de transcription AP-1 et NFI. Par la suite, nous avons démontré que la FN, le CIV et la LM influencent individuellement l'expression de la sous-unité a5. Nous avons ensuite démontré que ces influences sont, en partie, causées par des modifications des facteurs de transcription Spl, AP-1 ainsi que NFI. Ainsi, l'expression de la sous-unité a5 s'avère modulée par la densité cellulaire et par des protéines de la matrice extracellulaire (MEC) impliquées dans la cicatrisation cornéenne. Ces influences résultent de modifications dans les propriétés ou les niveaux endogènes des facteurs de transcription AP-1, Spl et NFI.