L'épithélium intestinal se renouvelle tous les 4 à 6 jours chez les mammifères grâce aux cellules souches localisées au fond des cryptes. Le renouvellement dépend des signaux émis par le microenvironnement et requiert une phase de prolifération des cellules souches, de différenciation et d'apoptose/desquamation des cellules épithéliales. La signalisation Wnt, joue un rôle majeur dans l'homéostasie intestinale par l'action de deux gradients inversés le long de l'axe crypte/lumière ; la signalisation Wnt canonique, active au fond des cryptes, contrôle la prolifération alors que la signalisation non-canonique, active vers le haut des cryptes contrôle la différenciation. Il a été montré que ces deux voies contrôlent l'activité de la GTPase atypique RhoU/Wrch1. RhoU fait partie des GTPases qui s'activent spontanément, son activité est donc directement proportionnelle à son niveau d'expression dans la cellule. Enfin, cette GTPase atypique est sous exprimée dans de nombreuses tumeurs gastriques et colorectales.Compte tenu de ces données, nos objectifs étaient donc de caractériser les changements morphologiques induits par l'invalidation conditionnelle de RhoU dans l'épithélium intestinal murin et d'en déterminer les mécanismes d'action. Nos résultats montrent que la déplétion de RhoU n'est pas létale, cependant elle a induit une augmentation de 20% de la densité cellulaire et une désorganisation de la structure de l'épithélium dans le haut des cryptes du colon. Cette augmentation concerne aussi bien les lignages sécrétoires et absorptifs, cependant, l'absence de RhoU a induit une sur-représentation du lignage sécrétoire. Dans la lignée de tumeur colorectale DLD-1, nous avons montré que l'absence de RhoU mime le phénotype d'augmentation de la densité cellulaire observé chez la souris. L'invalidation de RhoU ne modifie pas la distribution des phases du cycle cellulaire ni de celle de la mitose, cependant, elle réduit le nombre des cellules en apoptose dans le colon des souris et dans les cellules DLD-1. L'invalidation de RhoU a réduit la signalisation Hippo et a altéré la contractilité cellulaire via une augmentation de la phosphorylation de la protéine MLC2. Des travaux récents ont montré que la diminution du niveau MLC2 phosphorylée est nécessaire pour l'activation des caspases par un stimulus apoptotique. Ceci suggère que cette perturbation de la contractilité peut être à l'origine de cette diminution de l'apoptose qui est la cause majeure responsable de ce phénotype. En conclusion, RhoU est un régulateur de l'homéostasie intestinale chez la souris via son rôle modérateur de la mort cellulaire. / In Mammals, the intestinal epithelium is renewed every 4-6 days through the stem cells located at the bottom of crypts. The renewal depends on signals from the micro-environment and requires a proliferation phase of stem cells, then a differentiation and apoptosis/desquamation phases of epithelial cells. Wnt signaling plays a major role in intestinal homeostasis by the action of two reversed gradients along the axis crypt/ lumen: canonical Wnt signaling, active in the bottom of crypts, control proliferation while non canonical signaling, active in the top of the crypts control cell differentiation. It was shown that these two pathways are regulator of the atypical GTPase RhoU/Wrch1. The RhoU protein activates spontaneously, its activity is directly proportional to its expression level in the cell and is expressed as in gastric and colorectal tumors. In view of these informations, our objectives were therefore to characterizethe morphological changes induced by conditional invalidation of RhoU in the intestinal epithelium of mice and to determine the mechanisms of action. Our results show that RhoU depletion is not lethal. However, it induces an increase of cell density (+20%) and a disruption of the epithelium structure in the top of the colonic crypts. This increase affects both absorptive and secretory lineages. However, the absence of RhoU induced over-representation of secretory lineage. In colorectal tumor cell line DLD-1, we have shown that the absence of RhoU mimics the phenotype of cell density increase observed in mice. RhoU invalidationdid not change the distribution of cell cycle phases and mitosis, however, it reduces the number of apoptotic cells in the colon of mice and in the DLD-1 cells. RhoU invalidation reduced Hippo signaling and altered cell contractility via the increase of the protein MLC2 phosphorylation. Recent work has shown that the reduction of MLC2-P level is necessary for the caspase protein activation by an apoptotic stimulus. Suggesting that the perturbation of contractility may be the cause of this apoptosis decrease which is the main cause responsible of this phenotype. Finally, RhoU is a regulator of the intestinal homeostasis in micevia its moderating role of cell death.

Les cellules épithéliales produisent des facteurs influençant la réponse inflammatoire intestinale. L'étude de la contribution de ces facteurs à l'homéostasie des tissus est devenue essentielle à la compréhension des maladies inflammatoires chroniques intestinales (MICIs). Vanin-1 est une enzyme épithéliale qui produit des facteurs solubles dans les tissus dont l'intestin en réponse à un stress. Nous avons identifié Vanin-1 comme facteur de susceptibilité et marqueur des MICIs chez l'homme. La création d'une souris mutante nous a permis d'identifier des mécanismes d'action potentiels de Vanin-1 dans les tissus. Vanin-1 pourrait un jour être exploité pour développer une stratégie thérapeutique contre les MICIs. / Intestinal epithelial cells have recently been identified as producing factors influencing grandly the curse of intestinal inflammation. It became of a great importance, therefore, to identify the contribution of epithelial molecules to inflammatory bowel diseases (IBD). Vanin-1 is an epithelial enzymes which release soluble factors in tissues such as gut. This study identifies Vanin-1 as a marker and a susceptibility factor of IBD. By producing a mutant mice, we identified potential mechanisms by which Vanin-1 could act in tissues. It is hoped that Vnn1 can be exploited to develop future therapeutic strategies against IBD.

La mégaline est un récepteur endocytique multiligand essentiellement connu comme récepteur clé pour la réabsorption protéique rénale. Au cours du développement embryonnaire murin la mégaline a été impliquée dans le développement du prosencéphale et de l’œil mais la mortalité périnatale des souris Meg-/- empêche sone étude à des stades ultérieurs. Pour analyser le rôle de la mégaline dans le système visuel nous avons généré dans le laboratoire des souris conditionnelles FoxG1-Cre MegL/L.L’analyse phénotypique des souris mutantes montre que l’absence de la mégaline dans le neuroépithélium antérieur conduit à une augmentation anormale et progressive de la taille de l’œil accompagnée par un amincissement de la rétine et la diminution, entre autres, des cellules ganglionnaires. Ces observations immunomorphologiques suggèrent que les souris mutantes présentent des signes de myopie forte et sont confirmées par l’analyse ophtalmologique. Les analyses biochimiques des souris mutantes montrent que l’absence de mégaline entraine des modification dans la structure et la fonction du corps ciliaire, à l’origine de cet élongation excessive du globe oculaire. Les résultats obtenus montent que les souris Foxg1-Cre MegL/L sont le premier modèle génétique murin qui reproduit les caractéristiques de la myopie forte. L’élucidation des mécanismes physiopathologiques sous-jacents au développement de la myopie est un préalable indispensable à l’élaboration d’en éventuel traitement préventif, espoir pour les 0,5% à 2% de la population touchés par la cécité liée aux complications de la myopie forte. / Megalin is a large multiligand endocytic receptor essentially known as the key receptor for protein reabsorption in the renal proximal tubule. Murin megalin appears to be essential for early forebrain and eye development but the perinatal lethality of Meg-/- mice precludes further analysis. To study the implication of megalin in the formation of the eye we generated (in the laboratory ) FoxG1-Cre MegL/L mice lacking megalin specifically in the anterior neuroepithelium.The phenotypic analysis of these mice show that they suffer from an excessive and progressive eye growth associated with retinal thinning and a strong decrease of some retinal cell types including the ganglion cells. The immunomorphological studies suggest that the mutant mice are highly myopic which is confirmed by the ophtalmological analysis data. The biochemical analysis of these mutant mice shows that the absence of megalin causes structural and functional modifications in the ciliary epithelium, leading to the excessive elongation of the eyeball. These results show that the FoxG1-Cre MegL/L mice are the first murine genetic model recapitulating the characteristics of high myopia. The elucidation of underlying physiopathological mechanisms of high myopia development is essential for the elaboration of a preventive treatment, hope for 0,5 to 2% of the population suffering from blindness caused by the complications of high myopia.

La biopharmacie s'intéresse au devenir du médicament au contact d'un épithélium. Cela conditionne la biodisponibilité du principe actif, rendant les études biopharmaceutiques indispensables au développement des médicaments. L'obtention de données biopharmaceutiques in vitro passe par l'utilisation de cellules de diffusion. La variabilité des résultats expérimentaux obtenus nous a conduits à développer un nouveau dispositif nommé VitroPharma, destiné à optimiser l'étude de la perméabilité épithéliale. Son originalité réside dans la possibilité d'employer les milieux récepteurs semi-solides en substitution des milieux liquides habituels.Ce travail propose une exploration des capacités de VitroPharma en vue de sa validation. Le dispositif est testé en modalités de dose (i) finie et (ii) infinie, sur (i) peau porcine et (ii) membrane artificielle de silicone, respectivement. Des milieux récepteurs (i) liquide, (ii) semi-solide (hydrogel d'agarose) et (iii) thermogélifiant (hydrogel de poloxamer) sont évalués. La caféine et la testostérone sont utilisées comme composés modèles. Les résultats sont comparés à une méthode de référence.De plus, deux problématiques expérimentales peu étudiées dans la littérature sont évaluées : (i) la formation de bulles à l'interface milieu récepteur-membrane et (ii) l'altération de l'hydratation des membranes biologiques en cours d'essai. Il ressort que l'utilisation de VitroPharma combinée à un milieu récepteur thermogélifiant permet (i) de limiter la formation de bulles et (ii) de contrôler le contenu en eau des explants cutanés.Ainsi le dispositif VitroPharma apparait comme adapté à la tenue d'essais de perméabilité épithéliale, apportant notamment, (i) une manipulation facilitée, (ii) une optimisation des conditions d'essai et (iii) l'obtention de résultats cinétiques de pénétration. Des exemples de développements cliniques mettant à profit les performances de VitroPharma sont présentés en conclusion / Biopharmacy studies the outcomes of contact between a medicine and its administration site epithelium, thus determining active compound bioavailability. Hence, biopharmaceutical studies are paramount to drug development processes. Biopharmaceutical data are obtained in vitro using experimental devices (i.e., diffusion cells) but show high variability. To overcome this limitation we development a new experimental device, called VitroPharma, meant to optimize the study of epithelial permeability. Distinctiveness of this innovating diffusion cell is due to substitution of classical liquid receptor medium with semi-solid medium.In this work, validation studies of VitroPharma are detailed including (i) finite and (ii) infinite dosing protocols using (i) biological membrane (i.e., pig ear skin) and (ii) artificial silicone membrane, respectively. Three different types of receptor medium are employed: (i) liquid medium, (ii) semi-solid medium (i.e., 2% agarose hydrogel) and (iii) thermogelifying medium (i.e., 20% poloxamer 407 hydrogel). Caffeine and testosterone are used as model compounds. Permeability results are displayed and compared to that obtained using reference Franz static diffusion cell.Furthermore, two experimental pitfalls often mentioned but scarcely studied in literature are evaluated, that is (i) bubble formation at the membrane-receptor medium interface and (ii) biological membrane hydration modification over assay time. VitroPharma combined to thermogelifying receptor medium was found efficient (i) in reducing bubble formation and (ii) enabling control of biological membrane water content.Therefore, VitroPharma appears adapted to the in vitro study of epithelial permeability, enabling (i) easy handling, (ii) optimized experimental parameters and (iii) dual penetration and permeation determination. To conclude this work, examples of clinical outcomes that could advantageously use VitroPharma are presented

La protéine CCSP (« Club Cell Secretory Protein »), produite par les cellules Club au niveau de l’épithélium respiratoire, se retrouve déficiente chez les patients atteints de Bronchopneumopathie Chronique Obstructive (BPCO). Le but de ce travail était de comprendre la régulation et les différents rôles de la protéine CCSP afin d’en évaluer son potentiel intérêt thérapeutique. Nous avons dans un premier temps observé les effets du polymorphisme connu de CCSP au niveau de sa région promotrice, la mutation G38A, sur la transcription même du gène. Nous avons constaté in vivo dans une étude clinique prospective sur 1 an comprenant 66 patients souffrant de BPCO, et confirmé in vitro dans un modèle de cellules BEAS-2B transfectées, que la fumée de cigarette était un répresseur de la transcription de CCSP et que ce phénomène était amplifié par la présence de la mutation G38A. De plus, in vitro, certains facteurs de transcription tels que p53 et Nkx2.1, ainsi que les lipopolysaccharides, affectaient l'efficacité du promoteur de CCSP.Ensuite, nous avons caractérisé les cellules qui sécrètent cette protéine dans un modèle ex vivo de culture en interface air-liquide de cellules primaires épithéliales bronchiques. Nous avons observé par microscopie électronique à balayage des cellules en dôme, forme caractéristique des cellules Club, et par microscopie électronique à transmission des cellules contenant des granules de sécrétion contenant la protéine CCSP. Nous avons constaté par immunofluorescence que les cellules marquées CCSP+ étaient également MUC5AC+ (marqueur de cellules à mucus), P63+ (marqueur de cellules basales) ou encore KI-67+ (marqueur de prolifération). Nous suggérons donc que les cellules Club sont des cellules progénitrices, permettant ainsi la régénération de l’épithélium bronchique. Par ailleurs, nous avons évalué l’implication de la protéine CCSP dans le recrutement des neutrophiles, cellules inflammatoires prépondérantes dans la BPCO. Une étude pharmacologique a d’abord permis d’évaluer les effets de CCSP sur des neutrophiles de sujets témoins. Le déplacement des neutrophiles, stimulé par l’IL8 ou le fMLP (tous deux puissants agents chemoattractants), était inhibé par CCSP. Puis, par une étude in vitro, nous avons déterminé la modulation du sécrétome de l’épithélium bronchique par CCSP. Lorsque les sécrétions d’épithélia reconstitués ex vivo à partir de biopsies de fumeur et de BPCO étaient mis en présence de neutrophiles, un chimiotactisme exagéré des neutrophiles étaient constaté. Lorsque les épithélia étaient traités avec la protéine CCSP, à l’état de base ou stimulés par de la fumée de cigarette, ce chimiotactisme exagéré était alors diminué.Enfin, dans une dernière partie, nous nous sommes intéressés à la régulation de la protéine, dans un modèle de culture cellulaire NCI-H292, lignée de cellules bronchiques cultivées en monocouche. Nous avons supplémenté ces cellules en CCSP exogène afin d’analyser les variations du profil protéomique des secrétions engendrées (méthode LC-MS/MS). De façon générale, il s’avérait que la supplémentation en CCSP permettrait une restauration de la « machinerie » du protéasome avec une augmentation des protéines de la famille des tubulines.Ce travail de thèse a démontré que la protéine CCSP était un acteur potentiel de la physiopathologie de la BPCO. L’étude de sa régulation a montré que la synthèse de CCSP était effectivement diminuée dans la BPCO. Ainsi, une supplémentation en CCSP pourrait être une piste thérapeutique. / A defective in Club Cell Secretory Protein (CCSP) produced by nonciliated Club cells was observed in COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease) airways. Our aim was to understand CCSP biological mechanisms of action and its dysregulation in COPD and whether it might be a therapeutic axis in COPD.First, the influence of the CCSP G38A polymorphism on CCSP transcription levels and its regulatory mechanisms were analyzed. Our in vivo study conducted in a 1 year prospective cohort consisting of 66 COPD patients confirmed that circulating CCSP levels were associated with smoking. Moreover, the CCSP G38A polymorphism and the smoking status significantly repressed CCSP serum levels. Our in vitro study conducted in BEAS-2B transfected cells supported those findings as CSE repressed the CCSP transcription of the A carrying transfected cells more intensely than the wild type cells. Noteworthy, LPS, Nkx2.1 and p53 transcription factors also modulated the CCSP promoter efficiency in vitro. Furthermore, CCSP producing cells were characterized in an air-liquid interface (ALI) culture model of bronchial epithelial cells. Transmission electron microscopy, scanning electron microscopy and confocal microscopy confirmed the pseudostratified organization of the reconstituted epithelium. Evidences of full differentiation were identified and labeled with MUC5AC (goblet cells), tubulinIV (ciliated cells), P63 (basal cells) and CCSP (club cells). Moreover, the ex vivo reconstituted COPD epithelium released higher levels of IL8 and MUC5AC. Ki-67 and collocating antibodies with CCSP argued for an accessory stem cell and a transitory differentiating roles for CCSP+ cells.Then, we aimed to investigate whether exaggerated airway neutrophilia was driven by the CCSP-defective COPD airway epithelium. CCSP action on healthy neutrophil chemotaxis was evaluated in a pharmacological study demonstrating that CCSP directly inhibited neutrophil chemotaxis induced by fMLP and IL8. Then, in an in vitro study, ALI-reconstituted COPD airway epithelium in a clean environment promoted an exaggerated neutrophilic chemotaxis compared to smokers and controls at steady state. Treating the airway epithelium with exogenous CCSP prevented baseline and CSE-induced neutrophil chemotaxis.Finally, CCSP regulation was studied in NCI-H292 cells, a human pulmonary cell line. The cells were supplemented with CCSP. Proteomic profile (LC-MS/MS method) of the bronchial epithelium in response to CCSP treatment demonstrated that the proteasome machinery and the tubulin family members were upregulated.This work supported the potential implication of CCSP in the pathophysiology of COPD. CCSP was confirmatively defective in COPD patients, therefore, restoring physiological concentrations of CCSP by exogenous supplementation may be a therapeutic perspective.

Les divisions asymétriques permettent l’apparition de deux cellules filles différentes via la ségrégation polarisée de déterminants cellulaires pendant la division. La polarisation de la cellule mère est essentielle au bon déroulement des divisions asymétriques. Les précurseurs des organes sensoriels externes de la Drosophile (SOP) se divisent asymétriquement dans le plan de l’épithélium du thorax. La polarisation planaire des SOP dépend de la localisation asymétrique du complexe PAR (Baz-Par6-aPKC). Néanmoins, ces protéines sont aussi impliquées dans le maintient de la polarité apico-basale de l’épithélium. Les mécanismes régulant le remodelage de la polarité épithéliale, permettant la polarisation planaire du complexe PAR sont inconnus.Au cours de ma Thèse, j’ai développé une méthode d’analyse quantitative de la polarisation des protéines PAR au cours du temps. Je montre que Baz, Par6 et aPKC se sont asymétriques avant la mitose, et que cette polarisation dépend de la PCP (Planar Cell Polarity). J’ai également identifié Expanded (ex) et p120/catenin (p120ctn), dont l’expression est réduite dans les SOP, respectivement comme régulateurs de Crumbs et de la dynamique des jonctions. Leur inhibition promeut le remodelage de la polarité épithéliale et la polarisation des SOP.Un modèle de polarisation de la SOP est proposé, où l’inhibition spécifique d’ex et de p120ctn libère Par6-aPKC et Baz, permettant la formation du complexe PAR. Ce dernier interprète la PCP et devient asymétrique. Ainsi, ce travail relie la spécification de la SOP et sa division asymétrique, et propose un modèle général pour l’étude des divisions asymétriques dans les épithéliums. / During development, cell fate diversity can be generated by asymmetric cell division. As fate asymmetry can result from the unequal segregation at mitosis of cell fate determinants, polarization of the mother cell is essential for this process. The epithelial Sensory Organ Precursor cells (SOPs) divide asymmetrically within the plane of the notum epithelium in Drosophila. Planar polarization of mitotic SOPs critically depends on the asymmetric distribution of the PAR polarity complex. Nevertheless, PAR proteins are also involved in the maintenance of epithelial apico-basal polarity. When and how this epithelial polarity is remodelled to allow planar polarization of the PAR complex is unknown. During my thesis, I developed a quantitative live-imaging approach to monitor polarization of the PAR proteins. I showed that the three members of the PAR complex (Bazooka (Baz), Par6 and atypical Protein Kinase C (aPKC)) become planar polarized prior to mitosis and identified Planar Cell Polarity (PCP) as the initial symmetry breaking input. Expanded (Ex) and p120/catenin (p120ctn) were identified as SOP-specific regulators of Crumbs and AJ dynamics, respectively, that negatively regulate planar polarization in SOPs. This work led to a model whereby decreasing levels of Ex and p120ctn in SOPs increases free Par6-aPKC and Baz to promote the formation and polarization of the Baz-Par6-aPKC complex. Thus, this study links fate determination to asymmetric cell division and provides a general framework to understand how epithelial cells can divide asymmetrically despite having junctions.

La structure polygonale des épithéliums mono-stratifiés exerce une certaine fascination sur les biologistes depuis les observations originales par Robert Hooke en 1665. Cependant, il est difficile d‘expliquer comment la stabilité de la morphogenèse est atteinte, i.e. comment les structures polygonales maintiennent la régularité au sein d'un individu, entre les individus et au sein des phylums. Dans ces travaux, nous introduisons une nouvelle mesure quantitative de la stabilité de la morphogenèse entre individus appelée l'homéostasie topologique. Nous démontrons que les épithéliums non-prolifératifs, formés par un processus d'accrétion, sont plus stables que les épithéliums prolifératifs. Dans le contexte de prolifération, l'homéostasie topologique dépend du rapport apoptose/mitose comme en témoigne le modèle Drosophila où l'homéostasie épithéliale diminue drastiquement quand l'apoptose est inhibée dans les disques imaginaux. Ainsi, l'apoptose agit comme un régulateur positif dans la canalisation de la stabilité de la morphogenèse. En outre, des simulations numériques reproduisant la morphogenèse épithéliale, basées sur la physique des milieux divisés, décrivent comment les mécanismes d'accrétion dans les épithéliums non prolifératifs et l'apoptose dans les épithéliums prolifératifs sont des moyens efficaces pour parvenir à la stabilité morphogénétique. / The polygonal structure of mono-stratified epithelia exerts a unique fascination among biologists since the original observations of Robert Hooke in 1665. However, it is always unclear how the stability of morphogenesis is achieved, i.e., how these polygonal structures maintain regularity among individual, between individuals and among all phyla, and among individuals for each tissue within each species. Here, we introduce a new and quantitative measure of the level of morphologic stability between individuals, referred to as topological homeostasis. We demonstrated that non-proliferative epithelia, formed by an accretion process, are significantly more regularly stabilized than proliferative ones. In proliferative context, topological homeostasis directly depends on the apoptosis/mitosis ratio, as evidenced in the Drosophila imaginal disc model, where topological homeostasis drastically drops down when apoptosis is inhibited. Apoptosis therefore acts as an unexpected positive regulator in the canalization of morphogenetic stability. In addition, numerical simulations of epithelial morphogenesis, based on the physics of devided media, described how accretion mechanisms in non-proliferative epithelia, and, apoptosis in proliferative ones, are efficient means to achieve morphogenetic stability.

La recrudescence des infections respiratoires impliquant des facteurs virulents d’origine bactérienne est devenue un problème majeur de santé publique. Mieux caractériser la réponse des cellules respiratoires dans la phase initiale d’exposition à des toxines bactériennes est important sur les plans physiopathologiques et thérapeutiques. Le but de ce travail est de décrypter les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués lors de l’exposition des cellules épithéliales respiratoires à l’adénylate cyclase (CyaA), une toxine produite par Bordetella pertussis, l’agent responsable de la coqueluche. CyaA a été choisie car elle dispose de multiples moyens qui lui permettent d’envahir un grand nombre de cellules eucaryotes. Elle est notamment capable de transloquer son domaine catalytique directement dans la cellule cible puis d’utiliser la calmoduline endogène pour augmenter le taux d’AMPc à des niveaux supraphysiologiques. Cependant l’effet de ces changements sur la signalisation mécano-chimique (mécanotransduction) a été très peu décrit alors qu’elle affecte les fonctions et l’intégrité cellulaires. Nous proposons donc d’évaluer les fonctions cellulaires et les propriétés mécaniques et d’adhésion des cellules épithéliales respiratoires exposées à CyaA dans le but de déceler des modifications fondamentales dans les processus de mécanotransduction.Nous avons tout d’abord mené une étude préliminaire visant à définir les concentrations physiopathologiques de CyaA utilisées dans nos expériences. Nous avons ainsi déterminé le degré de viabilité cellulaire en fonction de 3 concentrations de CyaA (0.5 ; 5 ; 10 nM), ce qui a montré que la concentration 0.5 nM n’affectait pas la viabilité cellulaire tout en induisant des niveaux supraphysiologiques d’AMPc en moins d’une heure.Nous avons ensuite cherché à évaluer les effets de CyaA sur la migration et la réparation cellulaires, le battement ciliaire et la perméabilité cellulaire de cellules épithéliales représentatives des différents niveaux de l’arbre aérien. CyaA induit une diminution de la migration et de la réparation cellulaires, ainsi qu’une augmentation de la perméabilité cellulaire traduisant un affaiblissement des jonctions latérales.Une étude en immunoflorescence a ensuite été conduite sur les structures intracellulaires et interfaciales des cellules épithéliales alvéolaires exposées aux 3 concentrations de CyaA. Cette étude a montré que CyaA est capable d’induire un remodelage du cytosquelette d’actine ainsi qu’une diminution du nombre des adhérences focales. Enfin, une analyse complète des propriétés mécaniques et des paramètres d’adhésion a été conduite sur les mêmes cellules au moyen de 2 techniques de micro/nanomanipulation revisitées pour permettre à la fois l’évaluation des liens multiples et de la rigidité cellulaire (Microscopie à Force Atomique (AFM) avec indentation et Magnétocytométrie (MTC)). Pour évaluer le rôle de l’AMPc sur les changements observés, les cellules épithéliales respiratoires ont été testées avec la forme active de CyaA et la forme enzymatiquement inactive de la toxine : CyaAE5, qui ne permet pas de synthétiser l’AMPc.Les expériences AFM ont révélé que le principal effet de CyaA est de diminuer le nombre de liens intégrine-ligand associés (une altération du clustering) alors qu’à la plus faible concentration de CyaA, nous observons une augmentation de la rigidité cellulaire, accompagnée d’un renforcement des liens individuels, évolutions confirmées par les résultats MTC. CyaAE5 ne parvient pas à produire ces mêmes effets.L’ensemble des résultats suggère que CyaA affecte de façon précoce la mécanotransduction des cellules exposées et ceci en cohérence avec les effets attendus de l’augmentation d’AMPc (remodelage du CSQ, altération des jonctions latérales, inhibition de l’expression de Rac1), ce qui apporte une nouvelle vision de la cytotoxicité induite par l’adénylate cyclase. / The increase in respiratory infections involving virulent factors of bacterial origin has become a major public health issue. A better knowledge of the cell respiratory response in the course of the initial cell invasion by bacterial toxins is important from the pathophysiological and therapeutical point of views.The purpose of this work is to decipher the cellular and molecular mechanisms involved in the exposition of respiratory epithelial cells to the adenylate cyclase toxin (CyaA) produced by Bordetella pertussis which is the whooping cough agent. We have chosen this toxin for its multiple capacities of penetrating a wide range of eukaryotic cells. Indeed, this toxin enables direct translocation of its catalytic domain across the plasma membrane of target cells using the endogen calmoduline to increase the cAMP rate at supraphysiological levels. However, the effects of these changes on mechano-chemical signaling (mechanotransduction) pathways remain largely unknown while it affects cellular functions and cell integrity. So, we perform an evaluation of cellular functions as well as mechanical and adhesion properties of respiratory epithelial cells exposed to CyaA toxin in order to detect some critical modifications in the mechanotransduction processes.In a preliminary study aiming at defining physiopathological concentrations of CyaA toxin used in our experiments, we determined the cell viability degree for 3 concentrations of CyaA toxin (0.5; 5 and 10 nM). We found that the smallest concentration (0.5 nM) did not affect cell viability whereas inducing supraphysiological cAMP levels in less than one hour.Then, we assessed the effects of CyaA toxin on cell migration and repair phenomenon, on ciliary beating and on cell permeability of epithelial cells representative of the different levels of the respiratory tract. The toxin induces a decrease in cell migration and repair, an increase in cell permeability suggesting a weakening of lateral cell-cell junctions.Immunostaining was performed on intracellular and interfacial structures of alveolar epithelial cells exposed to the 3 concentrations of CyaA toxin. Results show that CyaA toxin is able to induce cytoskeleton remodeling and a decrease in the number of focal adhesions. Finally, a refined analysis of mechanical properties and adhesion parameters was performed on the same cells by 2 techniques of micro/nanomanipulation modified to permit at the same time, an evaluation of cell adhesion and cell rigidity (Atomic Force Microscopy with indentation and force spectroscopy to characterize the number of bond during adhesion reinforcement and multiscale Magnetic Twisting Cytometry). To evaluate the role of cAMP on cellular and molecular changes, we tested the enzymatically inactive form of CyaA toxin called CyaAE5 which could not permit to increase the intracellular cAMP rate.The AFM experiments have revealed that the main effect of CyaA toxin is to decrease the number of associated integrin-ligand bounds (meaning an alteration of clustering) while, at the smallest concentration of CyaA toxin, we observe an increase in cell rigidity with an individual bound reinforcement, a result consistent with MTC results. Nevertheless, CyaE5 does not exhibit such cellular effects. On the whole, these results suggest that CyaA toxin affects the mechanotransduction pathways of cells exposed to the toxin, a result which is in agreement with the expected effects of cAMP increase (notably cytoskeleton remodeling, lateral junction alteration and inhibition of Rac1 expression) what brings a new vision of the cytotoxicity induced by the adenylate cyclase toxin.

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.

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.