Dans de nombreux tissus épithéliaux, les cellules ne migrent pas sur des substrats plats mais font au contraire partie d’une monocouche bidimensionnelle courbée. C'est le cas par exemple pour les tubules rénaux, les acini du sein, les alvéoles pulmonaires ou bien les cryptes du côlon et de l’intestin. Cependant, malgré l’omniprésence de cette courbure hors plan in vivo, peu d’études expérimentales s’interrogent sur son influence sur le développement et la migration cellulaire. En effet, le comportement collectif des cellules au sein d’un épithélium à deux dimensions a été principalement étudié sur des substrats plans, négligeant ainsi l'influence de la topologie de l’environnement de culture sur le développement cellulaire. Dans ce manuscrit de thèse, nous exposons les différentes expériences menées afin de caractériser et de quantifier l’influence de cette courbure hors du plan sur le développement, la migration ainsi que les propriétés mécaniques des tissus épithéliaux. Un dispositif expérimental a été mis au point afin d’obtenir des courbures et des conditions initiales reproductibles. Afin de découpler l’effet du à la courbure de ceux dus au confinement latéral, nous avons reproduit les mêmes expériences sur des substrats plats où les cellules sont confinées dans des bandes adhésives de largueurs comparables au périmètre des tubes.En mettant en parallèle nos résultats sur ces deux types de substrats, nous suggérons que forcer les cellules à croître sur des cylindres de diamètre pertinent biologiquement induit de nouvelles propriétés biologiques qui sont à dissocier de l'effet du au confinement latéral du tissu. / That the mechanics of a cell’s microenvironment greatly influences cellular behaviors and phenotypes is well established. For example, the morphology, performance and even fate of a cell adhering to a substrate is highly influenced by the substrate rigidity. Similarly, cytoskeleton organization and cell polarity can be controlled by confining the cell to 2d micro patterns while micro or nano substrate topography influences cell adhesion and orientation. On the other hand, significantly less research exists regarding the effect of out of plane curvature on individual cells and cell assemblies, despite the intrinsic curvature of epithelial sheets which frequently form tubes, cysts, crypts, or villi with radii of curvature on the order of a few cell diameters. This thesis accordingly examines the relationship between the collective properties of epithelial tissue and out of plane curvature by employing micro fabricated environments to deconstruct the response of a cell monolayer to the geometry of its neighborhood. Curved substrates provide a controlled way to study the role of a fixed out of plane curvature on a system otherwise identical to the classic 2D assay. In particular, fibers with curvature radii between 0.5um-100um were populated with MDCK cells from a model epithelial, kidney-derived, cell line and the resulting migration dynamics and cell architecture quantified. The specific cellular behaviors induced by large curvatures provide plausible explanations of certain aspects of tubulogenesis.

Les travaux présentés dans cette thèse constituent une étude des mouvements collectifs des cellules épithéliales lors de la cicatrisation grâce à une méthode de réalisation des blessures à l'aide de pochoirs en PDMS. Cette méthode permet de créer des épithéliums présentant directement la forme choisie au lieu de détruire plus ou moins sélectivement des cellules, nous permettant d'évaluer le comportement des cellules soumises uniquement à un effet de " bord libre " : le seul moyen pour l'épithélium de " détecter " l'existence de la blessure est en effet l'exposition des cellules situées sur ses bords à une surface vierge.Nos observations ont permis de montrer que la cicatrisation constituait un phénomène de migration collective coordonnée des cellules, allant bien au-delà d'un simple étalement de l'épithélium. La cicatrisation s'effectue en effet par l'intermédiaire de digitations présentant à leur extrémité une cellule présentant un phénotype remarquable, s'étendant sur une surface beaucoup plus grande que les autres et très motile. Les expériences que nous avons menées vont dans le sens d'un mouvement collectif largement contrôlé par ces cellules leaders.

Les histones désacétylases (HDACs) contrôlent l'expression des gènes en modifiant la structure de la chromatine par la désacétylation des histones ou en modulant l'activité transcriptionnelle de facteurs de transcription. L'utilisation d'inhibiteurs ciblant les HDACs, les HDACi, a récemment montré un rôle des HDACs dans l'inflammation. Toutefois, comme les HDACi sont non-spécifiques, il est difficile d'identifier les fonctions spécifiques des différents HDACs. Les rôles des HDACs dans l'épithélium intestinal sont peu connus. Les principaux objectifs de ce travail visaient à déterminer les rôles spécifiques de HDAC1 dans les cellules épithéliales intestinales (CEI) et son implication dans la réponse inflammatoire. L'inhibition de l'expression de HDACI dans les CEI de rat, entraîne une augmentation post-transcriptionnelle de HDAC2, une modification de la morphologie cellulaire, une diminution de la prolifération cellulaire, une diminution de l'activité désacétylase associée au complexe corépresseur Sin3 et une modification de la réponse au HDACi trichostatin A (TSA). De plus, en réponse à l'IL-1[beta], la perte de HDACI diminue l'expression protéique des facteurs de transcription NF-?B et C/EBP[beta] tout en entraînant une prolongation de leur phosphorylation. L'absence de HDAC1 diminue également la phosphorylation et l'expression des MAPKs p38 et JNK, de base ou en réponse à l'IL-1[beta]. Ensuite, l'expression de gènes de réponse inflammatoire en réponse à l'IL-1[beta] a été analysée. Suivant la perte de HDACI, cinq patrons d'expression ont ainsi été obtenus : 1) augmentation des niveaux de base et induits (Hp, Kng 1), 2) réduction des niveaux de base et niveaux induits normaux (Cc12, Cc15, Cc120, Cxcll, C3, iNOS), 3) augmentation des niveaux induits (Cxcl2), 4) réduction des niveaux de base et induits (A2m) et 5) aucune modulation (Lcn2, GAPDH). La sécrétion de cytokines est également perturbée en l'absence de HDAC I : 1) diminution des niveaux de base et augmentation des niveaux induits (Cc12, Cxcl3), 2) diminution des niveaux induits (Cc120, Cxcl5, Cx3c11) et 3) augmentation des niveaux induits (Cxcl2, Timpl). HDACI est aussi impliquée dans le contrôle de la réponse au stress du réticulum endoplasmique puisqu'un délai dans l'induction de la protéine CHOP est observé dans les cellules n'exprimant pas HDACI, en réponse à la tunicamycine. Nos résultats démontrent que HDACI est un régulateur majeur de l'homéostasie épithéliale intestinale, incluant la réponse inflammatoire et le stress du réticulum endoplasmique, et que HDAC1 peut agir autant comme coactivateur ou corépresseur transcriptionnel.

Slug est un membre de la famille des protéines Snail impliquées au cours du développement dans le contrôle de la forme et la différenciation cellulaire. Nous avons localisé Slug au cours du développement des glandes mammaires de souris dans les cellules qui participent aux mécanismes de croissance. Seule une sous-population de cellules épithéliales mammaires située dans le compartiment basal de la glande exprime Slug. Cette expression est maintenue pendant les différentes étapes du développement de la glande mammaire, de la puberté jusqu'au début de la gestation. Nous avons observé une perte d'expression dans lobules se différenciant en alvéoles sécrétoires, ensuite une re-expression au stade d' involution. La population exprimant Slug est positive pour la cytokératine 5, décrit comme un marqueur des cellules basales et myoépithéliales, également considéré comme un marqueur de cellules souches ou progénitrices, et elle est incluse dans la population CD24 positive et surexprimant le CD49, connue pour contenir les cellules souches de l'épithélium mammaire. Nous avons constaté que canaux epithéliaux des glandes mammaires de souris Slug knock-out envahissent moins le coussinet adipeux mammaire. En outre, Ils montrent un phénotype de branchements latéraux, ce qui suggère une différenciation précoce. Ce phénotype ressemble le phénotype des glandes mammaires de souris Knock-out pour la P-cadhérine. Nous avons également constaté une diminution de l'expression de la P-cadhérine in vivo dans les glandes mammaires des souris SlugLaZ, et in vitro, dans les cellules épithéliales mammaires transfectées avec un siARN ciblant Slug. Ces cellules montrent un retard de migration cellulaire. Ces observations valident à notre hypothèse que le facteur de transcription Slug contrôle la différenciation des cellules épithéliales au cours de la croissance physiologique de la glande mammaire murine. / Slug is a member of the Snail protein family involved during development in the control of cell shape and differentiation. We located Slug during mammary gland development in mouse in cells participating to the growth mechanisms. Only a distinct sub-population of mammary epithelial cells located in the basal compartment was found to express Slug. This expression is maintained during the various stages of mammary gland development, from puberty until the beginning of gestation. We observed a loss of expression in lobules differentiating into secreting alveoli, followed by re-expression at involution stage. The Slug expressing population was positive for Cytokeratin 5, described as a basal and myoepithelial cell marker, also considered as a stem/progenitor marker, and was included into the (CD24+ CD49++) population, known to contain the mammary epithelial progenitor cells. We found that mammary gland from Slug-deprived mice were slower to invade the mammary fat pad. In addition, they displayed increased lateral branching, suggesting precocious differentiation. This phenotype resembles the phenotype of mammary glands of P-cadherin Knock-out mice. We also found that P-cadherin is down regulated in vivo in SlugLaZ mice mammary gland, and in vitro, in mammary epithelial cells transfected with an siRNA targeting Slug. These cells show a delay in migration. These observations lead to our hypothesis that Slug controls an early epithelial cell differentiation stage during mammary gland physiological growth.

Au cours des dix dernières années, il a été observé une augmentation des maladies métaboliques (obésité, diabète de type 2…) avec des conséquences dramatiques en santé humaine. Un intérêt scientifique a émergé pour mieux comprendre comment les bactéries lactiques (BLs) régulent la l’équilibre énergétique de leur hôte. PPAR- (peroxisome proliferator activated receptor ), un récepteur nucléaire, et FIAF (fasting – induced adipose factor) une adipokine apparaissent comme deux régulateurs centraux dans l’homéostasie énergétique. Dans cette étude, nous avons examiné les mécanismes de régulation de Fiaf par les BLs. Nous avons identifié une souche L.rhamnosus CNCMI–4317 induisant l’expression de Fiaf dans la cellule épithéliale intestinale. Nous avons déterminé que cet effet était probablement du à une protéine de surface agissant de façon indépendante de PPAR-. Nous avons confirmé cet effet dans un model in vivo. De plus, nous avons réalisé une transcription du génome complet des cellules HT-29 en contact avec la bactérie confirmant une régulation de Fiaf et suggérant une régulation supplémentaire dans le métabolisme des lipides.Nous avons caractérisé un model HT-29 PPAR- rapporteur à la luciférase. Nous avons appliqué une approche de métagénomique fonctionnelle développée au sein de l’équipe pour cribler des banques génomiques de bactéries lactiques (BLs). Nous n’avons pas réussi à identifier des clones d’intérêt parmi les banques testées. Nous avons également développé une méthode de criblage des BLs sur le modèle HT-29 PPAR-mais après avoir caractériser l'effet bactérien, nous n’avons pas pu confirmer celui-ci par une approche classique de RT-qPCR. Nous avons donc émis l’hypothèse que l’effet observé était un effet direct sur le signal luciférase.Ce travail contribue à une meilleure compréhension des mécanismes de régulation du métabolisme de l’hôte par les bactéries. / Over the last decades, an increase of metabolic diseases (obesity, type-2 diabetes…) has been observed with dramatic consequences on human health. Scientific interest has extended for a better understanding of lactic acid bacteria (LAB) regulation of host energy balance. PPAR- (peroxisome proliferator activated receptor ), a nuclear receptor, and FIAF (fasting – induced adipose factor), a secreted adipokine, appear as two major regulators of energy homeostasis.In this study we examined the mechanisms of Fiaf regulation by LAB. We identified a lactobacillus rhamnosus (L.rhamnosus) CNCMI-4317 strain up-regulating Fiaf expression in intestinal epithelial cells (HT-29). We determined that the effect was probably due to a surface exposed protein acting in a PPAR- independent manner. We confirmed this regulation in an in vivo model. Furthermore, we performed a whole genome transcription (of HT-29 in contact with bacteria) confirming the Fiaf regulation and suggesting an additional lipids metabolism regulation. We characterized a HT-29 PPAR- luciferase reporter model. We applied functional metagenomic approach developed inside the team to screen bacteria genomic libraries. We failed to identify clones of interest among tested libraries. We also performed a screening of LABs on PPAR- luciferase reporter model but after characterization of bacterial effect we failed to confirm it using another approach based on RT-qPCR and speculated that it was a direct effect on luciferase activity. This work contributed to a better knowledge of host metabolism regulation by bacteria.

Alveolar macrophages (AM) play an important role in pulmonary homeostasis by their cellular functions which include inflammatory mediator production and cytotoxic activity. Epithelial cells are known for their role as a physical barrier, gas exchange and ion and fluid transport. However, they can also initiate the pulmonary immune response by secreting many inflammatory mediators. The functions of these two cell types are affected by cigarette smoke, which is composed of more than 4 000 compounds, 20 of which are known to be pulmonary carcinogens. One of these carcinogens, 4-(methylnitrosamino)-l- (3-pyridyl)-l-butanone (NNK), has a strong specificity for pulmonary tissues. This compound also has an immunomodulatory effect on AM mediator production. Many metabolic pathways of NNK performed by AM may be responsible for the immunomodulatory effects observed. We investigated these pathways to characterize the major one implicated in the effects of NNK on AM. We also studied the implication of NNK on cytotoxic activity of AM against tumoral cells. Knowing the importance of epithelial cells in the pulmonary immune response, we investigated the effect of NNK on these cells at the bronchial and alveolar level and identified the major pathway implicated. Our study showed that the a-methylhydroxylation pathway is responsible for the immunomodulatory effects on AM and epithelial cells. NNK, like cigarette smoke, inhibits AM cytotoxicity. This study indicates that NNK modulates cellular function of both AM and epithelial cells. Cell-cell communication between these two cell types being a leading event in the pulmonary immune response, we investigated the effect of NNK on this communication. This study, specific to NNK's modulatory effect on immune response, shows the global effect of NNK at the pulmonary level. This study also reports that NNK carcinogenic mechanism may involved the inhibition of defence pulmonary mechanisms in addition to forming DNA adducts. / Plusieurs cellules pulmonaires, dont les macrophages alvéolaires (MA) et les cellules épithéliales, peuvent être affectées par une exposition à la fumée de cigarette. Les MA sont responsables de l'intégrité immunologique du poumon de par leurs nombreuses fonctions dont la production de médiateurs inflammatoires et leur activité cytotoxique. Les cellules épithéliales sont reconnues pour leur rôle de barrière physique, les échanges gazeux ainsi que le transport ionique et liquidien, mais elles peuvent aussi initier la réponse immune pulmonaire en sécrétant différents médiateurs inflammatoires. La fumée de cigarette contient plus de 4000 composants, dont une vingtaine sont des cancérigènes pulmonaires, dont la 4-(methylnitrosamino)-l-(3-pyridyl)-l-butanone (NNK). Plusieurs voies d'activation métabolique de la NNK sont présentes chez les MA et peuvent expliquer l'effet immunomodulatoire de ce cancérigène sur ces cellules. Nous avons caractérisé la voie d'activation métabolique majeure de la NNK impliquée dans la modulation de ce composé chez les MA en plus d'étudier son effet sur l'activité cytotoxique des MA envers les cellules tumorales. En plus de déterminer la voie principale d'activation métabolique de la NNK chez les cellules épithéliales, nous avons aussi investi gué l'effet de la NNK sur la production de médiateurs inflammatoires par les cellules épithéliales bronchiques et alvéolaires,. Cette étude démontre que la voie d'a-méthylhydroxylation de la NNK est responsable de l'effet immunomodulateur de celle-ci sur les MA et sur les cellules épithéliales. La NNK, comme la fumée de cigarette, inhibe l'activité cytotoxique des MA. Cette inhibition pourrait contribuer à la survie et à la prolifération des cellules tumorales. La communication cellule-cellule entre les MA et les cellules épithéliales joue un grand rôle dans l'initiation de la réponse immune pulmonaire. Pour démontrer l'effet de synergie de cette communication sur la production de cytokines dans les co-cultures, nous avons exposé des co-cultures de MA et de cellules épithéliales alvéolaires à la NNK. Cette étude, spécifique au pouvoir immunomodulatoire de la NNK sur la réponse immune, précise davantage l'effet global que ce composé peut avoir au niveau pulmonaire. Cette étude indique que la NNK pourrait contribuer au développement des cellules tumorales en inhibant les défenses cellulaires de l'organisme face à ces cellules en plus d'induire la formation d'adduits d'ADN et l'inhibition de la réparation de l'ADN.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Le domaine du génie tissulaire ouvre la voie à l'utilisation de nouvelles stratégies pour l'obtention de tissus de remplacement. Un soin particulier doit être porté lors de la production de ces substituts afin d'optimiser la quantité et la qualité des cellules prolifératrices présentes à l'intérieur de ces tissus. Nos analyses ont permis de déterminer que les caractéristiques du site de prélèvement cutané influençaient la quantité de cellules souches retrouvées in situ. De plus, nos expérimentations sur le modèle de peau reconstruite par auto-assemblage permet de préserver les cellules avec un cycle lent de division cellulaire, une caractéristique des cellules souches cutanées. Finalement, la cryopréservation, utilisée pour conserver les lignées de kératinocytes, n'influence pas la fonction des cellules souches épithéliales. Ces résultats suggèrent que les techniques utilisées pour la production de substituts cutanés sont optimales dans un contexte où la conservation des cellules souches est une nécessité.

Candida albicans est un mycète pathogène opportuniste associé à des infections superficielles et systémiques, en particulier chez les individus immunologiquement ou médicalement compromis. C. albicans est notamment responsable de candidoses buccales et de stomatites prothétiques. De plus, les lésions buccales ulcéreuses (mucosites buccales) résultant de traitements de chimiothérapie et de radiothérapie sont sensibles aux infections secondaires à C. albicans. Ce mycète possède une multitude de facteurs de virulence lui permettant de coloniser l’hôte, de déjouer les défenses du système immunitaire et d’induire un phénomène inflammatoire. Actuellement traitées avec des antifongiques tels que le nystatin et le fluconazole, les infections à C. albicans sont de plus en plus difficiles à guérir, en raison de l’augmentation de la résistance du pathogène à ces molécules. Le but du projet de recherche consiste à évaluer dans un premier temps les effets de l’huile essentielle et des proanthocyanidines de cannelle sur la croissance et les principaux facteurs de virulence de C. albicans. En second lieu, les effets des mêmes composés sur les cellules épithéliales buccales ont été étudiés / Candida albicans is an opportunistic pathogenic fungus associated with superficial and systemic infections, particularly in immunologically or medically compromised individuals. C. albicans is particularly responsible for oral candidiasis and denture stomatitis. In addition, ulcerative oral lesions (oral mucositis) resulting from chemotherapy and radiotherapy treatments are susceptible to secondary infections by C. albicans. This fungus has a multitude of virulence factors allowing it to colonize the host, to counteract the defenses of the immune system and to induce an inflammatory response. Currently treated with antifungals such as nystatin and fluconazole, candidiasis infections are increasingly difficult to cure, due to the increased resistance of the pathogen to these molecules. The purpose of the research project was to evaluate the effects of cinnamon essential oil and proanthocyanidins on the growth and major virulence factors of C. albicans. Moreover, the effect of the same compounds on oral epithelial cells was investigated.

La plupart des fonctions des epitheliums simples, tel que le transport vectoriel, l'absorption et la sécrétion, sont possibles grâce à la polarité épithéliale. La polarité épithéliale est caractérisée par la distribution asymétrique des composants cellulaires selon un axe apico-basal. L'altération de la polarité épithéliale est observée dans la plupart des cancers d'origine épithéliale. Lors de la polarisation épithéliale, la protéine CRB3 joue un rôle prépondérant. En effet, en absence de CRB3, les cellules épithéliales possèdent une polarité défectueuse et les jonctions cellulaires sont altérées, tel qu'observé lors de la tumorigénèse. De plus, l'augmentation de la prolifération, de même qu'une meilleure survie cellulaire sont également observés lors de la tumorigénèse. Selon notre hypothèse, la perte de la protéine de polarité CRB3, qui permet le maintien du domaine apical, serait capable de favoriser la prolifération et la survie cellulaire. Dans le but de vérifier notre hypothèse, nous avons d'abord généré des lignées cellulaires exprimant myc-CRB3 et un mutant de deletion de myc-CRB3, myc-CRB3[delta]ERLI, et nous avons testé par xénogreffes la tumorigénicité de ces celles-ci. Les résultats obtenus ont montrés la capacité de CRB3 à restreindre la croissance tumorale. Le taux de prolifération a été testé in vitro et a montré que CRB3 est capable de moduler à la baisse le taux de prolifération cellulaire. Pour mieux comprendre comment CRB3 est capable de moduler la prolifération, les voie Wnt, MAPK-ERK1/2 et PI(3)K-AKT, toutes trois connues pour leur rôle dans la prolifération cellulaire, ont été étudiées. Dans un premier temps, l'implication de la voie Wnt a été vérifiée par essais luciférases dans un contexte de surexpression de la protéine CRB3. Les résultats ont montrés que CRB3 est incapable de réprimer la voie Wnt. Dans un deuxième temps, l'activité de la voie MAPK-ERK1/2 a été testée par le niveau de phosphorylation de ERK1/2. CRB3 n'a pas eu d'effet sur cette voie. Finalement, l'activité de la voie PI(3)K-AKT a été testée par le degré de phosphorylation de AKT. Les résultats obtenus à partir d'extraits de tumeurs montrent que l'expression de CRB3 atténue grandement le niveau de phosphorylation de AKT. De plus, l'expression de CRB3 a permis de diminuer le taux de prolifération cellulaire et de sensibiliser les cellules à l'apoptose, deux fonctions cellulaires contrôlées par la voie PI(3)K-AKT. La modulation de cette voie par CRB3 a été confirmée par les résultats obtenus dans des tests de prolifération en présence de LY294002, un inhibiteur de la PI(3)K. Cet inhibiteur a permis de ramener le taux de prolifération de CRB3[Delta]ERLI, la forme dominante négative de CRB3, au niveau de la prolifération des cellules n'exprimant pas myc-CRB3 ou myc-CRB3[delta]ERLI.Dans l'ensemble, les résultats obtenus montrent le rôle potentiel de CRB3 dans la régulation de la prolifération et de la survie cellulaires via la voie PI(3)K-AKT. Ceci amène une compréhension supplémentaire du rôle des régulateurs de la polarité épithéliale dans la suppression de cancers.

Les spermatozoïdes subissent la maturation lors de leur passage dans l'épididyme sous l'influence de plusieurs facteurs et protéines encore méconnus. Le présent projet concerne l'étude des protéines induites par la présence des spermatozoïdes. Pour y arriver, des cellules épithéliales épididymaires immortalisées de souris ont été misent en co-culture pour étudier l'expression des protéines induites. Par ce procédé, une protéine a été identifiée comme étant sécrétée par les cellules épithéliales. La protéine en question est la fibuline-2 qui est exprimée entre autres, dans les membranes basales et au cours du développement embryonnaire. De plus, le transcriptome des cellules en culture a été étudié par macro-array ce qui a permis l'identification de plusieurs ARNm induits par les spermatozoïdes dont le CD49c qui est exprimé dans des conditions similaires à la fibuline2. En résumé, nos résultats semblent indiquer que la présence de spermatozoïdes pourrait effectivement influencer l'expression de gènes ainsi que la synthèse et la sécrétion de protéines par les cellules épididymaires. / When passing through the epididymis, the spermatozoon becomes mature by acquiring forward motility and fertilizing capacity. This maturation process is under influence of several unknown factors and proteins. Experiments were done to study the modification of transcriptom and proteome modulate by spermatozoa. Cell culture was done with epithelial epididymal cell lines which origined from transgenic mice in coculture with mouse spermatozoa. Experiment allows us to find a protein expressed only in co-incubation conditions named fibulin-2 which is found in basement membrane and during embryonic development. Also, study of transcriptom of PC-1 in presence of spermatozoa by Macro-array determines several mRNA induced by spermatozoa such as CD49c. This protein is expressed in same condition that fibulin-2. Together, these results strongly suggest that spermatozoa can modulate gene expression and de novo protein synthesis and secretion of epididymal cell. This novel finding provides new concept and working hypothesis to clarify how testicular factors, such as spermatozoa itself, initiate the activation and differentiation of epididymal epithelium during the sperm maturation process.