Fibrosis is a disease where the normally transitory wound healing response enters a chronic state. Bleomycin and Adenovector models of pulmonary fibrosis have implicated TGF-β1 in this disease. Concern regarding a synergistic combination of TGF-β1 with an adaptive immune response within the Adenovector model prompted its use within mice devoid of T Lymphocytes, Balb/c SCIDs. The lack of an adaptive immune response within these mice did not affect the severity of fibrogenesis, as compared to Balb/c data in a hydroxyproline assay. TGF-β1 is a pluripotent cytokine with key roles in wound healing, immune regulation, and development, making it a dangerous molecule to therapeutically modulate directly. Future strategies will likely focus on downstream fibrotic molecules uninvolved in immune regulation, such as CTGF. While CTGF has been associated with fibrosis and is likely activated by TGF-β1, no conclusive evidence is available within an animal model. TGF-β1 stimulates cells by binding its receptor and signaling through the Smad signal transduction pathway. Smad3 knockout mice were used to examine the regulation of CTGF by TGF-β1, and study its role in pulmonary fibrosis. We show that these mice produce dramatically less CTGF in response to TGF-β1 than littermates expressing Smad3, and they show protection against TGF-β1 induced pulmonary fibrosis, using the Adenovector system. TGF-β1 can alter lung development, and is thought to be a causative agent in Bronchopulmonary Dysplasia, a disease affecting immature lungs. Utilizing the Adenovector system, we developed a neonatal rat model of BPD that closely resembles the human disease, providing researchers with a system to study the disease course. TGF-β1 is part of a family of growth factors, of which TGF-β3 is also a member. What role TGF-β3 plays in pulmonary fibrosis has not been evaluated. To allow future in vivo studies on the effect of TGF-β3 on lung morphology, we constructed a replication deficient Adenovector expressing constitutively active TGF-β3. / Thesis / Master of Science (MSc)

Les urodèles amphibiens, dont fait partie l’axolotl (Ambystoma mexicanum), ont la capacité de régénérer leurs organes et membres suite à une amputation, tout au long de leur vie. La patte est l’organe dont le processus de régénération est le mieux caractérisé et ce dernier est divisé en deux phases principales. La première est la phase de préparation et commence immédiatement suite à l’amputation. Elle renferme des étapes essentielles au processus de régénération comme la guérison de la plaie et la formation d’une coiffe apicale ectodermique. Par la suite, les fibroblastes du derme et certaines cellules musculaires vont revenir à un état pluripotent via un processus appelé dédifférenciation cellulaire. Une fois dédifférenciées, ces cellules migrent et s’accumulent sous la coiffe apicale pour former le blastème. Lors de la phase de redéveloppement, les cellules du blastème se divisent puis se redifférencient pour régénérer la partie amputée. Fait intéressant, la régénération d’un membre ou la guérison d’une plaie chez l’axolotl ne mène jamais à la formation d’une cicatrice. Afin d’en apprendre plus sur le contrôle moléculaire de la régénération, les gènes Heat-shock protein-70 (Hsp-70) et Transforming growth factor-β1 (Tgf-β1) ont été sélectionnés. Ces gènes jouent un rôle important dans la réponse au stress et lors de la guérison des plaies chez les mammifères. HSP-70 est une chaperonne moléculaire qui est produite pour maintenir l’intégrité des protéines cellulaires lorsqu’un stress se présente. TGF-β1 est une cytokine produite suite à une blessure qui active la réponse inflammatoire et qui stimule la fermeture de la plaie chez les amniotes. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que Hsp-70 est exprimé et régulé lors du développement et de la régénération du membre chez l’axolotl. D’autre part, nos expériences ont mené à l’isolation de la séquence codante pour Tgf-β1 chez l’axolotl. Nos résultats montrent que Tgf-β1 est exprimé spécifiquement lors de la phase de préparation dans le membre en régénération. De plus, le blocage de la voie des Tgf-β avec l’inhibiteur pharmacologique SB-431542, lors de la régénération, mène à l’inhibition du processus. Ceci démontre que la signalisation via la voie des Tgf-β est essentielle à la régénération du membre chez l’axolotl. / Urodele amphibians, such as the axolotl (Ambystoma mexicanum), have the unique ability, among vertebrates, to perfectly regenerate many parts of their body throughout their life. Among the complex structures that can be regenerated, the limb is the most widely studied. Limb regeneration is divided in two main phases. The preparation phase, which begins right after amputation, includes wound healing and the formation of an apical ectodermal cap. During this phase, dermal fibroblasts and muscle cells will lose their characteristics and become pluripotent through a process called cellular dedifferentiation. The dedifferentiated cells migrate and accumulate under the apical ectodermal cap to form the blastema. During the redevelopment phase, the cells in the blastema proliferate and redifferentiate to regenerate the lost structures. It is interesting to highlight the fact that regeneration never leads to scar formation in the axolotl. In order to learn more about the molecular control of limb regeneration, the genes Heat-shock protein-70 (Hsp-70) and Transforming growth factor-β1 (Tgf- β1) were selected for their important roles in stress response and wound healing in mammals. HSP-70 is a molecular chaperone which is produced to protect cellular proteins when the cell faces a stress. TGF-β1 is a cytokine produced after wounding that activates the inflammatory response and stimulates wound closure in amniotes. Results presented in this thesis show that Hsp-70 is expressed and regulated during limb development and regeneration in the axolotl. We were also able to isolate the cDNA coding for axolotl Tgf-β1 and our results show that this gene is expressed specifically during the preparation phase of limb regeneration. Treatment of regenerating axolotls with a specific inhibitor of Tgf-β signalling, SB-431542, led to complete inhibition of regeneration. This directly implies that Tgf-β signalling is essential for limb regeneration in axolotl.

The extracellular matrix protein Fibronectin (FN) plays an important role in cell contractility, differentiation, growth, adhesion, and migration. The 12th -14th Type III repeats of FN (FNIII 12-14), also referred to as the Heparin-II domain, comprise a highly promiscuous growth factor (GF) binding region. This binding domain aids in cellular signaling initiated from the ECM. Additionally, FN has the ability to assemble into fibrils under certain conditions, mostly observed during cell contractile processes such as those that initiate due to upregulation of Transforming Growth Factor Beta 1 (TGF-β1) [1], [2]. Previous work from our lab has shown that self-assembly of FN into insoluble fibrils is crucial for Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) [3]. The transition from epithelial to mesenchymal cell type has been implicated as an early event in tumor formation and breast cancer. We were previously able to find that upregulation of FN fibrils drive EMT through contractility due to the increase of the GF latent TGF-β complex concentration at the cell membrane [3]. The challenge in the current work is to exploit the role of Heparin-II binding domain and to concentrate growth factors of interest, such as those that are pro-EMT or anti-EMT at the signaling sites of the cell membrane. Initially, we investigated the localization of the fragments FNIII 12-14 delivered to cell membrane using FITC conjugated protein. We then investigated the effects of exogenous FNIII 12-14 on EMT using breast epithelial cells (MCF10A) in the presence or absence of TGF-β1 to determine whether FNIII 12-14 alters EMT signaling. Quantification of mRNA expression, for EMT markers such as Slug, Snail, Twist, and ZEB1 were analyzed. Results showed that dosage increase of FNIII 12-14 appears to inhibit EMT transcription factors. This study will develop a new understanding of disease and gene control using ECM proteins. The exploitation of ECM natural protein interactions could become a new method in turning on/off genes of interest. While we are currently investigating this as a mechanism of blocking EMT, it could also have implications in wound healing, fibrosis, and tissue engineering, where EMT is an important aspect of the physiologic progression.

Ce travail a été mené afin d'étudier l'effet du FGF 2 et du TGF-β1 sur les étapes précoces de la régénération dentinaire en utilisant la micro-encapsulation de ces facteurs dans une matrice pour les protéger et contrôler leur libération et ensuite l'application des microparticules obtenues en coiffage pulpaire direct dans un modèle de culture de dents entières. Ce travail consiste d'abord à l'optimisation des moyens techniques mis en oeuvre pour réaliser l'encapsulation du TGFβ1, FGF-2 à l'aide de l'acide poly (lactique-glycolique) PLGA. Les études de la caractérisation colloïdal et physico chimique des microparticules montre que les microparticules gardent leurs caractéristiques physicochimiques après séchage et resuspension dans l'eau. La procèdes optimisé a été ensuite utilisé pour encapsuler les facteurs de croissance. L'encapsulation de FGF-2 et TGF-β1 a été obtenue avec une taille, une efficacité d'encapsulation et une profile de libération adaptés au type d'application choisi. Les études biologiques ne montrent aucun effet toxique des particules sur les fibroblastes pulpaires. Les facteurs de croissance ont gardé leur activité biologique spécifique. Un modèle de culture de dent entier humain a été utilisé pour réaliser l'application de nos microparticules comme un matériau de coiffage dentaire pour confirmer leurs activités biologiques ex-vivo. Ces microparticules peuvent être utiles dans les études des étapes précoces de la régénération dentinaire, l'activation et la migration des cellules progénitrices de la pulpe dentaire

Les urodèles amphibiens, dont fait partie l’axolotl (Ambystoma mexicanum), ont la capacité de régénérer leurs organes et membres suite à une amputation, tout au long de leur vie. La patte est l’organe dont le processus de régénération est le mieux caractérisé et ce dernier est divisé en deux phases principales. La première est la phase de préparation et commence immédiatement suite à l’amputation. Elle renferme des étapes essentielles au processus de régénération comme la guérison de la plaie et la formation d’une coiffe apicale ectodermique. Par la suite, les fibroblastes du derme et certaines cellules musculaires vont revenir à un état pluripotent via un processus appelé dédifférenciation cellulaire. Une fois dédifférenciées, ces cellules migrent et s’accumulent sous la coiffe apicale pour former le blastème. Lors de la phase de redéveloppement, les cellules du blastème se divisent puis se redifférencient pour régénérer la partie amputée. Fait intéressant, la régénération d’un membre ou la guérison d’une plaie chez l’axolotl ne mène jamais à la formation d’une cicatrice. Afin d’en apprendre plus sur le contrôle moléculaire de la régénération, les gènes Heat-shock protein-70 (Hsp-70) et Transforming growth factor-β1 (Tgf-β1) ont été sélectionnés. Ces gènes jouent un rôle important dans la réponse au stress et lors de la guérison des plaies chez les mammifères. HSP-70 est une chaperonne moléculaire qui est produite pour maintenir l’intégrité des protéines cellulaires lorsqu’un stress se présente. TGF-β1 est une cytokine produite suite à une blessure qui active la réponse inflammatoire et qui stimule la fermeture de la plaie chez les amniotes. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que Hsp-70 est exprimé et régulé lors du développement et de la régénération du membre chez l’axolotl. D’autre part, nos expériences ont mené à l’isolation de la séquence codante pour Tgf-β1 chez l’axolotl. Nos résultats montrent que Tgf-β1 est exprimé spécifiquement lors de la phase de préparation dans le membre en régénération. De plus, le blocage de la voie des Tgf-β avec l’inhibiteur pharmacologique SB-431542, lors de la régénération, mène à l’inhibition du processus. Ceci démontre que la signalisation via la voie des Tgf-β est essentielle à la régénération du membre chez l’axolotl. / Urodele amphibians, such as the axolotl (Ambystoma mexicanum), have the unique ability, among vertebrates, to perfectly regenerate many parts of their body throughout their life. Among the complex structures that can be regenerated, the limb is the most widely studied. Limb regeneration is divided in two main phases. The preparation phase, which begins right after amputation, includes wound healing and the formation of an apical ectodermal cap. During this phase, dermal fibroblasts and muscle cells will lose their characteristics and become pluripotent through a process called cellular dedifferentiation. The dedifferentiated cells migrate and accumulate under the apical ectodermal cap to form the blastema. During the redevelopment phase, the cells in the blastema proliferate and redifferentiate to regenerate the lost structures. It is interesting to highlight the fact that regeneration never leads to scar formation in the axolotl. In order to learn more about the molecular control of limb regeneration, the genes Heat-shock protein-70 (Hsp-70) and Transforming growth factor-β1 (Tgf- β1) were selected for their important roles in stress response and wound healing in mammals. HSP-70 is a molecular chaperone which is produced to protect cellular proteins when the cell faces a stress. TGF-β1 is a cytokine produced after wounding that activates the inflammatory response and stimulates wound closure in amniotes. Results presented in this thesis show that Hsp-70 is expressed and regulated during limb development and regeneration in the axolotl. We were also able to isolate the cDNA coding for axolotl Tgf-β1 and our results show that this gene is expressed specifically during the preparation phase of limb regeneration. Treatment of regenerating axolotls with a specific inhibitor of Tgf-β signalling, SB-431542, led to complete inhibition of regeneration. This directly implies that Tgf-β signalling is essential for limb regeneration in axolotl.

Platelet-rich plasma (PRP) is an autogenous product obtained from whole blood, through one or two centrifugations process. The resulting small volume of plasma contains a high platelets numbers and their growth factors. The aim of this study was to evaluate different protocols to obtain PRP using the manual method according to their capacity to concentrate platelets, leukocytes and erythrocytes contamination and the correlation between platelet count and growth factor TGF-β1 levels in the PRP samples. Ten healthy horses with mean age of 7 years (± 2.39), weighing on average 500 kg (± 67.1) were used to evaluate seven protocols to obtain PRP. The protocols tested varied according to speed and time used on both centrifugations. The variables analyzed on the PRP samples were: platelet concentration, leukocytes and erythrocytes, TGF-β1 levels quantified by ELISA. No significant differences between protocols were observed regarding the ability to concentrate platelet and the levels of TGF-β1. However, protocol PI showed significantly more erythrocyte and leukocyte contamination in PRP samples than the other protocols, being considered an inadequate protocol for the volume of blood used in this experiment. The remaining protocols are suitable for extracting PRP. Although the PRP is an option of therapy in equine medicine, many gaps regarding their compliance must still be met. / O plasma rico em plaquetas (PRP) é obtido a partir do sangue total, através de uma ou duas centrifugações, resultando em um pequeno volume de plasma com elevado número de plaquetas contendo fatores de crescimento. O objetivo do presente estudo foi avaliar diferentes protocolos para obtenção de PRP através do método manual quanto à capacidade de concentração das plaquetas, contaminação com leucócitos e hemácias, e correlacionar a concentração plaquetária com os níveis do fator de crescimento TGF-β1 nas amostras de PRP. Dez equinos, sadios, com idade média de 7 anos (±2,39), pesando em média 500kg (± 67,1) foram usados para avaliar sete protocolos de obtenção de PRP. Os protocolos testados variaram quanto à velocidade e tempo nas duas centrifugações. As variáveis analisadas nas amostras de PRP foram: concentração de plaquetas, presença de leucócitos e hemácias, e níveis de TGF-β1 quantificados pelo teste ELISA. Os resultados deste estudo não demonstraram diferenças significativas entre os protocolos testados quanto à capacidade de concentração plaquetária e quanto aos níveis de TGF- β1. Entretanto, foram observadas diferenças significavas entre o protocolo I aos demais protocolos devido a este apresentar maior número de hemácias e leucócitos nas amostras de PRP, sendo por isto considerado inadequado para o volume de sangue utilizado. Os demais protocolos podem ser utilizados para obtenção de PRP de sangue eqüino. Apesar do PRP ser uma opção de terapia na medicina equina, muitas lacunas relativas ao seu respeito ainda devem ser preenchidas.

La fibrose pulmonaire peut être induite par différentes agressions comme certaines chimiothérapies et notamment la bléomycine. Elle est souvent idiopathique (FPI) sans étiologie retrouvée. Cette maladie, qui n’a pas de traitement efficace et un pronostic sombre, débute dans les régions sous-pleurales. Elle est caractérisée par la présence de myofibroblastes responsables de la synthèse de la matrice extracellulaire qui va s’accumuler de façon disproportionnée. Ce dépôt excessif de collagène conduira à une perte des fonctions mécaniques du poumon et une limitation des échanges gazeux. L’origine des myofibroblastes est encore discutée mais une hypothèse récente propose que les cellules épithéliales puissent, sous l’influence de Transforming Growth Factor (TGF)-β1, une cytokine majeure du processus fibrosant, se transformer en myofibroblastes par un procédé nommé transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés dans un premier temps au rôle de la plèvre dans l’initiation de la FPI en développant un nouveau modèle de fibrose pleurale, puis nous avons étudié l’implication de la petite protéine de choc thermique HSP27 dans l’EMT. Enfin, nous nous sommes intéressés à la toxicité d’un dérivé de la bléomycine, la déglyco-bléomycine. Nous avons montré dans le premier projet que la bléomycine, quelque soit son mode d’administration, pouvait, si elle était associée à la présence de nanoparticules de carbone dans l’espace pleural (particules présentes dans la fumée de cigarette et dans la pollution), induire une fibrose pleurale progressive. Cette fibrose pleurale ne se limitait pas à une accumulation de collagène au niveau de la plèvre mais se propageait dans les régions sous-pleurales. Cette invasion de la fibrose s’expliquait par la capacité des cellules mésothéliales à subir une EMT. Dans une deuxième étude nous avons montré qu’HSP27 était fortement surexprimée au niveau de la plèvre et dans le parenchyme pulmonaire lors de la fibrose pulmonaire idiopathique et également dans nos différents modèles animaux de fibrose pulmonaire et pleurale. Nous avons montré in vitro qu’HSP27 était aussi fortement surexprimée au cours de l’EMT et que sa surexpression seule suffisait à induire une EMT. Au contraire, l’inhibition de son expression in vitro bloquait l’induction d’une l’EMT par le TGF-β1 et in vivo empêchait le développement de la fibrose pleurale et la migration des cellules mésothéliales dans le parenchyme pulmonaire. Enfin dans la troisième partie de notre travail, nous avons démontré chez le rongeur que la déglyco-bléomycine, dérivé de la bléomycine, avait le même effet anti-tumoral que cet anticancéreux mais sans sa toxicité pulmonaire fibrosante. Notre travail met en lumière le rôle probable de la plèvre dans l’initiation de la fibrose pulmonaire idiopathique. Nous espérons que nos travaux sur HSP27 et sur la déglyco-bléomycine vont pouvoir rapidement déboucher sur des applications thérapeutiques chez l’homme. / Pulmonary fibrosis could be induced by a number of injuries like chemotherapy (i.e. bleomycin) or could be idiopathic (IPF). This disease has currently no treatment. IPF classically starts in sub-pleural areas and is characterized by the presence of myofibroblasts producing the extracellular matrix that will accumulated into the parenchyma resulting in impaired lung functions and respiratory failure. The origin of the myofibroblasts is still debated but one recent hypothesis suggests that epithelial cells could become myofibroblasts through the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). This process is initiated by Transforming Growth Factor (TGF)-β1 one of the most, if not the most important cytokine involved in fibrotic process. In this work we focused on the role of the pleura in the onset of IPF and developed a new pleural fibrosis model in mice. We studied the implication of the heat shock protein 27 (HSP27) in pulmonary fibrotic processes. We then focused on the pulmonary toxicity of the deglyco-bleomycin a product derived from the anticancerous bleomycin. We demonstrated in the first part of our work that bleomycin was able, in combination with the presence of carbon nanoparticules in the pleural space (found in cigarette’s smoke and pollution), to induce a progressive pleural fibrosis. This pleural fibrosis was associated with a progression of the disease within the subpleural area as observed in IPF patients. This invasion within the parenchyma was explained by the fact that mesothelial cells undergo an EMT. In the second part of our work, we showed that HSP27 was overexpressed in the parenchyma and the pleura of IPF patients and also in all our pleural and pulmonary fibrosis models in rodents. Furthermore we established in vitro that HSP27 was also overexpressed during EMT and that its overexpression was sufficient to induce EMT. Additionally HSP27 inhibition blocks TGF-β1 induced EMT in vitro and blocks pleural fibrosis development and mesothelial cells migration within the parenchyma in vivo. In the last project we demonstrated that deglyco-bleomycin had the same anti-tumoral effect than bleomycin in vivo and was devoided from its pulmonary toxicity. This work highlights the potential role of the pleura in initiating IPF and may open fields for the development of new therapeutics by preventing pulmonary fibrosis initiation but also progression.

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Das Ziel der Untersuchungen war einen möglichen Einfluss von Genpolymorphismen auf den postoperativen Verlauf kardiochirurgischer Patienten aufzudecken. Es wurde präoperativ das zu untersuchende Blut entnommen und zentrifugiert. Das überstehende Blutplasma diente der Bestimmung des Catecholaminspiegels mittels HPLC. Aus den korpuskulären Bestandteilen wurde die DNA isoliert und zur Genanalyse verwendet. Die Polymerase-Ketten-Reaktion mit anschließender Schmelzkurvenanalyse ermöglichte eine Differenzierung der 145A>G, 1165G>C β1-Adrenorezeptor- und 472G>A COMT-Polymorphismen. Der postoperative Verlauf der Patienten wurde bis zu deren Entlassung aufgezeichnet. Unter Betrachtung der einzelnen Polymorphismen zeigten sich Unterschiede im postoperativen Noradrenalinverbrauch, im postoperativen Gesamtcatecholaminverbrauch, in der Aufenthaltsdauer im Krankenhaus und im präoperativen Noradrenalinplasmaspiegel. Patienten mit dem 145G/X und 1165CC waren signifikant länger im Krankenhaus als die Träger des 145AA und 1165G/X. Der postoperative Noradrenalinverbrauch und Gesamtcatecholaminverbrauch unterlag der Beeinflussung der drei Polymorphismen. Die Träger des 145G/X, 1165G/X und 472GG hatten einen signifikant höheren Noradrenalinverbrauch als die 145AA, 1165CC und 472A/X Träger. Im zweiten Schritt der Analyse wurden die SNP-Kombinationen berücksichtigt. Es stellte sich heraus, dass sich unter Betrachtung dieser die zuvor festgestellten signifikanten Zusammenhänge auflösten. Demzufolge ist eine Betrachtung der SNP-Kombinationen wichtig um genetische Risiken identifizieren zu können und keine Risiken in Datensätze hinein zu interpretieren.

Das Ziel der Untersuchungen war einen möglichen Einfluss von Genpolymorphismen auf den postoperativen Verlauf kardiochirurgischer Patienten aufzudecken. Es wurde präoperativ das zu untersuchende Blut entnommen und zentrifugiert. Das überstehende Blutplasma diente der Bestimmung des Catecholaminspiegels mittels HPLC. Aus den korpuskulären Bestandteilen wurde die DNA isoliert und zur Genanalyse verwendet. Die Polymerase-Ketten-Reaktion mit anschließender Schmelzkurvenanalyse ermöglichte eine Differenzierung der 145A>G, 1165G>C β1-Adrenorezeptor- und 472G>A COMT-Polymorphismen. Der postoperative Verlauf der Patienten wurde bis zu deren Entlassung aufgezeichnet. Unter Betrachtung der einzelnen Polymorphismen zeigten sich Unterschiede im postoperativen Noradrenalinverbrauch, im postoperativen Gesamtcatecholaminverbrauch, in der Aufenthaltsdauer im Krankenhaus und im präoperativen Noradrenalinplasmaspiegel. Patienten mit dem 145G/X und 1165CC waren signifikant länger im Krankenhaus als die Träger des 145AA und 1165G/X. Der postoperative Noradrenalinverbrauch und Gesamtcatecholaminverbrauch unterlag der Beeinflussung der drei Polymorphismen. Die Träger des 145G/X, 1165G/X und 472GG hatten einen signifikant höheren Noradrenalinverbrauch als die 145AA, 1165CC und 472A/X Träger. Im zweiten Schritt der Analyse wurden die SNP-Kombinationen berücksichtigt. Es stellte sich heraus, dass sich unter Betrachtung dieser die zuvor festgestellten signifikanten Zusammenhänge auflösten. Demzufolge ist eine Betrachtung der SNP-Kombinationen wichtig um genetische Risiken identifizieren zu können und keine Risiken in Datensätze hinein zu interpretieren.