La dédifférentiation du chondrocyte peut être provoquée par le stress mécanique ou cytokinique ainsi que la diffusion des facteurs de croissance dans le cartilage. C’est un élément-clé de la dégradation irréversible qui accompagne l’arthrose (ostéoarthritis, OA). Notre but est de rechercher des mécanismes moléculaires susceptibles d’être des cibles thérapeutiques originales contre cette affection. Or, il a été montré récemment que la voie des récepteurs Notch est fortement exprimée dans l’OA humaine. Objectifs: Etudier le rôle de la voie de signalisation Notch /Hes1/Hey1 dans les effets de l’Interleukine-1 β (IL-1β) et du FGF2 sur la dédifférenciation in-vitro des chondrocytes. Méthodes: Des chondrocytes de cartilage articulaire humain ou murin sont mis en culture primaire, puis traités par IL-1β ou FGF2. L’expression de Notch1-R/Hes1/Hey1 est étudiée par immunocytochimie, immunoblot et q-RT-PCR. L’implication de Hes1 dans les effets de l'IL-1β et du FGF2 a été étudiée au moyen d’un siRNA spécifique anti Hes1. Résultats: En normoxie, le marquage de Notch-R1 est localisé à la membrane et dans le cytoplasme des chondrocytes, sans effet des effecteurs. Notch1-R est en revanche nucléaire en hypoxie. L’hypothèse d’un contrôle de la localisation de Notch1-R par la pO2 est confortée par l’inhibition de l’expression de la Préséniline (γ-secrétase) en hypoxie. L’étude des effets des effecteurs sur Hes1 et Hey1 a été réalisée dans les conditions classiques de culture en normoxie. Hes1 est cytoplasmique mais passe dans le noyau sous l’effet de l’IL1β ou de FGF2, suggérant la possibilité d’effets transcriptionnels. Les ARNm de Hes1 sont augmentés d’un facteur de 2,5 avec l’IL-1β et de 7-8 avec le FGF2. Hey1 est insensible à l’IL-1β mais augmente de 4-5 fois sous FGF2. Ces effets sont transcriptionnels directement pour Hes1 (DRB-) et indirectement pour Hey1 (DRB+). Ils passent par la voie NF-κB pour les deux facteurs mais en plus par p38 MAP pour le FGF2. L’induction de Hes1 est insensible au DAPT, inhibiteur de la γ-sécrétase, donc indépendant d’une activation de novo du Notch-R1. L’utilisation d’un siRNA spécifique contre Hes1 montre que l’induction de Hey1 par FGF2 dépend de Hes1 et permet de vérifier l’influence de Hes1 dans la modulation des marqueurs phénotypiques. Hes1 est impliqué dans l’induction par IL-1β de l’expression de MMP13 et ADMTS-5. Hes1 est aussi le médiateur de l’induction par le FGF2 des messagers de la MMP13 (en partie) et de l’isomère Col2A. La protéine Col2A immature est normalement absente du cartilage de souris post-natale, où Col2B est l’isoforme essentielle du collagène de type 2. A l’inverse, le cartilage de souris vieillissante réexprime Col2A, comme cela a été montré dans le cartilage arthrosique chez l’homme. Conclusion: Hes1 est le médiateur des effets d’IL-1β et du FGF2 sur la dédifférentiation in-vitro des chondrocytes (Col2A, MMP13). La voie de Hes1 apparaît donc comme une cible valide pour de nouvelles thérapeutiques contre la dégradation chondrocytaire et donc les maladies dégénératives du cartilage. / Chondrocyte dedifferentiation is a key element of irreversible cartilage degradation induced by mechanical or cytokinic stress, or growth factors, as in degenerative osteoarthritis (OA). Our goal is to search for new therapeutical targets within this process, and Notch signaling has been reported to be strongly expressed during human OA. Objectives: To investigate the involvement of the Notch1/Hes1/Hey1 pathway as mediators of interleukin 1 β (IL-1β) and FGF2 in chondrocytes in vitro. Methods: Mouse or human articular chondrocytes were established in primary culture then challenged with IL-1β or FGF2. Notch-R1, Hes1/Hey1 and chondrogenic target genes expression was monitored by immunocytochemistry, q-rt-PCR, and immunoblotting. Hes1 involvement in IL-1β/FGF2 induced gene expression was investigated with a specific siRNA against Hes1. Results: In normoxia, Notch1-R labeling remained nuclear and stable in intensity in chondrocytes, irrespective of treatment. This suggested steady-state activation of this pathway. In contrast, Notch1-R labeling was located almost exclusively at the membrane or cytoplasm of chondrocytes in hypoxia, irrespective of treatment. Notch-R1 activation may thus be, at least in part, regulated by pO2 as supported by the inhibition of γ-secretase (Presenilin1) expression in hypoxia versus normoxia. In normoxia, addition of IL1β or FGF2 to the cells induced Hes1 translocation to the nucleus, suggesting the possibility of transcriptional effects. This was associated with a transient increase of Hes1 mRNA cyclic expression with mechanistic differences between the two effectors. Hes1 mRNA was increased 2.5-fold by IL-1β and 7-8-fold by FGF2. IL-1β elicited a loss of cyclicity in Hes1 expression while FGF2 conserved the cycles, akin to the effect of serum. These effects were transcriptional and occurred through NF-κB for both effectors but only through the p38 pathway for FGF2. Hey1 expression was not modified by IL-1β, while a 4-5 fold transient increase was observed with FGF2, always posterior to the Hes1 peak. Hey induction by FGF2 was transcriptional and depended on Hes1 expression (DRB). Hes1/ Hey inductions by IL-1β or FGF2 were insensitive to DAPT, a γ-secretase inhibitor, confirming the independence from novel activation of Notch-R. Hes1 expression was silenced by a specific siRNA, showing that the FGF2-induced Hey1 expression is under Hes1 control and ascertaining the role of Hes1 in chondrocyte phenotype modulations. Hes1 mediated IL-1β induction of MMP-13 and ADAMTS-5. Hes1 also mediated FGF2 up-regulation of MMP13 (partly) and Col2A isomer expression. Col2A is normally absent in post-natal mice cartilage, Col2B being the essential isoform of Type 2 collagen. Conversely, aging mice cartilage re-expresses Col2A abundantly as shown for human OA cartilage. Conclusion: Hes1 mediates IL-1β and FGF2 modulations of dedifferentiating chondrocyte phenotype (MMP13, Col2A). Thus the Hes1 pathway appears a valid target for therapeutical research on chondrocytes dedifferentiation, hence degradative cartilage diseases.

La cellule principale de l’os sous-chondral est l’ostéoblaste qui joue un rôle central dans la production qualitative et quantitative de la matrice ostéoïde. Plusieurs études montrent que le collagène de type I et la phosphatase alcaline sont des marqueurs précoces de la différenciation des ostéoblastes tandis que l’ostéocalcine (OCN) et la minéralisation sont des marqueurs des stades tardifs de cette différenciation. L’os sous-chondral est le site actif de nombreux changements morphologiques qui peuvent être différents au cours de l’arthrose (OA) mais qui sont partie prenante du processus pathologique. Ces changements consistent en une formation de la matrice osseuse importante associée une inhibition de la minéralisation. Ces phénomènes peuvent être reliés aux changements phénotypiques des ostéoblastes. La galectine-3 (gal-3) est un facteur inflammatoire qui a été détecté dans le tissu synovial et dans le liquide synovial lors d’inflammation d’OA. Des études antérieures ont montré que la gal-3 participait à la destruction du cartilage et inhibait fortement la production d’OCN par les ostéoblastes OA. Ces faits ont permis de suggérer que la gal-3 pouvait participer soit à l’initiation soit à la progression de l’arthrose. Peu d’études ont globalement été réalisées sur le rôle de la galectine-3 dans l’arthrose et encore moins sur le rôle de gal-3 sur les altérations de l’os sous-chondral.Dans ce contexte, ce travail de thèse a consisté à caractériser les ostéoblastes arthrosiques, puis investigué la modulation du phénotype des ostéoblastes arthrosiques par gal-3 en et enfin identifier les mécanismes cellulaires impliqués. D’une part, nous avons identifié deux populations ostéoblastes OA grâce à l’expression d’OCN. Dans les conditions basales, ces deux populations expriment de façon différentielle le TGF-ß1, Wnt5b et DKK2, ce qui suggère une différenciation et un phénotype hétérogènes des ostéoblastes chez les patients OA. D’autre part, nous confirmons le rôle délétère de la gal-3 dans l’articulation lors d’inflammation puisqu’elle stimule la production de collagénase 1 impliquée dans la dégradation osseuse. De plus, elle accentue la perturbation phénotypique des ostéoblastes qui produisent plus de leptine lors d’épisodes hypoxiques. Bien que plusieurs ligands membranaires puissent médier les effets de gal-3, 4F2hc semble jouer un rôle récurrent / Osteoblasts are the main cells in subchondral bone (SCB), which are responsible for the bone matrix production. Their differentiation can be evaluated by type I collagen and alkaline phosphatase in the early stage and by osteocalcin (OCN) and mineralization in the late stage. Alterations of SCB are essential episodes of osteoarthritis (OA) and are represented by a significant bone formation accompanied with abnormal hypomineralization. These changes in SCB are related to phenotypic modifications of osteoblasts. Galectin-3 (Gal-3) is an inflammatory factor markedly detected in the synovial tissue and synovial fluid during OA inflammation. Previous studies have demonstrated that gal-3 was deleterious for cartilage and inhibited the production of OCN in OA osteoblasts. These findings suggest that gal-3 can participate in either the initiation or progression of osteoarthritis. So far, a few studies have been conducted to explore the role of Gal-3 in OA and particularly related to SCB. In this context, the thesis has consisted to characterize OA osteoblasts, to investigate the modulation of the OA osteoblast phenotype by gal-3 and finally to identify the involved cellular mechanisms. We have identified two populations of OA osteoblasts according to the OCN expression. Under basal conditions, these two populations express TGF-ß1, Wnt5b and DKK2 differentially, suggesting various differentiation and heterogeneous phenotype of osteoblasts in OA patients. Moreover, we confirmed the deleterious role of gal-3 in the joint during inflammation since it stimulates the production of collagenase 1 involved in bone degradation. In addition, it emphasizes the disruption of phenotypic osteoblasts by producing more leptin during hypoxic episodes. Although several membrane ligands can mediate the effects of gal-3, 4F2hc seems to play a prominent role

La dérégulation de la signalisation Wnt est impliquée dans les anomalies du développement et dans la pathogenèse de nombreuses maladies, y compris l'arthrose. Au cours de ce travail, nous avons étudié l'effet de Wnt-3a sur l’ADAMTS-4 dans les explants de cartilage et les chondrocytes primaires humains. Nous avons observé que Wnt-3a régule négativement l'expression de cette agrecanase et avons démontré que cette inhibition est médiée par Frizzled-8 via l’activation de la voie canonique et inhibition de l'activité de NFκB. En outre, nous avons montré que Wnt-3a est capable de s’opposer à l'induction de l’expression de l’ADAMTS-4 par l'IL-1ß, indiquant que la voie Wnt/ß-caténine peut jouer un rôle protecteur dans l'arthrose. D'autre part, la signalisation non canonique de Wnt induit une perte de la stabilité phénotypique des chondrocytes articulaires qui représente un événement précoce dans l'arthrose, cependant les mécanismes impliqués restent à élucider. Au cours de ce travail, nous avons identifié la cascade Wnt/CaMKII/B-raf/ERK1/2 comme voie de signalisation non-canonique modulant le phénotype chondrocytaire et avons montré que le syndécane4 est un composant essentiel. Nous avons démontré qu’en réponse à Wnt-3a, Frizzled-6 active la voie ERK1/2 en induisant la fixation de la kinase CaMKIIα au syndécane4 et celle de B-Raf à DVL-2 conduisant à l'activation de B-Raf. Dans une boucle de rétrocontrôle, Wnt-3a inhibe l’expression du syndécane4. Ce travail révèle le rôle du syndécane4 dans la régulation du phénotype chondrocytaire et met en évidence de nouvelles cibles qui peuvent avoir un potentiel thérapeutique contre l'arthrose / Dysregulation of Wnt signaling has been implicated in developmental defects and in the pathogenesis of many diseases, including osteoarthritis. Here, we studied the effect of Wnt-3a on ADAMTS-4 in human cartilage explants and primary chondrocytes and found that Wnt-3a negatively regulates the expression of this aggrecanase. We demonstrated that Wnt-3a inhibition of ADAMTS-4 expression is mediated by Frizzled-8 through activation of the canonical Wnt/ß-catenin pathway leading to inhibition of NFκB activity and down-regulation of ADAMTS-4. Furthermore, we showed that Wnt-3a is able to counteract the induction of ADAMTS-4 by IL-1ß, therefore indicating that Wnt/ß-catenin pathway may play a protective role in osteoarthritis. On the other hand, Non-canonical Wnt signaling induces loss of phenotypic stability of articular chondrocytes which represents an early event in osteoarthritis, but the underlying mechanisms are poorly understood. In this thesis, we identify Wnt/CaMKII/B-raf/ERK1/2 cascade as non-canonical signaling pathway that modulates chondrocyte phenotype and revealed that syndecan4 is an essential component of this pathway. We show that in response to Wnt-3a, Fz-6 activates non-canonical signaling by triggering the docking of CaMKIIα to syndecan4 and that of B-raf to DVL-2 leading to the activation of B-raf that transduces signals to ERK1/2 MAPK. In a feedback loop, non-canonical Wnt down-regulates the expression of syndecan4 to negatively regulate the signaling. Our finding uncovers a previously unanticipated role of syndecan4 as a regulator of chondrocyte differentiation. This study also provides new targets which may have therapeutic potential in osteoarthritis

L'arthrose (OA) est une maladie articulaire chronique qui résulte de changements complexes dans le phénotype des chondrocytes. La présence de microcristaux contenant du phosphate dans les zones de cartilage lésées suggère que le métabolisme phosphocalcique contribue en partie aux modifications du phénotype chondrocytaire au cours de la maladie. De nombreuses études ont montré que des concentrations élevées en Phosphate Inorganique extracellulaire (ePi) ou en PyroPhosphate Inorganique (ePPi) ont respectivement un effet activateur ou répressif sur la minéralisation du cartilage articulaire. Comme le Fibroblast Growth Factor 23 (FGF23) régule les concentrations de Pi, FGF23 semble être un candidat aux modifications phénotypiques observées dans l'OA. De plus, il a récemment été mis en évidence que l’ePPi prévient la dédifférenciation in vitro des chondrocytes articulaires chez le rat, un effet provoqué par la production de PPi par la protéine Ank. Cela suggère que l’ePPi pourrait être un candidat pour prévenir les modifications du phénotype chondrocytaire. Premièrement, nous avons montré que l’expression de FGF23 est plus importante dans du cartilage lésé que dans du cartilage sain. Sous stimulation croissante de FGF23, les chondrocytes humains OA présentent une expression soutenue des marqueurs d’hypertrophie tels que COL10A1, VEGF et MMP13. Nous avons également démontré que l’expression de MMP13 est fortement dépendante de FGFR1 mais indépendante de Klotho et qu’elle est fortement régulée par la voie MEK/ERK et dans une moindre mesure par la voie PI3K/AKT. Deuxièmement, nous avons montré que FGF23 est produit de façon plus importante au cours de la différenciation des ATDC5 et qu’une stimulation par FGF23 augmente la minéralisation et l’expression des marqueurs d’hypertrophie, et ce, d’autant plus fortement en présence d’une stimulation par du Pi dans ces cellules. Dans la seconde partie, nous avons montré que des chondrocytes humains OA stimulés par du PPi présentent une expression diminuée des composants collagéniques de la matrice et une expression augmentée des MMPs, de la fibronectine et des intégrines. Une stimulation par le PPi active de façon importante la voie p38 et dans une moindre mesure la voie ERK pour réguler l’expression de ses gènes cibles et notamment MMP13 d’une manière Ank indépendante. Enfin, nous avons démontré qu’une stimulation par FGF23 entraine une augmentation de l’expression de Pit-1, ENPP1 et ANK ainsi que la production de PPi par les chondrocytes humains OA. Les résultats obtenus dans cette étude démontrent que le FGF23 permet localement une différenciation des chondrocytes OA vers un phénotype hypertrophique et peut potentiellement être considéré comme un facteur aggravant de l’OA. Contrairement aux données préliminaires chez le rat, le PPi permet un remodelage matriciel des chondrocytes humains OA et pourrait potentiellement contribuer aux effets pro-hypertrophiques du FGF23 / Osteoarthritis (OA) is the most common form of chronic joint disease, characterized by cartilage degeneration that results from complex changes in the chondrocyte phenotype. The presence of phosphate-containing microcrystals in the injured cartilage areas suggests the contribution of the phosphocalcic metabolism in the phenotype switch of chondrocytes during the disease. Numerous studies have shown that elevated concentrations of extracellular inorganic phosphate (ePi) or inorganic pyrophosphate (ePPi) have, respectively, activating or repressive mineralizing effects on articular cartilage. As Fibroblast Growth Factor 23 (FGF23) plays a major role in regulating concentrations of Pi, FGF23 is an attractive candidate to participate in the phenotype switch of the articular chondrocyte observed in OA. Moreover, we recently demonstrated that ePPi also prevents the in vitro dedifferentiation of articular chondrocyte in rats, an effect mostly triggered by Ank-induced release of PPi. This suggests that PPi may be an attractive candidate to prevent the phenotype switch of the articular chondrocyte. Firstly, we showed that FGF23 expression was higher in OA samples than in healthy one. When stimulated with increasing concentrations of FGF23, human OA chondrocytes displayed a sustained expression of markers of hypertrophy such as COL10A1, VEGF and MMP13. We demonstrated further, that MMP13 expression was mainly dependent on FGFR1 and independent of Klotho and was strongly regulated by the MEK/ERK cascade and to a lesser extent by the PI-3K/AKT pathway. Secondly, we showed that FGF23 and FGFRs were produced more importantly during ATDC5 differentiation and that FGF23 stimulation increased hypertrophic markers expression and mineralization in a synergic manner with Pi. In the second part, we showed that human OA chondrocytes stimulated with PPi displayed a decreased expression of collagen components of the matrix and sustained expression of MMPs, fibronectin and integrins. We demonstrated further that PPi stimulation mostly activates p38 pathway and to a lesser extent ERK pathway to regulate the expression of its target genes in an Ank-independent manner. Finally, we demonstrated that FGF23 stimulation increased Pit-1, ENPP1 and Ank expressions and PPi production by human OA chondrocyte. Altogether, the results obtained in this study demonstrate that FGF23 locally promotes differentiation of OA chondrocytes towards a hypertrophic phenotype and may therefore be considered as an aggravating factor for OA. In contrast to previous data obtained in rats, we demonstrated that PPi promotes matrix-remodeling of human OA chondrocytes and might contribute to FGF23 pro-hypertrophic effect

Parmi les facteurs de risque environnementaux de l'arthrose, la consommation de tabac occupe une place importante, mais reste encore controversée. Parmi les 4000 composés présents dans la cigarette, la nicotine est l'une des molécules les plus actives physiologiquement. Au cours de ce travail, nous avons étudié l'impact de la nicotine sur les chondrocytes humains et la prolifération et la différenciation chondrogénique des cellules souches mésenchymateuses de la gelée de Wharton (CSM-GW). Nous avons trouvé que la nicotine aux concentrations utilisées n’a pas d’effet sur la prolifération cellulaire, mais induit une augmentation de l’expression de la métalloproteinase matricielle (MMP13) dans les chondrocytes humains. Ces données suggèrent que la nicotine a un effet pro-catabolique sur les chondrocytes humains, en stimulant la dégradation des composants matriciels. Chez des patients arthrosiques fumeurs, les voies de synthèse et de dégradation des composants matriciels sont plus activées dans les chondrocytes par rapport aux non fumeurs. De plus, la nicotine inhibe la prolifération et la migration cellulaire de CSM-GW, et présente un effet délétère sur la chondrogénèse de CSM-GW. Elle stimule la réaction inflammatoire et la différenciation hypertrophique. Nous avons montré, pour la première fois, l'expression du nicotinic acetylcholine receptor (nAChR), en particulier de la sous unité α7 dans les CSM-GW aux niveaux transcriptionnel et traductionnel. L’effet délétère de la nicotine sur les CSM-GW serait probablement médiée par la sous unité α7 nAChR, De façon intéressante, l’α-Bungarotoxin (α-BTX), inhibiteur spécifique de α7 nAChR, peut réverser cet effet partiellement. En conclusion, nous suggérons que la nicotine pourrait altérer l’ontogenèse du cartilage, et induire potentiellement l’augmentation de la prévalence de l’arthrose chez l’adulte / Among the environmental risk factors for osteoarthritis (OA), tobacco consumption features prominently but is still controversial today. Among the 4,000 compounds present in cigarette smoke, nicotine is one of the most physiologically active molecules. The aim of the study is to measure the impact of nicotine on human chondrocytes and on the proliferation and chondrogenic differentiation of Wharton’s Jelly stem cells (WJ-MSC). We found that nicotine at the concentrations used had no effect on the proliferation of primary human OA chondrocytes, but induced an increase in the expression of matrix metalloproteases (MMP13). It unravels the catabolic effects of nicotine in the joint by stimulating matrix degradation. This result suggests a pro-catabolic effect of nicotine in the joint by stimulating matrix degradation. In smokers, the synthesis as well as the degradation pathways in chondrocytes are stimulated, when compared to no smokers. In addition, the cell proliferation and migration of WJ-MSC were significantly impaired by nicotine, and it also had an adverse effect on the chondrogenesis of WJ-MSC by stimulating the inflammatory response and hypertrophic differentiation. We have shown, for the first time, the expression of the nicotinic acetylcholine receptor (nAChR), in particular that of the α7 subunit in the WJ-MSC at the transcriptional and translational levels. The adverse effect of nicotine on WJ-MSC was probably mediated by α7 nAChR. Interestingly, α-Bungarotoxin (α-BTX), a specific inhibitor of α7 nAChR, could partially reverse this effect. In conclusion the results show that nicotine has an adverse effect on the ontogenesis of cartilage, and potentially induces an increase in the prevalence of osteoarthritis in adults

Η οστεοαρθρίτιδα αποτελεί μια συχνά εμφανιζόμενη εκφυλιστική ασθένεια. Εντοπίζεται κυρίως στις μεγάλες αρθρώσεις (πχ ισχύο και γόνατο) και χαρακτηρίζεται από προοδευτική φθορά του αρθρικού χόνδρου. Στην παρούσα εργασία έγινε χαρτογράφηση του υγιούς και του οστεοαρθριτικού τμήματος ανθρώπινης κεφαλής μηριαίου οστού η οποία αφαιρέθηκε κατά τη διάρκεια αρθροπλαστικής επέμβασης. Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε ήταν η φασματοσκοπία micro-Raman η οποία παρέχει πληροφορίες που αφορούν στις δονήσεις μορίων. Συγκεκριμένα έγινε δυνατή η ανάπτυξη μεθοδολογίας για τη διαφοροποίηση κολλαγόνου Ι (οστό) και κολλαγόνου ΙΙ (χόνδρος) εξετάζοντας τις φασματικές περιοχές της προλίνης και υδροξυπρολίνης, κάμψεων CH2, CH3 και των αμιδίων Ι και ΙΙΙ. Επίσης η μελέτη των δονήσεων των φωσφορικών ιόντων και των ανθρακικών υποκατασταστατών τους έκανε δυνατή τη διαφοροποίηση του βιοαπατίτη του οστού από τον ασβεστοποιημένο χόνδρο. Η ανάλυση των δεδομένων έδειξε την απουσία αρθρικού χόνδρου στο κέντρο της κεφαλής, που υφίσταται το μέγιστο φορτίο, και την πλήρη αποκάλυψη του υποχόνδρινου οστού. Την εικόνα αυτή διαδέχονται, καθώς κινούμαστε περιμετρικά προς τα άκρα, περιοχές όπου κυριαρχεί ασβεστοποιημένος χόνδρος ή και συνύπαρξη οστού και χόνδρου σαν ένα ενδιάμεσο στάδιο οστεοαρθρίτιδας. Υγιείς περιοχές με εμφανές στρώμα αρθρικού χόνδρου δεν εντοπίζονται παρά μόνο πολύ μακριά από το κέντρο της κεφαλής του μηριαίου οστού. Η χαρτογράφηση περιοχών εσωτερικά, στην επιφάνεια μιας τομής, έδειξε μια σχετικά απότομη μετάβαση από το χόνδρο στο υποχόνδρινο οστό στις υγιείς περιοχές, εικόνα που συνάδει με τα όσα είναι γνωστά για τη δομή της άρθρωσης. Αντίθετα, οι οστεοαρθριτικές περιοχές χαρακτηρίζονταν από την απουσία των φασματικών περιοχών του κολλαγόνου τύπου ΙΙ (χόνδρος) στα εξωτερικά στρώματα αλλά και τη συνύπαρξη των δύο τύπων κολλαγόνου Ι και ΙΙ (οστού και χόνδρου) ή την παρουσία ασβεστοποιημένου κολλαγόνου ΙΙ σε διαδοχικές ζώνες και σε βάθος αρκετών χιλιοστών σε αρκετές περιπτώσεις προς το εσωτερικό της τομής. Τα φασματοσκοπικά αποτελέσματα, τέλος, επιβεβαιώθηκαν από ιστολογική εξέταση με χρώση safranin O της κάθε χαρτογραφημένης περιοχής στην εξεταζόμενη τομή οστεοαρθριτικής κεφαλής μηριαίου οστού. / Osteoarthritis is a very common degenerative disease, characterized by gradual degeneration of the articular cartilage and mainly affecting knees and hip joints. In the present work, a human osteoarthritic femoral head, removed during replacement surgery, was used for the mapping of its healthy and osteoarthritic areas. Laser Raman microscopy, a technique that provides information on molecules’ vibrations, was employed for the study. The development of a methodology for the distinction between collagen I (bone) and collagen II (cartilage) was accomplished through the study of proline, hydroxyproline, CH2, CH3 bending and amide I and III bands. On the other hand, the study of phosphate and carbonate substituents made the distinction between bone bioapatite and calcified cartilage feasible. Data analysis revealed the absence of articular cartilage and the full exposure of subchondral bone in the middle of the outer surface of femoral head section, where maximum friction due to movement is observed. Moving perimetrically from the middle of the outer surface to the rims of the section, areas of calcified cartilage and coexistence of bone and cartilage are observed, possibly as an intermediate disease stage. Healthy areas with distinct layer of articular cartilage are located only on the extreme rims of the section. Mapping of areas in depth of the femoral head section, revealed a relatively abrupt transition from cartilage to subchondral bone in healthy areas, which is consistent with our knowledge about joint structure. On the contrary, osteoarthritic areas were characterized by the absence of collagen II (cartilage) characteristic bands on the outer layers and in the same time by the coexistence of collagen I and II (bone and cartilage) or the presence of calcified collagen II through successive layers in some millimeters depth towards the interior of the femoral head section. Finally, spectroscopic results were confirmed by histological examination and Safranin O histochemical staining of each area mapped of the human femoral head section.

L’arthrose est la pathologie articulaire la plus répandue et, avec l’allongement de l’espérance de vie, sa prévalence ne cesse d’augmenter. Elle se caractérise par une dégénérescence du cartilage articulaire associée à une inflammation synoviale et un remodelage anormal de l’os sous-chondral, qui résultent en une perte progressive de mobilité et des douleurs très handicapantes. Dans le cartilage, le chondrocyte est le seul type cellulaire et il est responsable de la synthèse des composants de la matrice extracellulaire (collagènes, protéoglycanes). Au cours de l’arthrose, le phénotype du chondrocyte est altéré et la balance synthèse/dégradation des composants matriciels est déséquilibrée en faveur de la dégradation du cartilage. Il n’existe actuellement aucun traitement permettant de ralentir efficacement l’évolution du processus arthrosique, de sorte que la recherche de biomarqueurs pertinents et de cibles thérapeutiques potentielles est en pleine effervescence depuis l’explosion de l’étude des microARNs. Les microARNs sont des petits ARNs non codants régulant négativement l’expression des gènes. On estime que 50% des gènes sont potentiellement régulés par les miARNs. Les miARNs semblent impliqués dans tous les processus biologiques majeurs tels que la différenciation cellulaire, l’apoptose ou encore la cancérisation. Ces petits ARN non codants sont donc des biomarqueurs potentiels très intéressants. Au cours de ces travaux de thèse l’implication des miARN dans la régulation du phénotype chondrocytaire a été étudiée. A partir d’un modèle de perte du phénotype chondrocytaire différencié, provoquée par des repiquages successifs ou une stimulation par l’IL-1β les variations du profil d’expression des miARNs ont été analysées par l’utilisation de puces dédiées. Ces données ont permis de mettre en évidence 43 miARNs candidats dont le cluster miR-23~27b~24-1 et miR-29b. L’étude de la régulation de la production différentielle des miARNs de ce cluster a été entreprise, sans que nous parvenions toutefois à apporter une réponse formelle sur les mécanismes impliqués. Néanmoins, nous avons identifié miR-29b comme un régulateur négatif de l’expression du gène codant Col-IIa1 au cours de la perte du phénotype différencié, ainsi que chez les chondrocytes « arthrosiques ». Enfin, comme il a été montré au laboratoire que l’équilibre entre les concentrations extracellulaires de pyrophosphate/phosphate inorganique (ePi/ePPi) était essentiel au maintien du phénotype chondrocytaire différencié, nous nous sommes intéressés à la régulation des gènes codant les acteurs protéiques impliqués dans cette balance (ANK, PC1, Pit-1 et TNAP). A partir de prédictions de cibles par analyse in silico, un panel de 4 miARNs candidats a été établi : let7e, miR-9, miR-188 et miR-219. Nos travaux avec des systèmes rapporteurs ont démontré l’implication de miR-9 en tant que régulateur négatif de l’expression des gènes PC-1, Pit-1 et TNAP, de façon cohérente ou non avec les prédictions bio-informatiques. / Osteoarthritis (OA) is the most frequent joint disease and its prevalence still grows with the increase in lifespan. OA is characterized by articular cartilage degeneration, together with synovitis and abnormal subchondral bone remodeling, leading to progressive loss of mobility and pain. Chondrocyte is the unique cell type in cartilage which accounts for the synthesis of extracellular matrix (ECM) components (collagens, proteoglycans). During OA, chondrocyte phenotype is altered and the balance between ECM synthesis and degradation is impaired towards cartilage degradation. To date no treatment can efficiently reduce OA progression so that the search for reliable biomarkers and potential therapeutic targets is very active, particularly since the discovery of microRNAs. miRNAs are estimated to regulate 50% of cellular genes. They contribute to major cellular processes such as cell differentiation, apoptosis or tumorigenesis. Therefore, miRNAs are interesting putative biomarkers. During this PhD thesis, we studied the contribution of miARNs to the control of chondrocyte phenotype. Using a model of chondrocyte differentiated phenotype loss induced by extensive subculturing or IL-1β challenge we studied changes in miRNAs profile with microarrays. We determined a panel of 43 varying miRNA including the miR-23~27b~24-1 cluster and miR-29b. The differential production of miRNAs from this cluster has been investigated, but we didn’t succeed in identifying the underlying mechanisms. However, we identified miR-29b as a negative post-transcriptional regulator of Col-IIa1 during differentiated phenotype loss and OA. Finally, as equilibrium between extracellular levels of inorganic phosphate and pyrophosphate (ePi/ePPi) was previously shown in the laboratory to be crucial for the maintenance of a differentiated chondrocyte phenotype, we studied the regulation of the genes encoding the 4 proteins regulating this balance (ANK, PC1, Pit-1 and TNAP). From in silico analysis, we selected a panel of 4 miRNAs: let7e, miR-9, miR-188 and miR-219. Using reporter assays, we showed that miR-9 was a negative regulator of PC-1, Pit-1 and TNAP, according or not to bioinformatics prediction