L'arthrose est une maladie commune observée dans les populations vieillissantes caractérisée par une affection dégénérative du cartilage articulaire. Le diagnostic clinique de la maladie repose sur la radiographie conventionnelle. Cette technique permet de mettre en évidence les modifications de l'os liées à l'arthrose (géodes, condensation de l'os sous-chondral, et ostéophytes) mais n'offre pas une vision directe du cartilage. Grâce à sa résolution spatiale et son contraste tissulaire élevé, l'IRM individualise le cartilage et le différencie des structures adjacentes (os, tissu synovial, ménisques et liquide synovial). Nous avons mis à profit les potentialités de l'IRM à haut champ (7 Teslas) pour suivre, in vivo, les modifications du cartilage de l'articulation fémoro-tibiale chez le rat, au cours du processus de maturation/vieillissement ainsi que dans un modèle d'arthrose expérimentale (section du ligament croisé antérieur). Ces travaux ont montré une diminution du volume et des épaisseurs cartilagineuses liée à l'âge, tout comme des pertes chondrales fémorales et un œdème du cartilage tibial dans le genou arthrosique. Dans une seconde partie, nous avons appliqué les méthodes de cartographie T2 et de mesures volumiques (à 1,5 T) afin de déterminer les variations survenant au sein du cartilage rotulien humain vieillissant. Ces travaux attestent de la capacité de la cartographie T2 à détecter des modifications matricielles avant l'apparition de réelles pertes chondrales. Enfin, notre dernière étude, toujours à 1,5 T, concerne la quantification du volume et de l'activité de la membrane synoviale inflammatoire dans une cohorte de patients souffrant de gonarthrose. / Osteoarthritis (OA) is a common disease observed in elderly population and characterized by a progressive destruction of cartilaginous tissue. The clinical diagnosis of this disease is realized by conventional radiography. This method allows visualizing bone modifications related to OA disease (cysts, subchondral bone thickening, and osteophytes) but is unable to assess directly cartilage structure. Due to its high spatial resolution and high contrast between tissues, Magnetic Resonance Imaging (MRI) is able to visualize the cartilage structure and to differentiate it from adjacent structures (bone, synovial tissue, menisci, and synovial fluid). We have employed MRI potentialities at high magnetic field (7 Teslas) to follow, in vivo, cartilage modifications in the rat femoro-tibial articulation. This methodology was used to evaluate normal cartilage ageing-process and to assess an experimental OA model (anterior cruciate ligament transaction). These works showed an age-related cartilage volumetric and thickness decrease, as well as femoral cartilage damages and tibial cartilage oedema in OA knees. In a second part of our work, we applied T2 mapping and volumetric techniques (at 1.5 T) to determine variations which occur in the elderly human patellar cartilage. Results demonstrated the capacity of T2 mapping to early detect matricial modifications before any cartilage volumetric impact can be found. At least, our last study, always at 1.5 T, focused on the synovial membrane volume and inflammatory activity by taking into account a human population suffering from knee OA.

In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass plastik-adhärent wachsende, multipotente Vorläuferzellen, die eine für MSCs charakteristische Kombination von Oberflächenantigenen tragen, aus allen vier untersuchten Geweben des arthrotischen Hüftgelenks isoliert werden konnten. MSC-ähnliche Zellen können somit nicht nur in der Spongiosa und im Gelenkknorpel, sondern auch in der anterioren Gelenkkapsel und dem Ligamentum capitis femoris (LCF) des arthrotisch veränderten menschlichen Hüftgelenks nachgewiesen werden. Die FACS Analyse der Oberflächenantigene auf Zellen, die aus den vier unterschiedlichen Geweben eines beispielhaft gewählten Spenders isoliert wurden, zeigte eine deutliche Expression der Antigene CD44, CD73, CD90 und CD105. Unabhängig vom Nativgewebe zeigten somit alle untersuchten Zellen ein für MSCs charakteristisches, aber nicht spezifisches Profil an Antigenen auf ihrer Oberfläche. Eine Übereinstimmung mit den ISCT Kriterien für MSCs war aufgrund der fehlenden Kontrolle hämatopoetischer Marker nicht möglich. Die multipotente Differenzierung der isolierten Zellen erfolgte mithilfe spezifischer Differenzierungsmedien in Monolayer-Kulturen oder für die chondrogene Differenzierung in dreidimensionalen Pellet-Kulturen. Nach 21 Tagen konnten in allen differenzierten Kulturen histologisch und immunhistochemisch klare Zeichen der Osteo- und Adipogenese detektiert werden, während die Auswertung spezifischer Markergene eine klare Steigerung der Expression dieser im Vergleich zu den Negativkontrollen zeigte. Histologische und immunhistochemische Auswertungen bestätigten auch eine erfolgreiche chondrogene Differenzierung der Zell-Pellets aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel. Lediglich in den chondrogen differenzierten Zell-Pellets aus dem LCF konnte immunhistochemisch keine Bildung des knorpelspezifischen Matrixproteins Col II nachgewiesen werden. Mikroskopisch zeigten vor allem die differenzierten MSC-Pellets aus Spongiosa und Knorpel morphologisch eine starke Ähnlichkeit zu hyalinem Knorpelgewebe. Trotz dieser Abstufungen zeigten sich für die relative Expression der chondrogenen Markergene AGG, Col II und Sox-9 keine signifikanten Unterschiede zwischen den differenzierten MSC-Kulturen der vier unterschiedlichen Nativgewebe. Ein positiver Nachweis des Markers Col X wies nach 27 Tagen sowohl in differenzierten als auch in undifferenzierten Pellet-Kulturen auf eine leichte chondrogene Hypertrophie hin. Zusammenfassend zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Hinblick auf das osteogene und adipogene Differenzierungspotential aller untersuchten Zellen. Während das chondrogene Differenzierungspotential der Zellen aus Spongiosa, Knorpel und Kapsel sich aus histologischer und immunhistochemischer Sicht ähnelte, zeigten Pellets aus dem LCF ein schwächeres chondrogenes Differenzierungspotential in vitro. Obwohl somit erstmals MSC-ähnliche Zellen aus dem LCF und Gewebsproben, die neben dem Stratum synoviale auch das Stratum fibrosum der Hüftgelenkskapsel beinhalteten, charakterisiert wurden, sind weitere wissenschaftliche Arbeiten notwendig, um das multipotente Differenzierungspotential dieser Zellen zu optimieren. / This study showed for the first time that plastic-adherent growing multipotent progenitor cells carrying a combination of surface antigens characteristic of MSCs could be isolated from four tissues of the arthritic hip joint.MSC-like cells can thus be detected not only in cancellous bone and articular cartilage, but also in the anterior joint capsule and ligamentum capitis femoris (LCF) of the osteoarthritic human hip joint. FACS analysis of surface antigens on cells isolated from the four different tissues of an exemplarily selected donor showed a clear expression of the antigens CD44, CD73, CD90 and CD105. Thus, irrespective of the native tissue, all cells examined showed a profile of antigens on their surface that is characteristic but not specific for MSCs. However, cells did not meet the ISCT criteria since hematopoietic markers were not analyzed. Multipotent differentiation of the isolated cells was performed using specific differentiation media in monolayer cultures or three-dimensional pellet cultures for chondrogenic differentiation. After 21 days, clear signs of osteo- and adipogenesis could be detected histologically and immunohistochemically in all differentiated cultures, while evaluation of specific marker genes showed a clear increase in the expression of these compared with negative controls. Histological and immunohistochemical evaluations also confirmed successful chondrogenic differentiation of cell pellets from cancellous bone, cartilage, and capsule. Chondrogenically differentiated cell pellets from the LCF showed no formation of cartilage-specific matrix protein Col II. Microscopically the differentiated MSC pellets from cancellous bone and cartilage showed strong morphological similarity to hyaline cartilage tissue. Despite these gradations, there were no significant differences between the differentiated MSC cultures of the four different native tissues for the relative expression of the chondrogenic marker genes AGG, Col II, and Sox-9. Positive detection of the marker Col X indicated mild chondrogenic hypertrophy after 27 days in both differentiated and undifferentiated pellet cultures. In conclusion, there were no significant differences in osteogenic and adipogenic differentiation potential of all cells examined. While chondrogenic differentiation potential of progenitor cells isolated from cancellous bone, cartilage, and capsule was similar from a histological and immunohistochemical point of view, pellets from LCF showed a weaker chondrogenic differentiation potential in vitro. Although our current research proved the presence of MSC-like cells in the LCF and full-thickness tissue samples of the hip joint capsule further scientific work is required to evaluate the differentiation of the chondrogenic cells in the LCF. Histological and immunohistochemical evaluations also confirmed successful chondrogenic differentiation of cell pellets from cancellous bone, cartilage, and capsule. Only in the chondrogenically differentiated cell pellets from the LCF could no formation of the cartilage-specific matrix protein Col II be detected by immunohistochemistry. Microscopically, especially the differentiated MSC pellets from cancellous bone and cartilage showed strong morphological similarity to hyaline cartilage tissue. Despite these gradations, there were no significant differences between the differentiated MSC cultures of the four different native tissues for the relative expression of the chondrogenic marker genes AGG, Col II, and Sox-9. Positive detection of the marker Col X indicated mild chondrogenic hypertrophy after 27 days in both differentiated and undifferentiated pellet cultures. In conclusion, there were no significant differences in osteogenic and adipogenic differentiation potential of all cells examined. While the chondrogenic differentiation potential of cells from cancellous bone, cartilage, and capsule were similar from a histological and immunohistochemical point of view, pellets from LCF showed a weaker chondrogenic differentiation potential in vitro. Although our current research proved the presence of MSC-like cells in the LCF and full-thickness tissue samples of the human hip joint capsule further scientific work is required to optimize the multipotent differentiation potential of these cells.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Avec l'augmentation de l'espérance de vie, les pathologies ostéo-articulaires comme l'arthrose ou la polyarthrite rhumatoïde, caractérisées par la dégradation du cartilage articulaire, deviennent de réels problèmes de santé publique. Les traitements actuels sont essentiellement symptomatiques et aboutissent en ultime recours à la pose de prothèses. En absence de réparation spontanée du tissu et de traitement efficace, des approches d'ingénierie tissulaire du cartilage sont envisagées. Les techniques actuelles reposent sur la transplantation de chondrocytes autologues mais dans la majorité des cas, cette approche n'apporte pas de résultats supérieurs aux techniques chirurgicales utilisées actuellement. Grâce à leurs propriétés de différenciation, les cellules souches mésenchymateuses (CSM) représentent une nouvelle source de cellules ayant des potentiels thérapeutiques intéressants. Cependant, la complexité du processus de différenciation des CSMs vers des chondrocytes articulaires matures rend difficile l'obtention de cartilage fonctionnel après implantation. Il est donc important de mieux comprendre le processus de différenciation de ces cellules afin de mieux contrôler leur devenir in vivo. C'est pourquoi, le laboratoire s'intéresse au rôle des micro-ARNs (miARNs) dans la régulation du processus de différenciation des CSMs. L'objectif de mon projet de thèse a consisté à identifier des miARNs modulés dans la différenciation chondrocytaire des CSM humaines primaires et à étudier leur rôle et leur régulation au cours de la chondrogenèse. Nous avons identifié deux miARNs : miR-29a dont l'expression diminue progressivement au cours de la différenciation et miR-574-3p dont l'expression augmente rapidement puis est maintenue jusqu'à la fin de la différenciation. Ces deux miARNs sont régulés par le facteur de transcription SOX9 mais de manière opposée : SOX9 inhibe miR-29a et induit miR-574-3p. Nous montrons que SOX9 interagit avec YY1 pour réguler miR-29a mais pas miR-574-3p, ce qui pourrait expliquer les effets opposés de SOX9 sur l'expression des deux miARNs. Nous montrons également que ces miARNs sont des inhibiteurs de la différenciation chondrocytaire et avons identifié FOXO3A et RXRα comme cibles respectives de miR-29a et miR-574-3p. L'inhibition de FOXO3A ou RXRα avant l'induction de la différenciation, en utilisant des siARNs spécifiques ou en sur-exprimant les miARNs correspondants, bloque la différenciation des CSM. Ces résultats confirment sur des CSMs adultes, que ces protéines jouent un rôle important dans la chondrogenèse et que miR-29a et miR-574-3p participent aux processus de régulation de la différenciation chondrocytaire. En conclusion, nous avons identifié deux nouveaux miARNs contrôlés par SOX9 et régulant négativement la chondrogenèse grâce à la modulation de deux gènes cibles, dont l'expression est nécessaire avant d'induire la différenciation chondrocytaire. / Roles of miR-29a and miR-574-3p during the chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells. With the constant increase of the lifespan, osteoarticular pathologies such as osteoarthritis or rheumatoid arthritis, characterized by articular cartilage degradation, are important public health problems. In absence of spontaneous regeneration, cartilage engineering approaches are being considered. Current techniques rely on autologous chondrocyte transplantation but in the majority of cases, this approach gives similar results as current surgeries. Due to their capacity of differentiation toward chondrocytes, mesenchymal stem cells (MSC) represent a new source of cells with therapeutic potential. However, production of a functional cartilage in vivo after implantation of expanded MSC is hampered by the difficulty to reproduce the complexity of the differentiation process to get mature chondrocytes from MSC. The objective of my Ph.D thesis aimed to identify micro-RNAs (miRNAs) modulated during chondrogenic differentiation of primary human MSCs and to study their role as well as their regulation in this process. We identified two miRNAs: miR-29a whose expression decreases progressively during the differentiation and miR-574-3p whose expression rapidly increases and stays constant until the end of the differentiation. Both miRNAs are regulated by the transcription factor Sox9 but in an opposite manner: Sox9 inhibits miR-29a and induces miR-574-3p. We show that YY1 directly interact with Sox9 to regulate miR-29a but not miR-574-3p; this interaction likely explaining the opposite effects of Sox9 on miR-29a and miR-574-3p expression. Moreover we showed that miR-29a and miR-574-3p are both inhibitors of chondrogenesis and we identified FOXO3A and RXRα as their respective targets. In conclusion, we identified two new miRNAs which are regulated by Sox9 and inhibitors of chondrogenesis. They act through the modulation of two target genes, whose role during chondrogenic differentiation of adult MSC was previously not characterized.

L'arthrose tardive est la plus répandue des maladies ostéo-articulaires dont la prévalence augmente avec l'âge. Dans le cartilage arthrosique, des changements spécifiques des chondrocytes s'opèrent. Ils présentent une diminution de leur propriété de synthèse de la matrice extracellulaire, une diminution de leur réponse aux facteurs de croissance anabolisants et une augmentation de la sénescence cellulaire. Elle est caractérisée par un arrêt irréversible du cycle cellulaire, une érosion des télomères, une activation de la voie de dommages à l'ADN (ATM/p53/p21), une activation de la voie p16INK4a/pRb, l'établissement d'un sécrétome associé à un phénotype sénescent/hypertrophique appelé SAPS. Le sujet de ma thèse porte sur l'identification de microARNs impliqués dans le vieillissement prématuré du chondrocyte. Les microARNs (miRs) sont des petits ARNs non codant endogènes qui contrôlent un certain nombre de fonctions biologiques comme la prolifération, la différenciation ou la sénescence. Deux études ont montré le rôle préventif des miRs dans l'induction de la sénescence et dans l'hypertrophie. Au cours de ma thèse, nous avons utilisé un modèle de chondrocytes arthrosiques en 3D traités à l'IL-1β afin de récapituler le phénotype sénescent observé dans la pathologie. Cela nous a permit d'identifier deux miRs réprimés en réponse à cette cytokine : miR-24 et miR-199a-5p. Nous montrons que la répression de miR-24 conduit à une induction de p16INK4a et MMP1 associé à un phénotype hypertrophique. De plus, nos données préliminaires montrent que le miR-199a-5p est potentiellement un régulateur négatif de l'hormone anti-vieillissement Klotho qui est retrouvée dérégulée dans notre modèle cellulaire / Osteoarthritis (OA) is an age-related disease whose prevalence increases with late life. In osteoarthritic cartilage, chondrocytes presents age-specific changes such as a decrease in synthesis properties, a decrease in their response to growth and anabolic factors and an increase of cellular senescence. Senescent chondrocytes are characterized by an irreversible cell cycle arrest, DNA damage response activation (ATM/p53/p21), p16INK4a/pRb signaling pathway activation and the establishment of SAPS triggering to hypertrophy. The aim of my PhD project consisting to identify microRNAs involved in chondrocyte premature aging. microRNAs are small endogenous RNAs controlling several biological processes such as proliferation, differentiation and senescence. Two studies show that microRNAs have a preventive role in senescence and hypertrophy. During my PhD, we perform a cellular model based on OA chondrocytes placed in 3D and treated with IL-1β. We identified two miRs: miR-24 and miR-199a-5p. Repression of miR-24 leads to the induction of p16INK4a and MMP1, associated with chondrocyte hypertrophy. Moreover, preliminary datas suggests that miR-199a-5p is a potential regulator of anti-aging hormone Klotho which is deregulated in our model.

L’arthrose est une maladie dégénérative des articulations et représente la deuxième cause d’invalidité en France. En raison des liens entre l’obésité et l’arthrose concernant à la fois les articulations portantes et non portantes, nous faisons l’hypothèse que des protéines produites par le tissu adipeux, les adipokines, constituent des facteurs clés impliqués dans cette arthropathie. En premier lieu, nous avons montré que l’expression de la leptine, de l’adiponectine et de leurs récepteurs évolue de façon inverse et dépend fortement de l’état de différenciation des chondrocytes. Dans une seconde étude, nous avons comparé la production des adipokines par le ligament adipeux de Hoffa à celle mesurée dans la graisse sous-cutanée et avons ainsi mis en évidence des différences entre les 2 tissus adipeux. Les travaux réalisés ensuite ont permis de préciser le rôle des adipokines dans l’arthrose. Ainsi, la production d’adiponectine par les chondrocytes augmente lorsque le cartilage se dégrade et apparaît directement reliée à celle de la MMP-13 et du TGF-[bêta]. En revanche, l’expression de son récepteur AdipoR1 est associée à l’expression d’éléments matriciels et d’un facteur de transcription spécifique du cartilage impliqué dans la synthèse de ces éléments. Le traitement des chondrocytes à l’adiponectine a permis de confirmer in vitro les données observées in vivo chez les patients atteints d’arthrose, à savoir que l’adiponectine induit l’expression du TGF-[bêta]et de la MMP-13. Les résultats obtenus avec la leptine indiquent par ailleurs que l’obésité influence fortement la réponse des chondrocytes à cette adipokine. Elle semble ainsi protéger le cartilage chez les patients non obèses en stimulant l’expression de l’IGF-1, du collagène de type 2 et du TIMP-2, mais contribue au processus dégénératif chez les patients obèses en augmentant l’expression de la MMP-13. Enfin l’induction d’une arthrose expérimentale chez le rat Zucker n’ayant pas de récepteur fonctionnel à la leptine a montré que cette adipokine est susceptible de préserver l’articulation des modifications du cartilage et surtout de l’os sous-chondral / Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease and represents one of the most frequent and disabling disease. There is a positive association between obesity and OA, and not only for knee joints but also for non-weight-bearing joints suggesting that adipose-derived proteins, namely adipokines, may be some keys factors in OA pathophysiology. First, we found that leptin and adiponectin expression and their receptor evolves in an opposite way and depend on differenciation stage of chondrocyte. The production of adipokines were then compared according to adipose tissue and some differences were found between, the infrapatellat fat pad and subcutaneous adipose tissue. After this work, we aimed to further characterize the role of leptin and adiponectin in OA. Adiponectin production by chondrocytes increases when cartilage is damaged and seems to be directly related with MMP-13 and TGF-[bêta] expression. AdipoR1 expression is associated with the expression of matrix components and with Sox9, a transcription factor involved in their synthesis. Adiponectin treatment confirms data in OA patient, that is adiponectin can induce TGF-[bêta] and MMP-13. Then, we showed obesity influences the chondrocyte responsivness to leptin. This adipokine seems to protect cartilage collected from normal or overweight patient by stimulating IGF-1, type 2 collagen and TIMP-2 expression while leptin increases MMP-13 expression for obese patients. Finally, experimental OA in Zucker rat deficient in leptin receptor, showed the protective effect of leptin on cartilage and on subchondral bone

L'obésité est associée à un risque de fragilité musculo-squelettique, en particulier d’arthrose (OA). Notre but est d’explorer leurs contributions des conditions métaboliques et du surpoids. L’obésité MM (mécanique et métabolique) est obtenue par un régime alimentaire. L’obésité M (mécanique) est mimée par hypergravité à 2g. L’OA est induite par acte chirurgicale. Nous avons exploré les effets des obésités MM et M sur le système musculo-squelettique de souris non OA. Les MM ont un os trabéculaire préservé, un os cortical détérioré et des muscles fragilisés. Chez les M, l’os est préservé et les muscles sont renforcés. Les troubles métaboliques sont responsables de la fragilisation de l’os cortical et du muscle. Dans une 2ème partie, les conséquences de l’OA sont évaluées chez des souris non obèses, MM ou M. L’OA chez les non obèses fragilise uniquement l’os trabéculaire. L’OA chez les MM accentue la diminution de l’épaisseur corticale. L’OA chez les souris M fragilise encore plus l’os cortical et le muscle que chez les souris MM. Cependant si on ne considère que les souris OA, la composante MM est toujours plus délétère que la composante M. Finalement, nous avons testé les vibrations corps entiers pendant les 4 dernières semaines comme traitement potentiel des détériorations musculo-squelettiques des MM couplée ou non à l’OA. Les vibrations n’impactent pas l’obésité et l’OA. Un effet musculaire est observé au niveau moléculaire, ces diminutions étant plus importantes chez les OA. Aucun changement de masse musculaire n’est observé. Le tissu osseux n’est pas influencé. / Obesity is associated with a risk of musculoskeletal fragility, especially osteoarthritis (OA). Our goal is to explore their contributions of metabolic and overweight conditions. MM obesity (mechanical and metabolic) is obtained through a diet. Obesity M (mechanical) is mimed by hypergravity at 2g. OA is induced by surgery. We explored the effects of MM and M obesity on the non-OA mouse musculoskeletal system. MMs have preserved trabecular bone, deteriorated cortical bone and weakened muscles. In M, bone is preserved and muscles are strengthened. Metabolic disorders are responsible for the weakening of cortical bone and muscle. In a second part, the consequences of OA are evaluated in non-obese mice, MM or M. OA in non-obese only weakens the trabecular bone. OA in MM accentuates the decrease in cortical thickness. OA in M mice further weakens cortical bone and muscle than in MM mice. However, if we consider only the OA mice, the MM component is always more deleterious than the M component. Finally, we tested entire body vibrations during the last 4 weeks as a potential treatment for musculoskeletal deterioration of MM, whether or not coupled to OA. Vibrations do not affect obesity and OA. A muscular effect is observed at the molecular level, these decreases being greater in OA. No change in muscle mass is observed. The bone tissue is not influenced.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 91-99.

En Chine, une grave maladie musculo-squelettique appelée la maladie de Kashin-Beck (KBD) se retrouve distribué sur une large zone géographique. Cette maladie touche plus de deux millions d'individus, notamment dans le centre de la Chine, et il est admis que plus de 30 millions d’individus seraient à risque. Des études géologiques et épidémiologiques ont montré une forte corrélation entre les zones de déficience en Se dans les sols et de KBD. KBD est une ostéoarthropathie, caractérisée par la destruction des chondrocytes du cartilage, très douloureuse et invalidantes, pouvant conduire à des déformations articulaires importantes. Le sélénium (Se) est présent partout dans l'environnement (eau, air, sols) et nos besoins physiologiques en Se sont couverts par notre alimentation quotidienne (eau, céréales). Bien que cet élément trace soit un nutriment essentiel pour la fonction cellulaire normale, ses mécanismes d’action ainsi que les transformations métaboliques de ses composés dans le corps humain ne sont toujours pas bien déterminés. Toutefois, à une dose un peu supérieure à la dose recommandée, il peut, selon la forme chimique ingéré, devenir toxique. Par conséquent, on retrouve le Se en très faible quantité (µg/L) dans l'organisme, ce qui rend difficile sa localisation et l’analyse de son rôle dans le métabolisme. Le Se fait partie de sites biologiquement actifs de protéines impliquées dans les mécanismes antioxydants de défense et le contrôle rédox des réactions intracellulaires. En outre, plusieurs études ont mis en évidence le rôle que joue de Se dans le développement des tissus tels que le cartilage articulaire. Cette action semble être médiée par l'intermédiaire de sélénoprotéines et seraient indirectement impliqués dans la croissance du cartilage normal et l'homéostasie. Aux Etats-Unis, une étude clinique a montré des preuves solides de l’influences d’un déficit en Se dans le métabolisme du cartilage conduisant un environnement favorable à l'apparition et la progression de l'arthrose. Même si le Se n’est pas le seul facteur dans le développement de maladies, il est fort probable que son absence impacte la croissance et le développement du cartilage articulaire. Un modèle in vitro de maturation accélérée du cartilage articulaire (explants) nous a permis d’analyser l'impact du sélénium dans la croissance et le développement de ce tissu. Des expériences biologiques, biophysiques et chimiques ont été réalisées pour comprendre comment la présence de Se affecte l'organisation des tissus. Un schéma récurrent de la distribution du Se dans le tissu a été découvert. Il semble être localisé au niveau des interfaces cellule-matrice, offrant des hypothèses intéressantes pour de futures études sur le rôle potentiel du Se dans la signalisation cellulaire ou transduction mécanique. Des analyses biomécaniques, structurelles et moléculaires ont été faites pour caractériser la matrice extracellulaire du cartilage articulaire traités avec différentes concentrations de Se. Il semble être localisé au niveau des interfaces cellule-matrice, ce qui suggère que le Se joue un rôle dans la signalisation cellulaire ou transduction mécanique. Des analyses biomécaniques, structurelles et moléculaires ont été faites pour caractériser la matrice du cartilage articulaire traités avec différentes concentrations de Se. Nous avons découvert qu’un déficit en Se peut induire à une morphologie proche de celle de l'arthrose lors de la maturation du cartilage immature. Cependant, le rôle exact de ce déficit en Se induisant ce type de phénotype reste inconnu. Ce projet contribue à une meilleure compréhension du Se dans le cartilage tout en montrant les difficultés d’étude du Se dans les milieux biologiques et les techniques permettant d’y répondre, mais aussi souligne l’importance de prendre en compte le Se comme élément important de traitements régénérateurs ou préventifs pour ce types de maladies. / In China, a severe musculoskeletal disease called Kashin-Beck disease (KBD) is largely endemic over a large geographical area. It has been reported that more than 2.5 million people in China suffer from KBD and about 30 million people are at risk. Geological and epidemiological investigations have shown that a strong correlation exists between the location of selenium (Se) deficient soils and the distribution of KBD in the population. The disease is manifested as degradation of the matrix, cell necrosis mainly in the articular and growth plate cartilage, which can result in growth retardation, secondary osteoarthrosis, and disability in daily life. The worst forms of this disease tend to start in childhood, which may lead to dwarfism. Selenium is present everywhere in the environment (water, air, soils) and it is mainly incorporated to the human organism through the daily diet (water, cereals). Although this trace nutriment element is essential for normal cellular function. Most of the selenium-related -functions and pathways remain incompletely understood. Whilst vital for normal function, it is toxic at concentration slightly higher than that required by the body. Consequently, it is present within the organism in parts per billion (microgram per liter) making it difficult to localize and analyze its role in metabolism. Despite being a trace element it is an essential component of antioxidant and anti-inflammatory-related proteins that protect cells against oxidative attack. Furthermore, several studies have exposed the role selenium plays in tissue development such as in articular cartilage. This action seems to be mediated via selenoproteins that are indirectly involved in normal cartilage growth and homeostasis. In the USA, a clinical study has shown strong evidence that Se-deficiency influences cartilage metabolism inducing a favorable environment for the onset and the progression of osteoarthritis. Even if the selenium is not the only factor in the development of degenerative joint disease, it is highly likely that its absence impacts its growth and development of articular cartilage. The main focus of this study was then to understand better the role of Se in the normal metabolic processes of articular cartilage. Cultures of articular cartilage explants were used on a previously validated in vitro model of tissue maturation to analyze the role of selenium in growth and development. Physical and chemical experiments were preformed to understand how the presence of selenium affects tissue organization. It has been possible to determine a fundamental recurrent pattern of Se-distribution in the tissue. It appears to be localized at cell-matrix interfaces and it can be hypothesized that Se plays role in cell signaling or mechanotransduction. Biomechanical, structural and molecular analyses have been made to characterize the extracellular matrix of articular cartilage treated with different concentrations of Se-level. We discovered that Se-deficiency induces morphological changes in the cartilage matrix during the fast maturation-like process, which could be related to degenerative-like morphology of the cartilage. This could potentially be associated with degenerative changes that occur in KBD patient during childhood. This project is a prospective work for a potential future enhancement of the regenerative or preventive treatments for specific musculoskeletal diseases with a metabolic component.