Il a été récemment montré que la vasorine (Vasn), d’abord décrite comme une protéine membranaire de type I qui neutralise TGFb, était exprimée par les ostéocytes et les ostéoblastes et impliquée dans le métabolisme du phosphate et du calcium. L’analyse MicroCT a montré que des souris Vasn -/- présentaient des signes de rachitisme avec des volumes osseux trabéculaires et corticaux fortement réduits. Ici, nous explorons pour la première fois l’expression et les fonctions de Vasn dans le territoire craniofacial. Nous démontrons que 1) Vasn est exprimée au sein de la dent en formation par les odontoblastes et les cémentoblastes et dans l’os alvéolaire par les ostéoblastes et les ostéocytes, 2) des souris Vasn -/- présentent un phénotype dentaire mixte associant des signes de rachitisme tels qu’une croissance réduite du squelette, une dentine minéralisée moins épaisse, des chambres pulpaires élargies et des signes supplémentaires évoquant une hypophosphatasie , principalement une formation perturbée de la racine avec des canaux dentaires élargis. Toutes ces données suggèrent un rôle important de Vasn dans la minéralisation de l’os et de la dent, probablement en régulant le dépôt de matrice et son organisation, plutôt que le processus de minéralisation lui-même. / Vasorin (Vasn), first described as a type I membrane protein which neutralizes TGFβ, has been recently shown to be expressed by osteocytes and osteoblasts and involved in the phosphate and calcium metabolism. MicroCT analysis have indicated that Vasn -/- mice displayed signs of rickets with dramatically reduced trabecular and cortical bone volumes. Here, we explored for the first time Vasn expression and function in the craniofacial area. We demonstrated that 1) Vasn is expressed in the forming tooth by odontoblasts and cementoblasts and in the alveolar bone by osteoblasts and osteocytes, 2) Vasn-/- mice present a mix cranial and dental phenotype associating signs of rickets such as, reduced skull growth, reduced thickness of mineralized dentin, and enlarged pulp chambers, and additional signs evokating hypophosphatasia, namely disturbed root formation with enlarged root canals. All these data suggest an important role of Vasn in bone and tooth mineralization, probably by regulating matrix deposition and organization rather than the mineralisation process itself.

Plusieurs biais inhérents à l’estimation de l’âge au décès individuel ont conduit à privilégier l’âge populationnel en paléodémographie mais la cémentochronologie a récemment montré une forte corrélation entre âge biologique et âge réel et une précision affinée. L’annualité de l’apposition cémentaire permet de proposer une alternative à la population de référence. Notre objectif consiste à réaliser une étude paléodémographique à partir d’estimations d’âge au décès individuel obtenues par comptage des lignes d’incrément cémentaires. Nous sélectionnons la série ostéoarchéologique moderne de la cathédrale paroissiale Notre-Dame du Bourg à Digne, composée de 563 individus inhumés du XVIe au XVIIIe siècle. Suite à l’analyse des pratiques funéraires, les données des registres paroissiaux exhaustivement dépouillés de 1671 à 1721 sont comparées aux résultats biologiques et paléodémographiques des 421 adultes et 142 immatures. Les archives indiquent une population préindustrielle typique subissant une crise de mortalité en 1691-1692 et un recrutement funéraire aspécifique. L’estimation de l’âge au décès par comptage des lignes d’incrément cémentaires est appliquée à 109 adultes et aux dents déciduales et permanentes de 42 immatures. La distribution probable par âge est obtenue en calculant les probabilités d’appartenance individuelles aux différentes classes d’âges. L’analyse du recrutement est concluante puisque le profil de mortalité par âge obtenu est conforme au schéma de mortalité archaïque et à celui des archives historiques pour les adultes jeunes et matures. Notre approche est novatrice puisqu'elle rétablit l’âge individuel en paléodémographie grâce au cément dentaire. / Several biases related to age estimation led to privilege assessing age structures of populations. But cementochronology provides a better accuracy and a strong correlation coefficient with chronological age. The annual apposition of dental cementum offers an alternative to the reference population. We aim to achieve a paleodemographic study using classical age estimates obtained by cementochronology. We select the modern osteoarcheological series of the cathedral Notre Dame du Bourg at Digne-les-Bains (France), composed by 563 individuals who were buried between the 16th to the 18th century. To monitor the biological results, we examine all the parish registers from 1671 to 1721. After analyzing funerary practices, data from parish records are compared to biological and paleodemographic results from the 421 adults and 142 subadults. Historical records indicate a typical preindustrial population suffering a mortality crisis in 1691-1692. Biological data are consistent with historical sources about an unspecific funerary admission in the cathedral Notre Dame du Bourg. Cementochronology is applied to 109 adults' permanent canines and to 42 subadults' deciduous and permanent single-root teeth. We calculate the probability density function of each individual and belmonging probabilities to every age class. Our interpretation of funerary admission obtained by tooth cementum analysis is conclusive for young and middle-aged adults since the age pattern of mortality is consistent with both the archaic mortality pattern and historical records. Our approach innovates by restoring age estimates in paleodemography through the biological specificity of cementum.

L’estimation de l’âge au décès d’individus découverts en contexte médico-légal ou ar-chéologique est un sujet fondamental. La cémentochronologie fondée sur le dépôt annuel de cément acellulaire est une technique parmi les plus performantes dont l’exactitude est appréciée dans de nombreuses publications. Cependant, le manque de standardisation ralentit l’adoption de cette méthode et freine l’étude de la précision qui demeure méconnue tout comme l’impact des conditions taphonomiques sur sa fiabilité. Le premier objectif de ce travail est de mesurer la concordance des estimations effectuées, donc la précision, puis d’évaluer l’exactitude, donc la qualité de l’accord entre l’âge estimé et l’âge chronologique, en appliquant un protocole standardisé et certifié ISO-9001 pour s’affranchir des biais inhérents à la préparation. Le second objectif est d’apprécier l’impact des affections taphonomiques trop souvent négligées. La collecte des données à partir de préparations histologiques dentaires représente une opération coûteuse en temps et constitue un obstacle majeur pour conduire des études cémentochronologiques. Nous nous fixons comme autre objectif d’expérimenter un logiciel de comptage semi-automatique, fruit d’une collaboration entre anthropologues (UTML) et développeurs (FEI Visualization Sciences Group). Pour atteindre ces buts, l’étude porte sur 2000 lames histologiques réalisées à partir de 400 canines. 200 canines sont issues de collections de référence dont l’âge, le sexe, l’intervalle postmortem et la durée d’inhumation des sujets sont connus. Afin d’apprécier l’influence de la taphonomie sur la lisibilité et la précision et d’étudier l’applicabilité de la méthode à du matériel ancien, 200 canines extraites de sujets archéologiques datés entre le XIIe et le XVIIIe siècle sont intégrées à l’étude. Précision et exactitude sont approchées pour chaque classe d’âge et en tenant compte des intervalles post-mortem et des affections taphonomiques, mettant ainsi en évidence une fiabilité qui est fonction de l’âge du sujet, mais aussi de l’état de conservation des tissus. Ce travail vise, sur un échantillon standardisé conséquent, à amener une discussion sur les performances de la cémentochronologie à l’échelle individuelle et populationnelle, à apporter des recommandations et proposer un modèle de prédiction pour minimiser les différences entre âge estimé et âge chronologique. / Age at death estimation is a fundamental component of creating a biological profile in forensic and bioarchaeological contexts. Cementochronology based on annual deposition of acellular cementum is one of the most effective ageing techniques, and its accuracy, i.e. the agreement between estimated age and chronological age, is acknowledged in many publications. However, the lack of standardization slows down the adoption of this method and hinders the evaluation of its precision that remains unknown as well as the impact of taphonomical processes. The first objective of this thesis is to measure the agreement between cementum estimates, i.e. the precision, and then to assess the accuracy through the evaluation of the quality of the accordance between chronological age and estimates based on a standardized and ISO-9001 certified protocol to overcome bias due to sample preparation. The second objective is to gauge the impact of taphonomical effects too often neglected. Counting cementum increments on histological preparations is time-consuming and represents a major difficulty to perform cementochronological studies. Another goal is to experiment a semi-automatic program resulting from a col-laboration between anthropologists (UTML) and software developers (FEI Visualization Sciences Group). To achieve these goals, our study is based on 2000 histological sections from 400 canines. 200 canines are derived from reference collections with documented age, sex, postmortem interval and burial duration. In order to grasp the influence of taphonomy on slices readability and on precision and to investigate the applicability of this method on ancient material, 200 canines extracted from archaeological assemblages dated between the XIIth century and XVIIIth century are included in the study. Accuracy and precision are assessed for each age group in considering post-mortem intervals and taphonomical conditions and show a reliability influenced by age but also by tissue preservation. This work aims, on a large standardized sample, to discuss cementochronology’s performance for individual and population approaches, to provide recommen-dations and to propose a prediction model to reduce differences between estimated age and chronological age.

Le terme « cément » est utilisé pour désigner l’ensemble des tissus conjonctifs minéralisés retrouvés sur la surface externe de la racine d’une dent ainsi que sur certaines zones de l’émail ou au niveau du foramen apical. Il appartient à deux unités fonctionnelles : la dent et le parodonte et constitue avec l’os alvéolaire un point d’attache essentiel du ligament alvéolo-dentaire. Dans certaines conditions non encore élucidées la synthèse de l’une de ses variétés, le cément cellulaire mixte stratifié, est excessive, elle dépasse la « normalité » : il s’agit d’une hypercémentose. Une revue critique de la littérature nous a permis de mettre en évidence un certain nombre de problématiques concernant sa définition, sa classification, sa fréquence, ses étiologies et certaines de ses caractéristiques anatomiques. Afin d’y répondre nous avons élaboré un protocole d’étude dont le matériel comprenait trois séries d’Hommes sub-actuels (675 individus ; 8861 dents dont 419 hypercémentosées) et dont les méthodes ont fait appel à la photographie, la radiographie, la stéréomicroscopie, la microscopie électronique à balayage et l’histologie. Au terme de notre étude nous avons mis au point une définition et une classification de l’hypercémentose reposant sur des critères reproductibles, nous avons évalué sa fréquence au sein de grands échantillons et déterminé ses principales étiologies (éruption continue liée à la perte des dents antagonistes, parodontite apicale, atteintes parodontales, inclusion dentaire, pathologies générales, syndromes génétiques, hérédité, idiopathie). Nous avons également fourni certaines données inédites concernant les épaisseurs du cément hyperplasique et l’anatomie des foramens apicaux. Nos résultats ont enfin été appliqué à un certain nombre de dents néandertaliennes ce qui nous a permis de reconsidérer l’hypothèse selon laquelle l’importance des contraintes occlusales au sein de ce taxon est la cause principale des hypercémentoses. / The term "cement" is used to refer to all mineralised connective tissue found on the external surface of the root of a tooth and also on certain areas of the enamel or around the apical foramen. It pertains to two functional units, the tooth and the periodontium, and together with the alveolar bone forms an essential point of attachment for the periodontal ligament. In certain conditions that have still to be clarified, synthesis of one variety of cement, cellular mixed stratified cementum, is excessive, going beyond "normal" levels: this is hypercementosis. From a review of the literature, we identified a certain number of questions relating to the definition, classification, frequency, and etiologies of this term, and also to some of its anatomical characteristics. To find answers to these questions, we set up a study protocol on material consisting of three series of modern Humans (675 individuals; 8,861 teeth, 419 with hypercementosis), using photography, radiography, stereomicroscopy, scanning electron microscopy and histology techniques. From this we were able to produce a definition and a classification of hypercementosis based on reproducible criteria, we assessed frequency using a large set of samples and determined the main etiologies (continuous eruption associated with the loss of opposing teeth, apical periodontitis, periodontal injuries, dental inclusion, general pathologies, genetic syndromes, heredity, idiopathy). We were also able to provide new data on hyperplastic cement thicknesses and the anatomy of apical foramens. Finally, our results were applied to a number of Neanderthal teeth, which led us to reconsider the hypothesis according to which the importance of occlusal stress in this taxon is the main cause of hypercementosis.

Le rachitisme vitamino-résistant hypophosphatémique (RVRH) est une maladie génétique rare causée par des mutations du gène PHEX. La perte de fonction de la protéine PHEX conduit à l’augmentation du FGF23, une hormone circulante qui agit sur le rein et entraîne une perte systémique de phosphate. Le squelette rachitique des patients atteints de RVRH présente des déformations osseuses et une ostéomalacie. La dentine hypominéralisée des patients est à l’origine d’abcès dentaires fréquents, mais le statut parodontal des patients RVRH est mal connu, de même que leur risque de développer une parodontite pouvant aboutir à la perte des dents. La fonction et le substrat de la protéine PHEX ne sont pas identifiés avec exactitude. Il a été montré in vitro que PHEX avait la capacité d’interagir et de dégrader des protéines membres de la famille des SIBLINGs comme MEPE ou OPN, toutes les deux impliquées dans la régulation de la minéralisation des tissus osseux et dentinaires, mais on ne sait pas si in vivo les défauts de minéralisation observés résultent principalement de l’hypophosphatémie systémique ou bien également des effets directs de l’absence de PHEX sur les protéines régulatrices de la minéralisation. L’objectif de cette thèse a consisté à s’intéresser à la physiopathologie du parodonte dans le RVRH ainsi qu’à déterminer quel était l’impact de la mutation de PHEX dans un modèle de biominéralisation humaine où les conditions de concentration en phosphate pouvaient être ajustées et normalisées. Nous avons d’abord analysé le statut parodontal de 34 patients RVRH dans une étude clinique cas-témoins et ainsi montré que les malades dont la supplémentation en phosphate et vitamine D était tardive ou incomplète présentaient une fréquence et une sévérité accrues de maladie parodontale. Le phénotype parodontal du RVRH a alors été étudié sur des échantillons humains et sur le modèle murin du RVRH, la souris HYP. Nous avons réalisé un modèle d’égression dentaire de façon à permettre une apposition du cément cellulaire, ainsi qu’un modèle de résorption et de réparation osseuses parodontales afin de caractériser l’impact du RVRH sur la physiopathologie parodontale. Nos résultats ont montré que le phénotype parodontal et sa physiopathologie étaient très perturbés dans le rachitisme vitamino-résistant hypophosphatémique et chez la souris HYP, nous avons aussi pu mettre en évidence que le rôle pathologique majeur joué par l’ostéopontine dans le tissu osseux au cours du RVRH ne pouvait pas être généralisé aux autres tissus minéralisés du parodonte. De façon à identifier le rôle de PHEX dans la minéralisation matricielle locale indépendamment de la phosphatémie systémique, nous avons ensemencé des matrices de collagène dense avec des cellules primaires humaines issues de patients RVRH comparés à des contrôles que nous avons cultivés pendant 24 jours en conditions ostéogéniques avec des concentrations en phosphate identiques. Nos résultats ont montré que malgré une concentration normale en phosphate, la perte de fonction de la protéine PHEX entraînait une diminution de la quantité et de la qualité de la phase minérale et une accumulation et une dégradation pathologiques de la protéine OPN. Les contributions originales de ce travail de thèse doctorale ont consisté à démontrer sur le plan clinique et biologique la susceptibilité accrue du rachitisme hypophosphatémique lié à l’X quant au risque de développer une maladie parodontale, ainsi qu’à apporter la preuve d’un rôle pathologique de l’absence de PHEX indépendant de la phosphatémie sur des cultures primaires humaines. / X-linked hypophosphatemia (XLH) is a rare X-linked dominant disorder caused by inactivating mutations in the PHEX gene. The impairment of PHEX protein leads to an increase in FGF23, a circulating factor that causes systemic loss of phosphate. The rachitic skeleton of patients with XLH displays short stature and osteomalacia. Dental defects include poorly mineralized dentin and spontaneous dental abscesses. Little is known about the periodontal condition of XLH and if patients are more prone to develop periodontitis, eventually leading to tooth loss. Although the exact function and substrate of PHEX are not known, it has been shown in vitro that PHEX could interact with SIBLING proteins such as MEPE or OPN, both involved in the regulation of bone and dentin mineralization, but it is not yet clear if the defects in the calcified extracellular matrices of XLH are caused by systemic hypophosphatemia only, or also by local consequences of the absence of PHEX. The aim of this doctoral dissertation was to explore the pathobiology of the XLH periodontium and to determine the impact of PHEX deficiency at the local level in a model of human biomineralization where phosphate supply could be adjusted and normalized. We first examined 34 adults with XLH in a case-control study and observed that periodontitis frequency and severity were increased in individuals with late or incomplete supplementation in phosphate and vitamin D analogs. The periodontium was then analyzed in XLH dental roots and further characterized in the Hyp mouse, the murine model of XLH. We performed a model of tooth movement adaptation leading to the formation of cellular cementum and a model of periodontal breakdown and repair to investigate the impact of XLH on the pathobiology of periodontal tissues. Our results showed strongly affected XLH/Hyp periodontal phenotype and impaired pathobiology and suggested that the key role played by OPN in bone could not be generalized to other periodontal mineralized tissues. In order to determine the role of PHEX in local human mineralization, dense collagen gels were seeded with primary human dental pulp cells harvested from XLH patients displaying PHEX mutations and age-matched healthy individuals. Cell-seeded gels were cultured up to 24 days under osteogenic conditions and controlled phosphate medium concentrations. Our results showed that despite normal phosphate concentrations, PHEX deficiency led to decreased quantity and quality of the mineral phase and a pathologic accumulation and processing of OPN. Overall the original contributions of this doctoral dissertation consist in the demonstration of a higher susceptibility of XLH patients to periodontitis and in the evidence of a local effect of PHEX deficiency in the pathologic intrinsic mineralization from XLH osteogenic cells.