L’hypertension artérielle pulmonaire idiopathique (HTAPi) se caractérise par une une augmentation des résistances vasculaire, une augmentation de la PAPm et à long terme une insuffisance ventriculaire droite. La dysfonction endothéliale est l’événement initial de la maladie. Elle résulte d’un déséquilibre de synthèse des molécules vasoactives, d’un défaut de production de facteurs de croissance. Ces perturbations affectent directement le muscle lisse adjacent qui en réponse produit une vasoconstriction et une prolifération excessive. Le muscle lisse possède également ses propres anomalies intrinsèques contribuant à amplifier son phénotype vasoconstrictif et prolifératif. Actuellement, les thérapeutiques de l’HTAP ne permettent pas de corriger le remodelage vasculaire et les données cliniques soulignent leur manque d’efficacité en ce qui concerne la survie des patients. Ces travaux de doctorat ont visé à proposer de nouvelles approches thérapeutiques. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à l’implication de la kinase Src dans la pathogenèse de l’HTAP. Nous avons montré que l’augmentation du niveau de Src dans les CML-AP été associée au développement de l’HTAPi. Aussi, nous avons montré que l’inhibition de Src, avec des molécules spécifiques, prévient la prolifération des CML-AP in vitro et réverse l’HTAP dans un modèle expérimental induit par la monocrotaline. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l’inhibition des récepteurs adrénergiques dans l’HTAP. Nous avons comparé les effets du nébivolol, un β-bloquant de troisième génération qui possède des propriétés vasodilatatrices, aux effets du métoprolol, un β-bloquant de deuxième génération. Nous avons montré que le nébivolol, contrairement au métoprolol, a des effets positifs sur la dysfonction endothéliale, la relaxation des artères pulmonaires et sur le modèle expérimental de l’HP induite par la monocrotaline. Ainsi au cours de ce doctorat, nous avons caractérisé deux stratégies thérapeutiques différentes qui ont montré toutes deux un potentiel intéressant pour le traitement de l’HTAP. / Idiopathic Pulmonary Arterial Hypertension (iPAH) is characterized by an increased vascular resistance, increase pulmonary artery pressure, and at long term, a right ventricular failure. Endothelial dysfunction is the initial event of this pathology. It is a result of altered vasoactive molecules synthesis, altered growth factors production. These alterations directly affect the neighboring smooth muscle which produces an important vasoconstriction and a significant proliferation. Also, the smooth muscle has its own intrinsic abnormalities that participate in its vasoconstriction and proliferation phenotypes.It is to note that to date, PAH treatment strategies do not improve the vascular remodeling. Moreover, clinical results show no efficiency of these treatments on patient survival. Accordingly, this thesis studies have targeted new and better therapeutic approaches. To this aim, we have fist oriented our research toward the involvement of Src kinase in PAH pathology. We found that increased Src level in the Pulmonary Artery Smooth Muscle Cells (PA-SMC) was associated with PAH development. Also, we have showed that, in vitro, Src inhibition, with specific molecules, prevent PA-SMC proliferation and revert PAH in a monocrotaline-induced experimental model. The second aim of this thesis work was oriented toward beta-adrenergic receptor inhibition in PAH. We have compared the effect of both the nebivolol, which is a third generation of b-blockers that has a vasodilation proterties, and metoprolol, which is a second generation of -blockers. Our results show that, as opposite to metoprolol, nebivolol has positive effects on endothelial dysfunctions, pulmonary artery relaxation, and on monocrotaline-induced PH in rats.Therefore, during this thesis, we have characterized two different therapeutic strategies that both show interesting potential in PAH treatment.

This thesis consists of four papers, three papers about modelling animal populations and one paper about an area integral estimate for solutions of partial differential equations on non-smooth domains. The papers are: I. Å. Brännström, Single species population models from first principles. II. Å. Brännström and D. J. T. Sumpter, Stochastic analogues of deterministic single species population models. III. Å. Brännström and D. J. T. Sumpter, Coupled map lattice approximations for spatially explicit individual-based models of ecology. IV. Å. Brännström, An area integral estimate for higher order parabolic equations. In the first paper we derive deterministic discrete single species population models with first order feedback, such as the Hassell and Beverton-Holt model, from first principles. The derivations build on the site based method of Sumpter & Broomhead (2001) and Johansson & Sumpter (2003). A three parameter generalisation of the Beverton-Holtmodel is also derived, and one of the parameters is shown to correspond directly to the underlying distribution of individuals. The second paper is about constructing stochastic population models that incorporate a given deterministic skeleton. Using the Ricker model as an example, we construct several stochastic analogues and fit them to data using the method of maximum likelihood. The results show that an accurate stochastic population model is most important when the dynamics are periodic or chaotic, and that the two most common ways of constructing stochastic analogues, using additive normally distributed noise or multiplicative lognormally distributed noise, give models that fit the data well. The latter is also motivated on theoretical grounds. In the third paper we approximate a spatially explicit individual-based model with a stochastic coupledmap lattice. The approximation effectively disentangles the deterministic and stochastic components of the model. Based on this approximation we argue that the stable population dynamics seen for short dispersal ranges is a consequence of increased stochasticity from local interactions and dispersal. Finally, the fourth paper contains a proof that for solutions of higher order real homogeneous constant coefficient parabolic operators on Lipschitz cylinders, the area integral dominates the maximal function in the L2-norm.

This thesis considers atom`s attributes, which affects shape of molecules. It describes rules that are basic for molecule creation. This text features basic attributes and rules, which affects the final shape of molecule. Next part of this text explains several ways to display molecule. Following parts of this thesis describes several ways how to store and represent atom and molecules in computer technology along with solution of these problems that are used for this thesis.

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Les cellules dendritiques (CD) et l'interleukine-7 (IL-7) sont deux facteurs essentiels au développement et à l'homéostasie des lymphocytes T. Une anomalie de la production ou de la signalisation de l’IL-7 est associée à un défaut de la thymopoïèse en plus d’une profonde lymphopénie. Parallèlement, la déficience des CD, entraine une rupture de la tolérance au soi menant au développement de maladies auto-immunes et une altération de l’homéostasie des Lymphocyte T. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés globalement à la contribution de l’IL-7 et des CD dans la reconstitution et l'homéostasie des lymphocytes dans deux contextes thérapeutiques différents. Premièrement, il a été démontré que le traitement avec l'imatinib (médicament utilisé pour traiter la leucémie myéloïde chronique (LMC)) induisait une diminution du nombre de lymphocytes T chez les patients atteints de LMC. À partir de notre étude in vitro sur des cellules mononuclées du sang périphérique (peripheral blood mononuclear cells) (PBMC) humaines cultivées en présence d’imatinib avant d’être stimuler par l’IL-7 à différentes concentrations, nous avons mis en évidence une perturbation de la signalisation de l’IL-7 dans les lymphocytes T suite à une interférence avec l’imatinib. À l’aide de notre modèle murin traité à l’imatinib, nous avons également montré in vivo, une altération de l’homéostasie des lymphocyte T. La modulation négative de l’homéostasie des LT par l’imatinib est également accompagnée d’une diminution dramatique de la proportion des CD, ce qui pourrait également faire décliner le pool des lymphocyte T. Deuxièmement, dans un contexte de greffe de moelle osseuse (MO) syngénique, nous avons analysé la contribution de l’IL-7 produite par les CD, dans la thymopoïèse et l’homéostasie des lymphocyte T. Pour évaluer la contribution de l’IL-7 produite par les cellules hématopoïétiques dans la reconstitution et l’homéostasie lymphocytaire T, nous avons généré des chimères de MO avec une production d’IL-7 exclusivement limitée aux cellules stromales, par greffe de MO IL-7-/- dans des souris Rag -/-. Les souris Rag -/- transplantées avec des cellules de MO IL-7 - /- développent une maladie auto-immune systémique létale à 4-5 semaines post greffe. Nos résultats suggèrent fortement une contribution cruciale de l’IL-7 produite par les CSH (Cellules Souches Hématopoïétiques) dans la reconstitution immunitaire après greffe de MO. L’ensemble de nos travaux contribue à élargir la compréhension de la biologie de l'axe IL-7/ IL-7Rα et des CD dans le développement et l’homéostasie des lymphocytes T. / Dendritic cells (DCs) and interleukin-7 (IL-7) are two factors essential for the development and homeostasis of T lymphocytes. An abnormality in the production or signaling of IL-7 is associated with a defective thymopoiesis and severe lymphopenia. DCs deficiency leads to a breakdown in self-tolerance leading to the development of autoimmune diseases and impaired T cells homeostasis. In this thesis, we have focused on the contribution of IL-7 and DCs in the reconstitution and homeostasis of lymphocytes in two different therapeutic contexts. Firstly, imatinib (drug used to treat chronic myeloid leukemia (CML)) has been shown to induce a decrease of T lymphocytes number in patients with CML. From our in vitro study on human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) cultured in the presence of imatinib before stimulation by IL-7 at different concentrations, we demonstrated a disruption of IL-7 signaling in T cells following interference with imatinib. Using our imatinib-treated mouse model, we also showed in vivo impaired T cells homeostasis. The negative modulation of T lymphocytes homeostasis by imatinib is also accompanied by a dramatic decrease in the proportion of DCs, which could also decline T cells pool. Secondly, we used murine syngeneic bone marrow transplantation (BMT) models to study the contribution of IL-7 produced by DCs in thymopoiesis and T cells homeostasis. To assess the role of IL-7 produced by DCs in T cell reconstitution and homeostasis, we generated BM chimeras with IL-7 production exclusively limited to stromal cells, by BMT of IL-7 - / - into Rag - / - mice. Rag - / - mice transplanted with IL-7 -/- BM cells develop a lethal systemic autoimmune disease post-transplant at 4-5 weeks post-BMT. Our results strongly suggest a major contribution of Hematopoietic stem cells (HSC)-produced IL-7 in immune reconstitution after BM transplantation. Our work contributes to expanding our understanding of the biology of the IL-7 / IL-7Rα axis and DCs in T cell development and homeostasis.

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Dans ce travail de recherche, nous sommes intéresses par la modélisation de l'hématopoïèse. Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont des cellules indifférenciées de la moelle osseuse, possédant la capacité de se renouveler et de se différencier (pour la production des globules rouges, globules blancs et les plaquettes). Le processus de l'hématopoïèse souvent révèle des irrégularités qui causent les maladies hématologiques. En modélisant la leucémie myéloide chronique (LMC), une maladie hématologique fréquente, nous représentons l'hématopoïèse des cellules normales et cancéreuses par un système d'équations différentielles ordinaires (EDO). L'homéostasie des cellules normales et différente de l'homéostasie des cellules cancéreuses, et dépend de quelques lignées des cellules normales et cancéreuses. Nous analysons la dynamique globale du modèle pour obtenir les conditions de régénération de l'hématopoïèse ou bien la persistance de la LMC. Nous démontrons aussi que la coexistence des cellules normales et cancéreuses ne peut avoir lieu pour longtemps. Imatinib est un traitement de base de la LMC, avec un dosage variant de 400 à 1000 mg par jour. Certains patients présentent des réponses différentes à la thérapie, pouvant être hématologique, cytogénétique et moléculaire. La thérapie échoue dans deux cas: le patient demande un temps plus long pour réagir, alors il s'agit d'une réponse suboptimale; ou bien le patient résiste après une bonne réponse initiale. Pour déterminer le dosage optimal, nécessaire à la réduction des cellules cancéreuses, nous représentons les effets de la thérapie par un problème de contrôle optimal. Notre but est de minimiser le cout du traitement et le nombre des cellules cancéreuses. La réponse suboptimale, la résistance et le rétablissement sont alors obtenus suivant l'influence de l'imatinib sur les taux de division et de mortalité des cellules cancéreuses. Nous étudions par ailleurs l'hématopoïèse selon un modèle structuré en age, décrivant l'évolution des CSH normales et cancéreuses. Nous démontrons que le taux de division des CSH cancéreuses joue un rôle important dans la détermination du contrôle optimal. En contrôlant la croissance des cellules normales et cancéreuses avec compétition inter spécifique, nous démontrons que le dosage optimal dépend de l'homéostasie des CSH cancéreuses. / Modelling hematopoiesis represents a feature of our research. Hematopoietic stem cells (HSC) are undifferentiated cells, located in bone marrow, with unique abilities of self-renewal and differentiation (production of white cells, red blood cells and platelets).The process of hematopoiesis often exhibits abnormalities causing hematological diseases. In modelling Chronic Myeloid Leukemia (CML), a frequent hematological disease, we represent hematopoiesis of normal and leukemic cells by means of ordinary differential equations (ODE). Homeostasis of normal and leukemic cells are supposed to be different and depend on some lines of normal and leukemic HSC. We analyze the global dynamics of the model to obtain the conditions for regeneration of hematopoiesis and persistence of CML. We prove as well that normal and leukemic cells can not coexist for a long time. Imatinib is the main treatment of CML, with posology varying from 400 to 1000 mg per day. Some affected individuals respond to therapy with various levels being hematologic, cytogenetic and molecular. Therapy fails in two cases: the patient takes a long time to react, then suboptimal response occurs; or the patient resists after an initial response. Determining the optimal dosage required to reduce leukemic cells is another challenge. We approach therapy effects as an optimal control problem to minimize the cost of treatment and the level of leukemic cells. Suboptimal response, resistance and recovery forms are obtained through the influence of imatinib onto the division and mortality rates of leukemic cells. Hematopoiesis can be investigated according to age of cells. An age-structured system, describing the evolution of normal and leukemic HSC shows that the division rate of leukemic HSC plays a crucial role when determining the optimal control. When controlling the growth of cells under interspecific competition within normal and leukemic HSC, we prove that optimal dosage is related to homeostasis of leukemic HSC.

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