Le cartilage a une capacité de régénération très limitée car il n'est pas vascularisé. Laréparation de ce tissu est un défi et les techniques chirurgicales actuelles sont insatisfaisantes à longterme. Le cartilage est donc un bon candidat pour l'ingénierie tissulaire. La transplantation dechondrocytes autologues (TCA) a été la première thérapie cellulaire développée en rhumatologie maiscette procédure implique une amplification des cellules qui aboutit à une perte du phénotypechondrocytaire (perte de l'expression du collagène de type II, protéine majoritaire du cartilage), auprofit d'un phénotype fibroblastique (caractérisé par l'expression du collagène de type I, retrouvé dansles tissus fibreux). La TCA conduit donc à une greffe de chondrocytes dédifférenciés produisant unfibrocartilage, dont les propriétés mécaniques sont inférieures à celles du cartilage articulaire.Aujourd'hui, les agences de santé au niveau international s'accordent pour dire que cette procédurenécessite d'être améliorée, par un meilleur contrôle du phénotype cellulaire et l'utilisation debiomatériaux pour mieux combler les lésions articulaires. Il s'agit donc de passer de la thérapiecellulaire à l'ingénierie tissulaire du cartilage.L'objectif de nos travaux a été d'évaluer la capacité d'un gel innovant de peptides autoassemblants,l'hydrogel IEIK13, à jouer le rôle de support pour des chondrocytes humains afin qu'ilsproduisent une matrice cartilage sous l'action de facteurs chondrogéniques. L'objectif visé a été lacréation d'un gel cartilage implantable par arthroscopie. Le défi a été de surmonter la dédifférenciationdes chondrocytes inhérente à leur amplification et incontournable pour augmenter le réservoircellulaire. L'amplification de chondrocytes humains a été réalisée en présence de FGF-2 et d'insuline(cocktail FI) puis leur redifférenciation a été induite en gel IEIK13 sous l'action de BMP-2, d'insuline etd'hormone T3 (cocktail BIT). C'est la combinaison sélective des deux cocktails qui permet la séquencedédifférenciation-redifférenciation. Le phénotype des chondrocytes et la nature de la matriceextracellulaire synthétisée en gel ont été évalués dans un premier temps in vitro, par des analyses dePCR en temps réel, Western-blots et d'immunohistochimie. Dans un second temps, nous avonstransplanté le gel cartilage dans des lésions articulaires de genou d'un modèle original de primate nonhumain(singe cynomolgus), un type de gros animal dont la posture et le fonctionnement desarticulations s'apparentent à l'homme. Nos études d'imagerie non invasive (telle qu'elle est pratiquéechez l'homme) et immunohistochimiques trois mois après implantation montrent une réparationsatisfaisante des lésions, en comparaison avec les lésions laissées non comblées. L'ensemble de nosrésultats montre pour la première fois que l'hydrogel IEIK13 est un biomatériau favorable pourreconstruire le cartilage et que le primate non-humain est un modèle préclinique unique pour évaluerl'efficacité de l'ingénierie tissulaire du cartilage / Cartilage is not vascularized and presents poor capacity of self-regeneration. Repairing thistissue is a challenge and current surgical techniques are not satisfactory in the long term. Cartilage isthus a good candidate for tissue engineering. Autologous chondrocyte transplantation (ACT) was thefirst cell therapy developed for cartilage repair. This procedure implies amplification of cells whichresults in chondrocyte dedifferentiation (loss of expression of type II collagen, the major protein ofcartilage and acquisition of expression of type I collagen, the major protein found in fibrous tissues).Thus, ACT results in implantation of fibroblastic cells producing fibrocartilage with biomechanicalproperties inferior to native articular cartilage. The international health agencies agree that ACT needsto be improved with better control of the chondrocyte phenotype and use of biomaterials. Therefore,cell therapy of cartilage needs to move towards tissue engineering of cartilage.The objective of our study was to evaluate the capacity of an innovative self-assemblingpeptide (IEIK13) to support cartilage matrix production by human chondrocytes. Our goal was to createa cartilage gel that can be implanted by arthroscopy. A main challenge was to meet the problem ofchondrocyte dedifferentiation induced by cell amplification necessary to increase the cellularreservoir. Amplification of human chondrocytes was performed in the presence of FGF-2 and insulin(cocktail FI), and redifferentiation was subsequently induced in IEIK13 gel with BMP-2, insulin, andtriiodothyronine T3 (cocktail BIT). The specific combination of these two cocktails alloweddedifferentiation-redifferentiation of chondrocytes. The status of the chondrocyte phenotype and thenature of the extracellular matrix secreted in gel were first assessed in vitro by real-time PCR, Westernblottingand immunhostochemistry analyses. With a view of clinical application, we then transplantedIEIK13-engineered cartilages into defects created in knees of an original model of non-human primate(cynomolgus monkey), a type of large animal whose anatomy and biomechanics mimic human. Ournon-invasive imaging analyses and our inmmunohistochemical studies performed three months afterimplantation show correct reparation of the lesions, in comparison with the defects left untreated.Altogether, our results demonstrate for the first time that IEIK13 is a suitable biomaterial for cartilagerepair and that cynomolgus monkey represents a unique preclinical model to evaluate efficiency ofcartilage tissue engineering.

L'ostéochondrose (OC) est une affection ostéo-articulaire juvénile caractérisée par une perturbation locale de la maturation du cartilage créant des zones de fragilité. L'OC a été décrite chez de nombreuses espèces dont l'Homme, le Chien, le Porc, le Poulet et le Cheval. Chez le cheval les lésions s'installent progressivement, sans symptômes, avant l'âge d'un an et les manifestations cliniques ne se manifestent que tardivement, souvent à l'entraînement. L'OC affecte 10 à 30 % de la population équine représentant ainsi un souci majeur pour la filière tant sur le plan du bien être animal que sur le plan économique. Son étiologie, multifactorielle, est encore mal comprise et implique des composantes génétiques et environnementales ainsi que traumatiques. Les objectifs des travaux présentés étaient d'améliorer la compréhension de la physiopathologie de l'OC équine et de mettre en évidence les processus biologiques perturbés. L'ensemble des résultats a permis de préciser la définition des différentes entités de l'OC et pourraient également être pertinentes dans l'amélioration du diagnostic et le dévelopement de nouveaux traitements. Un défaut constitutif de l'os et du cartilage a été mis en évidence chez les individus atteints d'OC, notamment associé à une perturbation du métabolisme énergénique et un stress du reticulum endoplasmique. De plus, selon le type de lésions, des mécanismes moléculaires sous-jacents différents sont impliqués dans leur développement. D'autre part, les microARNs (miRNAs) semblent également jouer un rôle dans la physiopathologie de l'OC et certains d'entre eux pourraient constituer de bonnes cibles thérapeutiques ou être utilisés comme biomarqueurs diagnostics. / Osteochondrosis (OC) is a juvenile osteo-articular disease characterized by a focal failure of cartilage maturation leading to weak areas. OC has been described in several species including Human, Dog, Swine, Poultry and Horse. In horse, lesions develop gradually without symptoms before one year old and clinical manifestations occur tardily during training. OC affects 10 to 30% of equine population and constitutes a major concern in terms of animal welfare and economy. Its multifactorial etiology remains poorly understood and involved several factors including genetics, environment and traumas. The aim of this current work was to improve the comprehension of equine OC physiopathology and highlight biological pathways disrupted. Taken together, our results made it possible to refine the definition of OC entities and our data could be relevant to improve diagnosis and develop new therapies. A constitutive defect was found in cartilage and bone of OC-affected horses and particularly a defective energy metabolism and a endoplasmic reticulum stress. Moreover, in function of lesion type, different underlying molecular mechanisms are involved in their development. Secondly, mircoRNAs (miRNAs) seem to take part in the OC physiopathology and some miRNAs could constitute a relevant therapeutic target or be used as diagnosis biomarkers.

L’hadronthérapie par ions carbone représente une modalité de radiothérapie alternative très attractive du fait des propriétés physiques et biologiques de ce type de particules. Les chondrosarcomes, tumeurs radio-résistantes à différentiation cartilagineuse, sont en première ligne pour le traitement par ions carbone. Cependant, les effets secondaires sur les tissus sains environnants sont peu ou mal connus. Ce projet a pour but l’étude des effets directs des ions accélérés dans un modèle 3D de cartilage sain et pathologique proche de l’homéostasie humaine et le développement de nouveaux outils de calculs d’efficacité biologique relative (EBR). Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux séquelles radio-induites sur le cartilage articulaire dans un contexte d’hadronthérapie par ions carbone. En culture 2D physioxique (2% d’O2), l’efficacité biologique relative des ions carbone (transfert d’énergie linéique ou TEL intermédiaire) comparée aux rayons X a été évaluée à 2,6. Ceci a été corrélé à une plus forte induction de sénescence radio-induite. Cependant, cet effet différentiel n’a pas été retrouvé en utilisant un modèle 3D de cartilage articulaire. L’efficacité biologique relative des ions accélérés semble donc surévaluée, en utilisant des cultures en monocouche, par rapport à la 3D. Dans un deuxième temps, un modèle 3D de chondrosarcome a été développé pour des études d’hadronbiologie. Après plusieurs obstacles techniques, des méthodes d’extraction protéique et d’immunohistochimie ont été mises au point. Une nouvelle méthode d’évaluation de l’EBR en 3D basée sur la cinétique d’induction de la protéine γ-H2AX a été proposée. / Hadrontherapy using carbon ions has many advantages due to physical and biological properties of this type of particle. Chondrosarcoma, a cartilaginous radio-resistant tumor, has been successfully treated using carbon ions. However, potential side effects to the surrounding healthy tissues are still poorly known. This project aims to study the direct effects of carbon ions in a 3D model of healthy articular cartilage and chondrosarcoma close to human homeostasis, in order to provide new tools for the evaluation of the relative biological effectiveness (RBE).The first part of the project was dedicated to the evaluation of carbon ions-induced impact on articular cartilage in the context of chondrosarcoma treatment. Compared to X-rays, the relative biological effectiveness of intermediate-LET carbon ions scored 2.6 in 2D monolayer culture. This was correlated with a stronger induction of cellular senescence. However, this differential effect was not reproduced using a 3D model of articular cartilage. Thus, the relative biological effectiveness of accelerated ions is probably overestimated using monolayer cultures (2D), compared to 3D. In the second part of this work, we developed a 3D chondrosarcoma model for hadronbiology studies. Protein extraction and immunohistochemistry protocols were developed. A new RBE evaluation method based on γ -H2AX repair kinetic in 3D, was proposed.

The Runx family of transcription factors supports cell fate determination, cell cycle regulation, global protein synthesis control, and genetic as well as epigenetic regulation of target genes. Runx1, which is essential for hematopoiesis; Runx2, which is required for osteoblast differentiation; and Runx3, which is involved in neurologic and gut development; are expressed in the growth plate during chondrocyte maturation, and in the chondrocytes of permanent cartilage structures. While Runx2 is known to control genes that contribute to chondrocyte hypertrophy, the functions of Runx1 and Runx3 during chondrogenesis and in cartilage tissue have been less well studied. The goals of this project were to characterize expression of Runx proteins in articular cartilage and differentiating chondrocytes and to determine the contribution of Runx1 to osteoarthritis (OA). Here, the expression pattern of Runx1 and Runx2 was characterized in normal bovine articular cartilage. Runx2 is expressed at higher levels in deep zone chondrocytes, while Runx1 is primarily expressed in superficial zone chondrocytes, which is the single cell layer that lines the surface of articular cartilage. Based on this finding, the hypothesis was tested that Runx1 is involved in osteoarthritis, which is a disease characterized by degradation of articular cartilage and changes in chondrocytes. These studies showed that Runx1 is upregulated in articular cartilage explants in response to mechanical compression. Runx1 was also expressed in chondrocytes found at the periphery of OA lesions in the articular cartilage of mice that underwent an OA-inducing surgery. Runx1 was also upregulated in cartilage explants of human osteoarthritic knees, and IHC data showed that Runx1 is mainly expressed in chondrocyte “clones” characteristic of OA. To ascertain the potential function of the upregulation of Runx1 in these cartilage stress conditions and disease states, the hypothesis was tested that Runx1 is upregulated in very specific chondrocyte populations in response to the cartilage damage in osteoarthritis. These studies addressed the properties of these cells that related to functions in cell growth and differentiation. In both the surface layer of normal articular cartilage, and in OA cartilage, Runx1 expression by IF co-localized with markers of mesenchymal progenitor cells, as well as markers of proliferation Ki-67 and PCNA. This finding indicated that Runx1 is found in a population of cells that represent a proliferative population of mesenchymal progenitor cells in osteoarthritis. To further address Runx1 function and identify downstream targets of Runx proteins, a promoter analysis of genes that are known to be either downregulated or upregulated during chondrocyte maturation was done. These studies found that many of these genes have 1 or more Runx binding sites within 2kb of their transcription start site, indicating that they are potential downstream Runx target genes. Lastly, some preliminary experiments were done to characterize novel roles of Runx proteins in the chondrocyte. Runx proteins have been shown to epigenetically regulate their target genes by remaining bound to them throughout mitosis, “poising” them for transcription upon exit from mitosis. The hypothesis that Runx proteins also function by remaining bound to their target genes throughout mitosis in chondrocytes was tested. It was demonstrated by immunofluorescense imaging of Runx proteins on metaphase chromosomes of ATDC5 cells, that Runx2 remains bound to chromosomes during mitosis. Cell proliferation and hypertrophy are both linked to increases in protein synthesis. Runx factors, which regulate rates of global protein synthesis, are expressed in both proliferating and hypertrophic chondrocytes. Thus, it was hypothesized that Runx proteins regulate rates of global protein synthesis during chondrocyte maturation. These studies showed that the overexpression of Runx proteins in a chondrocyte cell line (ATDC5) did not affect protein synthesis rates or levels of protein synthesis machinery. Additionally, Runx proteins did not affect proliferation rates in this chondrocyte cell line.

Osteoarthritis (OA), a degenerative disease of articular joints, is the leading cause of chronic disability in the US and affects more than a third of adults over 65 years old. Due to the obesity epidemic and an aging population, the prevalence of OA is expected to rise in both young and old adults. There are no disease modifying OA drugs. Therefore, providing any treatment options that delay the onset or progression of OA is highly desirable. The scope of this dissertation examines two different strategies to promote translational therapies for OA. The first approach investigated whether Smad ubiquitin regulatory factor 2 (Smurf2), an E3 ubiquitin ligase, could be a potential therapeutic target for OA. The second approach examined the incorporation of small chemical residues to enhance the physical and bioactivity of a bioinert scaffold for cartilage tissue repair. Overexpression of Smurf2 in chondrocytes was shown to accelerate spontaneous OA development in mice. We hypothesized that reduced Smurf2 expression could slow the progression of OA and enhance the performance of cells for cartilage repair. By performing surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) on Smurf2-deficient mice, loss of Smurf2 was shown to mitigate OA changes in young mice but this protection diminished in older mice. Assessment of Smurf2-deficient chondrocytes in vitro revealed an upregulation of chondrogenic genes compared to wild-type; however, these differences were not seen at the protein level, deterring its potential use for cell-based therapies. During the course of this study, new insights about how age and sex affects different joint compartments in response to DMM surgery were also uncovered. These results broadened existing understanding of DMM-induced OA in mice but also questioned the validity of such a model to identify disease modifying targets that are translatable to OA in humans with advanced age. Due to a lack of innate repair mechanisms in cartilage, damage to cartilage increases the risk of developing OA early. Tissue engineering provides a unique strategy for repairing damaged cartilage by delivering cells in a well-controlled environment that can promote the formation of neotissue. We hypothesized that synthetic chemical residues could enhance the mechanical properties of a bioinert scaffold and promote matrix production of encapsulated chondrocytes. Covalent incorporation of small anionic or zwitterionic chemical residues in a polyethylene glycol-based hydrogel improved its stiffness and resistance to fluid flow, however, the resulting physical environment can also exert a dominant negative effect on matrix production of encapsulated chondrocytes. These results suggest that modulating the biosynthesis of chondrocytes with biochemical signals requires a concurrent reduction in any conflicting mechanotransduction signaling, emphasizing the importance of a degradable system to promote new cartilage formation. In summary, this dissertation establishes Smurf2 as a modulator of OA progression but implies that other factors such as age or protein(s) with redundant Smurf2 functions may play a role in limiting its effect as a therapeutic target. This work also reveals fundamental biology about how chondrocytes behave in response to physical and chemical cues in their microenvironment, which will aid in the design of better scaffolds for cartilage tissue engineering.

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Le cartilage est un tissu conjonctif composé d’une seule sorte de cellule nommée chondrocytes. Ce tissu offre une fondation pour la formation des os. Les os longs se développent par l'ossification endochondral. Ce processus implique la coordination entre la prolifération, la différenciation et l'apoptose des chondrocytes, et résulte au remplacement du cartilage par l'os. Des anomalies au niveau du squelette et des défauts liés à l’âge tels que l’arthrose (OA) apparaissent lorsqu’il y a une perturbation dans l’équilibre du processus de développement. À ce jour, les mécanismes exacts contrôlant la fonction et le comportement des chondrocytes pendant la croissance et le développement du cartilage sont inconnus. Le récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est un facteur de transcription impliqué dans l'homéostasie des lipides. Plus récemment, son implication a aussi été suggérée dans l'homéostasie osseuse. Cependant, le rôle de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage est inconnu. Donc, pour la première fois, cette étude examine le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle au cartilage du gène PPARγ. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Les analyses des souris ayant une délétion au PPARγ aux stades embryonnaire et adulte démontrent une réduction de la croissance des os longs, une diminution des dépôts de calcium dans l’os, de la densité osseuse et de la vascularisation, un délai dans l’ossification primaire et secondaire, une diminution cellulaire, une perte d’organisation colonnaire et une diminution des zones hypertrophiques, une désorganisation des plaques de croissance et des chondrocytes déformés. De plus, la prolifération et la différenciation des chondrocytes sont anormales. Les chondrocytes et les explants isolés du cartilage mutant démontrent une expression réduite du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)-A et des éléments de production de la matrice extracellulaire. Une augmentation de l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP)-13 est aussi observée. Dans les souris âgées ayant une délétion au PPARγ, y est aussi noté des phénotypes qui ressemblent à ceux de l’OA tel que la dégradation du cartilage et l'inflammation de la membrane synoviale, ainsi qu’une augmentation de l’expression de MMP-13 et des néoépitopes générés par les MMPs. Nos résultats démontrent que le PPARγ est nécessaire pour le développement et l’homéostasie du squelette. PPARγ est un régulateur essentiel pour la physiologie du cartilage durant les stades de croissance, de développement et de vieillissement. / Cartilage, a connective tissue composed of chondrocytes, provides an intermediate template on which bones are formed. Long bones develop through endochondral ossification, involving coordination between chondrocyte proliferation, differentiation and apoptosis, resulting in bone replacing cartilage. Disturbances in this balance results in skeletal abnormalities, and age-related defects including osteoarthritis (OA). The exact mechanisms that control chondrocyte function and behaviour during growth and development are unknown. Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, a transcription factor involved in lipid homeostasis, has recently been suggested to be involved in bone homeostasis. However, PPARγ’s role in cartilage growth and development in vivo is unknown. Therefore, for the first time, this study examines PPARγ’s specific in vivo role in cartilage growth and development using cartilage-specific PPARγ knockout (KO) mice. Conditional KO mice were generated using LoxP/Cre system. Histomorphometric analyses of embryonic and adult mutant mice demonstrate reduced long bone growth, calcium deposition, bone density, vascularity, and delayed primary and secondary ossification. Mutant growth plates are disorganized with abnormal chondrocyte shape, proliferation and differentiation, reduced cellularity, loss of columnar organization, and shorter hypertrophic zones. Isolated mutant chondrocytes and cartilage explants show decreased vascular endothelial growth factor (VEGF)-A and extracellular matrix (ECM) production product expression, and increased matrix metalloproteinase (MMP)-13 expression. Aged mutant mice exhibit accelerated OA-like phenotypes, and enhanced cartilage degradation, synovial inflammation, MMP-13 and MMP-generated neoepitope expression. Our data demonstrate that PPARγ is required for normal skeletal development and homeostasis, and is a critical regulator of cartilage health and physiology in early growth and development and aging.

Le cartilage est un tissu conjonctif composé d’une seule sorte de cellule nommée chondrocytes. Ce tissu offre une fondation pour la formation des os. Les os longs se développent par l'ossification endochondral. Ce processus implique la coordination entre la prolifération, la différenciation et l'apoptose des chondrocytes, et résulte au remplacement du cartilage par l'os. Des anomalies au niveau du squelette et des défauts liés à l’âge tels que l’arthrose (OA) apparaissent lorsqu’il y a une perturbation dans l’équilibre du processus de développement. À ce jour, les mécanismes exacts contrôlant la fonction et le comportement des chondrocytes pendant la croissance et le développement du cartilage sont inconnus. Le récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est un facteur de transcription impliqué dans l'homéostasie des lipides. Plus récemment, son implication a aussi été suggérée dans l'homéostasie osseuse. Cependant, le rôle de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage est inconnu. Donc, pour la première fois, cette étude examine le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la croissance et le développement du cartilage. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle au cartilage du gène PPARγ. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Les analyses des souris ayant une délétion au PPARγ aux stades embryonnaire et adulte démontrent une réduction de la croissance des os longs, une diminution des dépôts de calcium dans l’os, de la densité osseuse et de la vascularisation, un délai dans l’ossification primaire et secondaire, une diminution cellulaire, une perte d’organisation colonnaire et une diminution des zones hypertrophiques, une désorganisation des plaques de croissance et des chondrocytes déformés. De plus, la prolifération et la différenciation des chondrocytes sont anormales. Les chondrocytes et les explants isolés du cartilage mutant démontrent une expression réduite du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF)-A et des éléments de production de la matrice extracellulaire. Une augmentation de l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP)-13 est aussi observée. Dans les souris âgées ayant une délétion au PPARγ, y est aussi noté des phénotypes qui ressemblent à ceux de l’OA tel que la dégradation du cartilage et l'inflammation de la membrane synoviale, ainsi qu’une augmentation de l’expression de MMP-13 et des néoépitopes générés par les MMPs. Nos résultats démontrent que le PPARγ est nécessaire pour le développement et l’homéostasie du squelette. PPARγ est un régulateur essentiel pour la physiologie du cartilage durant les stades de croissance, de développement et de vieillissement. / Cartilage, a connective tissue composed of chondrocytes, provides an intermediate template on which bones are formed. Long bones develop through endochondral ossification, involving coordination between chondrocyte proliferation, differentiation and apoptosis, resulting in bone replacing cartilage. Disturbances in this balance results in skeletal abnormalities, and age-related defects including osteoarthritis (OA). The exact mechanisms that control chondrocyte function and behaviour during growth and development are unknown. Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, a transcription factor involved in lipid homeostasis, has recently been suggested to be involved in bone homeostasis. However, PPARγ’s role in cartilage growth and development in vivo is unknown. Therefore, for the first time, this study examines PPARγ’s specific in vivo role in cartilage growth and development using cartilage-specific PPARγ knockout (KO) mice. Conditional KO mice were generated using LoxP/Cre system. Histomorphometric analyses of embryonic and adult mutant mice demonstrate reduced long bone growth, calcium deposition, bone density, vascularity, and delayed primary and secondary ossification. Mutant growth plates are disorganized with abnormal chondrocyte shape, proliferation and differentiation, reduced cellularity, loss of columnar organization, and shorter hypertrophic zones. Isolated mutant chondrocytes and cartilage explants show decreased vascular endothelial growth factor (VEGF)-A and extracellular matrix (ECM) production product expression, and increased matrix metalloproteinase (MMP)-13 expression. Aged mutant mice exhibit accelerated OA-like phenotypes, and enhanced cartilage degradation, synovial inflammation, MMP-13 and MMP-generated neoepitope expression. Our data demonstrate that PPARγ is required for normal skeletal development and homeostasis, and is a critical regulator of cartilage health and physiology in early growth and development and aging.

L’ostéochondrite disséquante (OCD) est un défaut focal du processus d’ossification endochondrale en des sites spécifiques au niveau épiphysaire. Elle est caractérisée par la présence de fragments ostéochondraux pouvant se détacher de la surface articulaire. Cette maladie a un impact majeur sur les performances athlétiques des chevaux. Les deux hypothèses principales présentement véhiculées quant à sa pathogénie sont une nécrose ischémique du cartilage de croissance et une altération du métabolisme de la matrice de collagène de type II au sein du cartilage de croissance. Malgré de nombreuses années de recherche sur le sujet, plusieurs aspects de cette maladie demeurent inconnus. L’objectif de cette étude était de décrire le développement épiphysaire équin au niveau du membre pelvien à l’aide de l’imagerie médicale afin de déterminer si des variations du processus de maturation à certains sites pouvaient être un facteur prédisposant au développement de lésions d’OCD. Des membres pelviens de fœtus et de jeunes poulains ont été étudiés post-mortem. L’épiphyse du fémur distal, tibia distal et du talus ont été examinées par tomodensitométrie (CT) et résonnance magnétique 1.5 Tesla (IRM) dans le but de documenter le degré et le patron d’ossification, la régularité du front d’ossification, de même que le pourcentage du diamètre épiphysaire demeurant occupé par le complexe de cartilage articulaire-épiphysaire, et ce au niveau de certains sites prédéterminés. Les centres secondaires d’ossification (SOCs) ont été détectés pour la première fois à 7 mois de gestation (MOG) au niveau de l’épiphyse fémorale distale et à 8 MOG au niveau de l’épiphyse tibiale distale et du talus. À 8-9 MOG la lèvre latérale de la trochlée fémorale, la malléole médiale du tibia (MM) et la partie crâniale de la crête intermédiaire du tibia distal (DIRT(Cr)), tous des sites prédisposés à la maladie, avaient le plus haut pourcentage de cartilage de tous les sites évalués. Post-partum, le pourcentage de cartilage de la MM et de la DIRT(Cr) sont demeurés importants. Le CT et l’IRM ont su illustrer le développement épiphysaire équin et soutenir d’avantage le fait qu’un cartilage plus épais à certains sites articulaires pourrait avoir un rôle dans le développement de lésions d’OCD. / Osteochondrosis dissecans (OCD) is a focal failure of endochondral ossification of the epiphysis characterized by the presence of cartilage flaps and osteochondral fragments. This disease has a major impact on equine athletic performances. The two current principal hypotheses on etiopathogenesis are either an ischemic necrosis of growth cartilage or altered cartilage type II collagen metabolism. Despite years of research, many knowledge gaps on the etiology of this disease remain. The objective of this study was to image epiphyseal development in the equine pelvic limb to determine whether there was a variation in site maturation that could be a predisposing factor for OCD. Pelvic limbs (fetuses and foals) were studied post-mortem. The epiphyses of the distal femur, tibia and talus were scanned with computed tomography (CT) and 1.5 Tesla magnetic resonance imaging (MRI) to investigate the degree and pattern of ossification, the regularity of the ossification front and cartilage percentage (articular epiphyseal cartilage thickness as a percentage of total epiphyseal diameter) at predetermined sites. The secondary ossification centers (SOC) were first identified in the femoral epiphyses at 7 months of gestation (MOG), and both distal tibia and talus at 8 MOG. At 8-9 MOG the lateral trochlear ridge of the femur, medial malleolus of the tibia (MM), cranial part of the distal intermediate ridge of the tibia (DIRT(Cr)), all OCD susceptible sites, had the greatest cartilage percentage compared to all other sites assessed. Post-partum, the cartilage percentage of the MM and DIRT(Cr), common sites of OCD, remained high. CT and MRI images illustrate equine epiphyseal development and provide additional evidence that greater cartilage thickness at specific joint sites could play a role in the development of OCD.

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire invalidante caractérisée par la perte de l’intégrité du cartilage articulaire. Les recherches tentent de comprendre les mécanismes moléculaires de la maladie afin de trouver des inhibiteurs efficaces pouvant prévenir la dégradation du cartilage articulaire. Les BMPs (bone morphogenic proteins) jouent un rôle dans le processus pathophysiologique de cette maladie. Cette étude cible le rôle d’un antagoniste des BMPs, le gremlin. Nous avons étudié la régulation de l’expression de gremlin par le clonage et la caractérisation de son promoteur et en déterminant si gremlin pouvait jouer un rôle autre qu’antagoniste des BMP, en affectant l’expression d’autres gènes par l’activation d’une cascade de signalisation dans la cellule. Les résultats ont identifié une région importante dans le promoteur de gremlin qui affecte son activité basale et induite, et ont montré que le gremlin ne pouvait pas affecter l’expression génique et l’activation de signalisation intracellulaire indépendamment des BMPs. Cette étude démontre que le rôle de gremlin dans l’OA en est un essentiellement d’antagoniste des BMPs. / Osteoarthritis (OA) is a disease that affects the integrity of the articular cartilage which leads to serious health issues for many individuals. Research is focused on understanding the molecular mechanisms which lead to this loss in integrity in the hopes of finding a way to turn the tide. The bone morphogenetic proteins (BMPs) have been shown to play a role in the progression of this disease and this study focuses on one of their antagonists, gremlin. We therefore decided to study what affects the expression of this protein through the cloning and characterization of its promoter region. We also studied the role of this protein in the disease, can it influence gene expression and can it initiate a signalling cascade within the cell on its own. The results identified a region important for basal and induced activity of its promoter .The results also demonstrated that the main role of this protein in the progression of OA is through BMP antagonism. Gremlin does not initiate a signalling cascade and affect gene expression on its own.