PPARγ est un récepteur nucléaire ligand-activé qui contrôle, dans différents organes, de nombreuses fonctions cellulaires, impliquées notamment dans le contrôle de l'inflammation, de la carcinogenèse ou du métabolisme. Au niveau de la cellule épithéliale intestinale, certaines fonctions de PPARγ, comme son rôle métabolique, reste méconnu. Les effets génomiques des ligands de PPARγ sont eux aussi très mal connus dans cette cellule. L'objectif de ce travail était de comparer l'expression génomique induite par différents agonistes de PPARγ dans la cellule épithéliale intestinale par la technique de microarrays, et ainsi identifier de nouveaux gènes cibles de PPARγ et les différentes fonctions cellulaires contrôlées par ce récepteur nucléaire. Nous avons pu identifier le gène lactase, dont le déficit d'expression est responsable de l'intolérance au lactose, comme un gène cible de PPARγ. Nous avons ensuite pu montrer que les agonistes de PPARγ étaient capables d'augmenter l'expression et l'activité de la lactase in vitro et in vivo, ainsi que d'améliorer les symptômes d'intolérance au lactose dans un modèle animal ; identifiant les agonistes de PPARγ comme potentiellement le premier traitement pharmacologique de l'intolérance au lactose. Nous avons pu ensuite confirmer l'effet antinéoplasique du 5ASA au niveau de la cellule épithéliale intestinale, in vivo et in vitro, et confirmer que cette action était dépendante de PPARγ. Comme dans d'utres organes, PPARγ régule dans la cellule épithéliale intestinale les voies de l'inflammation, la différenciation et la maturation cellulaire mais aussi des fonctions métaboliques, confirmant le rôle clé de PPARγ dans le contrôle de l'homéostasie intestinale, et le potentiel thérapeutique des agonistes de PPARγ / PPARγ is a ligand-activated nuclear receptor that controls, in various organs, numerous cellular functions, involved in the control of inflammation, carcinogenesis or metabolism. In intestinal epithelial cell, some functions of PPARγ, as its metabolic role, remain unknown. The genomic effects of PPARγ ligands are also poorly known in this cell. Our objective was to compare the genomic expression induced by different PPARγ agonists in the intestinal epithelial cells by a microarrays technique, and thus to identify new PPARγ target genes and the different cellular functions controlled by this nuclear receptor. We have identified the lactase gene, whose lack of expression is responsible for lactose intolerance, as a target gene of PPARγ. We then showed that PPARγ agonists were able to increase lactase expression and activity in vitro and in vivo, identifying PPARγ agonists as potentially the first pharmacological treatment of lactose intolerance. We then confirmed the antineoplastic effect of 5ASA in intestinal epithelial cell, both in vivo and in vitro, and confirmed that this action was PPARγ-dependent. As in other organs, PPARγ regulates in intestinal epithelial cell inflammation, cell differentiation and maturation as well as metabolic functions, confirming the key role of PPARγ in the control of intestinal homeostasis, and the potential therapeutic effect of PPARγ agonists

Les protéases sont impliquées dans de nombreux processus biologiques et ont des origines très variées (cellules immunitaires, cellules épithéliales...). Leur activité est régulée par des inhibiteurs de protéases. Cette étude s'intéresse a` la balance entre les protéases épithéliales et leurs inhibiteurs dans le contexte de pathologies affectant l'intégrité´ de l'épithélium intestinal. Les conséquences d'un déséquilibre de la balance protéolytique ont été étudiées dans deux maladies chroniques aux composantes différentes, les Maladies Inflammatoires Chroniques de l'Intestin (MICI) (cycles de poussées inflammatoires) et le Syndrome du Côlon Irritable (SCI) (cycles de douleur). La muqueuse colique de patients atteints de SCI sécrète une activité de type trypsine dont l'origine et les fonctions sont mal définies. Cette étude s'intéresse à la source de cette activité trypsique dans le côlon des patients atteints de SCI, sa nature et son rôle dans l'activation neuronale. L'activité trypsique chez les patients atteints de SCI est augmentée majoritairement dans les cellules épithéliales (CEI). La stimulation de monocouches de cellules épithéliales avec du LPS ou de l'épinéphrine induit une augmentation de la quantité de trypsine-3 et de sa sécrétion au pôle basal de la cellule épithéliale stimulée, en corrélation avec une augmentation de l'activité trypsique. L'hyperactivité de la trypsine-3 au pôle basal entraine une perte de la fonction barrière de l'épithélium, anomalie retrouvée aussi chez les patients atteints de SCI. De plus, nous avons mis en évidence que la trypsine-3 est capable d'activer les neurones humains myentériques et les neurones sensitifs murins. In vivo, son administration intra-rectale à des souris induit une hypersensibilité viscérale dépendante du récepteur PAR2 (Protease Activated Receptor-2). Ainsi, les cellules épithéliales intestinales des patients atteints de SCI produisent et sécrètent de la trypsine-3 spécifiquement au pôle basal. Cette activité trypsique active des neurones sensitifs, participant à l'hypersensibilité viscérale, symptôme majeur dont souffrent les patients atteints de SCI. Les pathologies inflammatoires peuvent aussi être source d'un dérèglement protéolytique. Les patients atteints de MICI présentent une dérégulation de la balance élastolytique colique. Notre équipe a montré que l'apport d'ELAFINE (un inhibiteur d'élastase) par la bactérie génétiquement modifiée L.lactis au contact de la muqueuse inflammatoire protège les souris traitées en réduisant l'inflammation intestinale. Cependant les mécanismes protecteurs médiés par L'Elafine restent encore à déterminer. L'ELAFINE est un inhibiteur d'élastases mais possède aussi des propriétés antimicrobiennes. Afin de mettre en lumière quelles fonctions de L'Elafine portent les propriétés anti-inflammatoires des mutants de L'Elafine ont été générés et insérés dans la bactérie L.lactis: une mutation pour annuler sa fonction inhibiteur de protéase, un second mutant de son domaine antimicrobien et un dernier mutant ayant perdu ces 2 fonctions. Dans des monocouches de cellules intestinales épithéliales, l'apport d'ELAFINE protège de l'inflammation médiée par un déséquilibre de l'activité élastolytique : on observe une restauration de la fonction barrière de l'épithélium et une diminution des cytokines pro-inflammatoires (CXCL8 et IP10). La mutation du domaine antimicrobien n'affecte pas ces propriétés. Cependant, l'absence de la boucle inhibitrice annihile les propriétés anti-inflammatoires de L'Elafine. Ces travaux ont pu mettre en évidence l'importance de l'équilibre protéolytique au sein de la cellule épithéliale dans les pathologies intestinales. La balance entre les protéases et leurs inhibiteurs joue donc un rôle dans l'homéostasie épithéliale et les pathologies inflammatoires. / Proteases are involved in some biologic processes and their origins are variable (immune cells, epithelial cells...). Their activity is regulated by antiproteases. This study investigates the balance between proteases and their inhibitors in pathologies which modify epithelium integrity. Consequences of an unbalance in proteolytic activity was studied in two chronic pathologies with different components: Inflammatory Bowel Disease (IBD) (cycles of inflammatory boost) and Irritable Bowel Syndrome (IBS) (cycles of pain symptoms). Colonic mucosa from IBS patients releases trypsin activity. The origin and the functions of this activity are not well defined. This study investigated the source of this trypsin activity in the côlon of IBS patients, its nature and its role in neuronal activation. Trypsin activity from IBS patients is increased mostly in epithelial cells. Stimulation of epithelial cell monolayers with LPS or epinephrine induces an increase of trypsin-3 quantity and its secretion specifically in the basal side of epithelial cells. This is in correlation with the increase of trypsin activity. Trypsin-3 hyperactivity at the basal side provokes a loss of epithelium barrier function, which is also found in colons of IBS patients. Then, we have highlighted that trypsin-3 is able to activate human myenteric neurons and murine sensitive neurons. In vivo, its intra-rectal administration to mice induces a visceral hypersensitivity dependent of PAR2 (Protease Activated Receptors 2). Thus, intestinal epithelial cells from IBS patients produce and release trypsin-3 specifically on their basal side. This trypsin activity activates sensitive neurons which participate to visceral hypersensitivity, a major symptom of IBS patients. Inflammatory pathologies could be a source of proteolytic malfunction. IBD patients have a dysregulation of elastolytic balance in the colon. Our team has shown that ELAFIN (an elastase inhibitor) delivered by the bacteria genetically modified L.lactis near the inflamed mucosa, protects mice from intestinal inflammation. However, the protective mechanisms induced by ELAFIN need to be investigate. ELAFIN is an elastase inhibitor but have also antimicrobial properties. With the aim to highlight what function of ELAFIN owns anti-inflammatory properties, mutants of ELAFIN have been generated and were insered into L.lactis: a first mutant lacked its antiprotease function, a second lacked antimicrobial properties and a last mutant lacked both properties. In intestinal epithelial monolayers, ELAFIN delivered by L.lactis protects against inflammation: a restauration of epithelial barrier function and a decrease of pro-inflammatory cytokines (CXCL8 and IP10) are observed. Mutation of antimicrobial domain doesn't affected these properties. Nevertheless, the absence of inhibitory loop annihilates anti-inflammatory functions of ELAFIN. This work highlights the importance of proteolytic balance inside the epithelial cell in intestinal pathologies. The balance between proteases and antiproteases plays an important role in epithelial homeostasis.

Les glioblastomes (GBM) sont des tumeurs intracrâniennes caractérisées par une résistance très élevée aux thérapies classiques en raison d'un degré de néovascularisation accru et un phénotype extrêmement infiltrant. Malgré de nombreuses études menées à ce sujet, ce cancer du cerveau reste jusqu'à ce jour essentiellement incurable. Cet ouvrage traite de l'action moléculaire du TLN-4601, un nouvel agent anti-cancéreux capable de traverser la barrière hémato-encéphalique et de s'accumuler de manière préférentielle au niveau de la tumeur. Ces propriétés ont permis au composé d'être reconnu comme traitement thérapeutique pour combattre les tumeurs cérébrales. Ce projet se veut donc être à l'interface entre la caractérisation moléculaire du mécanisme d'action et le ciblage thérapeutique de la molécule envers différentes lignées de GBM humains. Dans le but d'étudier l'effet thérapeutique du médicament sur les GBM, trois modèles cellulaires ont été utilisés soit les U87 MG, les U87 EGFRwt et les U87 EGFRvIII. L'amplification du récepteur à l'EGF (EGFR) de type sauvage et du récepteur tronqué EGFRvIII sont des anomalies génétiques communément observées chez ce type de tumeur. Ces phénotypes tumoraux sont notamment corrélés à la résistance des GBM aux traitements conventionnels de chimiothérapie. Le premier volet de cette étude a permis de déterminer que TLN-4601 antagonise le caractère infiltrant des glioblastomes en ciblant deux voies de signalisation associées au développement tumoral soit les voies de RAS/MAPK et de P13K/AKT. Il a également été démontré que le médicament augmente la sensibilité des cellules tumorales à la mort cellulaire via un processus apoptotique impliquant une modulation à la baisse de la phosphorylation de BAD, une augmentation de l'activité caspasique et un clivage de PARP. D'autre part, les résultats montrent que les U87 EGFRvlII semblent être plus réfractaires au médicament comparativement aux deux autres lignées à l'étude. Le second volet de l'étude a permis de caractériser les propriétés anti-angiogéniques du TLN-4601. Il a été établi que le composé inhibe le recrutement des cellules endothéliales (CE) au foyer tumoral en antagonisant leur potentiel migratoire, la tubulogénèse et la synthèse de VEGF par les glioblastomes, un des principaux messagers biochimiques impliqués dans l'angiogenèse. Cet effet pourrait résulter de l'inhibition par TLN-4601 des voies de signalisation RAS/MAPK et PI3K/AKT également observée chez les CE. Finalement, une action cytotoxique du médicament plus spécifique envers le compartiment cérébral tumoral par rapport à l'endothélium vasculaire semble être relevée. Cette action serait associée à la surexpression des récepteurs périphériques benzodiazépines (PBR), chez les glioblastomes comparativement aux cellules endothéliales. De manière globale, nous rapportons que l'action thérapeutique du TLN-4601 semble réduire la nature extrêmement infiltrante des glioblastomes et l'angiogénèse tumorale qui sont des évènements indispensables à la progression des cancers cérébraux. De plus, la cytotoxicité préférentielle du médicament envers les tissus cancéreux plutôt que les tissus sains fait état de la sélectivité du produit. Ces effets thérapeutiques multiples répertoriés dans cette étude justifient son utilisation en tant qu'agent chimiothérapeutique dans la lutte contre le GBM. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : TLN-4601, Glioblastomes, Cellules endothéliales cérébrales, PI3K/AKT, RAS/MAPK, Angiogénèse, Invasion tumorale, Apoptose.

Plusieurs évidences indiquent que de la dérégulation des récepteurs tyrosine kinase (RTK) joue un rôle clé dans l'étiologie et la progression du cancer colorectal (CCR). Notamment, des bénéfices ont été observés en clinique avec des agents ciblant le récepteur de EGF dans le traitement des CCR métastatiques avancés. Considérant l'hétérogénéité des RTK dérégulés dans le CCR, une approche thérapeutique alternative serait de plutôt cibler les protéines effectrices engagées par plusieurs RTK, notamment celles qui régulent des processus essentiels à la progression du CCR. Toutefois, le rôle des protéines de signalisation engagées par les RTK dans le CCR reste encore très peu défini. De récents travaux menés dans notre laboratoire ont démontré que l'activation oncogénique du RTK Met, le récepteur du facteur de croissance d'hépatocyte (HGF), confère aux cellules épithéliales intestinales non cancéreuses IEC-6, des propriétés angiogéniques, tumorigéniques et métastatiques in vitro et in vivo . L'activité biologique des RTK, telle que celle du récepteur Met, s'avère étroitement liée à leur capacité d'initier une variété de voies de signalisation intracellulaire par le biais du recrutement de protéines adaptatrices, dont les protéines Gab1 et Gab2 (Grb2-associated binder). Ainsi, le but de mon projet fut de valider l'hypothèse que le pouvoir oncogénique du récepteur Met dans les cellules épithéliales intestinales serait en partie dépendant de l'engagement des voies de signalisation des protéines Gab. Pour ce faire, nous avons utilisé une approche dominante négative, soit par l'expression du domaine MBD (Met-Binding Domain) de Gab1 dans les cellules IEC-6 transformées par la forme oncogénique du récepteur Met, Tpr-Met (Tpr-Met-IEC-6). Cette stratégie repose sur le fait que la région MBD de Gab1 renferme les deux motifs de liaison, un motif riche en proline qui lie les protéines Gab aux RTK par un mécanisme indirect dépendant, de Grb2, ainsi que le motif MBM (Met-Binding Motif) qui est unique à Gab1, et qui permet une interaction directe entre Gab1 et le récepteur Met. Mes résultats montrent que l'expression du domaine MBD de Gab1 dans les cellules TprMet-IEC-6 diminue la phosphorylation de la protéine Gab1 sur tyrosine, restaure la formation de contacts cellule-cellule et une morphologie épithéliale typique ainsi qu'augmente le niveau protéique du marqueur épithéliale E-cadhérine et sa relocalisation membranaire aux zones de contact cellule-cellule. De plus, les cellules Tpr-Met-IEC-6 qui expriment le MBD de Gab1 affichent en culture une capacité réduite à proliférer au-delà de la confluence et en absence d'ancrage à la matrice extracellulaire, et de migration, ainsi qu'une diminution de leur aptitude à former des tumeurs sous-cutanées in vivo dans les souris nues. L'ensemble de mes résultats démontre pour la première fois que le pouvoir oncogénique du récepteur Met dans les cellules épithéliales intestinales dépend en partie de l'engagement des voies de signalisation de Gab1. En considérant que tous les RTK dérégulés dans le CCR peuvent se lier aux protéines Gab, ou engager leurs voies de signalisation, nos résultats identifient ces dernières comme des cibles prometteuses pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques contre le CCR.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le développement de l’épithélium mammaire dépend des cellules souches qui, en proliférant et se différenciant, donnent naissance aux cellules du lignage épithélial. Les cellules souches sont ensuite sollicitées à chaque gestation pour régénérer une partie de l’épithélium. L’objectif de cette thèse est d’identifier et de caractériser en profondeur les différents types de cellules du lignage épithélial mammaire bovin par des approches de cytométrie en flux et de tri cellulaire. Nous avons défini et étudié des (sous)populations épithéliales engagées dans le développement mammaire à la puberté. A ce stade, l’épithélium mammaire contient de rares cellules souches mammaires, des cellules progénitrices à typage mixte luminal/basal et des cellules luminales et basales. Ces (sous)populations diffèrent soit en proportion soit en caractéristiques, voire les deux, aux stades physiologiques majeurssuivants (lactation et tarissement). Les cellules basales diminuent en lactation et au tarissement. Elles possèdent une signature moléculaire propre à chaque stade. La population luminale, composée de plusieurs sous-populations, est la plus variable. Elle arbore une réceptivité hormonale différente à chaque stade. Des (sous)populations épithéliales n’apparaissent qu’à un stade précis (puberté ou lactation) et disparaissent aux autres, comme certaines cellules prolifératives définies comme cellules progénitrices. Enfin, la fraction de rares cellules souches putatives diminue graduellement, de la puberté aux stades suivants, tout en conservant des caractéristiques moléculaires similaires. Ces / The development of the mammary epithelium relies on the mammary stem cells which, by proliferating and differentiating, give rise to the luminal, basal and progenitor cells of the epithelial lineage. The stem cells are then solicited at each gestation to regenerate a part of the epithelium. In this thesis work, we aim at identifying and characterizing in depth the different types of cell constitutive of the bovine mammary epithelial cell lineage by flow cytometry and cell sorting approaches. We defined and studied epithelial (sub)populations committed to mammary development at puberty. At this stage, the mammary epithelium contains rare mammary stem cells, mixed luminal/ basal progenitors, as well as luminal and basal cells.These (sub)populations were found to differ in proportion and/or characteristics at thesubsequent major physiological stages (lactation and dry periods). Basal cells decrease at lactation and dry off. They harbor a specific molecular signature at each stage. The luminal population, composed of several subpopulations, is the most variable. The hormonal receptivity of these cells changes at each physiological stage. Interestingly, some epithelial populations only appear at specific stages (puberty or lactation) and disappear at others, as one subpopulation of proliferative cells that we defined as progenitor cells. At last, the pool of rare putative stem cells gradually decreases from puberty to the next stages while maintaining a similar molecular signature. These are novel insights that show that the epithelial lineage evolves substantially through the

Le cadmium (Cd) est un métal toxique, inducteur de stress oxydatif, dont la principale source de contamination pour l'humain non-fumeur est la nourriture. L'épithélium intestinal est la première barrière de l'organisme franchie par le Cd ingéré. Lors de sa phase proliférative, la lignée cellulaire Caco-2 est représentative des précurseurs d'entérocytes et, lors de sa phase différenciée, des entérocytes matures de l'épithélium intestinal. Un prétraitement de 24 h à 10 µM de Cd induit une tolérance au Cd dans les cellules prolifératives, mais pas dans les cellules Caco-2 différenciées alors que ces dernières sont, de façon naturelle, moins sensibles. Les objectifs de cette étude sont d'évaluer, en fonction du stade de différenciation entérocytaire, le rôle du stress oxydatif dans l'induction de cette tolérance et dans la toxicité aiguë du Cd, ainsi que de comparer la tolérance induite par le Zinc (Zn) à celle induite par le Cd. Les hypothèses de cette étude sont: i) le stress oxydatif est impliqué dans le mécanisme de résistance acquise des cellules prolifératives, ii) la MT-lIa et la HSP70 ne sont pas essentielles à ce processus de résistance et iii) les résistances acquises induites par le Zn et le Cd impliquent des processus différents. La méthodologie de cette étude comprend des techniques de culture cellulaire, des tests de viabilité cellulaire, des analyses d'expression de la MT-lIa et de la HSP70 par RT-PCR, des dosages de contenus en thiols intracellulaires et d'activité de la catalase (CAT) et de la glutathion peroxidase (GSH-Px), des mesures d'accumulation cellulaire de ¹⁰⁹Cd et des analyses de type de mort cellulaire par cytofluorimétrie de flux. Les résultats montrent que l'inhibition de la catalase par 100 mM de 3-amino-1,2,4-triazole (3 A T) empêche l'induction de la résistance acquise et provoque une sensibilisation des cellules prolifératives prétraitées au Cd, mais pas des cellules témoins. Cependant, l'inhibition de la synthèse de glutathion par 3 mM de L-buthionine sulfoximine (BSO) ainsi que de la synthèse protéique par 1 µM de cycloheximide (CHX) ne préviennent pas l'induction de cette résistance, mais elles sensibilisent les cellules à la toxicité aiguë du Cd. Contrairement à 10 µM de Cd, un prétraitement de 24 h à 100 µM de Zn en co-exposition avec 100 mM 3AT induit une résistance acquise. Enfin, l'induction de la MT-lla et de la HSP70 ne semble pas nécessaire au mécanisme de résistance acquise bien qu'un prétraitement au Cd ou au Zn augmentent les niveaux d'ARNm de ces deux protéines. En conclusion, les cellules Caco-2 répondent différemment à une exposition à une faible concentration de Cd selon leur état de différenciation et la présence de catalase active semble essentielle à l'induction, par le Cd mais pas par le Zn, d'une résistance acquise des cellules prolifératives à une exposition subséquente au Cd. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cadmium, Stress oxydatif, Épithélium intestinal, Cellules Caco-2, Résistance acquise.

L’invasion de la matrice extracellulaire est le premier obstacle que les tumeurs solides rencontrent lors de leur dissémination métastatique. Il existe deux mécanismes principaux: 1) la transition épithélio-mésenchymateuse au cours de laquelle les cellules épithéliales, à l’échelle individuelle, perdent leur cohésion intercellulaire et acquièrent des capacités de motilité pour quitter leur site d’origine ; 2) l’invasion collective dans laquelle des cellules en groupe coopèrent pour migrer collectivement en se frayant un passage à travers le microenvironnement. Dans les modèles murins, on sait maintenant que des groupes ou agrégats de cellules tumorales circulantes issus du détachement de tumeurs primaires présentent une capacité accrue à coloniser des organes à distance. Cependant, les facteurs et mécanismes sous-jacents conduisant au détachement des cellules tumorales en groupe sont peu connus. Pour étudier ces mécanismes, nous avons utilisé des sphéroïdes tumoraux, modèle expérimental tri-dimensionnel (3D), qui mime le microenvironnement ainsi que les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles de la tumeur primaire. Nos résultats indiquent que l'inhibiteur de l’activateur du plasminogène (PAI-1), une protéine matricellulaire trouvée en forte concentration dans les cancers invasifs, favorise le détachement en groupe et l’invasion collective de cellules du cancer du sein (lignée cellulaire MCF7) et du colon (lignée cellulaire HCT116) organisées en sphéroïdes tumoraux. PAI-1 a des propriétés dé-adhésives sur des cellules étalées en monocouche sur des matrices pro-adhésives et génère l’agrégation des cellules entre-elles. Ces cellules conservent leurs caractéristiques épithéliales malgré une modification importante de la dynamique du réseau d'actine.Nos résultats suggèrent que les récepteurs cellulaires de la famille des lipoprotéines de basse densité (LDL-R) sont impliqués dans les propriétés dé-adhésives de PAI-1. Dans la cellule, la transduction du signal passe par les kinases ROCK (kinase associée à la GTPase RhoA) et Janus (JAK), ce qui conduit à une phosphorylation de la chaîne légère de la myosine II (MLC2), nécessaire pour l’activité contractile de la myosine et des facteurs de transcription STAT3. En outre, ROCK, un régulateur connu de la contraction du cytoskelette d’actomyosine, est également impliqué dans l'activation de STAT3. L'inhibition de ROCK ou JAK rétablit l’adhésivité des cellules en 2D et réduit leur migration en 3D. Nos données suggèrent que PAI-1 génère des zones de forte activité contractile membranaire dans les cellules en périphérie de la tumeur via ROCK-MLC2 et JAK-STAT, ce qui promeut le détachement de groupe de cellules hautement invasives. Ce nouvel axe de signalisation fonctionnelle de PAI-1 représente une cible anti-métastatique potentielle. / Invasion of the extracellular matrix is the first obstacle that solid tumours encounter during their metastatic dissemination. There are two main mechanisms: 1) epithelial to mesenchymal transition wherein epithelial cells lose their intercellular cohesion and convert to individual migratory behaviours to escape their point of origin; 2) invasion in a collective manner, in which a group or cluster of cohesive cancer cells detaches from the tumour mass and progressively, pushes its way through the microenvironment. It is now known that circulating tumour cell clusters may result from the evasion of cohesive small groups of cells from tumours and such tumour cell clusters display an increased propensity to colonize distant organs in mouse models. However, the extracellular factor/s and the underlying mechanism that enable cell detachment, as clusters are largely unknown. To study the process of tumour cell detachment and invasion, we used a three-dimensional (3D) multicellular tumour spheroid (MCTS) model, which mimics the microenvironment as well as morphological, functional and symmetric geometry features of the primary tumour. Our results strongly indicate that the plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1), a matricellular protein found in high concentration at the invasive front of most cancers, promotes cancer cell cluster detachment and a collective invasion phenotype within MCTS of breast cancer MCF7 and colon cancer HCT116 cell lines. We found that PAI-1 has a de-adhesive effect which induced a multilayered cell clustering of cells spread out on a pro-adhesive matrices in 2D monolayer cultures. Cells retained their epithelial characteristics and membrane-localized E-cadherin despite significant modification of actin dynamics. PAI-1 functions as a de-adhesive molecule most likely involved low-density lipoprotein receptors at the cell surface. We report that the downstream intracellular events may be mediated through the Rho-associated kinase (ROCK) and Janus kinases (JAK) signalling pathway, resulting in phosphorylation of either myosin light chain 2 (MLC2), which is required for myosin II-mediated contractility or STAT3 transcription factors. In addition, ROCK, a known contributor to actomyosin contractility is involved in STAT3 phosphorylation and activation. Inhibition of ROCK and JAK restored adhesion of cells on 2D substratum and reduced their migration/invasion within 3D MCTS model. Our data support a model in which PAI-1 generates actomyosin contractility and high membrane activity at the tumour periphery in a JAK-STAT/ROCK-MLC2 dependent manner promoting the detachment of highly invasive cell clusters. This novel axis of functional signalling of PAI-1 is a potential anti-metastasis target.

Le projet de ma thèse a consisté à étudier chez les nouveau-nés la réponse des cellules épithéliales intestinales (IEC) en microARN (miR) et en peptides antimicrobiens (PAM) dans le contexte de l’infection par Cryptosporidium parvum. Ce protozoaire monoxène se développe uniquement dans les IEC et affecte plus particulièrement les nouveau-nés et les individus immunodéprimés. Nous avons étudié la réponse en miR dans les IEC après infection par C. parvum. La comparaison des réponses obtenues dans les IEC in vitro et in vivo nous a permis de montrer que l’expression du miR-181d-5p est diminuée durant l’infection et que cette diminution d’expression lèverait l’inhibition de l’expression des facteurs anti-apoptotiques OPG et BCL2, favorisant la survie du parasite dans les IEC. Nous avons également caractérisé l’impact de C. parvum sur l’expression des PAM chez le nouveau-né et leur rôle durant l’infection. Nous avons mis en évidence que l’infection entraine une forte modification de l’expression des PAM. Notre attention a été retenue par la diminution, surprenante, de l’expression de la chimiokine antimicrobienne CCL20 et de la cathélicidine CRAMP au cours de l’infection. Pour ces deux peptides, nous avons montré qu’une administration aux souriceaux réduisait significativement la charge parasitaire. Nous avons pu montrer que la protection induite par ces deux molécules antimicrobiennes résultait de leur activité parasiticide sur C. parvum. Ainsi, leur diminution d’expression semble être favorable au développement du parasite et nous avons suggéré qu’elle puisse être induite par le parasite pour échapper à cette activité parasiticide avec notamment la modulation de certains miR. / The aim of my thesis was to study in the mouse model, the intestinal epithelial cell (IEC) response during neonatal Cryptosporidium parvum infection with a focus on microRNAs (miR) and antimicrobial peptides (AMP) response. C. parvum is a protozoan parasite that affects preferentially newborn, young or immunocompromised adult and completes its life cycle only in IECs. In a first part, we studied the expression of miRs in IEC during C. parvum infection. We compared the responses between in vitro infected IEC and IECs purified from infected neonatal mice and observed a decrease of miR-181d-5p expression. This reduced expression of miR-181d-5p was associated with an upregulation of the mRNA coding for two putative targets OPG and BCL2 which are anti-apoptotic agents that may favor parasite survival in IEC. This functional relation between miR-181d-5p and OPG was next demonstrated by using reporter dual-luciferase assay. In a second part of my thesis, we characterized the AMP expression profile and studied their role during C. parvum infection in neonates. We showed that infection up-regulates a broad expression of AMP except for CCL20 and CRAMP cathelicidin for which mRNA expression was decreased. We next choose to focus our work on these two molecules and reported that administration of CCL20 and CRAMP to infected neonatal mice significantly reduced the number of parasites in the intestine through a direct killing activity on free stages of the parasite. As the decreased expression of these two AMPs during infection seems to favor the development of the parasite, this could be an escape mechanism developed by C. parvum that may occur through the modulation of miR.

Le lait est produit par les cellules épithéliales mammaires (CEM). La quantité de lait produit est déterminée par le nombre de CEM et leur activité métabolique. Le nombre de CEM dépend de l’équilibre entre la prolifération cellulaire et l’apoptose. Le processus d’exfoliation, défini comme le décrochage des CEM de l’épithélium mammaire et leur évacuation dans le lait, a été proposé comme participant aussi à la régulation du nombre de CEM. Les objectifs de cette thèse étaient d’identifier les mécanismes biologiques impliqués dans la régulation de ce processus et d’étudier son rôle dans la régulation du nombre de CEM et son influence sur la production laitière. Nos résultats montrent qu’une partie des CEM est exfoliée entre deux traites consécutives.Cependant, la majorité des CEM sont exfoliées au moment de la traite suite à la contraction des cellules myoépithéliales et à la perte d’intégrité de l’épithélium induites par la décharge d’ocytocine. Le cortisol, au contraire, participerait à la restauration de l’intégrité de l’épithélium mammaire après la fin de la traite et limiterait l’exfoliation. Nous avons montré que les variations du taux d’exfoliation étaient opposées aux variations de production laitière dans le cas d’une restriction alimentaire et après la fin d’un traitement à l’hormone de croissance mais pas dans le cas d’un changement de fourrage, de l’inhibition de la prolactine et pendant un traitement à l’hormone de croissance. Le processus d’exfoliation des CEM participe donc à la régulation de la production laitière mais pas de façon systématique. / Milk is synthesized by mammary epithelial cells (MEC). Milk yield is determined by the number of MEC in the mammary gland and the metabolic activity of these cells. It is well known that MEC number depends on the balance between cell proliferation and apoptosis. The MEC exfoliation process, defined as the shedding of MEC from the mammary epithelium into milk, is another process that might participate in the regulation of MEC number in the udder and thus in milk yield variations. The aims of this thesis were to identify the mechanisms that regulate the exfoliation process and to study the potential role of this process in regulating the number of MEC and milk yield.Our results showed that some MEC are exfoliated between milkings. Most of the MEC are, however, exfoliated during milking as a consequence of the myoepithelial cell contraction and the disruption of mammary epithelium integrity, both of which are caused by milking-induced oxytocin release. Cortisol may play a role in limiting MEC exfoliation by restoring mammary epithelium integrity after milking. We showed that the exfoliation process participates in regulating milk yield during feed restriction and after a treatment with bovine growth hormone but did not participate in regulating milk yield when forage in the ration was changed, when prolactin secretion was inhibited, or during a treatment with bovine growth hormone. These results suggest that the MEC exfoliation process likely participates in regulating milk yield but not systematically.