La thérapie canalaire occasionne à la dent traitée une perte de sensibilité et de vitalité. La dent n’est plus en mesure de combattre une infection éventuelle et reste fragile. Pour une dent permanente immature nécrosée, la perte de vitalité peut mener à l’arrêt de la croissance radiculaire. La mise au point d’une technique de régénération est nécessaire pour guider le processus de différenciation des cellules souches vers le type cellulaire désiré et permettre de regagner la vitalité du tissu pulpaire. L’étude a pour but d’examiner si une matrice poreuse à base de collagène permet la différenciation des cellules souches humaines de la pulpe dentaire (CSPD) en cellules odontoblastiques. Des CSPD ont été mises en culture avec ou sans facteurs de différenciation odontoblastique, en monocouche ou en présence de la matrice collagénique. L’adhésion a été observée à 6 et à 24 h. La prolifération a été étudiée par la technique d’incorporation du bromure 3-(4,5- diméthylthiazol-2-yl)-2,5-diphényltétrazolium (MTT) à 3 et 5 jours. La morphologie cellulaire a été visualisée par microscopie optique à 3 et 7 jours. La formation de tissu calcifié et l’activité de la phosphatase alcaline (ALP) ont été évaluées à 2, 3 et 4 semaines. La sialophosphoprotéine de la dentine (SPPD) et l’ostéocalcine (OC) ont aussi été examinées par transfert de protéines. Les résultats montrent que les CSPD adhèrent et prolifèrent en présence du milieu de différenciation et de la matrice de collagène. Il y a production d’ALP et de tissu calcifié en présence du milieu de différenciation et de la matrice de collagène. L’analyse protéique indique la production de SPPD et d’OC, confirmant la différenciation de CSPD en cellules odontoblastiques au contact de la matrice de collagène. La matrice de collagène pourrait offrir un microenvironnement favorisant la différenciation des CSPD en odontoblastes dans le système canalaire in vivo. / Root canal therapy results in loss of tooth sensitivity and vitality. The tooth cannot respond to subsequent infections and become brittle. When permanent teeth become necrotic at early patient age, the treatment options are limited and the long-term survival of these teeth is questionable due to the thin, incompletely formed dentin walls and the minimal crown-root ratio. The regenerative endodontic procedures offer a new treatment option to promote healing as well as replace the pulp-dentin complex with a possible recovery of the pulp vitality. The objective of this study was to investigate if a biological porous collagen scaffold promotes differentiation of human dental pulpal stem cells (DPSC) into odontoblast-like cells. DPSCs were cultured in standard or differentiation medium either in monolayer or in contact with a collagen scaffold. The adhesion of DPSCs was observed at 6 and 24 h. The cell proliferation was studied by using 3-(4,5- dimethylthiazolyl-2)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, at 3 and 5 days. Cellular morphology was visualized by optic microscopy at 3 and 7 days. Tissue mineralization and alkaline phosphatase activity (ALP) were appreciated after 2, 3 and 4 weeks. Dentin sialophosphoprotein (DSPP) and osteocalcin (OC) were examined by Western blot. The results showed that DPSCs adhere and proliferate in contact with the collagen scaffold. Production of calcified tissue and ALP were observed when DPSCs were cultured on the collagen scaffold. Protein analysis demonstrated production of DSPP and OC, which confirms the presence of odontoblast-like cells when in contact with the collagen scaffold. Overall, our study demonstrated the potential use of the porous collagen scaffold to promote DPSC differentiation in odontoblast-like cells in root canal system in vivo.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Les leucémies myéloïdes aiguës (LMA) sont des hémopathies rares, mais très agressives. Elles résultent d’un dérèglement du processus d’hématopoïèse qui se caractérise par une prolifération incontrôlée de cellules sanguines immatures engagées dans la lignée myéloïde. En dépit des traitements actuels qui reposent sur l’utilisation d’agents chimiothérapeutiques ciblant les cellules en prolifération, le pronostic des patients souffrants de LMA est très sombre. En effet, seuls 30% des patients souffrants de LMA survivent au-delà de 5 ans suivant la prise en charge thérapeutique. L’identification des acteurs participant au développement et au maintien des LMA est donc cruciale pour l’élaboration d’une stratégie thérapeutique efficace et ciblée. S100A8 et S100A9 sont des protéines fixatrices de calcium exprimées par les neutrophiles et les monocytes. Ce sont des alarmines jouant des rôles clés dans l’inflammation et dans des pathologies causées par une inflammation excessive. Les protéines S100A8 et S100A9 exercent également de multiples fonctions dans divers tumeurs solides. Elles favorisent la formation de niche pré-métastasique et inhibe la réponse immunitaire antitumorale. Une analyse du génome par séquençage a mis en évidence que S100A8 et S100A9 sont fortement exprimées chez les patients atteints de LMA. De plus, l’expression de la protéine S100A8 chez les patients souffrants de LMA serait corrélée avec un faible taux de survie. Principalement étudiées dans les tumeurs solides, les fonctions des protéines S100A8 et S100A9 dans les néoplasies hématologiques telles que les leucémies sont très peu documentées. Dans ces travaux de thèse, nous nous sommes donc intéressés aux rôles exercés par les protéines S100A8 et S100A9 dans les leucémies myéloïdes aiguës. À l’aide d’un modèle murin de LMA induit par la surexpression des facteurs HOXA9 et MEIS1 dans des cellules souches/progénitrices hématopoïétiques, nous avons démontré l’existence d’une fraction de cellules exprimant les protéines S100A8 et S100A9. Celle-ci est également retrouvée chez les patients atteints de leucémies aiguës myélomonocytaires et monocytaires (M4-M5 d’après la classification FAB). Les études menées in vivo et in vitro révèlent que la protéine S100A9 induit la différenciation des cellules leucémiques, tandis que la protéine S100A8, préviens l’effet de S100A9 permettant de maintenir ainsi le phénotype immature des cellules LMA. Le traitement par la protéine recombinante S100A9 permet d’accroitre la maturation des cellules LMA, diminue leur prolifération et prolonge la survie des souris LMA. De la même façon le traitement par les anticorps anti-S100A8 provoque un effet similaire au traitement par la protéine S100A9. Nos résultats suggèrent que de forts ratios de S100A9 sur S100A8 sont requis pour induire la différenciation des cellules LMA. Le mécanisme intracellulaire par lequel S100A9 induit la différenciation des cellules leucémiques a également été étudié dans le cadre de cette thèse. Nous avons identifié que S100A9 via la liaison au récepteur TLR (Toll-like receptor) active les voies de signalisations Mitogen Activated Protein Kinase p38, Jun N-terminal Kinase et extracellular signal-regulated kinases 1 et 2 et provoque la différenciation des cellules leucémiques. Les essais menés sur des cellules primaires de patients malades ont permis de confirmer la capacité de S100A9 et de S100A8 à réguler la différenciation des cellules leucémiques. En somme, les données présentées dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des rôles des protéines S100A8 et S100A9 dans la différenciation des cellules myéloïdes. Par ailleurs, nos données permettent également d’entrevoir les bénéfices thérapeutiques liés au blocage de S100A8 ou à l’augmentation de S100A9 dans les LMA. / Acute myeloid leukemias (AMLs) are rare but still aggressive hematological diseases. They are the result of a perturbed hematopoietic process characterized by an uncontrolled proliferation of hematopoietic cells committed to the myeloid lineage. Despite current therapy based on chemotherapeutic agents, aimed at killing proliferating cells, prognosis of AML patients is dismal and only 30 % of patients survived beyond 5 years. Identification of actors involved in the initiation and sustaining LMA is crucial to the development of efficient and targeted therapy strategy. S100A8 and S100A9 are calcium-binding proteins predominantly expressed by neutrophils and monocytes, and play key roles in both normal and pathological inflammation. Recently, both proteins were found to promote tumor progression through the establishment of pre-metastatic niches and to inhibit antitumor immune responses. Although S100A8 and S100A9 have been studied in solid cancers, their functions in hematological malignancies remain poorly understood. However, S100A8 and S100A9 are highly expressed in acute myeloid leukemia (AML), and S100A8 expression has been linked to a poor prognosis in AML. Although the roles of these proteins were studies in solid tumor, little is known in their functions in hematological malignancies. We studied in this thesis the role of S100A8 and S100A9 in acute myeloid leukemia. Using AML mouse model of AML surexpressing HOXA9 and MEIS1 in hematopoietic stem and progenitor cells, we identified a small subpopulation of cells expressing S100A8 and S100A9. This subpopulation was consistently found in AML samples from patients with myelomonocytic and monocytic leukemias (M4 and M5 according FAB classification). In vitro and in vivo analyses revealed that S100A9 induces AML cell differentiation, whereas S100A8 prevents differentiation induced by S100A9 activity and maintains AML immature phenotype. Treatment with recombinant S100A9 proteins increased AML cell maturation, induced growth arrest, and prolonged survival in an AML mouse model. Interestingly, anti-S100A8 antibody treatment had effects similar to S100A9 therapy in vivo, suggesting that high ratios of S100A9 over S100A8 are required to induce differentiation. In this thesis, the mechanism of S100A9 leading to differentiation of leukemic cells was also study. Our in vitro studies on the mechanisms/pathways involved in leukemic cell differentiation revealed that binding of S100A9 to toll-like receptor 4 (TLR4) promotes activation of p38 mitogen-activated protein kinase, extracellular signal-regulated kinases 1 and 2, and Jun N-terminal kinase signaling pathways, leading to myelomonocytic and monocytic AML cell differentiation. Overall, our findings indicate that S100A8 and S100A9 are regulators of myeloid differentiation in leukemia and have therapeutic potential in myelomonocytic and monocytic AMLs.

L’hémine humaine, connue commercialement sous l’appellation Normosang® ou Panhematin® est un produit utilisé comme agent thérapeutique pour le traitement des attaques aigües de porphyrie, maladie génétique affectant la biosynthèse de l’hème. Récemment, le traitement d’une patiente atteinte d’anémie hémolytique auto-immune sévère et de réticulocytopénie a été pris en charge par un médecin hématologue d’Héma-Québec. Le traitement de cette patiente au Normosang® a entre autres contribué à l’augmentation de son nombre d’érythrocytes et a contribué au rétablissement de son état de santé. Nous avons ainsi entrepris ce projet dans le but d’évaluer les effets de l’hémine sur l’expansion et la différenciation des cellules souches hématopoïétiques de sang de cordon dans un milieu de culture favorisant la différenciation érythroïde. Le suivi de l’expansion montre que l’hémine semble avoir un effet positif sur la croissance des cellules lors de leur différenciation érythroïde. Les résultats montrent que l’hémine semble aussi avoir un effet sur les précurseurs érythroïdes engagés dans ’érythropoïèse. L’analyse de la différenciation montre que l’hémine semble stimuler la différenciation érythroïde, ainsi que l’énucléation. L’approfondissement de ces connaissances pourrait ultimement permettre d’élargir le spectre d’application clinique du Normosang®. / Human hemin, commercialized as Normosang® or Panhematin®, is a therapeutic agent approved for the treatment of acute attacks of porphyria, a genetic disease causing a malfunction of the heme biosynthesis pathway. Recently, the treatment of a patient with severe autoimmune hemolytic anemia and reticulocytopenia was managed by a hematologist from Héma-Québec. The treatment of this patient with Normosang® has, among other things, contributed to the increasing erythrocyte levels and contributed to the complete recovery of this patient. The aim of this project was to evaluate the effects of hemin on the expansion and differentiation of hematopoietic cord blood stem cells in a culture media favoring erythroid differentiation. Results show that hemin has a positive effect on cell growth during their erythroid differentiation. The results show that hemin also appears to have an effect on erythroid precursors. Differentiation analysis points to a possible role for hemin in the stimulation of erythroid differentiation as well as enucleation. More knowledge on the subject could ultimately support a larger spectrum of clinical applications.

L’objet de ce travail a été d’étudier la relation entre la différenciation folliculaire et la compétence ovocytaire chez deux espèces mono-ovulantes, la vache et la femme. Dans un premier temps, un model bovin d’augmentation et de diminution de la compétence en termes de taux de blastocyste a été développé. Il a permis de déterminer la meilleure période pour la ponction ovocytaire suite à une superstimulation ovarienne avec FSH et de montrer que la taille folliculaire n’est pas toujours positivement corrélée avec la compétence au développement de l’ovocyte. Grâce au modèle développé, la différenciation des cellules de granulosa en période d’augmentation puis de diminution de la compétence a été étudiée. Au cours de la différenciation, l’expression génique est associée à la croissance folliculaire impliquant la matrice extracellulaire et l’angiogenèse, à l’hypoxie, à l’apoptose et à l’inflammation. Ce modèle est aussi caractérisé par la présence de LH basal. Afin de mieux comprendre son impact sur le follicule, ce même modèle a été utilisé mais en présence d’un inhibiteur de GnRH. L’absence de LH basal affecte négativement la croissance folliculaire. Il induit l’augmentation de l’expression de transcrits associés à l’apoptose au niveau des cellules de granulosa et aussi la diminution d’autres associés à l’augmentation de la compétence dans ce modèle. Le transcriptome de cellules de granulosa humaines issues de cycles de superstimulation a été ensuite analysé en fonction du volume de leur follicule d’origine et du devenir de l’ovocyte en termes de transférabilité de l’embryon obtenu. La relation entre la taille folliculaire et la compétence de l’ovocyte identifiée chez la vache, se vérifierait chez la femme. De plus, des marqueurs transcriptomiques de bons follicules de taille moyenne, également associés a à la compétence chez la vache, ont été identifiés. Finalement, afin de mesurer l’impact transcriptomique de FSH, au niveau du follicule, une étude à large échelle dans un modèle de culture de cellules de granulosa in vitro a été effectuée avec des follicules d’ovaires bovins. Ce projet apporte des connaissances fondamentales sur la physiologie et la transcriptomique des cellules de granulosa en relation avec la compétence ovocytaire, et ouvre la voie à des applications cliniques chez la vache et la femme. / The purpose of this work was to study the relation between follicular differentiation and the developmental competence of the oocyte in two mono-ovulating species, in cows and in women. As a first step, a bovine model including the competence increase and decrease in terms of blastocyst rates was developed. It permitted to identify the best temporal window for oocyte recovery following FSH ovarian superstimulation, and to show that follicular size is not always positively correlated with oocyte developmental competence. Following the development of the model, the granulosa cell differentiation during the competence increase and then decrease was studied. During differentiation of granulosa cells, gene expression is associated with follicular growth, implying the extracellular matrix and angiogenesis, with hypoxia, apoptosis and inflammation. This model is also characterized by basal LH. In order to better understand its impact on the follicle, this model was used in presence of a GnRH inhibitor. The lack of basal LH negatively affects follicular growth. It induced an increase in expression of transcripts associated to apoptosis in granulosa cells and also the decrease of expression of other transcripts associated to increasing oocyte developmental competence in this model. The human granulosa cell transcriptome from superstimulation cycles was then analyzed according to the volume of their follicle of origin, and the transferability of the embryo obtained following the fertilization of the enclosed oocyte. The relation between follicular size and oocyte developmental competence identified in cows seems to apply also to women. Furthermore, some transcriptomic markers of good medium size follicles, also associated to developmental competence in cows, were identified. Finally, in order to evaluate the FSH transcriptomic impact at the follicular level, a large scale analysis with an in vitro bovine granulosa cell culture model was developed. This project provides basic science knowledge on the physiology and the granulosa cells transcriptome according to oocyte developmental competence, and opens the way to clinical applications in cows and in women.

Par le processus d'érythropoïèse, notre organisme génère à tout instant de nouveaux globules rouges à partir de cellules souches hématopoïétiques. Dans le cadre d'études in vitro réalisées par notre équipe, nous avons démontré que l'hyperthermie légère augmente le taux d'expansion de ces cellules, en plus d'accélérer leur différenciation et leur maturation. Le but de mes travaux était de déterminer si la surexpression des protéines HSP27 et HSP70 qui accompagne l'hyperthermie légère était responsable en partie des effets observés sur la prolifération et la différenciation. Ces travaux démontrent que la surexpression de ces protéines, par l'emploi de lentivirus, serait partiellement responsable en début de culture d'une prolifération accélérée. De plus, leur surexpression serait impliquée dans l'augmentation de la maturation des cellules, favorisant l'expression de marqueurs spécifiques aux cellules érythroïdes matures, tels que la glycophorine A.

During embryonic development, multipotent cardiovascular progenitor cells (MCPs) are specified from early mesoderm. Although the core cardiac transcriptional machinery acting during cardiac cell differentiation is relatively well known, the molecular mechanism acting upstream of these cardiac transcriptional factors, and promoting cardiac progenitor specification from early mesoderm remains poorly understood. We used embryonic stem cell (ESC) differentiation as a model to dissect the molecular mechanisms implicated in cardiovascular progenitor specification. Using ESCs, in which gene expression can be temporally regulated, we showed that transient expression of Mesp1 dramatically accelerates and enhances multipotent cardiovascular progenitor specification through an intrinsic and cellular autonomous mechanism. Using genome wide transcriptional analysis, we found that Mesp1 rapidly activates and represses a discrete set of genes. Using chromatin immunoprecipitation, we showed that Mesp1 directly binds to regulatory DNA sequences located in the promoter of many key genes belonging to the core cardiac transcriptional machinery, resulting in their rapid upregulation. Mesp1 also directly and strongly represses the expression of key genes regulating other early mesoderm and endoderm cell fates. Using engineered ESC expressing the green fluorescent protein under the control of the Mesp1 promoter, we isolated Mesp1 expressing cells in differentiating ESCs allowing characterization of the cellular and molecular mechanisms underlying cardiovascular specification. Our results demonstrate that Mesp1 acts as a key regulatory switch during cardiovascular specification, residing at the top of the hierarchy of the gene network responsible for cardiovascular cell fate determination. Moreover our results place Mesp1 upstream of the specification of both first and second heart fields and provide novel and important insights into the molecular mechanisms underlying the earliest step of cardiovascular specification. We identified cell surface markers expressed allowing the isolation of early cardiovascular progenitors and provide potentially novel methods for dramatically increasing the number of cardiovascular cells for cellular therapy in humans. / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans la première partie de cette thèse effectuée en collaboration avec le groupe expérimental de C. Chazaud (Clermont Université), nous avons étudié théoriquement un processus de différenciation cellulaire intervenant avant l’implantation de l’embryon dans l’utérus. Il s’agit de la spécification des cellules de la masse cellulaire interne (MCI) en épiblaste (EPI) et en endoderme primitif (EPr), processus dans lequel les facteurs de transcription Nanog et Gata6 jouent un rôle essentiel. En effet, en absence de Nanog, les cellules de la MCI acquièrent toutes une identité EPr, tandis qu’en absence de Gata6, elles se différencient toutes en EPI. De plus, la voie de signalisation Fgf/Erk active l’expression de Gata6 et inhibe celle de Nanog. Enfin, Nanog active la sécrétion dans le milieu extracellulaire de Fgf4, une molécule qui active la voie de signalisation Fgf/Erk en se liant au FgfR2. Nous avons développé un modèle mathématique pour ce réseau de régulations, fondé sur des équations différentielles ordinaires décrivant l’évolution temporelle des niveaux de protéines Nanog, Gata6, Fgf4 et Fgfr2 et de l’activité de la voie Fgf-Erk. Nous avons validé ce modèle en montrant qu’il récapitule les résultats expérimentaux obtenus in vivo, dans les embryons wild-type et dans les mutants Nanog-/- et Gata6-/-. De plus, l’analyse des résultats du modèle permet de proposer un nouveau mécanisme pour l’émergence d’une population mixte de cellules EPI et EPr au sein de la MCI. Ce mécanisme repose sur le fait que le système décrit par notre modèle peut présenter trois états stationnaires stables, dont les niveaux d’expression de Nanog et Gata6 correspondent à l’EPI, l’EPr et la MCI non-différenciée, respectivement. De plus, le modèle a été utilisé afin d’interpréter des résultats expérimentaux récents et contre-intuitifs, concernant les embryons hétérozygotes Gata6+/-. Enfin, nous avons établi des prédictions théoriques, dont certaines ont été ultérieurement vérifiées en laboratoire. <p>Dans la seconde partie de la thèse, effectuée dans le laboratoire d’O. Pourquié (Université de Strasbourg), nous avons étudié un processus de différenciation in vitro, par une approche expérimentale. Il s’agit de la différenciation des cellules souches embryonnaires (ES) en cellules de mésoderme paraxial, un tissu dont dérivent –au cours du développement embryonnaire– les cellules formant notamment les vertèbres, les côtes, la peau et les muscles squelettiques du dos.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished