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

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une barrière quasiment imperméable assurant la protection du cerveau. Elle limite très fortement le passage de diverses molécules au cerveau, dont les molécules thérapeutiques. Les cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), principal constituant de la BHE, présentent abondamment à leur surface plusieurs transporteurs dont le récepteur de la transferrine (RTf). Le RTf est un récepteur qui pourrait potentiellement permettre l’apport de molécules thérapeutiques au cerveau via le mécanisme de transcytose médiée par récepteur (TMR). L’objectif général de ce projet est de développer, caractériser et valider une approche pharmaceutique non virale et non invasive de ciblage thérapeutique à l’aide de fragment Fab d’anticorps monoclonaux visant la libération de molécules thérapeutiques dans le parenchyme cérébral. Tout d’abord, des essais in vitro et in vivo ont été entrepris afin d’évaluer le transport des fragments Fab au cerveau. Les fragments Fab, obtenus par digestion enzymatique à la papaïne, n’ont malheureusement été détectés ni in vitro ni in vivo. Puis, nous avons étudié l’internalisation in vitro et in vivo de micelles polyioniques (MP) conjugués à des fragments Fab’ et renfermant un analogue d’un pARNi fluorescent. A ce jour, les résultats obtenus in vivo avec les MP ne permettent pas d’envisager l’utilisation de ce vecteur comme usage thérapeutique dans le cas de thérapie ciblant le parenchyme cérébral, mais les MP s’avèrent être très prometteurs dans le cas de thérapie génique ciblant les CECC impliquées dans plusieurs maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer, la sclérose en plaques, les accidents vasculaires cérébraux etc. / The blood-brain barrier (BBB) is an almost impermeable barrier protecting the brain. It greatly limits the passage of blood-borne molecules to the brain, including therapeutic molecules. Brain capillary endothelial cells (BCEC), forming the BBB, express transporters including the transferrin receptor (TfR) on their surface. The TfR is a receptor that could potentially allow the delivery of therapeutic molecules to the brain via receptor-mediated transcytosis (RMT). The main objective of this project is to develop, characterize and validate a non-viral noninvasive therapeutic targeting pharmaceutical approach with Fab fragments of monoclonal antibodies for the delivery of therapeutic molecules in the brain parenchyma. First, in vitro and in vivo experiments were done to assess the transport of Fab fragments into BCEC. Fab fragments, obtained by enzymatic digestion with papain, were detected neither in vitro nor in vivo. Then, we studied the internalization of polyion micelles (MP) conjugated to Fab' fragments and encapsulating an analog of a fluorescent siRNA in vitro and in vivo. The results obtained in vivo with MP conjugated with Fab’ fragments do not suggest penetration into the brain parenchyma, but are promising for gene therapy targeting BCEC to treat Alzheimer disease, multiple sclerosis or stroke.

Le rêve de l'ingénierie tissulaire de créer des substituts biologiques pleinement fonctionnels à l'extérieur du corps est entravé par nos capacités à induire une vascularisation efficace. Les biomatériaux à base de collagène sont largement utilisés pour fournir un environnement biomimétique qui soutient la migration et la croissance des cellules endothéliales (CE). Cependant, des signaux supplémentaires sont nécessaires pour déclencher la formation de structures capillaires à partir des CE, qui sont considérées comme des précurseurs des vaisseaux sanguines pour la vascularisation. Les ions cuivre (Cu²⁺), régulateurs essentiels de l'angiogenèse physiologique, ont prouvé leur efficacité pour induire vascularisation in vitro et in vivo, mais ils doivent être libérés de manière contrôlée pour éviter tout effet cytotoxique. L'acide tannique (TA) est un composé polyphénolique avec deux rôles cruciaux dans le système collagène-Cu²⁺ : ils chélatent les Cu²⁺ et ils influencent positivement les propriétés physiques des biomatériaux à base de collagène vers les exigences précédemment établies pour les échafaudages angiogéniques. Par conséquent, l'objectif de ce travail est de développer un système de libération contrôlée des Cu²⁺ à base de collagène, basé sur la double capacité de complexation du TA. Le développement des Coll TA-Cu hydrogels, ainsi que leur caractérisation concernant la libération de Cu²⁺, les propriétés physiques de l'échafaudage et la validation biologique ont été effectués. Les résultats indiquent que le TA peut contrôler efficacement la libération de Cu²⁺ des gels Coll-TA-Cu, convenant à la fenêtre de concentration efficace de Cu²⁺ pour la stimulation des CE. De plus, l'TA améliore les propriétés mécaniques et la structure des hydrogels, répondant aux caractéristiques des matériaux angiogéniques précédemment décrits dans la littérature. Ensemble, nous développons une stratégie potentielle pour la stimulation des CE vers les processus angiogéniques et jetons les bases de futurs travaux dans cette perspective. / The tissue-engineering dream of creating fully functioning tissue substitutes outside the body is hindered by our abilities to induce efficient vascularization. Collagen-based biomaterials are widely used to provide with a biomimetic environment that support endothelial cell (EC) migration and growth. However, additional signals are required to trigger the formation of capillary structures from ECs, which are considered as precursors of vascularization vessels. Copper ions (Cu²⁺), being crucial regulators of physiological angiogenesis, have proven in vitro and in vivo effectiveness in inducing vascularization, when released in a controlled way. Tannic acid (TA) is a polyphenol compound with two crucial roles in the collagen-Cu²⁺ system: they chelate Cu²⁺ and they positively influence the physical properties of collagen-based biomaterials toward the requirements previously stablished for angiogenetic scaffolds. Therefore, the aim of this work was to develop a collagen-based Cu²⁺-controlled release system, based on the dual complexation ability of TA. The development of the Coll-TA-Cu hydrogels, as well as their characterization regarding Cu²⁺ release, physical properties of the scaffold and biological validation have been performed. Results indicate that TA can effectively control the release of Cu²⁺ from Coll-TA-Cu gels, suiting the window of effective Cu²⁺ concentration for ECs metabolic stimulation. Additionally, TA improves the mechanical properties and structure of the hydrogels, meeting the features of angiogenetic materials previously described in literature. Altogether, this research highlighted a potential strategy for ECs stimulation toward angiogenetic processes and set the basis for future work in this perspective.

L'activation des cellules endothéliales par le vascular endothelial growth factor (VEGF) conduit à la formation d'un complexe contenant le VEGFR2 et l'intégrine avp3. Dans ce projet de recherche, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l'association des récepteurs VEGFR2- avp3 régule l'activation de la kinase d'adhérence focale (FAK) par le VEGF. La constitution du complexe VEGFR2-avp3 est associée au recrutement de la protéine chaperonne Heat shock protein 90 (HSP90) sur le VEGFR2. L'interaction de ce dernier avec HSP90 implique les 130 derniers acides aminés du récepteur et est nécessaire à l'activation de la petite GTPase RhoA et de la RhoA dépendant kinase (ROCK) en réponse au VEGF. L'activation de la kinase ROCK conduit par la suite et de manière directe, à la phosphorylation de FAK sur le résidu serine 732. Ceci entraîne un changement de conformation dans la structure tridimensionnelle de FAK qui rend son résidu tyrosine 407 accessible à la phosphorylation par un membre de la famille de protéines FAK à activité tyrosine kinase non récepteur : la Proline-rich tyrosine kinase- 2 (Pyk2). Pyk2 est en effet activée par le VEGF en aval de l'intégrine av|33. Ces résultats ont été confirmés par l'utilisation de siRNA ciblant ROCK et Pyk2. La phosphorylation des résidus serine 732 et tyrosine 407 sont tous deux impliqués dans le recrutement de la vinculine aux plaques ventrales dans les cellules endothéliales en réponse au VEGF. Finalement, en utilisant des cellules embryonnaires MEF FAK-/- et des siRNA ciblant FAK dans les cellules HUVEC, nous avons démontré le rôle crucial de la phosphorylation de ces deux résidus dans la migration cellulaire. Nos résultats montrent pour la première fois que l'activation des voies VEGFR2/ HSP90/ ROCK-Ser732 et de l'intégrine avp3/ Pyk2-Y407 en réponse au VEGF sont toutes deux nécessaires aux fonctions par lesquelles FAK régule le recrutement de protéines aux points focaux d'adhérence et la migration cellulaire. / Exposure of endothelial cells to vascular endothelial growth factor (VEGF) induces the formation of an oligomeric complex that contains VEGFR2 and integrin avp3. In the present study, we investigated the mechanisms by which HSP90 and the VEGFR2-avp3 integrin complex regulates VEGF-dependant phosphorylation of Focal Adhesion Kinase (FAK). We show that the formation of this complex of receptors is associated with the recruitment of the chaperon Heat shock protein 90 (HSP90) on VEGFR2. The VEGR2/HSP90 interaction implicates the last 130 amino acids of VEGFR2 and is necessary for the activation of the RhoA small GTPase and RhoA-dependant kinase (ROCK). Then, ROCK activation triggers the direct phosphorylation of FAK on serine residue 732. In turn, phosphorylation of Ser732 changes the conformation of FAK making the tyrosine residue 407 accessible to a member of the FAK family of nonreceptor protein tyrosine kinases, the Proline rich tyrosine kinase 2 (Pyk2). In fact, we show that Pyk2 is activated in response to VEGF-dependant activation of integrin (33. These results were confirmed by the use of siRNA against ROCK and Pyk2. Phosphorylation of serine 732 and tyrosine 407 residues are both implicated in vinculine recruitment at the ventral plaques in endothelial cells in response to VEGF. Finally, by using embryonic MEF FAK-/- cells and siRNA against FAK in HUVEC, we show that the phosphorylation of these two residues is critical to promoting cell migration. Our findings underscore for the first time the complementary role played by the VEGFR2- HSP90-RhoA-ROCK-FAK-S732 and avp3-Pyk2-Y407 pathways in transducing the VEGF signal that leads to the assembly of focal adhesions and endothelial cell migration.

L'ET-1, un peptide de 21 acides aminés, est un des plus puissants vasoconstricteurs isolés à date. Il est présent dans plusieurs tissus et est responsable de nombreuses actions biologiques. Chez l'humain, ces effets sont relayés par deux récepteurs couplés aux protéines G:ET[indice inférieur A] et ET[indice inférieur B]. Précédemment, notre groupe a démontré que ces récepteurs sont présents au niveau de la membrane plasmique, du cytosol et du noyau incluant les membranes de l'enveloppe nucléaire des cellules endothéliales endocardiques isolées des ventricules gauche (CEEGs) et droit (CEEDs) du coeur foetal humain âgé de 20 semaines. De plus, notre groupe a montré que suite à l'activation des récepteurs à l'ET-1 situés au niveau de la membrane plasmique, l'ET-1 augmente le niveau de Ca[indices supérieurs 2+] intracellulaire libre des CEEs; les CEEGs étant plus sensibles à l'ET-1 que les CEEDs. Basé sur ces résultats, nous allons tester l'hypothèse que les récepteurs de l'ET-1, et en particulier le récepteur ET[indice inférieur B], présents au niveau des membranes de l'enveloppe nucléaire des CEEs augmentent le Ca[indices supérieurs 2+] nucléoplasmique et que la sensibilité de ces récepteurs nucléaires est différente de celle connue pour les récepteurs à l'ET-1 de la membrane plasmique. De plus, il est possible que l'activation des récepteurs ET[indice inférieur A] et/ou ET[indice inférieur B] de la membrane de surface induit leur internalisation, translocation ainsi que leur synthèse de novo. Nous proposons aussi que ces phénomènes peuvent être différents dans les CEEGs et les CEEDs. Dans la première partie de ce mémoire, nous avons étudié l'effet de concentrations croissantes d'ET-1 cytosolique sur le niveau de calcium nucléoplasmique des CEEGs et des CEEDs. Au niveau des noyaux des CEEDs, nous avons observé que la valeur de EC[indice inférieur 50] obtenue est plus élevée (1000 fois) que celle des noyaux des CEEGs suggérant que les récepteurs à l'ET-1 présents au niveau des membranes de l'enveloppe nucléaire sont plus sensibles à l'ET-1 au niveau des CEEGs par rapport aux CEEDs. Nos résultats montrent également que les récepteurs à l'ET-1 des membranes de l'enveloppe nucléaire des CEEDs et des CEEGs sont plus sensibles à l'ET-1 que ces mêmes récepteurs présents au niveau de la membrane plasmique et ce de 1000 fois pour les CEEGs et de 10 fois pour les CEEDs. De plus, nos résultats montrent qu'au niveau des CEEDs et des CEEGs, l'ET-1 cytosolique induit une augmentation du [Ca[indices supérieurs 2+]][indice inférieur n] qui est relayée par le récepteur ET[indice inférieur B]. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous avons démontré que le traitement des cellules avec l'ET-1 à différents temps pouvait induire la mobilisation des récepteurs ET[indice inférieur A] et ET[indice inférieur B]. Nous avons observé une similarité dans le profil de mobilisation des récepteurs ET[indice inférieur A] et ET[indice inférieur B] au niveau des CEEDs suggérant que la cinétique de l'internalisation, de la dégradation et de la synthèse de novo peut être la même indépendamment du type de récepteur activé. De plus, nos résultats montrent que la cinétique et le décours de la mobilisation des récepteurs ET[indice inférieur A] et ET[indice inférieur B] est différent dans les CEEGs par rapport aux CEEDs suggérant qu'il est important de considérer l'origine anatomique des CEEs. Nos résultats montrent également que la plupart des augmentations dans les niveaux du récepteur ET[indice inférieur A] et ET[indice inférieur B] au niveau des CEEs sont dues à des synthèses de novo sensibles à la cycloheximide.

La croissance tumorale et le processus de métastatisation dépendent de la néoformation de vaisseaux sanguins ou néoangiogenèse. Parmi les molécules intervenant dans ce processus, l'adrenomédul1ine (AM) est un peptide, dont l'expression est corrélée à l'agressivité de certaines tumeurs, et qui représente un maillon «clé» dans les interactions entre les cellules tumorales et les cellules du microenvironnement. Les résultats spectaculaires qu'offre le traitement des xénogreffes de cellules issues de glioblastomes (GBM) humains par les anticorps dirigés contre l'AM ou son récepteur sont très encourageants, puisque la tumeur traitée régresse en quelques semaines, la vascularisation tumorale s'en trouve touchée de manière spécifique. C'est dans ce contexte, que nous avons choisi de poursuivre notre travail sur les mécanismes d'action de l'AM dans la néoangiogenèse. Grâce à des études in vitro et in vivo, nous avons pu montrer que l'AM est impliquée dans plusieurs étapes de la néoangiogenèse tumorale : migration des cellules endothéliales, stabilisation des contacts endothéliaux et endothélio-péricytaires, recrutement des cellules mésenchymateuses. Nos résultats démontrent que nous sommes en présence d'une molécule d'AM qui agit sur diverses cibles moléculaires et cellulaires, régulant la stabilité du complexe d”adhésion intercellulaire VE-cadhérine/-caténine, nécessaire à la protection des interactions homotypiques et hétérotypiques de l°endothélium nouvellement formé. Ainsi, l'étude des mécanismes d'action de l'AM réalisée pennettra d'établir ue stratégie thérapeutique autour de l'AM. / Tumoral growth and process of metastatization depend on the formation of new blood vessels or angiogenesis. Among the molecules implicated in this process, adrenomedullin (AM) is a peptide, which expression is correlated with the aggressiveness of tumors, and which represents a "key" link in the interactions between tumoral cells and the microenvironment cells. The spectacular results offered by the treatment of human glioblastoma (GBM) xenograft by antibodies directed against the AM or its receptor are very encouraging, as the treated tumor declines in some weeks, and the tumoral vascularization is also touched in a specific way. In this context, we chose to pursue our work on the mechanisms of action of AM in angiogenesis. In vitro and in vivo studies showed that AM is involved in several stages of tumoral angiogenesis : migration of endothelial cells, stabilization of endothelial contacts, stabilization of the pericyte coverage, recruitment of multipotent cells. Our results demonstrate that we are in presence of a molecule of AM which acts on diverse molecular and cellular targets, regulating the stability of the VE-cadherin/β-catenin complex, required for the protection of the homotypics and heterotypics interactions of the newly formed endothelium. The study of the mechanisms of action of AM realized will allow us to establish a therapeutic strategy around AM.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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