L'objectif de cette thèse était de développer et de caractériser un modèle de cellules souches cardiaques humaines dans un contexte de thérapie cellulaire. Après avoir sélectionné et caractérisé une population de cellules souches d'origine mésenchymateuse, isolée à partir d'auricules humaines, exprimant le marqueur W8B2 (CSCs W8B2+), nous nous sommes focalisés (par les techniques de RT-qPCR à haut rendement, d'immuno-marquage, de western-blot et de fluorescence calcique) sur ; 1. la caractérisation génique des canaux ioniques et des acteurs de la signalisation calcique et 2. l'étude de leur différenciation in vitro en parallèle à l'activité calcique intracellulaire. Les résultats montrent que CSCs W8B2+ tendent à se différencier en cellules pacemaker. Certains gènes spécifiques nodaux, comme Tbx3, HCN, ICaT,L, Kv, NCX, s'expriment durant la différenciation. L'enregistrement de l'activité calcique (via une sonde optogénétique) montre la présence d'oscillations calciques qui évoluent en fréquence et en intensité pendant la différenciation. Les stocks-IP3 sensibles et l'échangeur NCX joueraient un rôle fondamental.Nous avons ensuite étudié l'importance du canal BKCa et des récepteurs sphingosine 1-phosphate (S1P) dans la régulation des propriétés fondamentales des CSCs W8B2+. L'inhibition du BKCa diminue la prolifération cellulaire en accumulant les cellules à la phase G0/G1, réprime l'auto-renouvellement mais n'affecte pas la migration. Quant à la S1P elle freine la prolifération et l'auto-renouvellement via une voie différente de celles des récepteurs S1P1,2,3.Ce travail fait ressortir des cibles moléculaires fondamentales dans un contexte de thérapie cellulaire cardiaque. / The aim of this thesis was to develop and characterize a model of human heart stem cells in a context of cell therapy.A population of mesenchymal stem cells, expressing the W8B2 marker (CSCs W8B2+), was first isolated from human auricles and characterized using high-throughput RT-qPCR techniques, immuno-labeling, western-blot and calcium fluorescence imaging. These experiments were focused on 1. the gene expression of ion channels and calcium signaling proteins; and 2. the study of CSCs W8B2+ in vitro differentiation and associated intracellular calcium activity changes.The results show that CSCs W8B2+ tend to differentiate into pacemaker cells. Some nodal specific genes such as Tbx3, HCN, ICaT, L, Kv, NCX, are expressed during differentiation. The recording of calcium activity (via an optogenetic probe) shows the presence of calcium oscillations that change in frequency and intensity during differentiation. IP3 sensitive calcium stocks and the NCX exchanger would play a fundamental role in these variations.Then we studied the importance of the BKCa channel and the sphingosine 1-phosphate (S1P) receptors in the regulation of the fundamental properties of the W8B2+ CSCs. Inhibition of BKCa reduces cell proliferation by accumulating cells in the G0 / G1 phase, suppresses cell self-renewal but does not affect migration properties. Concerning S1P, it decreases proliferation and self-renewal without stimulate S1P1,2,3 receptors.This work highlights fundamental potential molecular targets in a context of cardiac cell therapy.

La cicatrisation de défauts osseux permet tout au plus une réparation de l'os et dans peu de cas, une régénération ad integrum. Le développement de biomatériaux issus de l'ingénierie tissulaire en vue d'une régénération osseuse est donc un enjeu majeur. Le but de cette étude a été d'évaluer si des peptides GXXPG issus de l'élastine sont capables de favoriser la différenciation ostéoblastique de cellules mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse humaine (CMMO) ainsi que la formation de la matrice osseuse et sa minéralisation. Pour y répondre, nous avons utilisés les lattis de collagène de type I (COL1). La contraction de lattis « flottants » (LF) stimule l'expression de marqueurs de l'ostéoblaste (Runx-2, BSP…) par les CMMO ainsi que la minéralisation de la matrice osseuse. Cette différenciation ostéoblastique est aussi associée à l'activation de la cascade MT1-MMP/MMP-2/MMP-13. Nous montrons ensuite que les peptides GXXPG stimulent de façon dose-dépendante l'expression de marqueurs ostéoblastiques comme Runx-2 via S-Gal. Sur « coating » de COL1, ils stimulent la différenciation ostéoblastique des CMMO, la formation de la matrice osseuse et sa minéralisation. Enfin, dans des conditions « inflammatoires » créées par l'ajout de plasminogène (Plg) exogène, ces peptides conservent une activité ostéogénique sous contraintes mécaniques ou non. Plg seul induit également la différenciation ostéoblastique. Bien que les peptides GXXPG stimulent la production d'enzymes à activité collagénolytique (MT1-MMP, MMP-1), la lyse des LF n'est pas significative. En conclusion, les peptides GXXPG apparaissent comme des biomolécules pharmacologiques prometteuses pour la régénération osseuse. / Bone healing leads in only a few cases to an ad integrum regeneration, but most often to an incomplete tissue repair. Thus, the development of new biomaterials from tissue engineering in order to promote bone regeneration is a major goal. The purpose of our study was to evaluate if GXXPG peptides, derived from elastin, are able to favor human bone marrow mesenchymal cells (HBMC) to mature osteoblasts and bone matrix formation and mineralization.To this end, we used type I collagen (COL1) lattices. Floating lattice (LF) contraction stimulates osteoblasts markers expression (Runx-2, BSP…) by HMBC and bone matrix mineralization. Osteoblast differentiation is also associated to MT1-MMP/MMP-2/MMP-13 proteolytic cascade activation. We then showed that GXXPG peptides stimulate osteoblast markers like Runx-2 in a dose-dependent manner, an effect which involves S-Gal receptor. On a type I collagen coating model, these peptides also promote CMMO differentiation into osteoblast, bone matrix formation and mineralization. Finally, under “inflammatory” conditions, which can be catalyzed by plasminogen (Plg) supplementation, these peptides keep their ability to induce osteogenic responses in HBMC, even under mechanical stress. Plg alone is also able to promote osteoblast differentiation. Although GXXPG peptides stimulate collagenolytic enzymes (MT1-MMP, MMP-1) production, collagen degradation in LF is not significant. To conclude, GXXPG peptides appear as promising pharmacological biomolecules in bone regeneration.

La rétinopathie induite par l’oxygène (RIO) est un modèle animal semblable aux rétinopathies vue chez l’homme. Dans ce modèle, une destruction des microvaisseaux rétiniens est suivie d’une néovascularisation pathologique qui chez l’homme peut mener à un détachement de la rétine et subséquemment une perte de vision. Afin de remédier à cette revascularisation anarchique, un traitement de cellules souches (hématopoïétiques et mésenchymateuses) a été effectué chez des souris soumises à ce modèle. Les cellules injectées ont pu migrer à la rétine et induire une revascularisation saine (surtout les cellules souches mésenchymateuses). L’injection du milieu de culture de ces cellules induit aussi une revascularisation semblable à celle vue chez les souris traitées avec les cellules indiquant que l’effet thérapeutique des cellules semble être accompli par l’entremise de facteurs paracrines. Ces résultats suggèrent que ces cellules peuvent jouer un rôle au niveau de l’angiogénèse et indiquent un potentiel thérapeutique pour les rétinopathies. / Oxygen induced retinopathy (OIR) is an animal model that mimics the developing phases of retinopathies seen in humans such as diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity. An initial destruction of retinal microvasculature is followed by pathological neovascularization that can lead to retinal detachment in humans and therefore blindness. Utilizing bone marrow derived stem cells (mesenchymal and hematopoietic), we aimed to repopulate the retina with normal vessels which are affected in the OIR model. Cells injected into the vitreous migrated to the retina and reduced both the area of vasoobliteration and neovascularization. Injection of conditioned cell medium also induced proper vascular repair similar to that seen in mice injected with cells indicating that the cells therapeutic effect is achieved through paracrine action. These results suggest that bone marrow stem cells play a role in angiogenesis and could be a potential therapeutic aid in treating retinopathies.

La rétinopathie induite par l’oxygène (RIO) est un modèle animal semblable aux rétinopathies vue chez l’homme. Dans ce modèle, une destruction des microvaisseaux rétiniens est suivie d’une néovascularisation pathologique qui chez l’homme peut mener à un détachement de la rétine et subséquemment une perte de vision. Afin de remédier à cette revascularisation anarchique, un traitement de cellules souches (hématopoïétiques et mésenchymateuses) a été effectué chez des souris soumises à ce modèle. Les cellules injectées ont pu migrer à la rétine et induire une revascularisation saine (surtout les cellules souches mésenchymateuses). L’injection du milieu de culture de ces cellules induit aussi une revascularisation semblable à celle vue chez les souris traitées avec les cellules indiquant que l’effet thérapeutique des cellules semble être accompli par l’entremise de facteurs paracrines. Ces résultats suggèrent que ces cellules peuvent jouer un rôle au niveau de l’angiogénèse et indiquent un potentiel thérapeutique pour les rétinopathies. / Oxygen induced retinopathy (OIR) is an animal model that mimics the developing phases of retinopathies seen in humans such as diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity. An initial destruction of retinal microvasculature is followed by pathological neovascularization that can lead to retinal detachment in humans and therefore blindness. Utilizing bone marrow derived stem cells (mesenchymal and hematopoietic), we aimed to repopulate the retina with normal vessels which are affected in the OIR model. Cells injected into the vitreous migrated to the retina and reduced both the area of vasoobliteration and neovascularization. Injection of conditioned cell medium also induced proper vascular repair similar to that seen in mice injected with cells indicating that the cells therapeutic effect is achieved through paracrine action. These results suggest that bone marrow stem cells play a role in angiogenesis and could be a potential therapeutic aid in treating retinopathies.