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

L’étude des mécanismes aboutissant à la tumorigénèse a permis de révéler, dans beaucoup de cancers, une amplification ou une mutation de divers oncogènes, avec pour conséquence des capacités de prolifération et de survie accrues pour la cellule tumorale. L’identification des protéines kinases comme étant des éléments centraux de ces processus en ont fait des cibles thérapeutiques prometteuses. Plusieurs inhibiteurs ciblant de façon plus ou moins spécifique les tyrosines kinases oncogéniques ont ainsi été développés. Parmi eux, l’imatinib mesylate (Gleevec®, Novartis) a constitué la première chimiothérapie ciblée. Il correspond aujourd’hui au traitement de première intention contre la LMC. Cependant, malgré sa très grande efficacité, il est apparu que certains mécanismes de résistances pouvaient être mis en place pour diminuer son effet pro-apoptotique. Le travail de cette thèse a consisté à mieux comprendre les mécanismes d’apoptose induits par les inhibiteurs de tyrosine kinases (ITK), et à rechercher quelles voies alternatives de survie devront être bloquées pour leur assurer une meilleure efficacité. Trois modèles ont été utilisés : la leucémie myéloïde chronique (LMC), les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) et les glioblastomes (GBM). La LMC a été utilisé comme modèle et la démarche utilisé pour essayer d’augmenter l’efficacité des ITK, a été transposée aux modèles des LAM et des GBM. L’ensemble des résultats obtenus a démontré qu’une meilleure compréhension de la réponse apoptotique et des mécanismes de résistance permettait l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons pu observer que, tout en favorisant la diminution des doses de molécules administrées, l’inhibition simultanée de plusieurs cibles apportait plusieurs bénéfices. Elle permet d’augmenter l’action pro-apoptotique des ITK, de contrer certains mécanismes de résistances, d’atteindre la cellule souche cancéreuse résistance et par conséquent de cibler simultanément des populations a plusieurs de stades de différenciation. / Protein kinases have been identified as playing fundamental roles in cancer development, suggesting that they could represent a promising therapeutic target. Several kinase inhibitors have been developed and the most successful of them, by far, is Gleevec® (imatinib, STI57; Novartis), a BCR-ABL inhibitor. It is currently used as the treatment of reference for chronic myeloid leukemia. However, despite a huge efficiency, some resistance mechanisms could be used to decrease its pro-apopototic effect. The global aim of my PhD was to understand the apoptotic mechanisms induced by tyrosine kinase inhibitors (TKI) to identify new potential therapeutic targets. I work on three different tumors: Chronic Myeloid Leukemia (CML), Acute Myeloid Leukemia (AML) and Glioblastomas (GBM). CML has been used as a model and the approach followed to increase TKI efficiency has been transposed to AML and GBM models. Altogether, our results showed that a better understanding of apoptotic response and resistance mechanisms could lead to the identification of new therapeutic targets. We observed that combination therapy brings several benefits. It allows to increase the TKI-induced apoptotic response, to counter some resistance mechanism, to reach the resistant cancer stem cells, and thus, to target simultaneously several populations in the tumour.

L’épithélium intestinal est une monocouche de cellules qui tapisse la lumière intestinale, constitué d’un compartiment différencié, les villosités dans l’intestin grêle et les plateaux épithéliaux dans le colon, et d’un compartiment prolifératif, les cryptes de Lieberkühn. Ce tissue se renouvelle de façon rapide et continue tout au long de la vie de l’individu, grâce à la présence de cellules souches adultes dans le fond des cryptes. Ces cellules s’autorenouvellent et donnent naissance à des progéniteurs prolifératifs (capables d’engendrer les différents cytotypes épithéliaux) qui se différencient tout en migrant vers le compartiment différencié. Mon travail de these a porté sur l’étude d’une marqueur putatif de ces cellules souches épithéliales intestinales: Musashi1 (Msi1).Dans ce contexte, mon premier axe d’étude s’est focalisé sur l’isolement et la caractérisation des cellules souches épithéliales intestinales chez la souris. Pour cela, nous avons généré des souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente GFP sous le contrôle du promoteur de Msi1. Les cellules souches intestinales de ces souris coexpriment donc Msi1 et la GFP. Ce modèle a été validé et nous à permis de isoler les cellules GFP/Msi1 positives dans l’intestin. A l'aide de différentes approches cellulaires et moléculaires, nous avons confirmé leur nature de cellules souches et nous avons apporté des nouvelles données sur la composition de la zone proliférative de l’épithélium intestinal murin.Le second axe de mes travaux de thèse a porté sur l’étude de la fonction de Msi1 dans l'homéostasie de l’épithélium intestinal chez la souris, par son sur-expression tous au long de l’épithélium. Nous avons montré que la sur-expression de cette protéine, qui est un régulateur des voies Wnt et Notch, perturbe l’architecture intestinale, a propriétés pro-prolifératives et un potentiel tumorigènique. / The intestinal epithelium is a monolayer of cells surrounding the intestinal lumen. It consists of a differentiated compartment, the villi in the small intestine and a flat surface in the colon, and a proliferative compartment, the crypts of Lieberkühn. This tissue self-renews rapidly and continuously throughout life, due to the presence of adult stem cells in the bottom of the crypts. These cells are capable of self-renewing and give rise to proliferating progenitors (capable of generating all the different epithelial cytotypes) that differentiate and migrate toward the differentiated compartment. My thesis focused on the study of the intestinal epithelial stem cells marker Musashi1 (Msi1).In this context, the first part of my thesis work focused on the isolation and characterization of the intestinal epithelial stem cells that express Msi1 in the mouse. For this, we generated transgenic mice expressing the fluorescent protein GFP under the control of the promoter of Msi1. The intestinal stem cells of these mice co-express Msi1 and GFP. This model has been validated and allowed us to isolate GFP+/Msi-expressing cells in the intestine. By using different cellular and molecular approches, we confirmed their nature of stem cells and provided new data on the composition of the proliferative zone in the murine intestinal epithelium.The second part of my thesis has focused on the study of the function of Msi1 in the intestinal epithelium homeostasis in the mouse, by its over- and ectopic expression all along the epithelium. We have shown that the over-expression of this protein, which is a regulator of the Wnt and Notch pathways, perturbs the intestinal architecture, has pro-proliferative properties and tumorigenic potential.

Les déficits lymphocytaires T peuvent être corrigés par l'administration en intraveineuse (IV) de cellules souches hématopoiétiques (CSH) provenant d'un donneur. Dans un modèle d'immunodéficience lié à l'absence de la protéine kinase ZAP-70, notre équipe avait précédemment montré que l'injection intrathymique (IT) de CSH histocompatibles conduit à une reconstitution du compartiment T plus robuste et plus rapide que dans le cas où les CSH sont administrées par voie IV. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à l'approche IT dans un contexte non-histocompatible, où j'ai montré que l'injection de CSH semi-allogéniques directement dans le thymus permet le développement d'une thymopoièse à long-terme, même en absence de conditionnement. De plus, j'ai également montré la persistence de progéniteurs thymiques précoces (ETP) provenant du donneur dans le thymus des souris transplantées. De façon remarquable, ces ETP retiennent un potentiel de différenciation plus divers que ceux rencontrés dans le thymus d'une souris sauvage, et leur fréquence est significativement élévée après IT, ce dernier suggérant une disponibilité accrue des niches thymiques. De façon intéressante, j'ai également montré que les progéniteurs déficients en ZAP-70 pouvaient se différencier de façon importante vers le lignage CD8 lors d'une activation constante de la voie de signalisation Notch couplée à la présence d'interleukine 7 (IL-7). Après la greffe de CSH par voie IV de souris ZAP-70-/-, en absence de conditionnemt, j'ai également identifié l'accumulation d'une population de CSH présentant un phénotype particulier (Lin- Sca 1+ c-kit-), nommée LSAPT. Ces cellules LSAPT présentent un biais de différenciation vers le lignage T γδ ainsi qu'une production élevée d'IL-17, ce qui suggère que les fonctions effectrices d'une cellule T γδ sont dépendantes de leur origine progénitrices. L'ensemble de mes résultats apporte à la fois de nouveaux éléments concernant l'identification de progéniteurs T et démontrent de l'influence/coopération entre voies de signalisation et facteurs environnementaux dans la modulation de la différenciation T et de leur fonctions effectrices. / T cell deficiencies can be corrected by the intravenous (IV) injection of donor hematopoietic stem cells (HSCs). Using a murine model of ZAP-70-/- deficiency, our group previously showed that the intrathymic (IT) administration of histocompatible HSCs leads to a more robust and long-term thymopoiesis as compared to that achieved by the classical IV route. During my PhD, I found that the direct IT administration of semiallogeneic HSCs results in a sustained donor-derived thymopoiesis, overcoming histocompatibility barriers, even in the absence of conditioning. Furthermore, I found that donor-derived early thymic progenitors (ETPs) persist in the thymi of ZAP-70-/- transplanted mice, and present increased multi-lineage potential as compared to wild-type ETPs. Importantly, the frequency of donor-derived ETPs was augmented following IT transplantation, indicative of an increased progenitor niche. Interestingly, ZAP-70-deficient HSC could themselves be driven to a CD8 lineage fate in an environment where IL-7 potentiates continuous activation of the Notch pathway. Following IV transplantation of donor HSC into non-conditioned ZAP-70-/- mice, I determined that there is an accumulation of lineage-/Sca1+ donor progenitors lacking expression of the stem cell marker c-kit, termed LSAPT. These LSAPT show a biased differentiation towards the γδ T cell lineage with high IL-17-producing effector function, suggesting that progenitor origin regulates γδ T cell fate. The ensemble of my experiments provide new insights into the identity of T lineage progenitors and demonstrate how signaling pathways as well as environmental factors modulate T cell differentiation and effector function.

[Résumé traduit automatiquement par le site web Reverso : Un problème majeur dans la biologie de cellule souche pour la recherche de base et clinique est l'accessibilité aux cellules souches de sain ou des individus de malade et le maintien(la maintenance) de leur puissance pour l'expérimentation, des écrans de médicament(drogue) thérapeutiques, ou des transplantations. Ici nous rapportons des conditions pour l'isolement de cellules myogenic squelettiques viables et fonctionnelles de l'homme jusqu'à 17 jours et la souris jusqu'à 14 jours post-mortem, significativement au-delà des rapports précédents. Les cellules souches de muscle ont été enrichies dans le mouchoir en papier(le tissu) post-mortem suggérant un avantage de survie sélectif comparé à d'autres types cellulaires. Les transplantations de 4 jour le muscle de souris post-mortem et des cellules souches haematopoietic ont régénéré des mouchoirs en papier(des tissus) solidement. La quiétude cellulaire contribue à cette viabilité de cellule souche de muscle où les cellules adoptent un état inerte réversible caractérisé par l'activité métabolique réduite, une phase de décalage prolongée avant la première division cellulaire et un statut transcriptional moins prêt pour l'engagement. Plus loin(De plus), nous montrons que la réponse de stress(d'accent) de cellules souches à l'environnement post-mortem est NF-? B-independent et que des cellules souches de muscle post-mortem sont caractérisées par les niveaux élevés de ROS, plus haut mitochondrial le contenu d'ADN et l'activité inférieure d'oxyde super dismutases, pourtant ils ne montrent(n'affichent) pas de changements(monnaies) de niveaux de redox. Finalement, l'hypoxie sévère(grave), ou l'anoxie sont critiques pour maintenir(entretenir) la viabilité de cellule souche et la capacité régénératrice robuste. Ces découvertes ont des implications majeures pour des études fondamentales et cliniques sur des cellules souches et ils peuvent aussi être prolongés(étendus) à d'autres systèmes de cellule souche de normal et des patients de malade (comme un exemple que nous avons aussi montré que des cellules souches hematopoietic survivent pendant une période prolongée(étendue) après la mort dans des mouchoirs en papier(des tissus) et restent fonctionnelles in vivo).] / A major issue in stem cell biology for basic and clinical research is the accessibility to stem cells from healthy or diseased individuals, and the maintenance of their potency for experimentation, therapeutic drug screens, or transplantations. Here we report conditions for the isolation of viable and functional skeletal myogenic cells from human up to 17 days, and mouse up to 14 days post mortem, significantly beyond previous reports. Muscle stem cells were enriched in post mortem tissue suggesting a selective survival advantage compared to other cell types. Transplantations of 4 day post mortem mouse muscle and haematopoietic stem cells regenerated tissues robustly. Cellular quiescence contributes to this muscle stem cell viability where cells adopt a reversible dormant state characterised by reduced metabolic activity, a prolonged lag phase before the first cell division, and a transcriptional status less primed for commitment. Further, we show that the stress response of stem cells to the post mortem environment is NF-κB-independent, and that post mortem muscle stem cells are characterised by elevated levels of ROS, higher mitochondrial DNA content, and lower activity of super oxide dismutases, yet they do not display changes in redox levels. Finally, severe hypoxia, or anoxia is critical for maintaining stem cell viability and robust regenerative capacity. Ces découvertes ont des implications majeures pour des études fondamentales et cliniques sur des cellules souches et ils peuvent aussi être prolongés(étendus) à d'autres systèmes de cellule souche de normal et des patients de malade (comme un exemple que nous avons aussi montré que des cellules souches hematopoietic survivent pendant une période prolongée(étendue) après la mort dans des mouchoirs en papier(des tissus) et restent fonctionnelles in vivo).

Les cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) sont des cellules capables à la fois d'autorenouvellement et de se différencier en tous les types cellulaires. Elles peuvent être issues de l'embryon (pour cellules souches embryonnaires humaines, hESC) ou être obtenues par reprogrammation d'une cellule différenciée (pour cellules souches pluripotentes induites humaines, hiPSC). Les hPSC sont au centre d'enjeux scientifiques, médicaux et économiques majeurs, en particulier dans le cadre des maladies génétiques et orphelines. En effet, elles ouvrent la porte à de nouvelles stratégies de modélisation de maladies génétiques humaines in vitro et sont une source potentiellement illimitée de cellules pour une thérapie cellulaire des maladies dégénératives. Cependant, la culture in vitro de hPSC est une étape essentielle avant toute application clinique ou recherche fondamentale. En effet, la culture cellulaire est nécessaire pour l'amplification du nombre des cellules, et est nécessaire pour toute étape de différenciation in vitro. Or c'est une étape délicate pour le succès des applications visées. Mon travail de doctorat s'est focalisé sur deux aspects de la culture des hPSC. Dans un premier temps, j'ai modélisé in vitro une voie de différenciation, le développement trophoblastique humain, en modulant les paramètres de la condition de culture, notamment en jouant sur la concentration du facteur de croissance BMP4. Ce travail m'a permis d'élucider la toute première bifurcation de différenciation cellulaire au cours du développement embryonnaire humain précoce. Dans un second temps, mon travail s'est focalisé sur le changement phénotypique et génomique des hPSC au cours de la culture in vitro. J'ai montré que l'utilisation de certains protocoles de passage cellulaire – en particulier le passage par dissociation cellulaire complète par utilisation de trypsine - se traduit par des acquisitions très précoces d'anomalies génétiques chromosomiques et sub-chromosomiques, et que des anomalies sub-chromosomiques pouvaient précéder l'apparition d'anomalies chromosomiques. Les conséquences de ces observations sont importante pour la recherche de la culture de hPSC : (1) il faut définitivement renoncer à l'utilisation des passages par dissociation cellulaire complète, y compris pour les méthodes de culture en suspension, et (2) il faut, pour valider une technique de culture, compléter systématiquement le caryotype par un examen d'analyse génétique avec une meilleure résolution. / Human pluripotent stem cells (hPSC) are the stem cells capable to self-renew and also to differentiate into all the cell types. These cells can be derived from embryos (for human embryonic stem cells, hESC) but also be obtained by reprogramming the differentiated somatic cells (for human induced pluripotent cells, hiPSC). The hPSC become central stakes of science, medicine and economy, particularly for genetic and rare diseases. In fact, they open up the new perspectives to the novel treatment strategies by remodeling human genetic diseases in vitro and at the same time they are a potentially unlimited cell source for cell therapy for especially degenerative diseases. Meanwhile, the hPSC in vitro culture is one of the most important steps before passing to the clinic applications and in fundamental research, as the proliferation and pluripotency can only be maintained in culture condition as well as many differentiation methods. My PhD work was concentrated on the hPSC in vitro culture. At first, I modeled human trophoblastic development and its differentiation pathway in vitro by modulating the parameters of culture, especially the concentration of BMP4. This work permitted clarifying the first cell lineage bifurcation in early human embryonic development. Secondly, my word was focalized on the phenotypic and genomic changes of hPSC during the in vitro culture. I demonstrated that the use of some passaging protocols in culture, particularly complete cell dissociation by trypsin, was translated by very early acquisitions of chromosomal and sub-chromosomal abnormalities, and that the appearance of sub-chromosomal abnormalities could precede chromosomal abnormalities. The consequences of these observations are important for the hPSC culture research: (1) the use of complete cell-dissociation passaging should be definitively abandoned, including the suspension culture, and (2) the genetic analyses with higher resolution should be added to validate a culture technic.

Les porphyries érythropoïétiques (PE) : Porphyrie Erythropoïétique Congénitale -PEC- et Protoporphyrie Erythropoïétique -PPE- sont caractérisées par le déficit d’une des enzymes de la voie de biosynthèse de l’hème. Le traitement curatif des formes sévères de PE est la transplantation de moelle osseuse allogénique (TMOA). La PPE est parfois compliquée d’une insuffisance hépatique majeure nécessitant une greffe hépatique. Dans un modèle murin de PPE (Fechm1Pas/Fechm1Pas), nous avons démontré l’apparition progressive de lésions hépatiques dès la 2ème semaine de vie. Une TMO précoce (nouveau-né) a permis de prévenir l’apparition de ces lésions hépatiques et de corriger la photosensibilité cutanée démontrant l’efficacité de cette approche thérapeutique pour les formes sévères de PPE. La thérapie génique par greffe de cellules souches hématopoïétiques autologues corrigées représente une alternative à la TMOA en l’absence de donneur HLA-compatible. Nous avons développé des cellules souches pluripotentes induites (iPS) à partir de cellules épidermiques issues de modèles murins de PE et d’un patient PEC. La correction génique a été obtenue par transfert du gène lentiviral (ferrochélatase ou uroporphyrinogène III synthase (UROS). La pluripotence des cellules iPS a été caractérisée in vitro par la formation de corps embryoïdes et in vivo par la formation de tératomes. In vitro, la correction métabolique a été obtenue après différenciation des cellules iPS humaines en progéniteurs hématopoïétiques. Enfin dans une dernière partie, nous nous sommes intéressés à une approche pharmacologique de la PEC. Nous avons montré que les mutations C73R et P248Q entraînaient une instabilité et une dégradation accélérée de l’UROS par la voie du protéasome. Le traitement de souris UrosP248Q par un inhibiteur du protéasome (Velcade®) a permis la correction de la photosensibilité cutanée. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour le traitement des porphyries érythropoïétiques. / Erythropoietic porphyrias (EP) : Congenital Erythropoietic Porphyria -CEP- and Erythropoietic Protoporphyria -EPP-) are characterized by a deficit of one enzyme implicated in heme biosynthetic pathway. The curative therapy for severe cases of EP is an HLA-compatible Bone Marrow Transplantation (BMT). EPP is sometimes complicated by a major hepatic failure requiring hepatic graft. In a murine model of EPP (Fechm1Pas/Fechm1Pas), we have demonstrated that hepatic lesions progressively appear 2 weeks after birth. Early BMT (in neonates) has made it possible to prevent hepatic lesions and correct skin photosensitivity, demonstrating the efficiency of this therapeutic approach in severe cases of EPP. The gene therapy by graft of corrected autologous hematopoietic stem cells represents an alternative to BMT when HLA-compatible donors are lacking. We have developed induced pluripotent stem cells (iPSC) from epidermic cells of murine models of EP and of one PEC patient. The gene correction was obtained by lentiviral gene transfer (ferrochelatase and uroporphyrinogen III synthase -UROS). The pluripotency of iPSC was characterized in vitro by the formation of embryoid bodies and in vivo by the formation of teratomas. In vitro, the metabolic correction was obtained after differentiation of human IPSC into hematopoietic progenitors. In the last part of this thesis, we have focused on a pharmacological approach of CEP. We have shown that C73R and P248Q mutations lead to instability and accelerated degradation of the UROS protein via the proteasome. Treating UrosP248Q mice with a proteasome inhibitor (Velcade®) has allowed the correction of skin photosensitivity. These works offer new prospects for the treatment of erythropoietic porphyrias.

L'utilisation grandissante des cellules souches mésenchymateuses (CSM) en ingénierie tissulaire augmente la nécessité d'améliorer leur expansion. Ces travaux ont concerné l'étude d'un procédé performant d'expansion de CSM porcines en mode agité. Tout d'abord, un milieu de culture a été adapté aux CSM porcines multipotentes. Puis, différents modes d'expansion en conditions agitées ont été évalués avec les cellules fixées sur des microporteurs. La culture sur le microporteur Cytodex 1 a permis d'atteindre une vitesse spécifique de croissance de 0,54 j-1, supérieure à celle observée en flacon statique (0,31 j-1), avec les mêmes conditions de culture. En parallèle, une méthode de comptage innovante a été proposée pour le dénombrement automatique des cellules cultivées sur Cytodex 1, sans passer par une étape de trypsination. Enfin, les conditions opératoires du procédé d'expansion ont été étudiées. En comparaison d'une culture de CSM sur Cytodex 1 sans agitation, une agrégation des cellules et une baisse apparente de la concentration cellulaire ont été observées à 25 et 75 rpm. Par ailleurs, l'ajout de microporteurs au cours d'une culture de 300 h, réalisée dans un système de culture agité à 25 rpm et dans un volume de 200 mL, a permis de prolonger la prolifération cellulaire en évitant l'agrégation tout en maintenant la multipotence des CSM. Une concentration cellulaire de 3 x 105 cellules/mL a été obtenue, au lieu de 1,2 x 105 cellules/mL en flacons statiques avec les mêmes conditions de culture. Un procédé performant d'expansion de CSM porcines en conditions agitées a ainsi pu être proposé / The extensive use of mesenchymal stem cells (MSC) in tissue engineering increases the necessity to improve the expansion performance. This work aimed at studying an efficient expansion process for porcine MSC in agitated mode. First, a culture medium was adapted to the multipotent porcine MSC. Then, various expansion modes and agitation conditions were evaluated with the cells fixed on microcarriers. Cultures on the Cytodex 1 microcarrier enabled to reach a specific growth rate of 0.54 d-1, which was higher than the one observed in static T-flasks (0.31 d-1), with the same culture conditions. In parallel, an innovative counting method was proposed for the automatic enumeration of cells cultivated on Cytodex 1, without passing by a trypsination step. Finally, the operating conditions of the expansion process were studied. Compared to a culture of MSC on non-agitated Cytodex 1 microcarriers, cell aggregation occurred and an apparent decrease in the cell concentration was observed at an agitation rate of 25 and 75 rpm. Moreover, the addition of microcarriers during a 300 h culture, performed in an agitated culture at 25 rpm and in a volume of 200 mL enabled to prolong the cell proliferation without any aggregation, while maintaining the multipotency of the cells. A cell concentration of 3 x 105 cells/mL was obtained, instead of the 1.2 x 105 cells/mL in static flasks with the same culture conditions. An efficient expansion process for porcine MSC under agitated conditions has therefore been proposed

La régénération osseuse est un processus impliquant de nombreux types cellulaires comme les ostéoblastes, les chondrocytes ou les cellules stromales mésenchymateuses (CSM). Les CSM possèdent des capacités de différenciation suggérant leur implication dans ce processus de réparation. La régénération osseuse est le fruit de la coordination complexe de l'activité de nombreux facteurs de croissance. Parmi eux, l'« Heparin affin regulatory peptide » (HARP) est fortement exprimé dans le callus durant la régénération mais son rôle n'est pas clairement établi. Le but de ce travail de thèse a été (1) d'évaluer les effets de HARP sur les propriétés de migration, de prolifération et de différenciation des CSM in vitro ; (2) évaluer la capacité de HARP à induire une formation osseuse ou une régénération osseuse in vivo.Nos résultats démontrent que HARP est chémoattractant pour les CSM et potentialise leur prolifération. De plus, nous montrons pour la première fois que le traitement de CSM par HARP durant leur chondroinduction conduit à une différenciation chondrocytaire de type hypertrophique. Ce type cellulaire est primordial dans les derniers stades de la formation osseuse endochondrale qui se met en place durant la croissance osseuse, mais également durant la réparation. L'implantation de biomatériaux associés à HARP dans un défaut osseux de condyle fémoral a conduit à la formation de cartilage et d'os dans l'implant, reproduisant le mécanisme physiologique de formation osseuse endochondrale. Le biomatériau seul n'a été envahi que par du tissu fibreux.Durant les processus de réparation tissulaire, les glycosaminoglycannes (GAG), des chaînes polysaccharidiques sulfatées, composants majeurs de la matrice extracellulaire, participent à la modulation des effets des facteurs de croissance durant la réparation. Récemment, des mimétiques structuraux et fonctionnels des GAG ont été développés. Durant ma thèse, j'ai été associé au travail d'un doctorant de l'équipe de P.Albanese, qui a montré que des mimétiques de GAG induisent une différenciation ostéoblastique des CSM en l'absence de traitement ostéoinducteur. L'implantation sous-cutanée de biomatériaux covalemment associés aux mimétiques ont également été menées, et ont permis d'observer des potentialisations des processus de vascularisation de l'implant et de l'activité ostéoclastique. Ces resultats ont permis de valider l'interêt des GAG mimétiques dans le cadre des thérapies de régénération osseuse.Cette étude démontre pour la première fois les effets chondroinducteurs directs de HARP sur la production de molécules de la matrice cartilagineuse par les CSM in vitro, mais également sur la synthèse de tissu cartilagineux in vivo. Les effets de HARP observés sur la régénération osseuse confirment qu'il pourrait être un bon candidat en chirurgie orthopédique en permettant une régénération de type endochondrale typique de la réparation physiologique. De plus les nouvelles stratégies developpées dans le laboratoire sur la fonctionnalisation covalente de biomateriaux par des GAG mimétiques, meriteraient d'etre testées en association avec HARP, afin d'augmenter sa demi-vie et de controler son relarguage et ses activités biologiques in vivo. / Bone regeneration is a complicated process which involved many cellular types such as osteoblasts, chondrocytes and mesenchymal stromal cells (MSC). MSC can differentiate toward chondrocytes and osteoblasts, suggesting their implication in bone regeneration processes. Bone reparation involved a complex coordination of growth factors. Among them, heparin affin regulatory peptide (HARP) is found in callus during regeneration. However, its role is poorly understood. The aim of this thesis was (1) to evaluate HARP effects on proliferation, migration and differentiation of MSC in vitro, (2) to evaluate HARP ability to promote bone regeneration or bone formation.Our results demonstrate that HARP has chemoattractive and proliferative properties on human MSC. Moreover, we show for the first time that HARP commits human MSC toward hypertrophy during chondrogenesis. This is of great interest since hypertrophic chondrocytes are of primary importance in the late stage of endochondral bone formation. We further tested the association of HARP to scaffolds in a model of bone regeneration in femoral defect in rat. HARP associated scaffolds showed an invasion of cartilage and bony tissues, mimicking endochondral bone formation, whereas scaffold alone was just filled with fibrous tissue.During regenerative processes glycosaminoglycans, polysaccharides sulfated chains, are known as major components of the extracellular matrix and modulate the effects of growth factors during regenerative processes. Recently, structurally and functionally mimetics of GAG had been developed. During my PhD thesis, I was associated to the work of a doctoral student of P. Albanese who showed that GAG mimetics induce osteoblastic differentiation of MSC without any other osteoinductive treatment. The ectopic implantation of mimetic associated scaffolds didn't show effects on osteoformation but induced an enhancement of vascularization and of osteoclastic activity, both related to tissue remodeling. These results validate that GAG mimetics are of great interest in bone regenerative field.This study demonstrates for the first time the chondroinductive potential of HARP through its ability to induce cartilage specific matrix production by MSC in vitro but also by inducing cartilage tissue synthesis in vivo. The effects of HARP observed on bone regeneration, by inducing an endochondral bone formation similar to that observed in normal bone regeneration, confirm that HARP could be a good candidate in orthopedic surgery. Moreover, scaffold covalently linked with GAG mimetics should be tested in association with HARP. This strategy could increase the half life, control the release and potentiate HARP properties in vivo.

L’angiogenèse est une composante majeure de l’agressivité des tumeurs malignes comme le glioblastome (GBM). Pourtant le traitement des patients par l’Avastin, un anticorps bloquant du VEGF ne leur confère qu’une augmentation limitée de la durée de survie sans progression. Les mécanismes de récurrence tumorale sont extrêmement complexes. Les glioblastomes sont en effet des tumeurs particulièrement hétérogènes sur le plan génétique, il existe très peu de marqueurs moléculaires d’expression fiables. La contribution à la récidive des potentiels angiogéniques, infiltrants, et souches est difficile à modéliser. Notre laboratoire s’intéresse à la caractérisation de nouveaux modulateurs de l’angiogenèse, dont certains pourraient contribuer à la croissance tumorale, indépendamment ou en aval du VEGF chez les patients traités par l’Avastin. Nous avons étudié l'expression de deux gènes candidats, surexprimés de façon significative dans les GBM et dont l'expression semble liée à l'angiogenèse tumorale : DPY19L1 et KIF20A. Nous avons identifié DPY19L1 comme marqueur pronostique du GBM. Ce gène est exprimé dans les cellules musculaires lisses, où il pourrait participer à la résistance de la tumeur aux anti-angiogéniques, en interagissant avec la voie thrombospondine/TGFβ. KIF20A quant à lui est exprimé dans les cellules souches tumorales et semble impliqué dans la vascularisation et la résistance tumorale. Dans un second temps, nous avons étudié la façon dont les GBM échappent aux traitements anti-angiogéniques, tel que l’Avastin, par la mise en place d'un système d'étude in vitro et in vivo, basé sur l’utilisation de cellules de patients atteints de GBM, ayant la capacité de pousser sous forme de neurosphères. Les cellules xénogreffées chez la souris immunodéfisciente permettent le développement d’une tumeur très invasive, co-optive et insensible aux traitements anti-angiogéniques. Ces tumeurs vont donc permettre d’étudier ce mode de vascularisation participant activement à la récidive de la tumeur chez les patients traités avec l’Avastin afin de développer des traitements contrecarrant ce mécanisme. Dans ce modèle, seul l’un des gènes candidats définis au début de ce travail, DPY19L1, semble participer à la croissance tumorale. / Angiogenesis is a major element driving malignancy of tumors like glioblastoma (GBM). However, Avastin,a neutralizing antibody directed against VEGF, provides only a limited therapeutical benefit in terms ofprogression free survival. The mechanisms of recurrence are complex due to extreme heterogeneity ofglioblastoma at the genetic and tissular levels. There is a lack of diagnosis and prognosis markers for GBM.The relative contribution of the angiogenic, infiltrative, and stem potentials to tumor relapse is difficult tomodel. Our laboratory aims at characterizing new modulators of tumor vascularization, some of whichcould contribute to the tumor growth and resistance, independently or downstream VEGF in patientstreated with Avastin. We have studied the expression of two candidate genes, significantly overexpressedin GBM and which expression seems to be linked to tumor vascularization: DPY19L1 and KIF20A. Weidentified DPY19L1 as a prognosis marker of GBM. This gene is expressed in smooth muscle cellsspecifically in tumoral tissue, where it could participate to tumor resistance to anti-angiogenics, byinteracting with the thrombospondin/TGFβ pathway. KIF20A is expressed in glioma stem cells and seemsto be implicated in the vascularization and tumor resistance. Next, we have studied the way by whichGBM resist to anti-angiogenics such as Avastin, by the development of an in vitro and in vivo modelsystem, based on GBM cells cultured as neurospheres. When xenografted in immunodeficient mice, thesecells induce the growth of very invasive, co-optive tumors which are insensitive to angiogenesis inhibitors.These tumors will allow investigating alternative modes of vascularization which are actively involved intumor recurrence in patients treated with Avastin, namely co-option and transdifferentiation and theirmolecular regulation. In this model, one of the candidate genes defined at the beginning of this study,DPY19L1, seems to be implied in tumor growth and specifically labels tumor cells with co-optive andtransdifferenciating properties.