Dans le muscle squelettique adulte, les cellules souches du muscle, nommées les cellules satellites, résident sous la lame basale des fibres musculaires à l’état quiescent jusqu’à ce qu’un dommage musculaire induise leur activation. Après une phase d’activation, les cellules satellites sont capables de proliférer et de se différencier afin de répondre aux besoins des myonucléi au cours de la régénération musculaire. Les cellules satellites, ou au moins une sous-population, sont actuellement considérées comme la principale population de cellules souches du muscle. Des cellules stromales ont été observées au voisinage des cellules satellites, dans un muscle normal et en régénération, incluant les macrophages, les composantes cellulaires des vaisseaux ainsi que les cellules interstitielles de type fibroblastique. Les cellules stromales participent vraisemblablement à la régulation du destin des cellules satellites. Une étude précédente a suggéré la proximité des cellules satellites et du lit capillaire. Nous avons montré que, quelque soit leur statut (quiescente, activée, cyclante), les cellules satellites sont presque toujours localisées à proximité immédiate d’un capillaire, dans un muscle squelettique normal et en régénération. Leur nombre est corrélé avec le nombre des capillaires par myofibre et varie en fonction de la densité des capillaires dans divers situations pathologiques. Les cellules endothéliales stimulent spécifiquement la croissance des cellules myogéniques par l’intermédiaire de facteurs solubles incluant bFGF, HGF, IGF-I, PDGF-BB, VEGF. Inversement, les cellules myogéniques ont un effet proangiogénique sur les cellules endothéliales in vitro, cette activité augmentant avec la différenciation myogénique. Nous proposons qu’il existe des interactions bidirectionnelles entre les cellules myogéniques et les cellules endothéliales, notamment par l’intermédiaire du VEGF sécrété par les cellules endothéliales et les cellules myogéniques différenciées. De plus du VEGF et son récepteur, l’homéostasie vasculaire est essentiellement régulée par un autre système moléculaire, la famille des Angiopoiétines/Tie. Nous avons exploré le rôle du système Angiopoiétine1/Tie-2 dans la régulation du destin des cellules précurseurs myogéniques. Nous avons étudié le rôle de Angiopoiétine1 (Ang1) et son récepteur Tie-2 dans la régulation du destin de cellules précurseurs myogéniques (mpc). Chez l’homme et chez la souris, Tie-2 et Ang1 sont préférentiellement exprimés par les cellules satellites quiescentes in vivo et par les cellules de réserve (RCs) in vitro. La voie de signalisation Ang1/Tie-2, par l’intermédiaire de la voie ERK1/2, induit une diminution de la prolifération et de la différenciation des mpc, une augmentation du nombre des cellules en phase G0 du cycle cellulaire, une augmentation de l’expression des gènes associés au statut de RCs (p130, Pax7, Myf-5, M-cadhérine) et une diminution de l’expression des gènes associés à la différenciation myogénique. L’inhibition de l’expression de Tie-2, par une approche de RNA interférence, a l’effet strictement inverse. Les cellules situées au voisinage des cellules satellites, telles que les cellules musculaires lisses et les cellules interstitielles de type fibroblastique, stimulent l’expression des gènes associés aux RCs par la sécrétion de Ang1, in vitro. In vivo, le blocage de Tie-2, par l’intermédiaire d’anticorps bloquants anti-Tie-2, induit une augmentation du nombre des cellules satellites cyclantes dans le muscle. Inversement, la surexpression de Ang1, par électroporation d’un plasmide dans le muscle, induit une diminution du nombre des cellules satellites cyclantes. / In adult skeletal muscle, the muscle resident stem cells called the satellite cells reside in a sub-laminal location where they stay quiescent until muscle damage triggers their activation. Upon activation, satellite cells have the ability to proliferate, to differentiate and to respond to both the routine turnover of myonuclei and muscle regeneration. Satellite cells, or at least a subset of them, are now considered as the main myogenic stem cells. Several stromal cells are observed in the vicinity of the satellite cells, in both normal and regenerating muscle, including macrophages, vessel cell components and interstitial cells of fibroblastic type. These stromal cells likely participate to the regulation of satellite cell fate. A previous study suggested a proximity of a number of satellite cells to microvessels. We have shown that satellite cells are strikingly close to capillaries, in both human and mouse, whatever their status (activated, cycling, quiescent). The number of satellite cells is correlated with capillarization of myofibers, regardless to their type, in normal muscle and in paradigmatic physiologic and pathologic situations. Endothelial cells specifically enhanced myogenic cell growth through secretion of at least five soluble factors including IGF-1, HGF, bFGF, PDGF-BB and VEGF. Reciprocally, myogenic cells exhibit a proangiogenic effect on endothelial cells in vitro, this activity increasing with myogenic differentiation. We conclude that there are bidirectional interactions between satellite cells and endothelial cells, notably mediated through secretion of VEGF by both endothelial cells and differentiating myogenic precursor cells. Besides VEGF and its receptor, vascular homeostasis is mainly regulated by another molecular system, the Angiopoietin/Tie family. We explored its involvement in the regulation of myogenic precursor cell fate. We studied the involvement of angiopoietin-1 (Ang1) and its tyrosine kinase receptor Tie-2 in myogenic cell fate. Human and mouse satellite cells expressed both Tie-2 and Ang1 in vivo. During in vitro differentiation, Ang1 and Tie- 2 were differentially expressed by human myogenic cells (mpcs): expression was strongly upregulated in reserve cells (RC), a subpopulation of undifferentiated quiescent cells considered as responsible of the self-renewal of the myogenic cell population. Ang1/Tie-2 signalling, through ERK1/2 pathway, decreased mpc proliferation and differentiation, increased the number of cells in G0 phase of the cell cycle, increased expression of RC-associated markers (p130, Pax7, Myf-5, M-cadherin) and downregulated expression of differentiation-associated markers. Silencing Tie-2 had opposite effects. Cells located in the satellite cell neighbourhood (smooth muscle cells, fibroblasts) upregulated RC-associated markers by secreting Ang1 in vitro. In vivo, Tie-2 blockade and Ang1 overexpression increased the number of cycling and quiescent satellite cells, respectively. We propose that Ang1/Tie-2 signalling regulates myogenic cell self-renewal by controlling the return to quiescence of a subset of satellite cells.

Les fibres élastiques sont constituées d'élastine et de microfibrilles riches en fibrilline-1, dont les mutations génétiques respectives conduisent à des pathologies cardiovasculaires graves impliquant l'apparition de sténoses (syndrome de Williams-Beuren, WBS) ou d'anévrismes (syndrome de Marfan, MS) aortiques. Nous avons étudié et comparé les effets de l'élastine (kappa-élastine, kE et tropoélastine recombinante, rTE) et des microfibrilles (MF et le fragment PF14 de la fibrilline-1) sur la signalisation dans les cellules vasculaires. Sur les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC), la kE, la rTE et les MF activent le complexe récepteur de l'élastine (ECR) et les intégrines, la production de messagers intracellulaires et, avec une efficacité variable, des canaux calciques de la membrane cellulaire et du réticulum endoplasmique, mobilisant à la fois le calcium intra- et extra-cellulaire. Les microfilaments d'actine ne sont impliqués que dans le cas de la signalisation liée à l'élastine. Toutes les protéines étudiées augmentent aussi la prolifération et l'adhésion des HUVEC, ainsi que la production ou la dégradation –à travers l'activation de métalloprotéases matricielles (MMP)- de plusieurs composés de la matrice extracellulaire. La capacité de migration des HUVEC est augmentée par la kE, rTE et PF14 alors qu'elle est diminuée par les MF. Aussi, chez le rat, ces protéines induisent une synthèse de l'oxyde nitrique (NO) par les cellules endothéliales, résultant en une vasodilatation aortique. PF14 présente de plus un pouvoir vasocontractant en absence de l'endothélium indiquant qu'il stimule aussi particulièrement les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Pour étudier ces interactions sur modèle cellulaire, un protocole de culture de CMLVs d'aorte de souris adultes, âgées, ou déficientes pour les gènes de l'élastine ou de la fibrilline-1, a été mis au point. Les protéines des fibres élastiques produisent dans ces cellules une montée du niveau de calcium intracellulaire dont les caractéristiques varient suivant la protéine, l'âge ou le génotype des animaux. Ces travaux confirment le rôle majeur de l'élastine et de la fibrilline-1 dans la régulation des fonctions des cellules vasculaires. Malgré quelques différences, les fragments d'élastine et de fibrilline-1 stimulent souvent de manière similaire les cellules vasculaires. Ceci suggère que les symptômes contradictoires observés dans les MS et WBS mettent aussi en cause des facteurs additionnels, probablement liés à d'autres signalisations, par exemple à la voie du TGF-β ou aux différences de mécanisme et de cinétique du dépôt de l'élastine et de la fibrilline-1 lors de l'assemblage des fibres élastiques. / Elastic fibres are composed of elastin and fibrillin-1 rich microfibrils, whose genetic mutations result in severe cardiovascular pathologies characterized by aortic stenosis (Williams syndrome, WS) or aneurysm (Marfan Syndrom, MS), respectively. We studied and compared the effect of elastin (kappa-elastin, kE and recombinant tropoelastin, rTE) and microfibrils (MF and PF14, fibrillin-1 fragment) on vascular cell signaling. In human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), kE, rTE and MF activated the elastin complex receptors (ECR) and integrins, the production of intracellular messengers and, with varying efficiencies, membrane and endoplasmic reticulum calcium channels, mobilizing both intra- and extra-cellular calcium. Actin microfilaments were involved only in the case of elastin signaling. All these proteins enhanced the proliferation and adhesion of HUVECs, as well as synthesis or degradation –through matrix metalloproteinanse (MMP) activation- of several extracellular matrix components. HUVEC migration was enhanced by kE, rTE and PF14 and diminished by MF. Also, in rats, these proteins induced nitric oxide (NO) synthesis by endothelial cells, resulting in aortic vasodilatation, although PF14 had an additional constrictor effect on endothelium-free aorta, indicating that PF14 also stimulates vascular smooth muscle cells (VSMCs). To study these interactions in a cellular model, we designed a new protocol to culture VSMCs from aorta of adult, aged, and elastin or fibrillin-1 knock-out mice. Elastic fibre proteins induced an increase in VSMC intracellular calcium level, which characteristics varied with the protein, age and genotype of mice. These findings confirm the major role of elastin and fibrillin-1 in the regulation of vascular cell functions. Despite some differences, elastin and fibrillin-1 often stimulated vascular cells similarly. This suggests that the onset of the contradictory features observed in MS and WS also involve additional factors, probably linked to other signaling pathways, for instance the TGF-β pathway or the differences in the mechanism and kinetic of elastin and fibrillin-1 depositions during elastic fiber assembly.

De plus en plus d’études impliquent la signalisation Wnt/Frizzled (Wnt/Fzd) dans la formation des vaisseaux. La première partie de ce manuscrit démontre d’ailleurs que la signalisation Wnt, via son régulateur sFRP1 et un de ses ligands, Wnt4, potentialise les effets angiogéniques des cellules souches mésenchymateuses lors de l’angiogénèse. Le récepteur Frizzled4 (Fzd4), lui, est impliqué dans le développement vasculaire de la rétine puisque la délétion du gène fzd4 révèle une malformation du réseau vasculaire rétinien secondaire et tertiaire. Le but de ce travail a été d’étudier l’implication de Fzd4 dans la régulation de la morphogenèse vasculaire chez l’adulte. Il s’avère que Fzd4 présente un profil d’expression plutôt artériel, et que la délétion de ce gène empêche la formation d’un réseau artériel normal des organes périphériques. Des études in vitro réalisées sur des cellules vasculaires primaires ont mis en évidence plusieurs altérations de leurs propriétés angiogéniques. Cette étude a donc démontré un rôle central de Fzd4 dans la croissance vasculaire. Fzd4 régule les propriétés des cellules vasculaires mises en jeu dans l’angiogenèse, et régule la morphogenèse des ramifications vasculaires in vivo. Pour identifier et comprendre les mécanismes moléculaires induits par le récepteur Fzd4, une étude sur la protéine centrale du système Wnt/Fzd, l’isoforme Dishevelled (Dvl), et sur ses partenaires intracellulaires, a été initiée. Les premiers résultats suggèrent que les isoformes 1 et 3 de Dvl participent via Fzd4 à l’activation de la voie canonique nécessaire à la prolifération cellulaire. De plus, certains partenaires intracellulaires de Dvl3 ont pu être sélectionnés par une méthode de double hybride réalisée chez la levure. / Growing evidences link Wnt/Frizzled (Wnt/Fzd) pathway to proper vascular formation. The first part of this manuscript shows besides that Wnt pathway, via its regulator sFRP1 and one of its ligands, Wnt4, potentiates mesenchymal stem cells angiogenic properties during angiogenesis. An other Frizzled receptor (Fzd), Fzd4, has been shown to be implicated in retinal vascular formation because inactivation of the fzd4 gene revealed a malformation of the secondary and tertiary retinal vascular network. Here, we investigated the involvement of Fzd4 in adult vascular morphogenesis regulation. Fzd4 present an arterial vascular pattern, and the deletion of fzd4 impairs a normal arterial network formation in peripheral organs. In vitro studies on primary vascular cells show several alterations on their angiogenic properties. This study reveals a central role of Fzd4 in vascular growth. Fzd4 regulate angiogenic vascular cell properties and vascular branching morphogenesis in vivo. To further understand molecular mechanisms induced by Fzd4, we started to study the Wnt/Fzd central protein, Dishevelled (Dvl), and its intracellular partners. First results suggest that Dvl 1 and 3 isoforms would participate with Fzd4 to activate Wnt canonical pathway implicated in cell proliferation. Moreover, some Dvl3 partners could be selected by a yeast two-hybrid method.

Les fibres élastiques sont constituées d'élastine et de microfibrilles riches en fibrilline-1, dont les mutations génétiques respectives conduisent à des pathologies cardiovasculaires graves impliquant l'apparition de sténoses (syndrome de Williams-Beuren, WBS) ou d'anévrismes (syndrome de Marfan, MS) aortiques. Nous avons étudié et comparé les effets de l'élastine (kappa-élastine, kE et tropoélastine recombinante, rTE) et des microfibrilles (MF et le fragment PF14 de la fibrilline-1) sur la signalisation dans les cellules vasculaires. Sur les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC), la kE, la rTE et les MF activent le complexe récepteur de l'élastine (ECR) et les intégrines, la production de messagers intracellulaires et, avec une efficacité variable, des canaux calciques de la membrane cellulaire et du réticulum endoplasmique, mobilisant à la fois le calcium intra- et extra-cellulaire. Les microfilaments d'actine ne sont impliqués que dans le cas de la signalisation liée à l'élastine. Toutes les protéines étudiées augmentent aussi la prolifération et l'adhésion des HUVEC, ainsi que la production ou la dégradation -à travers l'activation de métalloprotéases matricielles (MMP)- de plusieurs composés de la matrice extracellulaire. La capacité de migration des HUVEC est augmentée par la kE, rTE et PF14 alors qu'elle est diminuée par les MF. Aussi, chez le rat, ces protéines induisent une synthèse de l'oxyde nitrique (NO) par les cellules endothéliales, résultant en une vasodilatation aortique. PF14 présente de plus un pouvoir vasocontractant en absence de l'endothélium indiquant qu'il stimule aussi particulièrement les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Pour étudier ces interactions sur modèle cellulaire, un protocole de culture de CMLVs d'aorte de souris adultes, âgées, ou déficientes pour les gènes de l'élastine ou de la fibrilline-1, a été mis au point. Les protéines des fibres élastiques produisent dans ces cellules une montée du niveau de calcium intracellulaire dont les caractéristiques varient suivant la protéine, l'âge ou le génotype des animaux. Ces travaux confirment le rôle majeur de l'élastine et de la fibrilline-1 dans la régulation des fonctions des cellules vasculaires. Malgré quelques différences, les fragments d'élastine et de fibrilline-1 stimulent souvent de manière similaire les cellules vasculaires. Ceci suggère que les symptômes contradictoires observés dans les MS et WBS mettent aussi en cause des facteurs additionnels, probablement liés à d'autres signalisations, par exemple à la voie du TGF-β ou aux différences de mécanisme et de cinétique du dépôt de l'élastine et de la fibrilline-1 lors de l'assemblage des fibres élastiques.

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

Au cours des maladies cardiovasculaires (MCV), il peut se produire divers problèmes de santé, telle que l’insuffisance cardiaque ou encore l’HTA. Ces phénomènes se caractérisent, entre autres, par une augmentation de synthèse d’endotheline-1 (ET-1), un neuropeptide synthétisé par les cellules endothéliales ayant un effet vasoconstricteur sur les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Ainsi, la surexpression de ce vasopeptide, mène à terme, au maintien de l’HTA aggravée des sujets, précédée ou concomitante à l’athérosclérose ou à la resténose, cliniquement illustrées par une prolifération et une migration anormale des CMLV de la media vers l’intima des vaisseaux sanguins. Parallèlement, il a été observé que la protéine sirtuine-1 (Sirt-1), membre de la famille des protéines histones déacétylases (HDAC), présente des propriétés anti-athérosclérotiques par sa capacité d’atténuer la prolifération et la migration des CMLV. Des travaux récents ont aussi montré qu’au cours de l’HTA la protéine Sirt-1 est faiblement exprimée dans les CMLV. Son implication dans le développement des pathologies vasculaires semble apparente, mais des études demeurent nécessaires pour décrire son rôle exact dans la pathogenèse des MCV. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’observer la variation d’expression de Sirt-1 dans les CMLV, isolées de l’aorte ascendante de rat, en réponse à l’ET-1. On a remarqué qu’une heure de stimulation des CMLV avec l’ET-1 induit une diminution de l’expression de Sirt-1 via l’activation des récepteurs ETA. Ces résultats suggèrent que la capacité d’ET-1 à atténuer l’expression de Sirt-1 serait un éventuel mécanisme d’action avec des effets favorisant les MCV. / Cardiovascular diseases (CVD) are associated with several vascular dysfunctions such as heart failure and hypertension. These phenomena cause increased synthesis of endothelin-1 (ET-1), a neuropeptide, synthesized by endothelial cells which has vasoconstrictor action on vascular smooth muscle cells (VSMC). Overexpression of this vasopeptide leads eventually to hypertension (HTA). This usually happen after atherosclerosis or restenosis, leading to proliferation and migration of VSMC from media to intima. It was shown that during atherosclerosis, the protein sirtuin-1 (Sirt-1), a member of protein histone deacetylases (HDAC), has an anti-atherosclerotic effect due to its ability to diminish proliferation and migration of VSMC. It has also been observed that during hypertension, Sirt-1 was poorly expressed in VSMC. Its role in vascular pathophysiology remains sparsely studied, therefore it’s essential to explore it. In the present study we investigated the expression of Sirt-1 in VSMC isolated from the ascending aorta of rats, in response to ET-1 stimulation. We observed that Sirt-1 expression decreases after 1 hour of stimulation by ET-1 via ETA receptors. In summary, these results suggest that the ability of ET-1 to attenuate Sirt-1 expression in VSMC, may be a potential mechanism for promoting CVD.