La broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) est une maladie respiratoire inflammatoire chronique caractérisée par une limitation progressive et irréversible des débits aériens causée par l’inhalation à long terme de particules nocives telles que le tabac. La BPCO présente un remodelage majeur et hétérogène des voies aériennes comportant une grande variabilité inter-individuelle. La réponse inflammatoire et immunitaire au cours de la BPCO est caractérisée par une infiltration du tissu respiratoire par les polynucléaires neutrophiles (PN), les macrophages et par les cellules T. La dégradation des fibres élastiques du poumon en peptides solubles d’élastine (PE) par le biais de la sécrétion de protéases par les cellules de l’immunité innée est une caractéristique constante de la BPCO. Ces PE participent à la physiopathologie de la BPCO comme cela a été démontré dans différents modèles murins de la maladie emphysémateuse. L’orientation de la réponse des cellules T helper (Th) et des cellules T cytotoxiques (Tc) au cours de la BPCO n’est pas élucidée et reste controversée. L’objectif principal de ce travail de thèse a été de définir l’orientation de la réponse Th et Tc ainsi que le rôle des PE dans le remodelage associé à la BPCO. Pour cela, nous avons étudié la signature cytokinique Th-1/Tc-1 (IFN-), Th-2/Tc-2 (IL-4), Th-17/Tc-17 (IL-17) spécifique du remodelage bronchique associé à la BPCO au niveau cellulaire, mais également transcriptionnel et fonctionnel. L’association entre les résultats expérimentaux obtenus et le phénotype des patients inclus a été analysé de manière à déterminer le rôle de ces mécanismes dans l’expression clinique de cette pathologie respiratoire chronique. Les résultats obtenus ont mis en évidence une diminution de l’expression de l’IL-4 (Th2) chez les patients BPCO par rapport aux sujets contrôles ainsi qu’une potentialisation de l’expression de cette cytokine en présence des PE. / Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a chronic inflammatory respiratory pathology characterized by a progressive and irreversible limitation of airflow caused by the long-term inhalation of harmful particles such as tobacco. COPD presents a major and heterogeneous remodeling of the airways with important inter-individual variability. The inflammatory and immune response during COPD is characterized by infiltration of pulmonary tissue by neutrophils (PN), macrophages, and T cells. The degradation of lung elastic fibers into soluble elastin peptides (EP) is caused by the secretion of proteases by innate immunity cells and it is a consistent feature of COPD. These EP participate in the pathophysiology of COPD as demonstrated in different murine models of the emphysematous disease. The T helper (Th) and the T cytotoxic (Tc) orientation during COPD is unclear andremains controversial. The main objective of this work was to define the Th and Tc responses as well as the role ofEP in airways remodeling associated to COPD. For this purpose, we studied the cytokine signature Th-1/Tc-1 (IFN- ), Th-2/Tc-2 (IL-4), Th-17/Tc-17 (IL-17) specific of the airway remodeling associated to COPD both at the cellular, transcriptional and functional level. Association between the experimental results obtained and the phenotype of the patients included in the study was analyzed in order to determine the role of these mechanisms in the clinical expression of this chronic respiratory pathology. The results obtained showed a decrease in the expression of IL-4 (Th2) in COPD patients compared to control subjects as well as a potentiation of this cytokine expression in the presence of EP.

L’élastine est la protéine de la matrice extracellulaire (MEC) responsable des propriétés de résilience et d'élasticité des tissus élastiques. Durant le vieillissement, les protéines de la MEC vasculaire sont exposées à des réactions délétères qui altèrent leurs propriétés structurales et fonctionnelles. Une des caractéristiques principales des protéines de la MEC est leur longue demi-vie, associée à un renouvellement très lent, comme pour l'élastine. Ainsi, tout dommage survenant sur l'élastine est essentiellement irréparable. La fragmentation des fibres élastiques génère des peptides d’élastine (EDP) bioactifs capables de modifier le comportement des cellules environnantes en se liant au complexe récepteur de l’élastine (CRE), composé de trois sous-unités dont la neuraminidase-1 (Neu-1), sous-unité catalytique du CRE. Cette thèse a consisté en l'étude, chez la souris, du rôle des EDP dans le développement du diabète de type 2 et dans la thrombose, deux pathologies vasculaires liées à l'âge, et s'est également focalisée sur la sous-unité Neu-1 du CRE. Dans un premier temps, nous avons montré que les EDP favorisent le développement d’une insulinorésistance et d’un diabète de type 2. Cet effet implique l'interaction de Neu-1 avec la sous-unité β du récepteur à l'insuline qui diminue son niveau de sialylation altérant ses voies de signalisation. Dans un second temps, nous avons identifié un mécanisme d'action des EDP à deux niveaux (matriciel et plaquettaire) et mis en évidence la présence d'un CRE fonctionnel dans les plaquettes régulant la thrombose. Enfin, nous avons étudié la topologie membranaire de Neu-1 par différentes approches technologiques et identifié un domaine transmembranaire potentiel jouant un rôle important pour sa dimérisation et son activité sialidase. En conclusion, les EDP sont des acteurs clefs du remodelage vasculaire physiopathologique et des pathologies vasculaires associées et de contribuer à faire avancer nos connaissances sur l'organisation de Neu-1 à la membrane plasmique. / Elastin is the extracellular matrix (ECM) protein responsible for resilience and elasticity of tissues such as arteries. During ageing, vascular ECM proteins are subjected to deleterious reactions that alter their structural and functional properties (addition reactions, proteolysis). One of the main features of ECM proteins is their long half-life, associated with a low, or even, inexistent turnover. This is the case for elastin with an estimated half-life at 70 years. Therefore, any damage occurring on elastin will be mostly irreparable. Fragmentation of elastic fibers produces bioactive elastin-derived peptides (EDP) able to modify the behavior of surrounding cells by binding to the elastin receptor complex (ERC). This receptor is composed of three subunits, among which neuraminidase-1 (Neu-1) is the catalytic subunit. The aim of this thesis was to study, in mice, the role of EDP in the development of type 2 diabetes and in thrombosis, two age-related vascular diseases, and to focus on the Neu-1 subunit of the ERC. In a first time, we have shown that EDP promote the development of insulin resistance and type 2 diabetes. This effect involves Neu-1 interaction with the β subunit of the insulin receptor and leads to its reduced sialylation level and signaling. In a second time, we have demonstrated that EDP are regulators of thrombosis. We identified a two-level mechanism (matrix and platelet) and the presence of a functional ERC in platelets. Finally, we have studied the membrane topology of Neu-1 by different biophysical, biochemical and molecular biology approaches, and identified a potential transmembrane domain involved in the dimerization and sialidase activity of Neu-1. In conclusion, this thesis consolidates the concept that EDP are crucial actors of pathophysiological vascular remodeling and related vascular diseases, and expands our knowledge on the plasma membrane organization of Neu-1.

L'élastine est la protéine de la matrice extracellulaire responsable de l'élasticité des tissus. Elle est synthétisée en abondance dans les tissus soumis à de fortes contraintes mécaniques tels que la peau, les poumons, et les artères. Ce biopolymère présente une demi-vie longue de 70 ans et est par conséquent sujet aux altérations liées à l'âge. De plus, l'élastine est dégradée lors de la progression tumorale, notamment celle du mélanome. Sa dégradation entraîne la libération de peptides dérivés de l'élastine (EDP) dotés d'activités biologiques propres et pouvant être impliqués dans l'invasion tumorale (prolifération, angiogenèse, sécrétion de protéases, invasion, survie). Nous avons été les premiers à démontrer que les EDP sont capables de fortement promouvoir le développement de mélanome in vivo dans un modèle murin au travers de l'augmentation de la prolifération et de l'invasion des cellules tumorales impliquant la collagènase-1 ou MMP-1. Ces données suggèrent ainsi que le récepteur de ces peptides, le complexe récepteur de l'élastine (CRE), pourrait constituer une cible thérapeutique innovante afin de lutter contre ce cancer pour lequel un manque flagrant de thérapies efficientes prévaut à l'heure actuelle. Dans le cadre de cette étude, nous avons développé différentes stratégies thérapeutiques basées sur le ciblage du récepteur CRE. Nous démontrons pour la première fois que le ciblage thérapeutique du CRE permet de limiter de manière efficace la progression du mélanome in vitro et in vivo dans un modèle murin. De plus, le vieillissement étant un des facteurs de risque majeur du mélanome, nous avons évalué l'impact de l'âge du stroma sur les effets des EDP et le développement tumoral associé. / Elastin is the extracellular matrix protein responsible for tissue elasticity. It is abundant in tissues experiencing important mechanical constraints such as skin, lungs and arteries. This biopolymer possesses a half-life of 70 years and, consequently, it is subjected to age-related alterations. Moreover, elastin is degraded during tumor progression, notably that of melanoma. Its degradation results in the release of elastin-derived peptides (EDP) which possess their own biological activities that can be linked to tumor invasion (proliferation, angiogenesis, proteases secretion, invasion, survival). We have been the first to show that EDP can promote melanoma development in an in vivo mouse model by raising the proliferation and invasion of tumor cells through collagenase-1 (MMP-1) up-regulation. These data thus suggest that the receptor for these peptides, the elastin receptor complex, could constitute a novel therapeutic target to fight against this type of cancer for which no therapies are efficient now. In this study, we have developed therapeutic strategies targeting the ERC complex. We show for the first time that the therapeutic targeting of the ERC could efficiently limit melanoma progression in an in vitro and in vivo murine model. Additionally, as aging is one of melanoma major risk factors, we have evaluated the impact of stromal age on EDP effects and the associated tumor development.

La Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO) est une pathologie inflammatoire chronique caractérisée par une détérioration irréversible des voies aériennes et des espaces alvéolaires. L'emphysème est la composante principale de la BPCO et l'exposition à la fumée de cigarette en est le principal facteur étiologique. La réponse inflammatoire au cours de la BPCO est caractérisée par une infiltration massive du tissu respiratoire par les cellules inflammatoires qui sécrètent de nombreuses protéases. Ces protéases participent à la dégradation des composants de la matrice extracellulaire et en particulier à la dégradation de l'élastine. Cette dégradation conduit à la genèse de peptides solubles d'élastine (PE) retrouvés dans les différents liquides biologiques de patients BPCO. Si les lymphocytes T CD4+ et les PE sont décrits dans la littérature comme impliqués dans la physiopathologie de la BPCO, en revanche, l'impact de leur interaction sur la polarisation Th reste à élucider. Le travail réalisé au cours de cette thèse a permis de mettre en évidence une polarisation de la réponse lymphocytaire T vers un profil de type Th1 et Th17 au cours de l'emphysème murin induit par le peptide d'élastine VGVAPG. Cette polarisation est dépendante de l'interaction du VGVAPG avec son récepteur spécifique à la surface des lymphocytes T, et est inhibée en présence d'analogues antagonistes du récepteur à l'élastine. Ces résultats permettent d'envisager l'utilisation de tels antagonistes comme des agents pharmacologiques régulant les effets délétères pro-inflammatoires de la réponse T helper au cours de la BPCO. / Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is a chronic inflammatory disease characterized by irreversible damage to airways and alveolar spaces. Emphysema is the main component of COPD and exposure to tobacco smoke is the main etiological factor. The inflammatory response in COPD is characterized by a massive infiltration of respiratory tissue by inflammatory cells that secrete many proteases. These proteases participate in the degradation of extracellular matrix components and particularly in elastin degradation. This elastin breakdown leads to the genesis of soluble elastin peptides (EP) found in various biological fluids of COPD patients. If CD4+ T cells and EP are described in the literature as being involved in the pathophysiology of COPD, consequence of their interaction on the T helper polarization remains to elucidate. The work done during this thesis allowed highlighting the polarization of T cell response towards a Th1 and Th-17 profile during VGVAPG-induced murine emphysema. This polarization, which is dependent of the VGVAPG interaction with its specific receptor expressed on T cells, is inhibited using analogous antagonist elastin receptor peptides. These results allowed us to envisage such antagonist peptides as pharmacological agents that regulate the deleterious pro-inflammatory effects of the T helper cell response during COPD.

La Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO) est une pathologie pulmonaire complexe entrainant une diminution progressive et irréversible des capacités respiratoires. L'emphysème est la composante majoritaire de la BPCO. Une importante réponse inflammatoire chronique est associée à la BPCO et implique à la fois les cellules de l'immunité innée, comme les macrophages et les polynucléaires neutrophiles (PN), et les cellules de l'immunité adaptative. La BPCO est également caractérisée par une destruction importante du tissu pulmonaire qui est associée à une dégradation de l'élastine et du collagène, deux protéines essentielles de la matrice extra-cellulaire (MEC). Cette dégradation génère des peptides doués de nombreuses activités biologiques. Le travail de thèse présenté ici nous a permis de montrer que l'injection intra-trachéale du peptide VGVAPG, une séquence active des peptides d'élastine (PE) induit un emphysème chez la souris, emphysème caractérisé par une forte infiltration des macrophages et des PN dans les lavages bronchoalvéolaires (LBA) et dans le parenchyme pulmonaire et par une destruction de la MEC au niveau du tissu pulmonaire. L'effet des PE s'exerce par le biais du complexe récepteur à l'élastine (CRE) et est déclenché par l'interaction des PE avec la sous-unité EBP du complexe. Nous avons montré, dans un travail précédent, que la spécificité de l'interaction entre l'EBP et les PE est associée à la présence du motif GXXP dans les peptides et à l'adoption d'une conformation en coude β de type VIII par le peptide. Sur la base de ces résultats, nous avons effectué, à partir du peptide VGVAPG, des mutations systématiques des résidus centraux de GXXP afin de déterminer les peptides les plus favorablement repliés en coude beta de type VIII et nous avons sélectionné les meilleurs candidats pour la fixation à l'EBP. Nous avons focalisé notre attention sur les peptides interagissant avec l'EBP et qui montraient des effets biologiques modérés. La possibilité d'utiliser de tels peptides comme des antagonistes des effets du peptide VGVAPG a été évaluée in vitro et in vivo. / The Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is a complex lung disease causing a progressive and irreversible decrease in respiratory capacity. Emphysema is the major component of COPD. An important chronic inflammatory response is associated with COPD and involves both cells of innate immunity, such as macrophages and neutrophils (PN), and the cells of the adaptive immunity. COPD is characterized by extensive destruction of lung tissue that is associated with degradation of elastin and collagen, two essential proteins of the extracellular matrix (ECM). This degradation generates peptides endowed numerous biological activities. The thesis presented here has allowed us to show that the intratracheal injection of peptide VGVAPG, an active sequence of elastin peptides (PE)-induced emphysema in mice, emphysema characterized by a strong infiltration of macrophages and PN in the bronchoalveolar lavage (BAL) and in the lung parenchyma and the destruction of the ECM in the lung tissue. The effect of PE is exercised through the elastin receptor complex (CRE) and is triggered by the interaction of PE with subunit EBP complex. We have shown in previous work that the specificity of the interaction between EBP and PE is associated with the presence of GXXP motif in peptides and the adoption of a conformation type VIII β turn by peptide. Based on these results, we have made, from the peptide VGVAPG, systematic changes of the central residues GXXP to identify peptides most favorably bent type VIII β turn and we selected the best candidates for fixing to EBP. We focused our attention on the peptides interact with the EBP, which showed moderate biological effects. The possibility of using such peptides as antagonists of the effects of peptide VGVAPG was evaluated in vitro and in vivo.

La BPCO est une affection de l’appareil respiratoire associée à une réponse inflammatoire chronique. La BPCO associe une bronchite chronique, avec obstruction des voies aériennes, et un emphysème caractérisé par la destruction du parenchyme pulmonaire. Si l’exposition au tabac est le facteur de risque principal de la BPCO, plusieurs observations cliniques sont en faveur du rôle du vieillissement dans la pathogénèse de la maladie. La dégradation des fibres élastiques du poumon en peptides solubles d’élastine (PE) est une caractéristique constante de la BPCO, et le vieillissement physiologique du poumon est associé à une augmentation de son activité élastinolytique. Nous avons montré dans un travail précédent que l’instillation de PE à des souris induit un emphysème aigu. La relation existant entre l’élastolyse et le vieillissement conforte l’hypothèse que le vieillissement pourrait représenter un risque majeur de la BPCO par le biais de production de PE. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a porté sur l’étude comparative des paramètres histologiques, inflammatoires et immunitaires liés à l’emphysème induit par les PE dans des souris jeunes et des souris âgées. Les résultats obtenus montrent que l’emphysème est d’apparition plus précoce chez les souris âgées et que cette précocité s’accompagne d’une augmentation de la production de PE et de clones T CD28- mémoires spécifiques des PE et du processus d’immunosénescence. / Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a progressive and irreversible inflammatory state of the lung. COPD includes chronic bronchitis, with obstruction of small airways, and emphysema, characterized by the destruction of lung parenchyma. Although cigarette smoke exposure is the best known risk factor for COPD development, several clinical observations support the hypothesis that aging also play a key role in the pathogenesis of COPD. Degradation of lung elastin fibers, generating soluble elastin peptides (EP), is a feature of COPD development, and normal physiological aging of the lung is associated with increased elastolysis. We previously demonstrated in mice that endotracheal instillation of EP resulted in an acute emphysema establishment. The positive association between lung elastin breakdown and aging is consistent with the hypothesis that aging is a major risk factor of COPD through EP production. The work done during this thesis focused on the comparative study of histological, inflammatory and immune parameters related to PE-induced emphysema in young and elderly mice. The results we obtained show that emphysema development is earlier in the elderly mice and that this earliness is associated with an increase of EP-specific CD28- senescent memory T cell clones.