Les vésicules extracellulaires (EVs) participent à la communication intercellulaire. Dans la littérature actuelle, elles sont divisées en deux classes principales selon leur origine intracellulaire. En premier lieu, les exosomes sont formés à l'intérieur des endosomes multivésiculaires et sont libérés lors de la fusion de ces compartiments avec la membrane plasmique (MP). La taille des exosomes est contrôlée au cours de leur biogenèse et varie de 50 à 150 nm. Deuxièmement, les EVs sont formées par bourgeonnement direct et sécrétion à partir de la MP. Ces EVs sont plus hétérogènes et leur taille varie de 50 à 1000 nm. Malgré le fait que la nature hétérogène de EVs soit clairement documentée dans la littérature, la composition en protéines et les mécanismes exacts de la biogenèse des différentes EVs restent un sujet de débat en cours. Le but principal de ce travail était de redéfinir autant de sous-types différents d’EVs que possible, en trouvant des marqueurs protéiques spécifiques, et d'étudier les outils possibles pour affecter spécifiquement leur sécrétion. Dans ce projet, nous avons mis en place plusieurs outils utiles pour la caractérisation d’EVs. Tout d'abord, mes principaux efforts ont été concentrés sur la mise en place de plusieurs protocoles d'isolation et d'analyse d’EVs. Cela a conduit à la production d'une cartographie des protéines vésiculaires, qui si elle est appliquée pour caractériser les EVs, permettra de mieux les identifier par leur composition. Deuxièmement, j'ai étudié la façon dont la sécrétion de ces sous-populations d’EVs peut être modulée par l'inhibition de quelques protéines de la famille RAB et par certaines drogues. Enfin, grâce à une collaboration établie au sein de l'unité, j'ai eu l'occasion de participer à une comparaison des propriétés fonctionnelles entre les EVs et les virus sécrétés simultanément par les cellules infectées. Mes résultats confirment l'hypothèse selon laquelle l'origine intracellulaire des EVs sera reflétée dans leur composition. Les résultats présentés confirment la coexistence de plusieurs classes d'EVs et donnent un aperçu sur les moyens de les caractériser dans une préparation d’EVs donnée. En outre, nous fournissons un exemple de l'application de notre ensemble de protéines dans les études portant sur la biogenèse des EVs. / Extracellular vesicles (EVs) are participating in intercellular communication. Classically, in the current literature, they are divided into two main classes depending on their intracellular origin. Firstly, exosomes are formed within multivesicular endosomes and released upon fusion of these compartments with plasma membrane. The size of exosomes is controlled during their biogenesis and ranges from 50 to 150 nm. Secondly, EVs are formed by direct budding and pinching off from the plasma membrane. These EVs are more heterogeneous and their size varies from 50 to 1000 nm. Despite the fact that a heterogeneous nature of EVs is clearly documented in the literature, the exact protein content and biogenesis mechanisms of different EVs remain a matter of on-going debate. The principal goal of this work was to re-define as many different subtypes of EVs as possible, by finding specific protein markers, and investigate possible tools to affect specifically their secretion. In this project, we set up several tools useful for EV characterization. Firstly, my main efforts were concentrated on establishment of several protocols to isolate and analyse EVs. This led to the foundation of a vesicle protein cartography, which if applied to characterize EVs, will allow better understanding of the composition of the studied EVs. Secondly, I investigated how secretion of these EV subpopulations might be modulated by inhibition of a few RAB proteins and by some drugs. Finally, thanks to a collaboration established within the unit, I had the opportunity to participate in a comparison of the functional properties between EVs and viruses secreted simultaneously by infected cells. My results confirmed the hypothesis that the intracellular origin of EVs will be reflected in their composition. The results presented in this study point at the coexistence of several EV classes and provide insights on how to demonstrate their presence in a given EV preparation. In addition, we provide an example of the application of our set of proteins in studies addressing EV biogenesis.

L’implication d’un facteur circulant et des dysfonctions du système immunitaire entrainant les altérations de la barrière de filtration glomérulaire a été suggérée dans la pathogénèse de la hyalinose segmentaire et focal récidivante. Nous avons identifié par spectrométrie de masse la présence de la protéine CASK dans des sérums de patients après immunoadsoroption sur une colonne de protéine A. CASK recombinante est capable d'induire des modifications de l’architecture des podocytes in vitro, tels qu’une redistribution de la protéine de diaphragme de fente ZO-1 et de la protéine régulatrice d’actine synaptopodine, et une perte de fibres de stress d’actine. Ces podocytes acquièrent ainsi un phénotype motile et une perméabilité accrue à l’albumine en présence de CASK recombinante in vitro. L’injection de CASK chez des souris entraine une protéinurie et l’effacement des pédicelles de podocytes. L’interaction entre CASK et son récepteur CD98 dans les podocytes a été mise en évidence par l’expérience de pontage covalent et co-immunoprécipitation. L’inhibition de l’expression de CD98 par ARNi a permis de préserver l’architecture des podocytes en présence de CASK. Nous avons remarqué la surexpression de CASK dans les monocytes chez les patients atteints de la HSF récidivante par rapport aux témoins. In vitro, CASK est surexprimée dans les macrophages ayant une polarité M2 et est retrouvée dans le surnageant de la culture de ces cellules. La sécrétion de CASK est associée aux exosomes qui sont des microvésicules d’origine endosomale. Dans les cellules, CASK est partiellement co-distribuée avec ALIX, un marqueur exosomal, et leur interaction a été mise en évidence par co-immunoprécipitation. CASK est fortement exprimée dans les exosomes de patients atteints de HSF récidivante comparé aux donneurs sains. Le traitement des podocytes par des exosomes issus des macrophages de type M2 induit des altérations du cytosquelette et augmente la motilité des podocytes comme cela avait été observé en présence de CASK recombinante. Pour conclure, nous avons identifié CASK comme nouveau facteur soluble qui pourrait jouer un rôle au cours de la HSF récidivante après transplantation rénale. Ces découvertes ouvrent de nouvelles orientations pour le traitement des malades atteints de SNI récidivant. / Focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) is often associated with a high rate of progression to end-stage renal disease. The idiopathic form has a high recurrence rate (rFSGS) after transplantation suggesting the presence of a systemic circulating factor that causes the glomerular permeability. This factor can be removed by plasmapheresis or immunoadsorption using protein-A columns. We used mass spectrometry to analyze the proteins eluted from protein-A columns, taken from patients with rFSGS after immunoadsorption. A serum form of calcium/calmodulin-dependent serine/threonine kinase (CASK) was identified in rFSGS patients but not in controls. In cultured podocytes, recombinant CASK induced reorganization of the actin cytoskeleton. We also demonstrated the interaction of CASK with CD98 at the cell surface. Injection of recombinant CASK in mice induced proteinuria and foot process effacement on podocytes. We identified that CASK is produced by monocytes in patients with rFSGS. CASK is also expressed and secreted by M2 polarized macrophages but not by M1 subset. CASK was associated with exosomes produced by these cells. CASK has a partial codistribution with ALIX, an exosomal component involved in their development. We’ve also demonstrated that CASK interacts with ALIX in M2 macrophages. Moreover exosomes derived from M2 macrophages cause podocytes cytoskeleton alterations and increase of podocyte motility as observed previously with recombinant CASK. In conclusion, a serum form of CASK secreted by macrophages acts as a permeability factor in patients with rFSGS suggesting its involvement in the physiopathology of rFSGS.

Le cancer du poumon est la première cause de mortalité par cancer en France et dans le monde. Aujourd'hui, en France, la survie cinq ans après un diagnostic de cancer du poumon est de seulement 14%, ce qui en fait l'un des cancers les plus difficiles à soigner. La médecine personnalisée, notamment l’immunothérapie, est désormais l’approche privilégiée pour les cancers du poumon aux stades métastatiques. Au sein d’une tumeur, les cellules cancéreuses sont entourées par un microenvironnement inflammatoire riche en polymorphonucléaires neutrophiles (PMN). Alors qu’il est établi que la présence répétée de PMN est associée au développement des carcinomes, la contribution de l'interaction intratumorale des PMN avec les cellules cancéreuses dans la progression tumorale n’est pas claire. Pour cela nos objectifs ont été de : 1) décrypter les moyens de communication engagés entre les neutrophiles et les cellules tumorales (miARNs et microvésicules) et 2) la régulation de ces acteurs dans les cellules réceptrices, 3) démontrer leur rôle dans la progression et la dissémination tumorale. La plasticité tumorale et l’invasion font parties des caractéristiques les plus importantes de la progression du cancer. Ces travaux nous ont permis d’identifier un nouveau mécanisme d'acquisition transitoire du phénotype invasif via le transfert de miARNs extracellulaires dans les cellules tumorales. Nous avons pu observer que le miR-223-3p extracellulaire est transféré des PMN aux cellules tumorales pulmonaires via des exosomes. / Lung cancer is the leading cause of cancer mortality in France and worldwide. Today in France, the overall five-year survival rate after diagnosis is only 14%, making it one of the most challenging cancers to treat. Personalized medicine is now the preferred approach for lung cancer for metastatic stage, including so-called immunotherapy. Within a tumor, cancer cells are surrounded by an inflammatory microenvironment rich in polymorphonuclear neutrophils (PMN). While it is established that the presence of PMN is associated with the development of carcinomas, the contribution of intratumoral PMN and their interaction with cancer cells in tumor progression is unclear. To explore these hypotheses, objectives of our study were: 1) to decrypt the communication between neutrophils and tumor cells (miRNAs and microvesicles) and 2) the regulation of these actors in the recipient cells, 3) to demonstrate their role in tumor progression and dissemination. Tumor plasticity and invasion are part of the most important features of cancer progression. This work has allowed us to identify a new mechanism of transient acquisition of phenotype by transfer of extracellular miRNA (ex-miRNA) into cancer cells with and, importantly, by letting the ex-miRNA decay. We observed that the ex-miR-223-3p is transferred from PMN to lung tumor cells via exosomes. This transfer is functional, as demonstrated by the occurrence of epithelial to mesenchymal transition (EMT) associated with an invasive phenotype and inhibition of one of its targets, FOXO1 transcription factor.

La mucoviscidose est une maladie génétique due à des mutations du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator), conduisant à un défaut d'adressage de la protéine CFTR à la membrane apicale des cellules épithéliales, ou à un déficit de sa fonction de canal à ions chlorure. Ce travail a consisté à étudier les vésicules extracellulaires (EV), microvésicules (MV) et exosomes (Exo), comme vecteurs de la protéine CFTR et de son ARN messager. La preuve de concept du transfert de matériel biologique d'intérêt par l'intermédiaire d'EV, d'abord apportée sur un modèle de cellules animales (CHO), a été validée en cellules humaines. Les EV ont été isolées à partir de surnageant de Calu-3, cellules exprimant la protéine CFTR de manière endogène, et de A549 transduites par le vecteur adenoviral Ad5-GFP-CFTR, surexprimant la protéine de fusion GFP-CFTR. Les cellules cibles choisies, A549 et CF15, étaient déficientes en CFTR. Le transfert s'est révélé plus efficace en système homologue (A549/A549) qu'en système hétérologue (A549/CF15). Par ailleurs, l'utilisation d'inhibiteurs métaboliques suggère que les EV ne suivent pas une voie d'internalisation cellulaire unique, mais que plusieurs mécanismes sont mis en jeu, dont l'endocytose clathrine dépendante et la macropinocytose. Les deux types d'EV sont capables de rétablir la fonction canal associée au CFTR dans les cellules CF15 de façon dose-dépendante, mais avec un effet de seuil minimum. L'activité CFTR reste stable pendant 3 jours, et à un niveau encore détectable après 5 jours. Notre travail démontre l'intérêt potentiel des MV et Exo comme vecteurs de biothérapie de pathologies génétiques / Cystic fibrosis is a genetic disease in which its prognosis depends on the lung damage. It is caused by mutations in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene (CFTR), resulting in a dysfunctional CFTR protein normally located at the plasma membrane of epithelial cells. This thesis is a study of a novel therapeutic approach to use extracellular vesicles (EVs), microvesicles and exosomes, as transfer vectors for CFTR mRNA and protein to target cells. The proof of concept for the transfer of CFTR mRNA and protein was first done in the CHO hamster model. To validate this concept on human cells, we used human bronchial Calu-3 cells, which express the endogenous CFTR protein, and A549 lung epithelial cells transduced by the adenoviral vector Ad5-GFP-CFTR to overexpress the fusion exogenous protein GFP-CFTR. We show that EVs produced by these cells could transfer a new functionality to CF15 target cells carrying the CFTRdeltaF508 mutation and the transfer seems to be more efficient in a homologous cell system versus a heterologous system. Interestingly, the exosomes seem to be more efficient in CFTR transfer than the microvesicles. A study of the mechanism of EVs cellular uptake show that it is temperature dependent and that endocytosis and macropinocytosis are implicated. Collectively, this study demonstrates the potential application of EVs for CFTR transfer and functional correction of the genetic defect in human CF cells

L’objectif de ce travail était de démontrer que les cellules de glioblastomes sont capables de se différencier et de se dédifférencier en fonction de leur environnement, d’explorer les mécanismes biologiques qui sous-tendent ces transitions, et d’évaluer in vivo les capacités de différenciation à distance des CIG par les CIG-miR-302-367 via la sécrétion de microvésicules. A partir de plusieurs glioblastomes fraichement réséqués, nous avons caractérisé les cellules tumorales sur le plan phénotypique et fonctionnel pour l’état souche et différencié. Nous avons extraits et analysés les microvésicules des milieux de culture de 2 lignées de CIG-miR-302-367. Selon les principes de la thérapie cellulaire, des co-injections de CIG+CIG-miR-302-367 ont été réalisées dans le cerveau des souris. La majorité des cellules tumorales avaient un phénotype et étaient fonctionnellement différenciées. Après 48 heures de culture en milieu EGF, elles acquéraient les propriétés souches phénotypiques et fonctionnelles. Ce processus de dédifférenciation était réversible en 4 jours de culture en milieu sérum et inhibé par l’adjonction dans le milieu EGF d’un anti-EGFR (cétuximab), suggérant un rôle primordial de la voie EGF/EGFR/ERK. Les microvésicules produites par les CIG-miR-302-367 ont permis une baisse significative de la tumorigénicité des CIG in vivo, et une augmentation de la survie des souris. Le concept de plasticité cellulaire remet en cause les dogmes établis sur la hiérarchie tumorale unidirectionnelle. La déplétion tumorale en CIG, en les forçant à se différencier, est une stratégie thérapeutique innovante, qui peut s’envisager par une approche de thérapie cellulaire. / There is great interest but little understanding in how cancer stem cells arise. Here we show that tumor cells exhibiting stem-like properties and expression of stemness(CD133) and pluripotency markers (SOX2, NANOG, OCT4), can arise from differentiated tumor cells that are isolated from human glioblastomas. These cells could transit from a more differentiated state that cannot self-renew to a self-renewing stem-like state upon EGF/EGFR signaling. This dedifferentiation process induced expression of pluripotency markers, and restored clonal and tumorigenic properties as well as resistance to temozolomide, the chemotherapy of reference. EGF/EGFR signaling including ERK activation was crucial for this cellular reprogramming. Interestingly, expression of pluripotency markers occurred before the cells re-entered the cell cycle, demonstrating that the cells have the capacity to change and reprogram before the cell division starts. Our findings support a model of tumor homeostasis in which tumor cells driven by environmental cues such as EGF, can spontaneously acquire stem-like properties contributing thus to the enrichment in tumor propagating cells.

Introduction : Les cellules souche mésenchymateuse (CSM) présentent une puissante activité immunomodulatrice sur les lymphocytes T et les Natural Killer (NK), impliquées dans les réactions allogéniques. Les propriétés immunomodulatrices des CSM dépendent de contacts cellulaires et des facteurs secrétés. Ainsi les exosomes produits par ces cellules pourraient constituer des nouveaux produits thérapeutiques.L’objectif de ce travail est d’étudier, in vitro, l’effet d’exosomes dérivés de CSM sur les lymphocytes B, T et les NK.Méthodologie : Les CSMs utilisées sont issues de foies fœtaux humains. Les exosomes ont été isolés à partir du milieu de culture des CSMs par une série d’ultracentrifugation à 100000g.Résultats : Contrairement aux CSMs qui inhibent la prolifération des lymphocytes T et B, leurs exosomes n'ont pas d'effet sur leur prolifération. Cependant ils inhibent la prolifération, l’activation et la cytotoxicité (expresion CD107a) des NK. Nous avons mit en évidence, par FACS, la présence de TGFbeta; à la surface des exosomes. De plus leur fonction inhibitrice est abrogé en présence d’un anticorps bloquants anti-TGFbeta;. Réciproquement l’exposition de cellules NK à du TGFbeta; inhibe la cytotoxicité et la prolifération de cellules. Enfin, en présence d'exososmes nous avons montré, par IF, une translocation de Smad 2/3 (messager du signal TGFbeta;) dans les noyaux des cellules NK, inhibé par l'ajout d'anticorps anti-TGFbeta;.Conclusion: Ces résultats suggère que les propriétés immunomodulatrices de CSMs sur NK pourraient dépendre de TGFβ présenté ou associé aux exosomes. / Introduction: Mesenchymal stem cells (MSCs) are powerful immunomodulators regulating the function of B and T lymphocytes and natural killers cells (NK) involved in allogeneic reactions. Their immunomodulatory properties depend on cell contact and secretion factors produced by MSCs. Thus exosomes produced by these cells could provide new therapeutic tools.Objective: The objective of this work is to study the effect of MSC derived exosomes in vitro on B and T lymphocytes and NK cells.Method: MSCs used for this study are isolated from human fetal liver. Exosomes were isolated from MSC culture medium by a serie of ultracentrifugation at 100000g.Results: MSCs inhibit the proliferation of T lymphocytes. Unlike MSCs, their exosomes do not abrogate the proliferation of T and B cells. However they inhibit the proliferation, activation and cytotoxicity (CD107a expression) of NK cells. By FACS analysis we showed a surface expression of TGFb; by exosomes. Inhibition of NK cells activation by exosomes is altered by a neutralizing anti-TGFb; antibody. Contrary when NK cells are cultured with TGFb; the same effect qs exosomes is demonstrated. By IF, we found a nuclear translocation of Smad 2/3 (TGFb; signal transducer) in NK cells cultured with exosomes, which is inhibited by the qddition of anti-TGFb; antibody.Conclusion: These results suggest that the immunomodulatory properties of MSCs on NK could depend on exosome presentation or association with TGFb;.

Skeletal muscle functions as an endocrine organ. Exosomes, small vesicles containing mRNAs, miRNAs, and proteins, are secreted from muscle cells and facilitate cell-to-cell communication. Our recent work found greater exosome release from oxidative compared to glycolytic muscle. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC-1α) is a key driver of mitochondrial biogenesis, a characteristic of oxidative muscle. It was hypothesized that PGC1α regulates exosome biogenesis and secretion in skeletal muscle. The purpose of this study is to determine if PGC-1α regulates skeletal muscle exosome biogenesis and secretion. On day 4 of differentiation, human primary myotubes from vastus lateralis biopsies from lean donors (BMI < 25.0 kg/m2) were exposed to adenovirus encoding human PGC-1α or GFP control. On day 6 of differentiation, culture media was replaced with exosome-free media. On day 8, cells were collected for mRNA and protein analysis, and culture media was collected for exosome isolation. Overexpression of PGC-1α increases regulators of exosome biogenesis in the endosomal sorting complexes required for transport (ESCRT) pathway: Alix (CON: 1.0 ± 0.2 vs. PGC-1α: 7.6 ± 3.8), TSG-101 (CON: 1.0 ± 0.1 vs. PGC-1α: 7.3 ± 2.1), CD63 (CON: 1.0 ± 0.17 vs. PGC-1α: 3.7 ± 0.4), Clathrin (CON: 1.0 ± 0.2 vs. PGC-1α: 11.6 ± 2.5), and the secretion pathway: Rab27b (CON: 1.0 ± 0.3 vs. PGC-1α: 3.2 ± 0.3), STAM (CON: 1.0 ± 0.3 vs. PGC-1α: 7.3 ± 0.6), and VTA1 (CON: 1.0 ± 0.1 vs. PGC-1α: 7.3 ± 2.4). Exosome count and total extracellular vesicle count were not significantly different from control. Overexpression of PGC-1α increases gene 9 expression of regulators of exosome biogenesis and secretion in human primary myotubes. In the future, in vitro studies assessing exosomal content from PGC-1 OE cells as well as in vivo effects of PGC-1 OE on exosome production and release should be investigated to further understand the role PGC-1 plays in exosome secretion.

Background Cisplatin is used for treatment of malignant pleural mesothelioma (MPM) and non-small cell lung cancer (NSCLC) but treatment with cisplatin often leads to acquired resistance to cisplatin, resulting in poor patient survival. Globotriaosylceramide (Gb3) and multidrug resistance protein 1 (MDR1) have been associated with cisplatin resistance. Gb3 serves as a receptor for verotoxin-1 (VT-1), which induces apoptosis, and has been shown to have a functional dependency to MDR1 and heat shock protein 70 (HSP7o). The Bcl-2 family of proteins and inhibitors of apoptosis (IAPs) are key regulators of apoptosis. BH3-mimetics mimic pro-apoptotic BH3-only proteins, while Smac mimetics mimic the IAP-binding protein Smac/Diablo. These drugs have shown great promise in reversing cisplatin resistance. Exosomes are small bio-nanoparticles secreted and taken up by both cancer cells and normal cells. They have the ability to transfer properties between cells and have been shown to confer resistance to cisplatin. Methods In this thesis, NSCLC cell line H1299 and MPM cell line P31 were studied using western blot, flow cytometry, proteome profilers, confocal microscopy and gene expression arrays to investigate changes in protein and gene expression after acquisition of cisplatin resistance (P31res and H1299res) or after incubation with exosomes or drugs that target these. The cytotoxic and apoptotic effects were studied using fluorometric cytotoxicity assay (FMCA) and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay. Results This thesis confirms that Gb3 is a potential target for cisplatin resistance reversal. Incubation with glycosphingolipid production inhibitor DL-threo-1-phenyl-2-palmitoylamino-3-morpholino-1-propanol (PPMP) and VT-1 led to reduced Gb3 cell surface expression and increased cytotoxic effect of cisplatin in all cell lines. Gb3 and MDR1 was not co-localized in any studied cell line, but Gb3 and HSP70 were co-localized on the cell surface and PPMP and VT-1 led to a decrease of both Gb3 and HSP70. Both BH3-mimetic obatoclax and Smac mimetic AT-406 had an additive effect on cisplatin-induced cytotoxicity and apoptosis in P31 and a synergistic effect in P31res. Results indicate that exosomes from cisplatin-resistant cell lines can transfer HSP70 to the surface of cells. Conclusion Cell surface Gb3 and HSP70, the Bcl-2/IAP-family proteins and exosomal transfer of cisplatin resistance characteristics are potential targets in combatting cisplatin resistance that show therapeutic promise and warrant further research.

No description available.

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