The brain is capable of plasticity, so that the structural and functional loss that are caused by cortical injury may recover. Neuroinflammatory response can greatly influence post-injury recovery by modulating synaptic plasticity. In our previous work, mesenchymal derived exosomes were found to promote functional recovery by converting microglia from a pro-inflammatory state to an anti-inflammatory state in aged rhesus monkeys after cortical injury in the primary motor cortex. In the present project, we demonstrated the effects of exosomes on synaptic changes and synapse-microglia interactions after lesion in the same monkeys. To further investigate the effects of modulating neuroinflammation on synaptic changes after injury, we also investigated dietary curcumin, an anti-inflammatory substance, in a separate group of monkeys. Both treatments showed an effect as neuroinflammatory modulators that reduced the density of microglial markers, Iba- 1/P2RY12. However, the cortical injury induced synaptic loss was reversed by the exosome treatment, whereas the other anti-inflammatory treatment, curcumin, did not show the same effect. Our results are consistent with previous study that cortical injury induced synaptic loss and microglia activation. Exosomes can both reduce inflammation and synapse loss after injury, but curcumin only showed anti-inflammatory effects. Overall, these data suggested that exosomes and curcumin had different mechanisms of how to modulate inflammation and synaptic properties to promote recovery after cortical injury.

No description available.

abstract: Extracellular Vesicles (EVs), particularly exosomes, are of considerable interest as tumor biomarkers since tumor-derived EVs contain a broad array of information about tumor pathophysiology including its metabolic and metastatic status. However, current EV based assays cannot distinguish between EV biomarker changes by altered secretion of EVs during diseased conditions like cancer, inflammation, etc. that express a constant level of a given biomarker, stable secretion of EVs with altered biomarker expression, or a combination of these two factors. This issue was addressed by developing a nanoparticle and dye-based fluorescent immunoassay that can distinguish among these possibilities by normalizing EV biomarker level(s) to EV abundance, revealing average expression levels of EV biomarker under observation. In this approach, EVs are captured from complex samples (e.g. serum), stained with a lipophilic dye and hybridized with antibody-conjugated quantum dot probes for specific EV surface biomarkers. EV dye signal is used to quantify EV abundance and normalize EV surface biomarker expression levels. EVs from malignant (PANC-1) and nonmalignant pancreatic cell lines (HPNE) exhibited similar staining, and probe-to-dye ratios did not change with EV abundance, allowing direct analysis of normalized EV biomarker expression without a separate EV quantification step. This EV biomarker normalization approach markedly improved the ability of serum levels of two pancreatic cancer biomarkers, EV EpCAM, and EV EphA2, to discriminate pancreatic cancer patients from nonmalignant control subjects. The streamlined workflow and robust results of this assay are suitable for rapid translation to clinical applications and its flexible design permits it to be rapidly adapted to quantitate other EV biomarkers by the simple swapping of the antibody-conjugated quantum dot probes for those that recognize a different disease-specific EV biomarker utilizing a workflow that is suitable for rapid clinical translation. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Biomedical Engineering 2019

Myocardial infarction (MI) frequently occurs in patients with diabetes resulting in higher mortality and morbidity than non-diabetic patients. We and others have shown that bone marrow-derived endothelial progenitor cells (BM-EPCs) promote cardiac neovascularization and attenuate ischemic injury in animal models. Lately, emerging evidence supports that exosomes (Exo), a family of extracellular vesicles, mediate stem cell therapy by carrying cell-specific biological cargo and by inducing signaling via transferring of bioactive molecules to target cells. Despite promising results of stem cells/Exo in preclinical studies, autologous cell-based therapies yielded modest clinical results, suggesting cellular/Exo reparative function may be compromised by the presence of comorbid diseases including complications associated with diabetes. Recent studies suggest that epigenetic mechanisms, such as histone and DNA modifications for gene silencing, promote diabetes-induced vascular complication. Therefore, we hypothesized that diabetic EPCs produce exosomes of altered and dysfunctional content that compromise their reparative function in ischemic heart disease via epigenetic alterations. We collected EPC-Exo from non-diabetic (db/+) and diabetic (db/db) mice and examined their reparative effect in vitro and on permanent left anterior descending (LAD) coronary artery ligation and ischemia/reperfusion (I/R) myocardial ischemic injuries in vivo. Our data demonstrated that compared to non-diabetic EPC-Exo, diabetic EPC-Exo promoted neonatal rat cardiomyocyte cell apoptosis under hypoxic stress and repressed endothelial tube formation and cell survival. In vivo studies revealed that non-diabetic EPC-Exo treatments improved cardiac function and remodeling while diabetic EPC-Exo significantly depressed cardiac function, reduced capillary density, increased fibrosis in the permanent LAD ligation MI injury. Moreover, in the I/R MI model, we found that non-diabetic EPC-Exo mediated cardio-protection was lost compared with diabetic-EPC-Exo, and diabetic-EPC-Exo increased immune cell infiltration, infarcted area, and plasma cardiac troponin-I. Mechanistically, histone 3 lysine 9 acetylation (H3K9Ac), a gene activating histone modification, expression was decreased in mouse cardiac endothelial cells (MCECs) treated with db/db EPC-Exo compared with db/+ EPC-Exo, suggesting diabetic EPC-Exo inhibits endothelial cell gene expression. The H3K9Ac chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) results further revealed that diabetic EPC-Exo reduced H3K9Ac level on angiogenic, cell survival, and proliferative genes in MCECs. Moreover, we found that a small molecular inhibitor of HDACs, valproic acid (VPA), effectively prevented diabetic EPC-Exo-medicated H3K9Ac reduction, indicating VPA may rescue the beneficial gene expression and cell function. Taken together, our results provide evidence that diabetic EPC-Exo reparative function is impaired in the ischemic heart and this may be through HDACs-mediated H3K9Ac downregulation leading to inhibition of beneficial genes in recipient cardiac endothelial cells. Reversing diabetic EPC-Exo function by treating with HDAC inhibitors may provide a new path for autologous exosome therapy for myocardial repair in diabetic patients. However, questions still remain on what the content change of stem cell-derived exosome under diabetic condition is.Emerging evidence support a key role of variety of stem /progenitor cell-secreted Exo as a pivotal paracrine entity to mitigate cardiovascular injury. Beside EPC-, cortical bone stem cell (CBSC)-, and cardiac stem/progenitor cell (CPC)- derived Exo are adequate to enhance cardiac repair and regeneration after injury. As widely acknowledged, the comorbidities such as hyperglycemia is a characteristic of diabetes and a major driving factor in CVD. The functional role of stem/progenitor cell- derived Exo and molecular signature of their secreted Exo cargo under hyperglycemic conditions remain elusive. Therefore, we hypothesize that hyperglycemic stress causes transcriptome changes in stem/progenitor cell- derived Exo that may compromise their reparative function. To identify the content change in Exo under hyperglycemia, we performed an unbiased Exo transcriptome signatures from 3 different aforementioned stem/progenitor cells by next generation exosome RNA sequencing (RNA-seq). The results indicated that the size and number of Exo were not changed from 3 stem/progenitor cells between normal and high glucose groups. Furthermore, analysis revealed differential expression of variety of RNA species in Exo and the portions of different RNA were change under hyperglycemia. Specifically, we identified 241 common-dysregulated mRNAs, 21 ncRNAs and 16 miRNAs in three stem cell-derived Exo. Based on mRNA data, Gene Ontology (GO) revealed that potential function of common mRNAs mostly involved in metabolism and transcriptional regulation. We also provided the detail information of these non-annotated ncRNAs and the potential mRNA targets by miRNA-mRNA prediction. This study not only provides potential candidates for individual stem cell types but also identifies common genes in response to hyperglycemia. These reference data are critical for future biological studies and application of stem/progenitor cell-derived Exo in ischemic heart or other diseases to prevent the adverse effects of hyperglycemia-induced stem/progenitor cell- derived Exo dysfunction. / Biomedical Sciences / Accompanied by five Microsoft Excel files: 1) Supplementary Table 1 2) Supplementary Table 2 3) Supplementary Table 3 4) Supplementary Table 4 5) Supplementary Table 5

Almost half of patients recovering from open chest surgery experience atrial fibrillation (AF) that results principally from inflammation in the pericardial space surrounding the heart. Given that post-operative AF is associated with increased mortality, effective measures to prevent AF after open-chest surgery are highly desirable. In this study, we tested the concept that extracellular vesicles (EVs) isolated from human atrial explant-derived cells can prevent post-operative AF. Middle-aged female and male rats were randomized to undergo sham operation or induction of sterile pericarditis followed by trans-epicardial injection of human EVs or vehicle into the atrial tissue. Pericarditis increased the probability of inducing AF while EV treatment abrogated this effect in a sex independent manner. EV treatment reduced infiltration of inflammatory cells and production of pro-inflammatory cytokines. Atrial fibrosis and hypertrophy seen after pericarditis was markedly attenuated by EV pre-treatment; an effect attributable to suppression of fibroblast proliferation by EVs. Our study demonstrates that injection of extracellular vesicles at the time of open-chest surgery shows prominent anti-inflammatory effects and prevents AF due to sterile pericarditis. Translation of this finding to patients might provide an effective new strategy to prevent post-operative AF by reducing atrial inflammation and fibrosis.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le marché des agents de livraison d’acides nucléiques est en pleine expansion et atteindra plus de cinq milliards de dollars en 2030. Ces agents, utilisés pour livrer de l’information génétique dans des cellules de mammifères, ont de nombreuses applications tant dans le domaine de la recherche fondamentale que thérapeutique. Parmi les différentes catégories d’agents de livraison, celle utilisant des vésicules extracellulaires (VE) pseudotypées par la glycoprotéine du virus de la stomatite vésiculaire (VSVG) s’est révélée prometteuse dans les dernières années. En effet, en combinaison avec un polymère cationique, ces particules (VE-VSVG) se sont montrées capables de livrer des acides nucléiques de type ADN et ARN dans différents types cellulaires. Malheureusement, les procédés de production actuels des VE-VSVG, impliquant l’utilisation de cellules HEK293, sont difficiles à adapter à l’échelle industrielle notamment à cause de l'utilisation de cellules productrices adhérentes, de la présence de sérum dans le milieu de culture et de procédés de purification incomplets. Par conséquent, l’objectif de ces travaux de recherche a été de développer un procédé de fabrication des VE-VSVG, pouvant être plus facilement transposé à l’échelle industrielle. Cette thèse se divise en quatre chapitres. Le chapitre 1 constitue une revue de la littérature et fait un état des lieux des différentes méthodes de livraison d'acides nucléiques, ainsi que des procédés de production et de purification de particules biologiques pseudotypées par la protéine VSVG, incluant les VE-VSVG. Les trois chapitres suivants présentent les résultats obtenus au cours de ce doctorat. Le chapitre 2 regroupe les résultats d’une première publication dédiée à la mise en place d’un procédé de production de VE-VSVG par transfection transitoire de cellules HEK 293,cultivées en suspension sans sérum, ainsi que d’une méthode de purification, composée d’une phase de concentration par ultracentrifugation et d’une étape de séparation par chromatographie d’affinité. Le chapitre 3présente les résultats d’une future publication, consacrée à l’analyse de l'effet de la production de VE-VSVG sur l'expression génique des cellules HEK 293, ainsi qu’à l’amélioration des rendements de production de ces particules, grâce à l’identification de différents gènes prometteurs au cours de cette étude transcriptomique. Finalement, le chapitre 4 regroupe des résultats consacrés à l’évaluation d’autres plateformes de fabrication(production et purification) des VE-VSVG. En conclusion, les nouvelles données et les procédés développés dans le cadre de cette thèse permettent d’améliorer significativement la production et la purification de cet agent de livraison d’acides nucléiques prometteur, dans un contexte industriel. / The market of nucleic acid delivery agents is growing rapidly and will reach more than$5billion by 2030. These agents, used to deliver genetic information into mammalian cells, have numerous applications in both basic and therapeutic research. Among the different classes of delivery agents, the one using extracellular vesicles (EV) pseudotyped with the vesicular stomatitis virus glycoprotein (VSVG) has shown promises in recent years. In combination with a cationic polymer, these particles (EV-VSVG) have been shown to be able to deliver DNA and RNA in different cell types. Unfortunately, current EV-VSVG production processes, involving the use of HEK 293cells, are difficult to adapt to industrial scale, notably due to the use of adherent producer cells, the presence of serum in the culture medium and incomplete purification procedures. Therefore, the goal of this thesis was to develop a manufacturing process for EV-VSVG that could facilitate the transposition to industrial scale. This thesis is divided into four chapters. Chapter 1 is a review of the literature and presents an overview of the nucleic acid delivery methods, as well as processes for the production and purification of VSVG-pseudotyped biological particles, including EV-VSVG. The following three chapters present the results obtained during this Ph.D.Chapter 2 covers the results of a first publication dedicated to the development of a production process of EVVSVG by transient transfection of HEK 293 suspension cells grown in serum-free media, as well as a purification method, composed of a concentration step by centrifugation and a separation step by affinity chromatography.Chapter 3 presents the results of a future publication, dedicated to the analysis of the effect of VSVG protein production on HEK 293 cell gene expressions, as well as to the improvement of those particles production yields,through the identification of various promising genes during this transcriptomic study. Finally, Chapter 4 brings together results devoted to the evaluation of alternative manufacturing platforms (production and purification) forEV-VSVG. In conclusion, the new data and processes developed in this thesis significantly improve theproduction and purification of this promising nucleic acid delivery agent, in an industrial context.

Les cellules dendritiques (CDs) sont connues comme étant les cellules sentinelles du système immunitaire. En effet, par leur capacité à capturer et à présenter les antigènes du soi ou étrangers, elles ont la propriété de moduler la réponse immunitaire innée et acquise. Toutefois, elles sont aussi connues pour libérer des vésicules dans le milieu extra cellulaire, dont entre autres les exosomes. Les exosomes sont des microvésicules de 30 - 100 nm jouant un rôle important au sein de l'intercommunication cellulaire. L'état d'activation des CDs influence drastiquement la composition et le rôle des exosomes. D'après des résultats préliminaires obtenus au sein du laboratoire, nous avons observé que les CDs ainsi que les lymphocytes T CD4⁺ (LTCD4) mis en contact avec le virus de l'immunodéficience humaine 1 (VIH-1) pouvaient libérer de plus grandes quantités d'exosomes. De plus, une préparation virale dépourvue en exosomes augmente la viabilité des LTCD4. Enfin, une analyse protéomique d'échantillons purifiés d'exosomes sur gradient d'optiprep a révélé un contenu enrichi en protéines jouant un rôle important dans la survie cellulaire : telle que, les protéines Death-Associated-Protein 3 (DAP3) et Apoptotic peptidase activating factor 1 (APAF-1). Ces deux protéines sont connues pour participer à la voie d'activation des caspases entraînant l'apoptose. De ce fait, la présence de ces protéines dans les exosomes pourrait contribuer à l'élimination des LTCD4. En utilisant l'immunobuvardage nous avons mis en place le protocole et confirmé les résultats de l'analyse protéomique dans les cellules HEK-293T. Cependant, seulement la protéine DAP3 est détectée dans les exosomes isolés à partir de CDs mises en contact avec du virus atténué. De plus, il s'avère qu'une infection productive est nécessaire pour déceler la protéine. Finalement, en utilisant des ARN antisens anti-DAP3, nous avons favorisé la diminution de l'expression de la protéine DAP3. Ainsi, nous pouvons moduler l'expression de la protéine dans les CDs afin de vérifier éventuellement son impact sur la viabilité des LTCD4. En conclusion, tous les outils sont mis en place afin d'assurer la suite du projet qui pourrait nous permettre de mieux comprendre la depletion des LTCD4 lors de la primo-infection.

L'acide lysophosphatidique (LPA) est un lipide bioactif qui est formé dans le sang par l'autotaxine. Le LPA est un médiateur important du système vasculaire, notamment par sa modulation de l'immunité et de l'inflammation. Plusieurs espèces moléculaires de LPA existent en fonction de leur acide gras. Les espèces moléculaires de LPA ont des affinités différentes pour les récepteurs aux LPA. Il en résulte que les espèces moléculaires de LPA peuvent avoir des effets différents, même si elles ciblent une même cellule. Parmi ses nombreux effets, le LPA induit l'activation des plaquettes et est le seul activateur endogène connu des globules rouges (GR). L'activation des plaquettes et des GR induit la libération de vésicules extracellulaires (EV). Les EV de plaquettes (PEV) et les EV de GR (REV) ont des effets pro-inflammatoires et sont des acteurs importants de la coagulation. Le LPA est connu pour promouvoir la pathophysiologie de la polyarthrite rhumatoïde (PAR), une maladie rhumatismale auto-immune systémique (MRAS). Les patients touchés par les MRAS comme la PAR ou le lupus érythémateux disséminé (LED) présentent une inflammation vasculaire importante et sont plus à même de développer des maladies cardiovasculaires comme l'athérosclérose. Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité chez ces patients. Le LPA et les EV promeuvent tous deux l'inflammation vasculaire et le développement de maladies cardiovasculaires. Ils sont également impliqués dans la coagulation. L'hypothèse à l'origine des travaux de cette thèse est que le LPA via l'activation des GR peut promouvoir l'inflammation vasculaire et participer aux dommages vasculaires associés aux MRAS comme l'athérosclérose et la thrombose. Dans cette thèse, nous avons d'abord étudié l'action des principales espèces moléculaires de LPA trouvées dans le plasma sur les GR. Par des approches de cytométrie en flux à haute sensibilité, nous avons montré que certaines espèces moléculaires de LPA induisent l'exposition de la phosphatidylsérine (PS) par les GR et la libération de REV PS⁻ et PS⁺ similaire à celles trouvées dans le plasma de patients LED. Cependant, d'autres espèces moléculaires de LPA inhibent l'activation des GR. J'ai établi les principales voies de signalisation impliquées dans l'activation et l'inhibition des GR. De plus, nous avons mis en évidence que, même si elle est possible dans le plasma, l'activation des GR par le LPA dépend de son environnement. Notre deuxième focus était centré les potentielles associations entre l'autotaxine et les EV avec le risque de thrombose et le développement de l'athérosclérose chez des patients LED. Nous avons montré que l'autotaxine n'était pas augmentée ni associée avec l'activité de la maladie chez les patients LED. Et bien que les patients LED présentaient des quantités très importantes de PEV et de REV, elles n'étaient pas associées avec l'activité de la maladie. Cependant, les quantités de REV PS⁺ sont associées avec un risque plus élevé de thrombose chez les patients SLE. De plus, le groupe de patients avec des quantités élevées de REV PS⁺ présentait également des concentration d'autotaxine plasmatique plus élevées. Le travail présenté dans cette thèse approfondit la compréhension de l'effet du LPA sur l'activation des GR et leur libération de REV. Il met également en évidence l'implication potentielle du LPA et des REV dans les thromboses associées aux patients MRAS. / The lysophosphatidic acid (LPA) is a bioactive lipid which is formed by autotaxin in blood. LPA is an important mediator in the vascular system mainly through its modulation of immunity and inflammation. Several LPA species exist depending on the fatty acid. LPA species varies in their affinity for the LPA receptors, which means that LPA species may have different effects, even if they target a same cell. Among its numerous biological actions, LPA induces platelet activation and is the only known endogenous activator of red blood cells (RBCs). Both platelet and RBC activation lead to the liberation of extracellular vesicles (EVs). Platelet EVs (PEVs) and RBC EVs (REVs) are the two main populations of EVs found in blood. Both PEVs and REVs have been described as pro-inflammatory mediators and are important actors of the coagulation. LPA is a known promoter of the pathophysiology of rheumatoid arthritis (RA), a systemic autoimmune rheumatic disease (SARD). Patients affected by SARDs such as RA and systemic lupus erythematosus (SLE) present high vascular inflammation and are more prone to develop cardiovascular diseases for instance atherosclerosis. Cardiovascular diseases are the first cause of mortality for these patients. LPA and EVs are two mediators which promotes vascular inflammation and the development of cardiovascular diseases. Also, both are pro-coagulant factors. The hypothesis driving this thesis is that LPA through the activation of RBCs promotes vascular inflammation and participate to the vascular damages associated with MRAS patients such as atherosclerosis and thrombosis. In this thesis, we first focused our interest to study the action of major blood LPA species on RBCs. Through high sensitivity flow cytometry, we found that some LPA species induces the exposition of phosphatidylserine (PS) by RBCs and the liberation of PS⁻ and PS⁺ REVs similar to those found in the plasma of LED patients. However, other species were inhibitors of RBC activation. We have established the main LPA's signaling pathways involved in the activation and inhibition as well that even if it is possible in the plasma, RBC activation by LPA is affected by the environment. Our second focus was on the potential associations of autotaxin and EVs with thrombotic risk and the development of atherosclerosis in SLE patients. We found that autotaxin were not elevated in SLE patients nor associated with the disease activity. Even though, SLE patients presented high quantities of PEVs and REVs, they were not associated with the disease activity. However, we showed that the quantities of PS⁺ REVs were associated with a higher risk of thrombosis in SLE patients. Moreover, the group of patients with high quantities of PS⁺ REVs also presented higher quantities of plasmatic autotaxin. The work presented in this thesis brings a better understanding of LPA impact on RBC activation and REV liberation. It also highlights the potential implication of both LPA and REVs in thrombosis associated with SARD patients.

Les fibroblastes associés au cancer (CAF) constituent le type cellulaire le plus abondant du microenvironnement tumoral. In vivo, les tumeurs les plus agressives corrèlent avec un enrichissement en CAF et une matrice extracellulaire plus dense. En effet, les interactions dynamiques et réciproques entre les cellules cancéreuses et les CAF favoriseraient la progression tumorale. Cependant, les molécules impliquées dans ces interactions ainsi que leurs effets sur le devenir de la tumeur et sur le remodelage du microenvironnement sont mal connus. Or, mieux définir et comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans cette interaction est crucial afin de pouvoir développer de nouvelles cibles thérapeutiques. Ainsi, nous avons étudié les interactions entre les cellules cancéreuses et les cellules stromales dans le microenvironnement du cancer de la vessie. Les exosomes sont une classe de vésicules extracellulaires d’origine endocytique de 30 à 200 nm de diamètre. Ils sont sécrétés par tous les types cellulaires et constituent, entre autres, un moyen de communication intercellulaire en transportant protéines, lipides et ARN d’une cellule à l’autre. Les cellules cancéreuses sécrètent une grande quantité d’exosomes et ces derniers joueraient un rôle dans la modulation du microenvironnement tumoral, notamment en activant les fibroblastes sains en CAF. Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de démontrer que les exosomes sécrétés par les cellules cancéreuses sont internalisés par les fibroblastes vésicaux sains et qu’ils favorisent la prolifération de ces derniers. De plus, les exosomes dérivés de cellules cancéreuses activent les fibroblastes sains en CAF grâce au TGFβ qu’ils contiennent. La neutralisation du TGFβ par des anticorps spécifiques confirme ces résultats. Une fois activés, les CAF augmentent la prolifération, la migration et l’invasion des cellules cancéreuses via une sécrétion soutenue de la molécule IL-6. D’ailleurs, le blocage de la voie de signalisation de l’IL-6 renverse les effets observés sur les cellules cancéreuses. Nous avons également démontré que les CAF diminuent la sensibilité des cellules cancéreuses à la mitomycine C. Enfin, les CAF remodèlent la matrice extracellulaire du microenvironnement tumoral notamment par une sécrétion accrue des protéines oncofétales ténascine C et EDA-fibronectine, ainsi qu’une activité LOX-1 et MMP augmentée. Par ailleurs, la matrice extracellulaire générée par les CAF favorise la transition épithéliomésenchymateuse des cellules urothéliales saines en inhibant le marqueur épithelial Ecadhérine au profit du marqueur mésenchymateux N-cadhérine. Ainsi, une communication étroite et complexe entre les cellules cancéreuses et les CAF favorise la progression tumorale. En secrétant des facteurs solubles à activité protumorale et des protéines de la matrice extracellulaire, les CAF favorisent la prolifération, l’invasion et la chimiorésistance des cellules cancéreuses. Globalement, nos travaux soutiennent l'idée que l’inhibition de la transdifférenciation des fibroblastes sains en CAF est une cible thérapeutique de choix dans le développement de nouveaux anticancéreux. / Cancer-associated fibroblasts (CAFs) are the most abundant cell type of the tumor microenvironment. In vivo, aggressive tumors correlate with an enrichment of CAFs and a denser extracellular matrix. Indeed, the dynamic and reciprocal interactions between tumor cells and CAFs promote tumor progression. However, the molecules involved in these interactions, as well as their effects on the fate of the tumor and the remodeling of the microenvironment are poorly known. However, better define and understand the molecular mechanisms of this interaction is crucial to develop new treatments. Thus, we studied interactions between tumor cells and stromal cells in the microenvironment of bladder cancer. Exosomes are a class of extracellular vesicles with of endocytic origin measuring 30 to 200 nm in diameter. They are secreted by all types of cells and constitute, among others, a means of intercellular communication by transporting proteins, lipids and RNA from one cell to another. Cancer cells secrete a large amount of exosomes and these exert a role in the modulation of the tumor microenvironment, notably by activating healthy fibroblasts in CAFs. The work presented in this thesis has demonstrated that the exosomes secreted by cancer cells are internalized by vesical fibroblasts and promote their proliferation. In addition, exosomes derived from cancer cells activate healthy fibroblasts in CAFs using the TGFβ that they transport. The neutralization of TGFβ by specific antibodies confirms these results. Once activated, CAFs increase the proliferation, migration and invasion of cancer cells via a sustained secretion of the IL-6 molecule. Moreover, the blocking the IL-6 signaling pathway reverses the effects observed in cancer cells. We have also demonstrated that CAFs decrease the sensitivity of cancer cells to mitomycin C. Finally, CAFs remodel the extracellular matrix of the tumor microenvironment notably by an increased secretion of tenascin C and EDA-fibronectin oncofetal proteins, as well as a LOX-1 and MMP increased activity. In addition, the extracellular matrix generated by CAFs promotes the epithelio-mesenchymal transition of healthy urothelial cells by inhibiting the epithelial marker E-cadherin in favor of the mesenchymal marker N-cadherin. Thus, a close and complex communication between the cancer cells and the CAFs increases tumor progression. By secreting soluble factors with a pro-tumor activity and extracellular matrix proteins, CAFs promote the proliferation, invasion and chemoresistance of cancer cells. Overall, our work supports the idea that the inhibition of the transdifferentiation of healthy fibroblasts into CAFs is a therapeutic target of choice in the development of novel anticancer drugs.

Les plaquettes sont très abondantes dans le sang où elles ont un rôle dans l'hémostase, l’inflammation et l’immunité. Activées, elles vont subir un changement de conformation qui permet la libération de nombreuses molécules effectrices ainsi que la production de vésicules extracellulaires (EV). Les EV sont formées par le bourgeonnement de la plaquette et emportent une partie de son contenu, incluant des acides nucléiques, des protéines de surface et des organelles. Hétérogène, le contenu diversifié des EV de plaquettes suggère qu’elles peuvent exercer de nombreuses fonctions. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes d’abord intéressés à l’utilisation de l’algorithme SPADE couplé à la cytométrie en flux pour améliorer la détection d’EV et mieux apprécier leur hétérogénéité dans des concentrés plaquettaires (PC) servant à la transfusion. Nous avons aussi évalué l’utilisation de cette approche pour le développement de biomarqueurs dans le cadre de l’analyse d’EV dans le liquide synovial de patients arthritiques. Cette étude a révélé que l’utilisation d’algorithmes couplés à la cytométrie en flux tels que SPADE pourrait faciliter la compréhension des fonctions des EV et le développement de leur étude comme biomarqueurs. Nous nous sommes ensuite intéressés à une première sous-catégorie d’EV de plaquettes, celles qui contiennent des mitochondries (mito⁺EV). Nous avons émis l'hypothèse que ces mito⁺EV représentent un réservoir d'ADN mitochondrial, signal de danger (motifs moléculaires associés aux dommages, DAMP) reconnu et présent dans de nombreuses conditions inflammatoires, et qu’elles pourraient être impliquées dans les réactions transfusionnelles. Nous avons observé que les mito⁺EV étaient plus abondantes dans les PC impliqués dans des réactions transfusionnelles et qu’elles corrèlent significativement avec l’ADN mitochondrial. Comme la majorité de l’ADN mitochondrial est encapsulée dans des EV, cette étude suggère que les EV peuvent être un biomarqueur utile pour la prédiction du risque potentiel de réactions transfusionnelles, bien que des investigations soient iii nécessaires pour déterminer s'il existe un rôle pathogène causal du DAMP mitochondrial encapsulé dans les EV par opposition à l'ADN mitochondrial en solution. Nous nous sommes enfin intéressés à une seconde sous-catégorie d’EV de plaquettes, celles qui contiennent du protéasome. Les plaquettes contiennent un protéasome actif et présentent des antigènes par l'intermédiaire du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH I) ce qui leur confère une fonction dans l’immunité adaptative. Étant donné qu’il n’a jamais été examiné si le protéasome est également transféré dans les EV de plaquettes auparavant, nous avons émis l'hypothèse qu'une machinerie fonctionnelle pour l'apprêtement et la présentation de l'antigène est transférée aux EV de plaquettes. En utilisant une combinaison d'analyses moléculaires et fonctionnelles, nous avons montré la présence d'un protéasome 20S actif dans diverses conditions où les plaquettes sont activées, ainsi que du CMH I et des molécules de coactivation des lymphocytes. L’incubation d’EV de plaquettes avec l’ovalbumine (OVA) a mis en évidence, par l'activation et la prolifération des lymphocytes T CD8⁺ spécifiques de l'antigène OVA, qu’elles peuvent apprêter et présenter efficacement l’antigène. Ces résultats suggèrent que les EV de plaquettes contribuent à l'immunité adaptative. Dans l’ensemble, nous avons montré que les EV de plaquettes ont un rôle dans l’inflammation et l’immunité avec leur contenu en mitochondries et en protéasome. Elles sont hétérogènes et peuvent être utilisées comme biomarqueurs dans différents contextes. / Platelets are very abundant in the blood where they play a role in hemostasis, inflammation and immunity. Activated, platelets will undergo a change of conformation which allows the release of numerous effector molecules as well as the production of extracellular vesicles (EVs). EVs are formed by the budding of the platelet and bring some of its contents, including nucleic acids, surface proteins and organelles. Heterogeneous, the diverse content of platelet EVs suggests that they can perform many functions. As part of this thesis, we first looked at the use of the SPADE algorithm coupled with flow cytometry to improve the detection of EVs and allow a better appreciation of their heterogeneity in platelet concentrates (PC) used for transfusion. We also evaluated the use of this approach for the development of biomarkers in the analysis of EVs in the synovial fluid of arthritis patients. This study revealed that the use of algorithms such as SPADE coupled with flow cytometry could facilitate the understanding of the functions of EVs and the development of their studies as biomarkers. We then looked at a first subcategory of platelet EV, those that contain mitochondria (mito⁺EVs). We hypothesized that these mito⁺EVs represent a reservoir of mitochondrial DNA, a damage-associated molecular pattern (DAMP) recognized and present in many inflammatory conditions, and that they could be involved in transfusion reactions. We observed that mito⁺EVs were more abundant in PCs involved in transfusion reactions and that they correlate significantly with mitochondrial DNA. As the majority of mitochondrial DNA is encapsulated in EVs, this study suggests that EVs may be a useful biomarker for predicting the potential risk of transfusion reactions, although further investigation is needed to determine if there is a pathogenic role of mitochondrial DAMP encapsulated in EVs as opposed to mitochondrial DNA in solution. We finally focused on a second subcategory of platelet EVs, those that contain proteasome. Platelets contain an active proteasome and present antigens through the major histocompatibility complex I (MHC I), which gives them an important function in adaptive immunity. Whether the proteasome is also transferred into the v platelet EVs has never been examined. We hypothesized that a functioning machinery for the processing and presentation of the antigen is transferred to the platelet EVs. Using a combination of molecular and functional assays, we have demonstrated the presence of an active 20 S proteasome under various conditions where platelets are activated, as well as MHC I and lymphocyte coactivation molecules. Demonstrated by activation and proliferation of ovalbumin (OVA) antigen specific CD8⁺ T lymphocytes, EVs from platelets incubated with OVA can efficiently prepare and present antigen. These results suggest that platelet EVs contribute to adaptive immunity. Overall, we have shown that platelet EVs have a role in inflammation and immunity with their mitochondria and proteasome content. They are heterogeneous and can be used as biomarkers in different contexts.