Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. 63-84. Publié aussi en version électronique.

Le vieillissement croissant de la population mondiale augmente les risques d’incidence de maladies dégénératives comme la maladie d’Alzheimer (AD). L’AD représente la forme de démence la plus commune. C’est plus de 40 millions de personnes qui sont affectés à l’échelle mondiale, créant ainsi un lourd fardeau économique annuel de plusieurs centaines de milliards de dollars. L’AD est une maladie dégénérative du cerveau qui se traduit par une perte graduelle de la mémoire et des fonctions cognitives. Cette dernière se caractérise par trois symptômes pathophysiologiques intimement reliés qui sont : (1) un système cholinergique défectueux, (2) une accumulation excessive de plaques séniles toxiques composées de peptides β–amyloïdes et (3) une hyperphosphorylation de la protéine Tau qui résulte en des enchevêtrements neurofibrillaires. Il n’existe à ce jour aucune cure contre l’AD et les traitements actuellement retrouvés sur le marché n’ont qu’un effet transitoire. En revanche, il y a de plus en plus d’indices qui suggèrent que l’utilisation de certains facteurs de croissance comme l’IGF-2, le bFGF et les neurotrophines pourraient agir à titre de traitement. Parmi ces derniers, la protéine morphogénétique osseuse 9 (BMP-9) a montré un fort potentiel thérapeutique. Cette dernière est toutefois coûteuse à produire en plus d’être volumineuse, ce qui limite fortement son acheminement au cerveau en raison de la barrière hématoencéphalique. Dans cette optique, nous avons développé deux peptides de 23 acides aminés dérivés de l’épitope knuckle de la BMP-9, pBMP-9 et SpBMP-9, 300 fois moins chers à produire. Les travaux de ce projet de doctorat portent sur le développement d’un système de libération du SpBMP-9, le plus efficace des deux peptides, comme stratégie de traitement contre l’AD. Tout d’abord, il a été montré que le SpBMP-9 permettait d’induire la différenciation neuronale de cellules humaines SH-SY5Y de façon plus efficace que la protéine native par la présence d’une croissance plus importante des neurites et l’expression de marqueurs de différenciation neuronaux. De plus, le SpBMP-9 pouvait agir sur au moins deux symptômes de l’AD en orientant la différenciation vers le phénotype cholinergique et en inactivant la GSK3β, une Tau kinase. Ensuite, un système de libération sous forme de nanoparticules à base de chitosane et d’alginate a été développé, puis caractérisé. Ce système de libération a permis d’encapsuler efficacement le SpBMP-9. Le suivi et la modélisation des cinétiques de libération à l’aide d’un modèle mathématique prenant en considération la distribution de taille des particules a permis d’identifier que la libération était principalement diffusive, mais qu’il existait de fortes interactions entre le peptide et l’alginate. Les tests de viabilité ont montré que les nanoparticules n’étaient pas toxiques sur des cellules SH-SY5Y. Enfin, le SpBMP-9 libéré à partir des nanoparticules était toujours bioactif et permettait une différentiation neuronale. Finalement, une étude exploratoire a permis de mettre en évidence que le SpBMP-9 pouvait agir en synergie avec le bFGF et le NGF. La combinaison du SpBMP-9 avec le bFGF ou le NGF a montré la présence d’une différenciation neuronale accrue mise en évidence par la présence d’une croissance de neurites supérieure, par l’expression de plusieurs marqueurs de différenciation ainsi que par un niveau de calcium intracellulaire plus important. Pour conclure, ces travaux de recherche suggèrent que le SpBMP-9 possède un fort potentiel thérapeutique dans le contexte de l’AD. Une étude plus approfondie de ses mécanismes d’action est requise ainsi que la validation de son effet in vivo sur modèle animal.

Le mélanome est un cancer en recrudescence depuis 10 ans. Il est devenu de ce fait une préoccupation majeure de santé publique. Au cours de la progression tumorale, l’expression des molécules d’adhérence (intégrines et cadhérines) ainsi que le récepteur à l’IGF de type I (IGF-IR) sont modulées. Notamment, il est observé un « switch des cadhérines » de la E vers la N, une surexpression des intégrines α2 et αv, et de l’IGF-IR. C’est dans cette optique que nous nous sommes intéressés aux dialogues croisés entre les molécules d’adhérence et l’IGF-IR. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence un dialogue entre la N-cadhérine et l’intégrine αv lors de la migration des mélanomes. Dans un second temps, nous avons démontré que les dialogues entre l’IGF-IR, l’intégrine α2 et les cadhérines différent selon la nature de la cadhérine incriminée. Ces modifications de dialogues ont un impact important sur la propension migratoire des mélanomes. / Cutaneous malignant melanoma is an aggressive melanocyte malignancy that is characterized by early metastasis, bad prognosis, and poor survival. Altered cell-cell adhesion (cadherins), cell-extracellular matrix (integrins) interaction, and IGF type I receptor (IGF-IR) are playing an important role in melanoma progression. In particular, we observed a "cadherins switch" from E to N, and α2- αv-integrins and IGF-IR over-expression. In this optics, we were interested in the crosstalk between adhesion molecules and IGF-IR. First, we brought to light a crosstalk between N-cadherin and αv-integrin during melanoma migration. Secondly, we demonstrated that the dialogues between the IGF-IR, α2-integrin and cadherins are different according to the nature of the cadherin involved. Such modulation in the crosstalk may have an important impact on the migratory inclination of melanomas.

Les mécanismes par lesquels la chirurgie bariatrique permet la rémission du diabète ne sont pas encore précisément définis. Ce phénomène étant en partie indépendant de la perte de poids, les modulations hormonales induites par la chirurgie sont une piste potentielle. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la protéine de liaison aux facteurs de croissance analogues à l'insuline (IGFBP) - 2, une hormone positivement impliquée dans le métabolisme énergétique et glucidique. Chez l'humain, ses niveaux circulants sont significativement augmentés suite à la chirurgie bariatrique de type dérivation biliopancréatique avec commutation duodénale (BPD-DS), suggérant un possible rôle d'IGFBP-2 dans les effets bénéfiques de la chirurgie. L'objectif de cette étude était donc d'évaluer la contribution d'IGFBP-2 dans les effets métaboliques de la chirurgie bariatrique. Nous avons tout d'abord démontré chez l'humain l'augmentation rapide et soutenue des niveaux plasmatiques d'IGFBP-2 suite aux chirurgies restrictives (Sleeve gastrectomie (SG)) et malabsorptives (dérivation gastrique en Roux-en-Y (RYGB) et BPD-DS). Cependant, cette augmentation était deux fois plus importante suite à la BPD-DS, comparée à la RYGB et la SG, suggérant un mécanisme dépendant des modifications intestinales. Indépendamment du statut diabétique du patient, les niveaux circulants d'IGFBP-2 post-chirurgie étaient corrélés positivement à l'amélioration de la sensibilité à l'insuline évaluée par clamp euglycémique hyperinsulinémique, par l'insulinémie et par l'index HOMA-IR. Chez la souris et le rat, les chirurgies malabsorptives ont également haussé les niveaux plasmatiques d'IGFBP-2 en stimulant son expression et sa production hépatique. Dans un modèle de souris déficientes pour Igfbp2, nous avons démontré qu'IGFBP-2 était nécessaire pour une perte de poids complète, notamment celle de la masse grasse. Indépendamment de cette perte de poids, IGFBP-2 était nécessaire à l'amélioration précoce de la tolérance au glucose, mais pas celle à long terme. Notre étude démontre donc qu'IGFBP-2 est une protéine clef dans les effets métaboliques de la chirurgie bariatrique, autant chez l'humain que dans un modèle murin. Les mécanismes de modulation d'IGFBP-2 par la chirurgie ainsi que les mécanismes d'action d'IGFBP-2 dans ce contexte restent cependant inconnus. / Mechanisms by which bariatric surgery favors the remission of type 2 diabetes (T2D) are yet to be defined. As T2D remission is partly independent of loss of weight, we studied the possible contribution of metabolic hormones that are modulated upon bariatric surgery. In this context, we investigated the insulin growth factor binding protein (IGFBP) - 2, a hormone positively implicated in energy and glucose metabolism. In humans, its circulating levels increased significantly after biliopancreatic diversion with duodenal switch (BPD-DS), suggesting a potential role of IGFBP-2 in the improvements seen after bariatric surgery. Thus, the objective of the present study was to evaluate the contribution of IGFBP-2 in the metabolic effects associated with bariatric surgery. We first demonstrated in obese humans a rapid and sustained increase of IGFBP-2 circulating levels after restrictive (sleeve gastrectomy, SG) and malabsorptive surgeries (Roux-en-Y gastrectomy, RYGB and BPD-DS). However, the rise was 2-fold higher after BPD-DS than after RYGB or SG, suggesting intestinal-dependent mechanisms of modulation. Independently of diabetic status, post-surgery IGFBP-2 levels correlated positively with the correction of insulin sensibility, measured by euglycemic-hyperinsulinemic clamp, fasting insulinemia and the homeostatic assessment of insulin resistance (HOMA-IR) index. In mice and rats, malabsorptive surgeries also increased plasma IGFBP-2 levels by stimulating hepatic synthesis. Interestingly, using Igfbp2-deficient mice, we observed that IGFBP-2 was necessary for a full effect of surgery on weight loss, especially on adiposity. In addition, IGFBP-2 was necessary for early but not long-term improvements in glucose homeostasis. In conclusion, this study demonstrates the importance of IGFBP-2 modulation by bariatric surgery for mediating metabolic effects, in humans as in murine models. Despite our findings, the mechanisms modulating IGFBP-2 and its effects of in insulin-sensitive cells still need to be determined.

L'activation des cellules endothéliales par le vascular endothelial growth factor (VEGF) conduit à la formation d'un complexe contenant le VEGFR2 et l'intégrine avp3. Dans ce projet de recherche, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l'association des récepteurs VEGFR2- avp3 régule l'activation de la kinase d'adhérence focale (FAK) par le VEGF. La constitution du complexe VEGFR2-avp3 est associée au recrutement de la protéine chaperonne Heat shock protein 90 (HSP90) sur le VEGFR2. L'interaction de ce dernier avec HSP90 implique les 130 derniers acides aminés du récepteur et est nécessaire à l'activation de la petite GTPase RhoA et de la RhoA dépendant kinase (ROCK) en réponse au VEGF. L'activation de la kinase ROCK conduit par la suite et de manière directe, à la phosphorylation de FAK sur le résidu serine 732. Ceci entraîne un changement de conformation dans la structure tridimensionnelle de FAK qui rend son résidu tyrosine 407 accessible à la phosphorylation par un membre de la famille de protéines FAK à activité tyrosine kinase non récepteur : la Proline-rich tyrosine kinase- 2 (Pyk2). Pyk2 est en effet activée par le VEGF en aval de l'intégrine av|33. Ces résultats ont été confirmés par l'utilisation de siRNA ciblant ROCK et Pyk2. La phosphorylation des résidus serine 732 et tyrosine 407 sont tous deux impliqués dans le recrutement de la vinculine aux plaques ventrales dans les cellules endothéliales en réponse au VEGF. Finalement, en utilisant des cellules embryonnaires MEF FAK-/- et des siRNA ciblant FAK dans les cellules HUVEC, nous avons démontré le rôle crucial de la phosphorylation de ces deux résidus dans la migration cellulaire. Nos résultats montrent pour la première fois que l'activation des voies VEGFR2/ HSP90/ ROCK-Ser732 et de l'intégrine avp3/ Pyk2-Y407 en réponse au VEGF sont toutes deux nécessaires aux fonctions par lesquelles FAK régule le recrutement de protéines aux points focaux d'adhérence et la migration cellulaire. / Exposure of endothelial cells to vascular endothelial growth factor (VEGF) induces the formation of an oligomeric complex that contains VEGFR2 and integrin avp3. In the present study, we investigated the mechanisms by which HSP90 and the VEGFR2-avp3 integrin complex regulates VEGF-dependant phosphorylation of Focal Adhesion Kinase (FAK). We show that the formation of this complex of receptors is associated with the recruitment of the chaperon Heat shock protein 90 (HSP90) on VEGFR2. The VEGR2/HSP90 interaction implicates the last 130 amino acids of VEGFR2 and is necessary for the activation of the RhoA small GTPase and RhoA-dependant kinase (ROCK). Then, ROCK activation triggers the direct phosphorylation of FAK on serine residue 732. In turn, phosphorylation of Ser732 changes the conformation of FAK making the tyrosine residue 407 accessible to a member of the FAK family of nonreceptor protein tyrosine kinases, the Proline rich tyrosine kinase 2 (Pyk2). In fact, we show that Pyk2 is activated in response to VEGF-dependant activation of integrin (33. These results were confirmed by the use of siRNA against ROCK and Pyk2. Phosphorylation of serine 732 and tyrosine 407 residues are both implicated in vinculine recruitment at the ventral plaques in endothelial cells in response to VEGF. Finally, by using embryonic MEF FAK-/- cells and siRNA against FAK in HUVEC, we show that the phosphorylation of these two residues is critical to promoting cell migration. Our findings underscore for the first time the complementary role played by the VEGFR2- HSP90-RhoA-ROCK-FAK-S732 and avp3-Pyk2-Y407 pathways in transducing the VEGF signal that leads to the assembly of focal adhesions and endothelial cell migration.

La radiothérapie induit des séquelles aigues puis tardives affectant les tissus sains inclus dans le volume irradié. D'une façon générale, le processus lésionnel se caractérise par une ischémie vasculaire, une apoptose cellulaire et une fibrose cicatricielle. Dans ce contexte, la thérapie cellulaire à l'aide de cellules souches mésenchymateuses médullaires CSMM pourrait constituer une nouvelle approche thérapeutique séduisante, les CSMM ayant une capacité intrinsèque à promouvoir l'angiogenèse et une implication dans les processus naturels de réparation tissulaire. La première partie de ce travail a consisté à la mise au point de modèles murins présentant un processus de dégénérescence tissulaire similaire à celui survenant après radiothérapie. L'objectif étant d'affiner la compréhension des mécanismes physiopathologiques des lésions tissulaires radio-induites et de déterminer une stratégie thérapeutique la plus adaptée possible. La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'évaluation de la faisabilité d'une autogreffe de CSMM dans le modèle murin d'irradiation précédemment établi en répondant à deux pré-requis : la rétention des cellules injectées au niveau du tissu cible et l'évaluation de la greffe sur le métabolisme osseux. Cette investigation préclinique sur un modèle murin a permis de réaliser une étape essentielle dans l'évaluation du traitement des lésions tissulaires radio-induites par thérapie cellulaire. Les données issues de ces travaux pourraient à terme permettre la mise en place d'études cliniques. / Radiation therapy induced acute and late sequelae within healthy tissue included in the irradiated area. In general, lesions are characterized by ischemia, cell apoptosis and fibrosis. In this context, cell therapy using bone marrow mesenchymal stem cells (BMSC) might represent an attractive new therapeutic approach, based partly on their angiogenic ability and their involvement in the natural processes of tissue repair. The first part of this work consisted in the development of experimental mouse model of radio-induced tissue degeneration similar to that occurring after radiotherapy. The aim was to better understand the physiopathological mechanisms of radiation-induced tissue damage and to determine the best treatment strategy. The second part of this work investigated the feasibility of autologous BMSC therapy on the murine model of radiation previously established with emphasis on two pre-requisites : the retention of the injected cells within the target tissue and the evaluation of the graft on bone metabolism. This preclinical investigation in a mouse model constitutes an essential step allowing an evaluation of the benefit of cell therapy for the treatment of radiation-induced tissue injury. Data from these studies could allow the proposal of clinical studies.

L'ingénierie tissulaire a vu émerger dans la dernière décennie, la nanomédecine régénérative en combinant non seulement les cellules souches mais aussi les facteurs de croissance. Le but de ce travail a été d'utiliser les techniques de l'ingénierie osseuse et cartilagineuse pour améliorer ou créer des biomatériaux en les rendant bioactifs et vivants à une échelle nanométrique. Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au développement de biomatériaux (naturels ou synthétiques), tridimensionnels (3D), implantables et utilisables pour le traitement de diverses pathologies de l'appareil loco-moteur, qui sont capables d'induire une meilleure différenciation cellulaire et une régénération tissulaire plus stable. Nous avons développé 3 types d'implants nanostructurés, à base de titane recouvert d'hydroxyapatite et de nanotubes de carbone, de capsules ou de membranes nanofibreuses nanofonctionnalisées par des facteurs de croissance, qui ont permis d'obtenir une régénération osseuse ou ostéo-articulaire, in vitro comme in vivo / During the last ten years, tissue engineering has merged with regenerative nanomedecine by combination, not only of stem cell technology but also of growth factors. The goal of this thesis was to use bone and cartilage engineering as a model, in order to improve and to develop active and living nanostructured implants. During this PhD studies, we were interested in the development of biomaterials (natural or synthetic), tridimentionnal (3D), transplantable for bone and cartilage diseases treatments, that are able to induce more cellular differentiation and improved tissue regeneration. In this thesis, we have developed 3 types of nanostructured implants, (i) titanium implants coated with hydroxyapatite and carbone nanotubes; (ii) active capsules functionalized by growth factors and stems cells for bone induction (in vitro/in vivo); (iii) electrospun nanofibrous membranes functionalized by growth factors and (Osteoblasts/Chondrocytes) for bone and cartilage regeneration, in vitro and in vivo

Les mécanismes de l'emphysème pulmonaire, caractérisé par la destruction des alvéoles pulmonaire, sont incomplètement connus. L'hypothèse défendue par cette thèse est qu'une altération des systèmes d'alvéologénèse et de réparation alvéolaire portés par les fibroblastes pulmonaires contribue au développement des lésions au cours de cette maladie. Les travaux présentés ici ont permis d'établir que les fibroblastes pulmonaires cultivés in vitro à partir de poumon emphysémateux présentaient un phénotype altéré dans le sens d'une perte de leur capacité à participer à la régénération et à la réparation des alvéoles : Ces cellules sécrétaient à un niveau faible ou non stimulable le Hepatocyte Growth Factor et le Keratinocyte Growth Factor (KGF), qui ciblent les cellules épithéliales et endothéliales de l'alvéole. De plus, l'expression par ces cellules de l'élastine, le composant majeur de la matrice extracellulaire pulmonaire, n'était pas induite par l'acide tout-trans rétinoïque, stimulus central de l'alvéologénèse, du fait d'une faible expression de Cellular Retinoic Acid Binding Protein 2 (CRABP2). Le rôle du KGF dans l'homéostasie de l'alvéole a été démontré dans le modèle d'emphysème induit par l'élastase in vivo : Les souris traitées par le KGF avant l'instillation d'élastase étaient protégées de l'emphysème. Les souris dont le gène de CRABP2 était inactivé de façon globale n'étaient pas sensibilisées vis-à-vis de l'emphysème dans ce modèle. Les données physiopathologiques présentées dans ce mémoire pourraient contribuer à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour l'emphysème.

Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Paris Est : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.