Reproduction de : Thèse doctorat : Odontologie. Sciences biologiques. Biologie cellulaire : Reims : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p.139-160.

The Hox gene family encodes transcription factors that play an essential role in embryo patterning and organogenesis. Hoxa5 mutant mice have been produced and majority of Hoxa5" mice die at birth from respiratory failure. Surviving Hoxa5'1 ' dams are unable to feed their pups properly, revealing abnormal mammary gland development. The Hoxa5 null mutation results in increased proliferation and precocious differentiation in the mammary epithelium, thus causing the formation of collapsed alveoli unable to secrete milk. In order to find Hoxa5 targets involved in mammary gland development, I performed microarray analyses combined with a candidate gene expression analysis approach. This work confirmed the secretory defects observed in Hoxa5'1 ' and demonstrated a new role for Hoxa5 in extracellular matrix organisation. It also identified the TGFp signaling pathway as a potential effector of Hoxa5 function. Finally, this work suggests interdependence between Hoxa5 and the ovarian hormones in controlling mammary gland proliferation. / Les gènes Hox sont des facteurs de transcription essentiels à la spécification des axes embryonnaires et à l'organogenèse. L'étude d'une lignée de souris mutante pour le gène Hoxa5 a mis en évidence une augmentation de la prolifération et un développement lobullo-alvéolaire précoce dans les glandes mammaires Hoxa5~f ~, accompagnés de l'expression précoce des protéines du lait. Afin de caractériser les mécanismes moléculaires contrôlés par Hoxa5 dans la glande mammaire, une étude utilisant les micropuces d'ADN combinée à l'analyse de l'expression de gènes candidats ont été réalisées. Ces travaux ont confirmé les problèmes de sécrétion et mis en évidence la désorganisation de la matrice extracellulaire dans les glandes mammaires Hoxa5~'~. Ils ont également permis d'identifier la voie de signalisation du TGFp comme un effecteur potentiel du gène Hoxa5. Enfin, ces travaux suggèrent une interdépendance entre les hormones ovariennes et le gène Hoxa5 dans la régulation de la prolifération de la glande mammaire

Contexte: Les cellules endothéliales cornéennes humaines (CECH) peuvent adopter un phénotype fibroblastique en culture, les rendant inutilisables en génie tissulaire de la cornée. Le facteur de croissance transformant β (TGF-β) serait impliqué dans ce phénomène, mais il est aussi connu pour maintenir les CECH en état de quiescence in vivo. Objectifs: Comparer l’effet du TGF-β1 sur le phénotype des CECH lors des phases de prolifération ou de maturation des cultures et optimiser les conditions de culture des CECH. Méthodes: Des CECH ont été cultivées en présence ou non de TGF-β1 et de facteur de croissance épidermal (EGF) dans une culture à deux phases. La morphologie, l’expression de marqueurs de fonctionnalité, la résistance trans-endothéliale et la perméabilité des cultures ont été analysées à l’approche de la confluence (phase de prolifération) et suivant la phase de maturation post-confluence. Résultats: L’ajout de TGF-β1 lors de la prolifération a généré des CECH fibroblastiques et la perte des marqueurs de jonctions cellulaires, indépendamment de la présence d’EGF. En phase de maturation, les CECH présentaient un phénotype endothélial et des jonctions cellulaires fonctionnelles. Elles avaient une forte résistance trans-endothéliale et une faible perméabilité. Les résultats démontrent que le TGF-β1 favorise la formation d’une barrière endothéliale semi-perméable lors de la maturation des cultures de CECH, se rapprochant ainsi de l’état physiologique des CECH in vivo. / Background: Human corneal endothelial cells (HCEC) easily become fibroblastic when cultured, rendering them unsuitable for tissue engineering of the cornea. Transforming growth factor β (TGF-β) could be a key factor in this phenomenon; however, it is also known to maintain the endothelium in a quiescent state in vivo. Purpose: To compare the effects of TGF-β1 on HCEC’s phenotype during either the proliferation or the maturation phase of the cultures and optimize culture conditions for HCECs. Morphology, functionality markers, trans-endothelial resistance and permeability of the cultures were analyzed at confluency (proliferation phase) and after the post-confluence maturation phase. Results: Adding TGF-β1 during proliferation produced fibroblastic HCECs and loss of the cell junction’s markers, independently from the presence of EGF. On contrast, during the maturation phase, HCECs had an endothelial phenotype and functional cell junctions. They produced a high trans-endothelial resistance and a low permeability. Overall, results show that TGF-β1 promotes formation of a typical leaky endothelial barrier during the maturation phase of cultured HCECs, thus approaching the physiological properties of in vivo HCECs.

La dystrophie musculaire de Ouchenne (OMO) est une maladie héréditaire récessive caractérisée par une dégénérescence progressive des muscles squelettiques. Aucun traitement curatif n'est actuellement disponible. La thérapie cellulaire pourrait être une solution potentielle pour les patients OMO. Elle est basée sur la transplantation de cellules myogéniques normales afin de restaurer l'expression de la dystrophine, protéine absente dans cette maladie. Une période de régénération limitée suivant un dommage fait au muscle dystrophique réduirait le nombre de fibres hybrides formées diminuant ainsi le succès de la greffe. Notre hypothèse est d'augmenter le temps de régénération musculaire en inhibant l'action de la myostatine à l'aide d'un récepteur tronqué. Les travaux de ce mémoire démontrent l'incorporation d'un récepteur tronqué de l'activine de type IIA, IIB ou les deux dans des cellules myogéniques humaines. La transplantation de ces cellules semble améliorer le succès de la greffe de myoblastes donc plus de fibres exprimant la dystrophine humaine.

La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie héréditaire causée par la mutation du gène DYS qui code pour la dystrophine, une protéine exprimée au niveau des fibres musculaires et qui y joue un rôle important dans le maintient de la stabilité et de l'intégrité des membranes. Elle est caractérisée par la dégénérescence progressive des fibres musculaires ce qui aboutit à l'atrophie de la plupart des muscles. Il n'existe pas pour le moment un remède pour la maladie, mais plusieurs types de thérapies sont étudiés pour mettre au point un traitement. Dans notre laboratoire, on s'intéresse à développer une thérapie cellulaire basée sur la transplantation de myoblastes normaux dans le muscle dytrophique, afin de permettre la restauration de l'expression de la dystrophine au niveau des fibres réparées par la fusion des myoblastes transplantés. Cependant, le succès de cette approche évalué par le nombre de fibres formées après la transplantation qui expriment la dystrophine, est limité. Ce succès limité est dû entre autre à la durée limitée de la période de régénération qui suit le dommage fait au muscle dystrophique. Afin de remédier à ce problème, notre hypothèse de travail est d'augmenter la régénération après le dommage induit par la transplantation de myoblastes, en augmentant la capacité proliférative et la capacité de fusion de ces derniers. Pour cela, l'inhibition du signal induit par une protéine présente normalement dans le muscle, la myostatine, pourrait être bénéfique. Ainsi, les travaux dont fait l'objet la présente thèse démontrent que le blocage du signal de la myostatine dans le muscle de la souris dystrophique, en utilisant des approches différentes, permet en effet d'améliorer le succès de la greffe de myoblastes normaux, mais aussi d'entraîner une hypertrophie musculaire et une augmentation de la force musculaire. / Duchenne muscular dystrophy is a hereditary disease caused by the mutation of DYS gene, which codes for dystrophin, a protein expressed in the myofibers where it plays an important role in the stability and the integrity of membranes. The disease is characterized by the progressive degeneration of the muscle fibers, which induces the atrophy of most of the muscles. To date, there is no cure for this pathology, but several types of therapies are studied to develop a treatment. In our laboratory, we are interested to develop a cell therapy based on the transplantation of normal myoblasts in the dystrophic muscle, to allow the restoration of the expression of dystrophin in fibers repaired by the fusion of the transplanted myoblasts. However, the success of this approach evaluated by the number of fibers formed after the transplantation, which express dystrophin, is limited due in part to the short period of regeneration following the muscle damage. To bypass this problem, our research work presented in the present thesis aimed to increase the regeneration after the damage caused by the myoblast transplantation procedure, by improving the proliferative and fusion capacities of the transplanted myoblasts. This was achieved by inhibiting a protein normally present in the muscle, i.e., myostatin. Thus, the results of this thesis show that the blockade of the myostatin signal in dystrophic mice, using different approaches, not only improved the success of normal myoblast graft, but also induced fiber hypertrophy and increased muscle strength.

La sclérodermie est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée par une fibrose de la peau et des organes internes. L'objectif principal du projet était d'utiliser un modèle de derme reconstruit par auto-assemblage pour vérifier la capacité intrinsèque des fibroblastes sclérodermiques à sécréter et organiser une matrice extracellulaire in vitro. L'utilisation de fibroblastes de peau lésée ou non, de patients atteints de sclérodermie diffuse depuis moins d'un an ou depuis plus de dix ans nous a permis d'établir une nouvelle hypothèse. Au début de la maladie, les fibroblastes nécessiteraient la présence d'un ou de facteurs extrinsèques pour induire une fibrose. Avec le temps et lorsque la maladie s'aggrave, les fibroblastes deviendraient indépendants de ces stimuli externes. De plus, le TGF-βl pourrait être un des facteurs importants pour induire des lésions fibrotiques. Finalement, ce même TGF-β1 pourrait être responsable des changements phénotypiques stables des fibroblastes au stade précoce de la maladie.

Les facteurs de croissances tels que le Transforming Growth Factor-ß₂ (TGF-ß₂) sont des polypeptides qui agissent sur la régulation de la prolifération cellulaire. Les analyses immunohistochimiques révèlent leurs multiples fonctions physiologiques régulatrices dans la croissance de plusieurs types de cellules incluant les kératinocytes. Plusieurs études ont démontré le potentiel thérapeutique et nutraceutique des extraits de lait bovin riches en TGF-ß₂, cependant peu de travaux ont porté sur la concentration de cette molécule à grande échelle. Le but de ce travail est de développer une approche applicable industriellement pour la production d'un ingrédient protéique enrichi en TGF-ß₂ en vue d'une application en dermatologie. Cette étude démontre que le traitement thermique du lait a un impact crucial sur la distribution, la concentration, et le potentiel d'interaction du TGF-(32 dans le lait particulièrement entre 66 °C et 76 °C. Une pasteurisation industrielle entraîne plus de 85% des pertes en TGF-ß₂ dans le lactosérum après décaséination du lait, et induit un changement du ratio IGF-I/TGF-ß₂ de 3500 à 17 durant la préparation des isolats de protéines de lactosérum (IPL). Un IPL natif (non chauffé) induit un maximum de 25% d'inhibition de la prolifération lymphocytaire comparativement à 8.5% obtenue par des IPLs issus de laits pasteurisés. Un ingrédient contenant plus de 19 ng de TGF-ß₂ par milligramme de poudre a été obtenu par agrégation acide de l'IPL natif, ce produit induit une activité inhibitrice splénocytaires supérieure à 60%. Ainsi, l'utilisation de la microfiltration (MF) et Pultrafïltration (UF) pour générer et concentrer un lactosérum natif (non chauffé) représente une approche très prometteuse pour générer des ingrédients à haute teneur en TGF-ß₂ La migration isoélectrique libre ainsi que les techniques d'immunoréaction dans un système modèle révèlent que le chauffage favorise les interactions entre TGF-ß₂ et la ß₂-Lactoglobuline ainsi qu'avec la caséine-K par la formation de ponts disulfures intermoléculaires formés par la réactivité des groupements SH. L'ensemble des résultats générés permettent de maitriser la teneur et le rendement en TGF-ß₂ lors des différentes étapes du procédé développé. En perspective, Il serait complémentaire d'étudier la possibilité de concentrer le TGF-ß₂ à partir du babeurre et comprendre le mécanisme d'interaction concerné.

Les facteurs endothéliaux sont des hormones locales synthétisées et sécrétées par l'endothélium, qui interagissent dans un équilibre dynamique pour assurer le maintien de plusieurs phénomènes biologiques comme la régulation du tonus vasculaire et de la pression artérielle, de la structure de la paroi des vaisseaux et de la fonction d'organes vitaux tels que les reins. Cependant, dans certaines pathologies associées à une dysfonction endothéliale, cet équilibre serait bouleversé. En insuffisance rénale chronique, l'angiotensine II (Angll) et l'endothéline-1 (ET-1), des facteurs vasoconstricteurs, sont produits exagérément alors que le monoxyde d'azote (NO), le principal agent vasodilatateur, est déficient. Le rôle et les interactions des différents agents endothéliaux impliqués dans la pathogenèse de l'urémie et de ses complications sont encore mal définis. Dans un modèle d'insuffisance rénale chronique chez le rat, nous avons démontré une diminution de la densité des récepteurs ETB, comparativement aux récepteurs vasoconstricteurs ETA qui étaient inchangés. Cette diminution contribuerait à l'accumulation tissulaire d'ET-1 via une diminution de sa clairance locale, en plus de réduire l'effet vasodilatateur compensateur des récepteurs ETB, médié par la relâche du NO. Ces altérations favoriseraient ainsi l'hypertension et la progression des dommages rénaux. Nous avons aussi démontré que l'expression de l'ET-1 était augmentée de manière parallèle au TGF-pi dans les vaisseaux et les reins des rats urémiques. Le TGF-pi est un facteur de croissance associé à la fibrose et l'hypertrophie tissulaire dans plusieurs maladies cardiovasculaires et inflammatoires. Le traitement avec le losartan, un antagoniste du récepteur ATi, a significativement atténué l'hypertension artérielle et la protéinurie, en plus de réduire l'expression tissulaire de l'ET-l et du TGF-[31, suggérant l'implication de l'AnglI dans la régulation de ces deux facteurs. Nous avons ensuite comparé les effets du losartan au traitement avec le BMS-182874, un antagoniste spécifique aux récepteurs ETA, ainsi qu'avec la L-Arginine, le précurseur du NO. Le BMS-182874 et la L-Arginine ont diminué l'élévation de la pression artérielle, contrairement au losartan qui l'a complètement normalisé. Contrairement au losartan et à la L-Arginine qui ont atténué l'expression tissulaire de l'ET-l et du TGF-pi, le BMS-182874 n'a démontré aucun effet. Ainsi, l'ET-1 contribuerait à l'hypertension artérielle mais ne serait pas impliquée de façon majeure dans l'induction du TGF-pi en urémie. Par contre, l'AnglI serait un déterminant de l'induction de ces deux facteurs. Le NO serait également un agent clé dans la dysfonction endothéliale associée à l'urémie, en exerçant des effets pouvant moduler l'expression de l'ET-l et du TGF-Bl.

La dysfonction endothéliale est associée à plusieurs pathologies, dont l'hypertension artérielle et l'insuffisance rénale chronique. Elle se caractérise par un déséquilibre dans la production des facteurs vasodilatateurs, vasoconstricteurs et de certaines cytokines. Chez le rat en insuffisance rénale chronique, la production du monoxyde d'azote (NO) est diminuée alors que la production de l'angiotensine II (Angll), de l'endothéline-1 (ET-1), du transforming growth factor-f31 (TGF-pl) et du tumor necrosis factor-a (TNF-a) est a ugmentée. Le rôle exact de ces facteurs endothéliaux et de ces cytokines dans le développement de l'hypertension artérielle en insuffisance rénale chronique reste à élucider. À l'aide d'un inhibiteur de la synthèse du NO, nous avons développé un nouveau modèle d'hypertension maligne chez le rat. Nous avons démontré que le traitement avec le Nu-nitro-L-arginine-méthyl ester (L-NAME) induit une hypertension maligne dose-dépendante et des dommages vasculaires et rénaux caractéristiques de la néphroangiosclérose maligne chez le rat Harlan Sprague-Dawley. Nous avons démontré que le traitement de l'hypertension artérielle contribue à ralentir la progression de l'insuffisance rénale chronique et que le blocage des récepteurs ATi de l'AnglI permet d'obtenir une protection tissulaire à long terme. Nous avons également observé que la neutralisation du TNF-a prévient l'hypertension artérielle, l'inflammation et la fibrose rénale chez le rat rendu urémique par réduction de la masse rénale. Ces effets sont associés à une diminution de l'activation du NF-KB et de l'expression de MCP-1, ICAM-1 et VCAM-1 et de la production rénale du TGF-f31 et de 1ET-1. L'ensemble de ces résultats suggèrent que le TNF-a joue un rôle important dans l'inflammation, les dommages rénaux et l'hypertension artérielle associés à l'insuffisance rénale chronique.

L’hypertension artérielle secondaire à la progression de l’insuffisance rénale chronique (IRC) est généralement associée à une dysfonction de l’endothélium vasculaire, caractérisée par une production exagérée de vasoconstricteurs tels l’endothéline-1 (ET-1) et l’angiotensine II (Ang II) et une réduction de la relâche de vasodilatateurs dont le monoxyde d’azote (NO). Cette dysfonction endothéliale peut entraîner la surproduction du transforming growth factor-Beta 1 (TGF-β1), une cytokine aux propriétés pro-fibrosantes et hypertrophiques. Nos travaux ont pour but d’élucider les interactions entre les facteurs dérivés de l’endothélium en IRC. Dans un premier temps, nous avons étudié l’implication de l’ET-1 chez le rat urémique avec masse rénale réduite, en utilisant un antagoniste des récepteurs ETA de l’ET-1, l’ABT-627. Une semaine après l’induction de l’insuffisance rénale par néphrectomie subtotale 5/6, des rats urémiques recevant l’ABT-627 sont comparés avec un groupe de rats urémiques ne recevant aucun traitement et des témoins, sur une période de 6 semaines. À la fin de l’étude, la pression artérielle systolique des animaux urémiques est augmentée comparativement à celle des animaux témoins. Les animaux urémiques présentent une augmentation de la créatinine sérique, de la protéinurie, de l’excrétion urinaire d’ET-1 et du TGF-β1 ainsi que de l’expression de l’ARNm du TGF-β1 dans le cortex rénal. De plus, ils montrent une augmentation de l’expression d’ET-1 et du TGF-β1 dans l’endothélium vasculaire de l’aorte thoracique. Par ailleurs, l’expression de l’ARNm du récepteur ETB de l’endothéline est réduite dans le cortex rénal des animaux urémiques. Les dommages histologiques rénaux comprennent de la glomérulosclérose, de la nécrose tubulaire et de la fibrose interstitielle associée à une production accrue d’alpha-actine de muscle lisse (α-SMA). Le traitement des animaux urémiques avec l’ABT-627 atténue l’élévation de la pression artérielle et les dommages histologiques rénaux, sans toutefois prévenir la détérioration progressive de la fonction rénale. Par ailleurs, l’ABT-627 ne contre pas la surproduction vasculaire et rénale d’ET-1 et du TGF-β1 ainsi que la réduction de l’expression rénale du récepteur ETB chez l’animal urémique. Ces résultats montrent que l’ET-1 est impliquée, du moins en partie, dans la pathogenèse de l’hypertension et des dommages rénaux chez le rat urémique. Cependant, le blocage des récepteurs ETA ne confère pas la protection cardiovasculaire et rénale escomptée, suggérant l’implication d’autres facteurs tels le TGF-β1 et l’Ang II dans ce modèle animal d’insuffisance rénale. Dans une seconde étude, nous avons évalué l’implication du TGF-β1 dans la pathogenèse de l’hypertension artérielle associée à l’insuffisance rénale, en utilisant le même modèle animal que précédemment. Pour ce faire, nous avons comparé les effets de la neutralisation du TGF-β1 avec l’anticorps 1D11 avec un antagoniste des récepteurs AT1 de l’Ang II chez l’animal urémique. Après 6 semaines de traitement, la pression artérielle systolique des animaux urémiques est augmentée comparativement à celle des animaux témoins. Les animaux urémiques présentent une augmentation significative de la créatinine sérique, de la protéinurie, de l’expression endothéliale d’ET-1 dans l’aorte thoracique et du TGF-β1 dans le cortex rénal, ainsi qu’une diminution de la créatinine urinaire et de la clairance de la créatinine. Ils montrent aussi des signes évidents d’hypertrophie cardiaque. Le traitement des animaux urémiques avec l’anticorps 1D11 diminue de façon significative la pression artérielle systolique, sans toutefois prévenir la détérioration de la fonction rénale et l’hypertrophie cardiaque, ni contrer la surexpression vasculaire d’ET-1 et rénale du TGF-β1. Par contre, le traitement des animaux urémiques avec le losartan normalise la pression artérielle systolique et la protéinurie, prévient l’hypertrophie cardiaque et limite la surexpression vasculaire et rénale d’ET-1 et du TGF-β1. Ainsi, la neutralisation du TGF-β1 atténue l’élévation de la pression artérielle systolique chez l’animal urémique, sans toutefois prévenir la détérioration de la fonction rénale ni la surexpression vasculaire et rénale d’ET-1 et du TGF-β1. À la lumière des résultats obtenus, il semble que le développement de l’hypertension artérielle associée à l’insuffisance rénale dans notre modèle expérimental soit attribuable plus particulièrement à l’action de l’Ang II. Les effets de l’Ang II seraient médiés en partie par l’ET-1 et le TGF-β1, qui agissent possiblement de façon indépendante. / Hypertension in chronic renal failure (CRF) is associated with endothelial dysfunction, which is characterized by exaggerated production of vasoconstrictors such as endothelin-1 (ET-1) and angiotensin II (Ang II) and a reduction in vasodilators such as nitric oxide (NO). Endothelial dysfunction could lead to TGF-β1 overproduction, a cytokine with pro-fibrotic and hypertrophic properties. Our studies aimed at elucidating the interactions between the endothelium-derived factors in CRF. In a first study, we investigated the role of ET-1 in the rat remnant kidney model of CRF, using the ETA receptor antagonist ABT-627. One week after renal mass reduction, uremic rats receiving ABT-627 were compared with untreated uremic rats and sham-operated rats, during 6 weeks. At the end of the study, systolic blood pressure was elevated in uremic rats as compared to sham-operated animals. Uremic animals showed increased serum creatinine, proteinuria, ET-1 and TGF-β1 urinary excretion and renal TGF-β1 mRNA expression. In addition, ET-1 and TGF-β1 expression was increased in the vascular endothelium of thoracic aorta of uremic animals. However, ETB mRNA expression was reduced in the renal cortex of uremic animals. The renal histological damages were comprised of glomerulosclerosis, tubular necrosis and interstitial fibrosis, which was associated with increased alpha-smooth muscle actin (α-SMA) expression. Treatment with ABT-627 attenuated the rise in systolic blood pressure and the renal damages, but did not prevent the progressive decline in renal function, the ET-1 and TGF-β1 overproduction nor the reduction in ETB receptor expression. Our results show that ET-1 is involved, at least in part, in the pathogenesis of hypertension and the renal injuries in uremic rats. However, ETA receptor blockade does not confer the anticipated cardiovascular and renal protection, suggesting the implication of other factors such as TGF-β1 and Ang II in this animal model of CRF. In a second study, we evaluated the involvement of TGF-β1 in the pathogenesis of hypertension associated with renal insufficiency, in the same animal model. We compared the effects of the TGF-β1 neutralizing antibody 1D11 and the Ang II AT1 receptor antagonist losartan. At the end of the study, systolic blood pressure was increased in uremic animals as compared to the controls. Uremic animals presented a significant increase in serum creatinin, proteinuria, expression of ET-1 in the vascular endothelium of thoracic aorta and renal cortex production of TGF-β1, as well as a reduction in creatinine clearance. They also showed obvious signs of cardiac hypertrophy. Treatment with the 1D11 antibody reduced the rise in systolic blood pressure without preventing the decline in renal function and cardiac hypertrophy nor the vascular ET-1 and renal TGF-β1 overexpression. In contrast, treatment with losartan normalized systolic blood pressure and proteinuria, prevented the cardiac hypertrophy and attenuated the vascular and renal ET-1 and TGF-β1 overexpression. Therefore, neutralization of TGF-β1 attenuates the rise in systolic blood pressure in uremic animal, without preventing the deterioration of renal function or the vascular and renal overexpression of ET-1 and TGF-β1. Based on these studies, the development of hypertension associated with the renal insufficiency in this experimental model is likely attributed to Ang II. The effects of Ang II may be mediated by ET-1 and TGF-β1, which appears to act in an independent manner.