La dysplasie géléophysique (DG) est une maladie rare qui appartient à la famille des dysplasies acroméliques. Cette pathologie est caractérisée par un retard statural, une brachydactylie, une raideur articulaire, une dysmorphie faciale, une peau épaisse, une atteinte bronchopulmonaire et une surcharge valvulaire cardiaque conduisant le plus souvent à une mort précoce dans les premières années de la vie. Deux modes de transmissions ont été identifiés. Le premier autosomique récessif est dû à des mutations dans le gène ADAMTSL2. Le second, autosomique dominant est dû à un hot-spot de mutations dans les exons 41 et 42 qui codent pour le domaine Transforming Growth Factor (TGF) β-binding protein-like domain 5 (TB5) du gène FBN1. FBN1 et ADAMTSL2 codent pour des protéines sécrétées de la matrice extracellulaire (MEC). FBN1 code pour la fibrilline-1, une composante des microfibrilles qui jouent un rôle dans la biodisponibilité du TGFβ. La protéine ADAMTSL2 fait partie de la famille des ADAMTS mais n’a pas d’activité enzymatique dû à l’absence de domaine catalytique. Sa fonction est encore inconnue. Cependant des partenaires d’ADAMTSL2 ont été identifiés par notre équipe : latent-transforming growth factor beta-binding protein 1 (LTBP1) et FBN1 qui sont directement impliqués dans le stockage de TGFβ. Récemment une autre protéine, FBN2, a aussi été découverte comme partenaire d’ADAMTSL2 (Hubmacher D et. al.). L’objectif de ma thèse était de comprendre le mécanisme physiopathologique de la DG, grâce à l’analyse de modèles murins. Un premier modèle murin pour la forme récessive de la DG appelé CreCMV; Adamtsl2f/f (ou KO) a été généré. L’analyse phénotypique de ces souris a montré un retard statural, des os longs courts, des extrémités courtes. Dans les plaques de croissance des os longs des souris mutantes, nous avons observé une désorganisation des colonnes chondrocytaires associée à une diminution de l’expression du collagène de type 10, marqueur de la différentiation des chondrocytes. L’analyse de la matrice extracellulaire des plaques de croissance a révélé une désorganisation structurale importante. Une diminution de la fibrilline-1 et de LTBP-1 a été observée ainsi qu’une augmentation de l’activation de la voie de signalisation TGFβ au niveau de la plaque de croissance des souris mutantes. Nous avons observé une désorganisation du réseau microfibrillaire sur des cultures de chondrocytes de souris mutantes. Ces résultats nous ont permis de suggérer que la protéine ADAMTSL2 est impliquée dans la structure du réseau microfibrillaire, lieu de stockage du TGFβ et de démontrer un rôle majeur d’ADAMTSL2 dans la régulation de la chondrogenèse. Afin d’étudier la forme dominante de la DG, le modèle FBN1TB5+/- a été généré. Il est issu d’un système knock-in avec une mutation dans l’exon 42 du gène fbn1 qui correspond au domaine TB5 de la fibrilline-1. Nos résultats ont montré une réduction de la taille des souris hétérozygotes et homozygotes en comparaison aux souris sauvages au stade P1 et P30. Au stade P1, nous avons observé des chondrocytes plus larges et une dérégulation des marqueurs de la chondrogenèse au niveau de la plaque de croissance des fémurs des souris hétérozygotes, ainsi que chez les souris homozygotes. De plus, nous avons observé une très forte mortalité des souris homozygotes vers l’âge de 2 ou 3 mois. Nous en avons conclu que des mutations domaine TB5 de la fibrilline étaient liées à un retard statural et donc que FBN1 avait un rôle majeur dans la chondrogenèse. / Geleophysic dysplasia (GD) is a rare disease, which belong to acromelic group. This pathology is characterized by short stature, brachydactyly, joint stiffness, thick skin, facial dimorphism, broncho-pulmonary insufficiency and cardiac disease which lead to an early death in the first years of life. Two mode of inheritance have been identified. The first one, autosomal recessive, is due to mutations in ADAMTSL2 gene. The second, autosomal dominant, is due to hot-spot mutations in exon 41-42 of FBN1 gene, which encode the Transforming Growth Factor (TGF) β-binding protein-like domain 5 (TB5) of the protein. FBN1 and ADAMTSL2 encode secreted proteins of the extracellular matrix (ECM). FBN1 encodes fibrilline-1, component of microfibrillar network, playing a role in the bioavailability of TGF- β. ADAMTSL2 protein belongs to ADAMTS family, but does not have enzymatic activity due to lack of catalytic domain. Its function remains unknown. However, ADAMTSL2 partners have been identified by our team: latent-transforming growth factor beta-binding protein 1 (LTBP1) and FBN1, which are directly implied in storage of TGF-β. Recently, another protein, FBN2, have been identified as an ADAMTSL2 partner (Hubmacher D et. al.). The aim of my study was to understand the physiopathological mechanism of Geleophysic dysplasia by analysing murine models. A first murine model for the GD recessive form, CreCMV; Adamtsl2f/f (KO), have been generated. Phenotypic analysis of these mice showed short stature and shorter long bones and extremities. In long bone growth plate of mutant mice, we observed disorganization of chondrocyte columns, associated with decrease of collagen 10 expression, marker of chondrocyte differentiation. Analysis of ECM in growth plate revealed strong structural disorganization. Decrease of FBN1 and LTBP1 and were observed with an overactivation of TGF-β pathway in growth plate of mutant mice. We observed disorganization of microfibrillar network in chondrocyte cultures of mutant mice. These results suggest that ADAMTSL2 protein is implied in structure of microfibrillar network, where is stored TGF-β, and demonstrate major role of ADAMTSL2 in chondrogenesis. In order to study dominant form of GD, mouse model FBN1TB5+/-, have been generated. The mice were obtained by knock-in system, with mutation in exon 42 of FBN1 gene. Our results showed short stature of heterozygous (HT) and homozygous (Ho) mice compared to wild)type mice, at stage P1 and P30. At stage P1, we observed larger chondrocytes and deregulation of chondrogenesis markers in growth plate of HT and Ho mice. Furthermore, we observed high mortality of Ho mice at 2-3 months. We concluded that mutations in TB5 domain of FBN1 were linked to short stature and thus FBN1 have major role in chondrogenesis.

La formation de podosomes dans les cellules endothéliales (Ces) aortiques en réponse au TGFβ est bien décrite in vitro (dans des boîtes de culture) et ex vivo (dans des segments de vaisseaux aortiques vivants). Le projet de cette thèse était de franchir l’étape suivante en démontrant la présence de podosomes in vivo en réponse à du TGFβ d’origine endogène. Pour ce faire, nous avons choisi d’utiliser un modèle de souris génétiquement modifiées présentant spontanément des niveaux de TGFβ élevés dans la paroi aortique, raisonnant que cet environnement devrait être propice à l’apparition des structures. La souris Marfan (FbnC1039G/+) constitue le modèle murin de la maladie humaine appelée « syndrome de Marfan ». Chez la souris comme chez l’homme, une mutation dans le gène codant pour la fibrilline-1 conduit à une augmentation des niveaux de TGFβ dans la paroi aortique et dans le sang circulant. Nous avons utilisé ce modèle pour rechercher la présence de podosomes dans l'endothélium aortique. La visualisation « en face » de l'endothélium marqué pour l’actine fibrillaire, la cortactine, la protéine adaptatrice Tks5 et la metalloprotéase MT1-MMP, a révélé des rosettes de podosomes semblables à celles détectées ex vivo en réponse à du TGFβ d’origine exogène. Ces rosettes peuvent être trouvées dans l'endothélium de l'aorte ascendante ou descendante. L’analyse du tissu sous-jacent révèle une détérioration de la lame basale qui apparait parsemée de zones dépourvues d’un de ses constituants majeurs, le collagène IV. Nous émettons l'hypothèse que les rosettes de podosomes sont impliquées dans la formation de ces zones de dégradation du collagène IV. Pour examiner les conséquences du déficit en fibrilline-1 pour les CEs et confirmer les données in vivo concernant la souris Marfan, nous avons utilisé deux approches in vitro. D’abord, nous avons mis au point un protocole pour isoler les CEs aortiques à partir des souris Marfan. Ensuite, nous avons, par la stratégie des siRNA, procédé à la déplétion en fibrilline-1 de CEs aortiques d’origine bovine (BAEc). Les cellules endothéliales aortiques isolées des souris Marfan conservent in vitro le phénotype « TGFβ » et forment podosomes capables de dégrader la matrice extracellulaire sans aucune stimulation exogène. Dans le modèle des cellules BAE, le dosage du TGFβ indique que, in vitro, la déplétion de ces cellules en fibrilline-1 provoque une augmentation de TGFβ biologiquement actif associé à la fraction cellulaire. Ce TGFβ conduit alors à la formation de podosomes dans les CEs. Nous avons observé d’autres conséquences du déficit en fibriline-1 dans l’endothélium in situ. L’analyse topologique de la surface de l’endothélium aortique de la souris Marfan révèle des phénomènes de « blebbing », des filopodes, des anomalies des jonctions cellules-cellules. L’analyse ultrastructurale en microscopie électronique à transmission révèle que l’endothélium de la souris Marfan a une apparence radicalement distincte de celui observé chez les témoins sauvages. La lame élastique, fragilisée par le déficit en fibrilline-1, disparaît comme digérée, par endroits. On observe une sécrétion anormale de matrice extracellulaire. Les cellules présentent un phénotype activé ou des signes d’apoptose. Ces études fournissent la première démonstration de l'apparition de podosomes endothéliaux in vivo et suggèrent leur implication en physiopathologie vasculaire. Elles fournissent également la première démonstration que l’endothelium aortique est profondément modifié dans le modèle murin de la maladie de Marfan. / Podosome formation in aortic endothelial cells exposed to TGFβ has been well described in vitro (in tissue culture dishes) and ex vivo (in living aortic vessel segments). The aim of the project was to go to the next step and demonstrate the occurrence of podosomes in vivo in response to endogenous TGFβ. For this purpose, we chose to use a genetically engineered mouse model, which spontaneously presents high TGFβ levels in the aorta, reasoning that this would be a favorable environment for these structures to appear. Marfan mice represent the murine model of the human disease Marfan syndrome. Similar to the human disease, a mutation in the fibrillin-1 gene (C1039G/+) leads to enhanced TGFβ levels in the aortic wall as well as in circulating blood. We therefore used the Marfan mouse model in search of podosomes in the aortic endothelium. “En face” viewing of the endothelium stained for filamentous actin, cortactin, Tks5 adaptator protein and MT1-MMP metalloprotease detected podosome rosettes with features similar to those detected in the ex vivo situation. Podosome rosettes were found in both descending and ascending aorta. Analysis of the underlying tissue with collagen IV staining revealed a basement membrane scattered with staining-free patches, most likely corresponding to collagen IV degradation. We propose that podosome rosettes are involved in basement membrane degradation in this mouse. To examine the consequences of fibrillin-1 deficiency in endothelial cells and confirm the data obtained in vivo in Marfan mouse aorta, we used two in vitro approaches. First, we set up a protocol to isolate aortic endothelial cells from Marfan aortas, second, we depleted fibrillin-1 from BAE cells by siRNA silencing. Isolated Marfan aortic endothelial cells retained in vitro the TGFβ activated phenotype and formed functional podosomes without any exogenous stimulation. TGFβ levels measurements in fibrillin-1 depleted aortic endothelial cells confirmed that fibrillin-1 deficiency triggers an increase in active, cell associated TGFβ, which in turns, leads to podosome formation in endothelial cells. Finally we studied other alterations caused by the fibrillin-1 defect at the endothelial cell level in situ. Topological analysis of the Marfan mouse aortic endothelium monolayer revealed cell blebbing, numerous filopodia and showed altered cell-cell junctions. At the ultrastructural level, transmission electronic microscopy revealed that the Marfan mouse endothelium had an appearance dramatically distinct from that observed in control littermates. The elastic lamina, weakened by fibrillin-1 deficit, disappeared in some places. The vessel wall also showed abundant extracellular matrix proteins. Endothelial cells presented an activated or apoptotic phenotype. These studies provide the first demonstration for the occurrence of endothelial podosomes in vivo and suggest their involvement in vascular physiopathology. In addition, they provide evidence that the aortic endothelium is profoundly altered in the murine model of Marfan syndrome.

La fibrilline-1, composant majeur des microfibrilles et second composant majeur des fibres élastiques, est une glycoprotéine dont la mutation du gène chez l'humain est responsable du syndrome de Marfan, caractérisé par des anévrismes et des dissections aortiques. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié d'une part le rôle de la fibrilline-1 dans la physiologie des cellules endothéliales vasculaires humaines et d'autre part la conséquence du déficit quantitatif de la fibrilline-1 sur la structure et la fonction du système cardiovasculaire au cours du vieillissement chez la souris. Le fragment de fibrilline-1 "PF14" induit une signalisation calcique via les intégrines α5β1 et αvβ3, l'activation de la phospholipase C et la mobilisation des réserves intracellulaires de calcium, ainsi que la prolifération et la migration des cellules endothéliales humaines. La déficience quantitative sévère ou totale de la fibrilline-1 entraîne une létalité chez la souris dans les deux semaines après la naissance alors que celle, partielle, due à la délétion hétérozygote hypomorphique des exons 19 à 24 du gène de la fibrilline-1 (délétion mgΔ) n'affecte pas la longévité des souris. Les souris Fbn-1+/mgΔ présentent une hypertrophie cardiaque et une hypotension ainsi que des anévrismes aortiques qui deviennent plus fréquents avec l'âge. La paroi aortique de ces souris présente des altérations structurales (fragmentations des lames élastiques), biomécaniques (l'augmentation de la rigidité) et de la vasomotricité, qui s'accentuent avec l'âge. Nos résultats suggèrent que la déficience quantitative de la fibrilline-1 pourrait altérer la signalisation que cette protéine déclenche normalement dans les cellules endothéliales dès la phase de morphogénèse artérielle, et induire en conséquence une pathologie anévrismale de la paroi aortique au cours du vieillissement. Les effets opposés des déficiences quantitatives en fibrilline-1 et en élastine sur la fonction vasculaire suggèrent des rôles opposés pour ces deux composants majeurs des fibres élastiques. Ce travail permet par ailleurs de valider les souris Fbn-1+/mgΔ, tant sur le plan structural que fonctionnel, comme modèle du syndrome de Marfan.