Les microARN sont des petits ARN non codants d’une vingtaine de nucléotides qui ont pour fonction de réguler l’expression des gènes en se fixant sur l’extrémité 3’UTR d’ARNm cibles, permettant ainsi leur dégradation ou l’arrêt de leur traduction en protéines. A ce jour, de nombreuses études ont montré l’implication des microARN dans divers processus physiologiques ou pathologiques ; leur rôle dans la réponse de l’organisme aux substances toxiques environnementales commence à être évoqué.La FPI appartient au groupe des pneumopthies interstitielles diffuses idiopathique dont elle est la forme la plus fréquente. Elle se caractérise par la présence de foyers de prolifération de fibroblastes/myofibroblastes responsables d’une production excessive de matrice extracellulaire, une destruction progressive et irréversible de l’architecture pulmonaire entrainant la perte de la fonction respiratoire. L’agression répétée de l’épithélium respiratoire par des composés chimiques environnementaux (ou xénobiotiques) est fortement suspectée dans le déclenchement de la FPI.Le premier objectif de mes travaux de recherche a été d’identifier des microARN susceptibles d’intervenir dans la pathogenèse de la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) et de préciser la (les) fonction(s) de ces microARN d’intérêt. Pour atteindre cet objectif, nous avons étudié deux microARN, le miR-199a-5p et le miR-214-3p qui présentaient la particularité d’être significativement surexprimés dans les poumons de souris souffrant de fibrose pulmonaire. L’analyse systématique des profils d’expression des gènes de fibroblastes surexprimant le miR-199a-5p et le miR-214-3p nous a permis d’identifier un grand nombre de gènes qui étaient significativement modulés par ces deux microARN. Nous avons pu établir l’implication respective du miR-199a-5p et du miR-214-3p dans la régulation de la voie profibrotique TGFβ et dans l’apoptose des fibroblastes pulmonaires médiée par le Fas-ligand. L’ensemble de nos résultats nous permet de suggérer l’utilisation de molécules ciblées contre ces 2 microARN dans le traitement de la FPI.Le second objectif de mes travaux de recherche a été d’identifier le modèle cellulaire in vitro le plus proche du tissu pulmonaire afin d’étudier l’impact des composés toxiques environnementaux sur la pathogenèse des maladies respiratoires et, en particulier, de la FPI. Pour cela, nous avons comparé les profils d’expression génique de l’ensemble des protéines impliquées dans le métabolisme et l’éliminations des xénobiotiques, de 10 lignées cellulaires et de 4 cultures primaires de cellules épithéliales bronchiques humaines, à ceux précédemment observés par notre équipe dans les tissus broncho-pulmonaires humains. L’exposition du modèle cellulaire le plus pertinent à des polluants atmosphériques permettra d’identifier les microARN associés à la toxicité pulmonaire de ces composés chimiques et de vérifier si ces microARN régulent des voies de signalisations communes à celles impliquées dans la pathogenèse de la FPI. / MicroRNAs are small non-coding RNAs with about 20 nucleotides that regulate gene expression by binding to the 3' UTR end of target mRNAs, thus allowing their degradation or stopping their translation into proteins. To date, many studies have shown the involvement of microRNAs in various physiological or pathological processes; their role in the body's response to environmental toxic substances is beginning to be mentioned. It is characterized by the presence of fibroblast/myofibroblast proliferation foci responsible for excessive extracellular matrix production, progressive and irreversible destruction of lung architecture leading to loss of respiratory function. The repeated aggression of the respiratory epithelium by environmental (or xenobiotic) chemicals is strongly suspected in the initiation of IVF. The first objective of my research was to identify microRNAs that may be involved in the pathogenesis of idiopathic pulmonary fibrosis (IVF) and to specify the function(s) of these microRNAs of interest. To achieve this objective, we studied two microRNAs, miR-199a-5p and miR-214-3p, which had the particularity of being significantly overexpressed in the lungs of mice with pulmonary fibrosis. Systematic analysis of the expression profiles of fibroblast genes overexpressing miR-199a-5p and miR-214-3p allowed us to identify a large number of genes that were significantly modulated by these two microRNAs. We were able to establish the respective involvement of miR-199a-5p and miR-214-3p in the regulation of the profibrotic pathway TGFβ and in Fas-ligand mediated apoptosis of pulmonary fibroblasts. The second objective of my research was to identify the in vitro cellular model closest to lung tissue in order to study the impact of environmental toxic compounds on the pathogenesis of respiratory diseases and, in particular, of IVF. To do this, we compared the gene expression profiles of all proteins involved in the metabolism and elimination of xenobiotics, 10 cell lines and 4 primary cultures of human bronchial epithelial cells, with those previously observed by our team in human bronchopulmonary tissues. Exposure of the most relevant cellular model to air pollutants will identify the microRNAs associated with the pulmonary toxicity of these chemical compounds and verify whether these microRNAs regulate signaling pathways common to those involved in the pathogenesis of IVF.

La Fibrose Pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie fibroproliférative pour laquelle il n'existe aucun traitement efficace. Les mécanismes à l'origine de cette pathologie sont méconnus et impliquent plusieurs types cellulaires et facteurs de croissance, comme le TGF-β responsable de la différenciation de fibroblastes en myofibroblastes. Pour mieux comprendre ces mécanismes physiopathologiques, nous nous sommes intéressés à l'implication des miARN dans ce processus. Une analyse par puces à ADN de l'ensemble des miARN modulés dans des échantillons pulmonaires de souris, résistantes ou sensibles à la fibrose pulmonaire induite par la bléomycine, nous a permis d'identifier miR-199a-5p comme le meilleur candidat associé à la fibrose pulmonaire mais aussi fibrose rénale et hépatique. J'ai ensuite démontré que l'expression de miR-199a-5p était induite par le TGF-β in vitro, et que sa surexpression ectopique induisait la différenciation des fibroblastes. Une combinaison d'approche in silico et expérimentale, m'a permis d'identifier la Cavéoline-1 (CAV-1) comme cible de ce miARN. La CAV-1 est impliquée dans la dégradation du récepteur TGF-β. Ainsi, l'inhibition de CAV-1 par miR-199a-5p constitue une boucle de rétrocontrôle positif exacerbant la voie TGF-β. De manière intéressante, l'inhibition de miR-199a-5p in vitro régule la différenciation, la prolifération et la migration des fibroblastes pulmonaires par le TGF-β. Par ailleurs, nos résultats précliniques indiquent que l'inhibition de ce miARN diminue les marqueurs de fibrose, permettant d'envisager le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans le traitement de la FPI et d'autres maladies fibroprolifératives.

La Fibrose Pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie fibroproliférative pour laquelle il n’existe aucun traitement efficace. Les mécanismes à l’origine de cette pathologie sont méconnus et impliquent plusieurs types cellulaires et facteurs de croissance, comme le TGF-β responsable de la différenciation de fibroblastes en myofibroblastes. Pour mieux comprendre ces mécanismes physiopathologiques, nous nous sommes intéressés à l’implication des miARN dans ce processus. Une analyse par puces à ADN de l’ensemble des miARN modulés dans des échantillons pulmonaires de souris, résistantes ou sensibles à la fibrose pulmonaire induite par la bléomycine, nous a permis d’identifier miR-199a-5p comme le meilleur candidat associé à la fibrose pulmonaire mais aussi fibrose rénale et hépatique. J’ai ensuite démontré que l’expression de miR-199a-5p était induite par le TGF-β in vitro, et que sa surexpression ectopique induisait la différenciation des fibroblastes. Une combinaison d’approche in silico et expérimentale, m’a permis d’identifier la Cavéoline-1 (CAV-1) comme cible de ce miARN. La CAV-1 est impliquée dans la dégradation du récepteur TGF-β. Ainsi, l’inhibition de CAV-1 par miR-199a-5p constitue une boucle de rétrocontrôle positif exacerbant la voie TGF-β. De manière intéressante, l’inhibition de miR-199a-5p in vitro régule la différenciation, la prolifération et la migration des fibroblastes pulmonaires par le TGF-β. Par ailleurs, nos résultats précliniques indiquent que l’inhibition de ce miARN diminue les marqueurs de fibrose, permettant d’envisager le développement de nouvelles approches thérapeutiques dans le traitement de la FPI et d’autres maladies fibroprolifératives. / Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF) is a fibroproliferative disease with poor prognosis and for which no effective treatment exists. The mechanisms of this disease remain poorly understood and involve numerous cell types and growth factors such as TGF-β, which leads to the activation of lung fibroblasts into myofibroblasts; the key cell type driving the fibrogenic process. In this context, we focused the involvement of miRNAs in fibrosis process. To identify miRNAs with potential roles in lung fibrogenesis, we performed a genome-wide assessment of miRNA expression in lungs from two different mouse strains known for their distinct susceptibility to lung fibrosis after bleomycin exposure. We identified miR- 199a-5p as the best candidate associated with lung fibrosis but also kidney and liver fibrosis. I observed that miR-199a-5p expression was induced upon TGF-β exposure, and that its ectopic expression was sufficient to promote the pathogenic activation of pulmonary fibroblasts. Using combination of targets miRNA prediction tools and a transcriptomic approach we identified the Caveolin-1 (CAV-1), a critical mediator of pulmonary fibrosis, as a specific target of miR-199a-5p. Thus, we shown that miR-199a-5p is a key effector of TGF-β signaling in lung fibroblasts by regulating CAV1. Interestingly, inhibition of miR-199a-5p in vitro prevents the differentiation, proliferation and migration of fibroblasts after TGF-β stimulation. Finally, our preclinical results indicate that inhibition of this miRNA decreases fibrosis markers. Thus, miR-199a-5p behaves as a major regulator of tissue fibrosis with therapeutic potency for the treatment of IPF and fibroproliferative diseases.

Introduction : Les pneumopathies interstitielles diffuses (PID), incluant les fibroses pulmonaires idiopathiques (FPI), sont des pathologies rares et sévères. Dans moins de 20% des cas, un défaut moléculaire d'un gène du complexe des télomérases ou du surfactant est identifié. L'objectif de ce travail a été de documenter, dans une cohorte de patients pédiatriques et adultes présentant une PID sans cause identifiée, des variations des gènes codant les protéines du surfactant (SP), en particulier SP-A1, SP-A2 et SP-D. Méthodes : Les gènes SFTPA1, SFTPA2 et SFTPD, ont été séquencés et les variations identifiées ont été étudiées par des analyses fonctionnelles et tissulaires. Résultats : Dans une cohorte de 345 patients, une mutation hétérozygote du gène SFTPA1 (p.Trp211Arg) a été identifiée dans une large famille. Les patients présentaient des PID de l'enfant et des PID/FPI l'adulte, associées pour certains à des adénocarcinomes pulmonaires. La mutation W211R concernait un acide aminé invariant au cours de l'évolution et altérait la sécrétion de SP-A1 et l'expression tissulaire de SP-A. Cinq nouvelles variations de SFTPA2 ont aussi été identifiées. Au total, une variation de l'un des gènes du complexe du surfactant a été retrouvée pour 7,5% des patients. Conclusion : Cette étude a permis d'impliquer pour la première fois le gène SFTPA1 dans les PID de l'enfant et de l'adulte. L'association entre les mutations de SFTPA1 et SFTPA2 et un risque plus élevé de cancers pulmonaire soulève la question d'un conseil génétique complexe, et ouvre des hypothèses physiopathologiques nouvelles ciblant, entre autres, les anomalies de prolifération et de réparation de la surface alvéolaire. / Background: Idiopathic interstitial pneumonias (IIP) comprise a heterogeneous group of rare lung parenchyma disorders with high morbidity and mortality. In adults, the most common form of IIP is idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). A genetic cause is identified in up to 20% of cases, telomerase and surfactant genes mutations being the first etiologies. This study aims to investigate the implication of the genes encoding the surfactant protein (SP), in particular SP-A1, SP-A2, and SP-D, in pediatric and adult patients with unexplained IIP.Methods: Surfactant genes, in particular SFTPA1, SFTPA2 and SFTPD, were sequenced. New variations were studied with functional and tissues experimentations. Results: The study involved 345 patients. A heterozygous missense mutation (p.Trp211Arg) in SFTPA1 was identified in a large family. The IIP were isolated or associated with an adenocarcinoma of the lung in patients with IPF. The W211R mutation involves an amino-acid that is invariant throughout evolution, impairs SP-A1 secretion, and is associated with an abnormal tissue expression of SP-A. Five new SFTPA2 mutations were also identified, and all together, a surfactant gene variation was described for 7.5% of the patients.Conclusion: This study has involved for the first time SFTPA1 in pediatric and adult IIP. The association of SFTPA1 and SFTPA2 mutations with an increased risk of lung cancer raises the issue of a complex genetic counseling in the involved families. It also brings out new pathophysiologic hypothesis such as aberrant proliferation and epithelial repair of the alveolar surface.

La Fibrose Pulmonaire Idiopathique (FPI) est une maladie dévastatrice, d’étiologie inconnue, qui reste pour le moment incurable. Cette maladie est caractérisée par l’accumulation de fibroblastes et de protéines de la matrice extracellulaire dans les espaces aériens distaux aboutissant à une destruction alvéolaire et à une altération des propriétés mécaniques du poumon. La physiopathologie de la FPI est mal connue mais de nombreuses études suggèrent que la réactivation des voies impliquées dans le développement contribue à l’accumulation de la matrice extra-cellulaire et au comportement anormal des cellules épithéliales et des fibroblastes.La voie Hedgehog (HH) joue un rôle crucial dans le développement embryonnaire. Dans le développement pulmonaire fœtal, la voie HH est impliquée dans les interactions épithélium-fibroblaste et contrôle la prolifération et la différenciation du mésenchyme. La voie HH a été impliquée dans la fibrogénèse, notamment dans le foie et le rein.L’objectif de cette thèse a été de caractériser la voie HH dans la fibrose pulmonaire chez l’homme et dans un modèle de fibrose induite par la bléomycine chez la souris.Nous avons démontré que la voie HH est réactivée dans les tissus pulmonaires de patients atteints de FPI et dans le modèle de fibrose pulmonaire chez la souris. Nous avons montré que le TGF-β1 activait la voie HH dans les fibroblastes pulmonaires humains et que l’inhibition pharmacologique de la voie HH au niveau des facteurs GLI inhibait l’effet du TGF-β1 in vitro. Par contre, ces inhibiteurs ne protégent pas les cellules épithéliales alvéolaires de la transition épithélio-mésenchymateuse induite par le TGF-β1. In vivo, chez la souris, nous avons montré que le traitement par des inhibiteurs de Smoothened ne protégeait pas du développement de la fibrose tandis que le GANT61, un inhibiteur de l’interaction des GLI avec l’ADN, inhibait la fibrose.En conclusion, nos résultats démontrent l’implication de la voie HH dans la fibrose pulmonaire et ouvrent des perspectives thérapeutiques nouvelles. / Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF ) is a devastating disease of unknown etiology, which no efficient treatment. This disease is characterized by the accumulation of fibroblasts and extracellular matrix proteins in the distal airways resulting to the destruction of alveoli and alteration of mechanical properties of the lung. The pathogenesis of IPF is not well known but many studies suggest that reactivation of pathways involved in the development, contributes to the accumulation of extracellular matrix and the abnormal behavior of epithelial cells and fibroblasts.The Hedgehog pathway (HH) plays a crucial role in embryonic development. In the fetal lung development, the HH pathway is involved in the epithelial-fibroblast interactions and controls the proliferation and differentiation of the mesenchyme. The HH pathway has been implicated in the fibrogenesis, particularly in the liver and kidney.The aim of this thesis was to characterize the HH pathway in pulmonary fibrosis in humans and in a model of bleomycin-induced fibrosis in mice.We demonstrated that the HH pathway is reactivated in lung tissue of IPF patients and in the model of pulmonary fibrosis in mice. We have shown that TGF-β1 activated the HH pathway in human lung fibroblasts and that the pharmacological inhibition of the HH pathway at the level of GLI transcription factors, inhibited the effect of TGF-β1 in vitro. By contrast, these inhibitors did not protect alveolar epithelial cells from TGF-β1-induced epithelial-mesenchymal transition. In vivo, we have shown that treatment with Smoothened inhibitors did not protect mice from the development of fibrosis while GANT61, an inhibitor of the GLI interaction with DNA, inhibited fibrosis .In conclusion, our results demonstrate the involvement of the HH pathway in pulmonary fibrosis and open new therapeutic perspectives.

La fibrose pulmonaire peut être induite par différentes agressions comme certaines chimiothérapies et notamment la bléomycine. Elle est souvent idiopathique (FPI) sans étiologie retrouvée. Cette maladie, qui n’a pas de traitement efficace et un pronostic sombre, débute dans les régions sous-pleurales. Elle est caractérisée par la présence de myofibroblastes responsables de la synthèse de la matrice extracellulaire qui va s’accumuler de façon disproportionnée. Ce dépôt excessif de collagène conduira à une perte des fonctions mécaniques du poumon et une limitation des échanges gazeux. L’origine des myofibroblastes est encore discutée mais une hypothèse récente propose que les cellules épithéliales puissent, sous l’influence de Transforming Growth Factor (TGF)-β1, une cytokine majeure du processus fibrosant, se transformer en myofibroblastes par un procédé nommé transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés dans un premier temps au rôle de la plèvre dans l’initiation de la FPI en développant un nouveau modèle de fibrose pleurale, puis nous avons étudié l’implication de la petite protéine de choc thermique HSP27 dans l’EMT. Enfin, nous nous sommes intéressés à la toxicité d’un dérivé de la bléomycine, la déglyco-bléomycine. Nous avons montré dans le premier projet que la bléomycine, quelque soit son mode d’administration, pouvait, si elle était associée à la présence de nanoparticules de carbone dans l’espace pleural (particules présentes dans la fumée de cigarette et dans la pollution), induire une fibrose pleurale progressive. Cette fibrose pleurale ne se limitait pas à une accumulation de collagène au niveau de la plèvre mais se propageait dans les régions sous-pleurales. Cette invasion de la fibrose s’expliquait par la capacité des cellules mésothéliales à subir une EMT. Dans une deuxième étude nous avons montré qu’HSP27 était fortement surexprimée au niveau de la plèvre et dans le parenchyme pulmonaire lors de la fibrose pulmonaire idiopathique et également dans nos différents modèles animaux de fibrose pulmonaire et pleurale. Nous avons montré in vitro qu’HSP27 était aussi fortement surexprimée au cours de l’EMT et que sa surexpression seule suffisait à induire une EMT. Au contraire, l’inhibition de son expression in vitro bloquait l’induction d’une l’EMT par le TGF-β1 et in vivo empêchait le développement de la fibrose pleurale et la migration des cellules mésothéliales dans le parenchyme pulmonaire. Enfin dans la troisième partie de notre travail, nous avons démontré chez le rongeur que la déglyco-bléomycine, dérivé de la bléomycine, avait le même effet anti-tumoral que cet anticancéreux mais sans sa toxicité pulmonaire fibrosante. Notre travail met en lumière le rôle probable de la plèvre dans l’initiation de la fibrose pulmonaire idiopathique. Nous espérons que nos travaux sur HSP27 et sur la déglyco-bléomycine vont pouvoir rapidement déboucher sur des applications thérapeutiques chez l’homme. / Pulmonary fibrosis could be induced by a number of injuries like chemotherapy (i.e. bleomycin) or could be idiopathic (IPF). This disease has currently no treatment. IPF classically starts in sub-pleural areas and is characterized by the presence of myofibroblasts producing the extracellular matrix that will accumulated into the parenchyma resulting in impaired lung functions and respiratory failure. The origin of the myofibroblasts is still debated but one recent hypothesis suggests that epithelial cells could become myofibroblasts through the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). This process is initiated by Transforming Growth Factor (TGF)-β1 one of the most, if not the most important cytokine involved in fibrotic process. In this work we focused on the role of the pleura in the onset of IPF and developed a new pleural fibrosis model in mice. We studied the implication of the heat shock protein 27 (HSP27) in pulmonary fibrotic processes. We then focused on the pulmonary toxicity of the deglyco-bleomycin a product derived from the anticancerous bleomycin. We demonstrated in the first part of our work that bleomycin was able, in combination with the presence of carbon nanoparticules in the pleural space (found in cigarette’s smoke and pollution), to induce a progressive pleural fibrosis. This pleural fibrosis was associated with a progression of the disease within the subpleural area as observed in IPF patients. This invasion within the parenchyma was explained by the fact that mesothelial cells undergo an EMT. In the second part of our work, we showed that HSP27 was overexpressed in the parenchyma and the pleura of IPF patients and also in all our pleural and pulmonary fibrosis models in rodents. Furthermore we established in vitro that HSP27 was also overexpressed during EMT and that its overexpression was sufficient to induce EMT. Additionally HSP27 inhibition blocks TGF-β1 induced EMT in vitro and blocks pleural fibrosis development and mesothelial cells migration within the parenchyma in vivo. In the last project we demonstrated that deglyco-bleomycin had the same anti-tumoral effect than bleomycin in vivo and was devoided from its pulmonary toxicity. This work highlights the potential role of the pleura in initiating IPF and may open fields for the development of new therapeutics by preventing pulmonary fibrosis initiation but also progression.

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) et le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) de l’adulte constituent des affections sévères du poumon distal, avec un pronostic sombre pour les patients. A ce jour, aucun traitement n’est réellement efficace. De manière intéressante, une hypoxie alvéolaire est retrouvée dans ces pathologies.La thérapie cellulaire utilisant des cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMh) pourrait représenter un intérêt thérapeutique chez l’Homme. Cependant, leurs mécanismes d’action sont multiples et encore mal définis. Aussi, nous avons testé in vitro l’hypothèse selon laquelle les CSMh pourraient exercer un effet cytoprotecteur paracrine sur les cellules épithéliales alvéolaires (CEA) soumises à l’hypoxie.Dans une première étude, nous avons montré qu’une exposition prolongée à l’hypoxie telle que celle rencontrée au cours de la FPI induisait des modifications phénotypiques des CEA primaires de rat, évocatrices d’une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM). On observe une perte progressive d’expression des marqueurs épithéliaux (TTF1, AQP5, ZO-1 et E-Cadhérine), couplée à l’apparition tardive de marqueurs mésenchymateux (α-SMA et Vimentine). Ces modifications phénotypiques s’accompagnent de l’expression dès les premières heures d’hypoxie de facteurs de transcription impliqués dans la TEM (SNAI1, TWIST1 et ZEB1) ou induits par l’hypoxie (HIF-1α et HIF-2α), et de protéines induisant la TEM (TGF-β1 et CTGF). La co-culture des CEA avec des CSMh en fond de puits prévient les modifications phénotypiques induites par l’hypoxie ainsi que l’expression des facteurs pro-TEM TWIST1, ZEB1, TGF-β1 et CTGF. Cet effet bénéfique des CSM est en partie expliqué par la sécrétion d’un facteur de croissance épithélial, le KGF.Dans une deuxième étude, nous avons confirmé que les CEA entraient en apoptose en condition hypoxique, via l’induction de deux voies de signalisations hypoxiques pro-apoptotiques. D’une part, les facteurs de transcription induits par l’hypoxie HIF sont stabilisés, et une cible pro-apoptotique, Bnip3, est induite. D’autre part, l’hypoxie induit une accumulation d’espèces réactives à l’oxygène délétère pour la cellule, perturbant l’équilibre redox de la cellule, endommageant l’ADN, et conduisant à l’apoptose. Cette accumulation pourrait résulter notamment d’une diminution de l’activité des enzymes anti-oxydantes SOD, en hypoxie. Le manque d’oxygène entraine également l’expression de CHOP, facteur de transcription pro-apoptotique impliqué dans le stress du réticulum endoplasmique, qui va13inhiber l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. Nous avons montré que la culture des CEA en présence de milieu conditionné de CSMh (mc-CSMh) permet de prévenir partiellement l’apoptose des CEA en hypoxie, en modulant la voie de signalisation HIF, et en prévenant l’accumulation et les effets délétères des ROS. L’effet protecteur des CSM impliquerait le KGF comme observé lors de la première étude, mais également le HGF.Ces deux études indiquent que les CSMh sont susceptibles d’exercer des effets cytoprotecteurs paracrines vis-à-vis des CEA soumises à l’hypoxie aiguë ou prolongée, en limitant d’une part les modifications phénotypiques évocatrices de TEM, et d’autre part l’apoptose des CEA via la modulation des voies de signalisations hypoxiques. La sécrétion par les CSMh de KGF et de HGF, facteurs de croissance épithéliaux connus pour leurs effets bénéfiques sur les CEA, explique en partie les effets protecteurs paracrines des CSMh. Nos résultats suggèrent que les effets cytoprotecteurs des CSMh vis-à-vis des CEA pourraient contribuer aux effets bénéfiques des CSMh observés in vivo dans différents modèles animaux de fibrose induite, ou lors d’agressions alvéolaires aiguës. / Acute or chronic alveolar injuries provoke massive apoptosis of alveolar epithelial cells (AEC) that compromises an efficient repair of the alveolar epithelium and leads to lung diseases such as ARDS or IPF. These disorders are commonly associated with local alveolar hypoxia aggravating their progression through the stimulation of AEC apoptosis. Administration of allogenic mesenchymal stem cells (MSCs) has been shown to limit lung inflammation and fibrosis in murine models of alveolar injury, through a still poorly understood paracrine mechanism. In a first study, we showed that long term exposure of AEC in hypoxia leads to phenotypic alterations which looks like epithelio-mesenchymal transition (EMT). Co-culture with MSCs prevent hypoxia-induced EMT.In a second work, we studied whether MSC could protect AEC from hypoxia-induced apoptosis and the mechanisms involved. hMSC-conditioned media (hMSC-CM) significantly reduced hypoxia-induced apoptosis of AEC. Such a anti-apoptotic effect was also obtained with ROS scavenger N-acetylcystein or HIF1a inhibitor YC-1. hMSC-CM decreased the protein expression of HIF1α and HIF2α and of their pro-apoptotic target Bnip3 in hypoxic AEC. hMSC-CM also reduced ROS accumulation in hypoxic AEC by enhancing the activity of anti-oxidant enzymes and prevented the induction of CHOP, a pro-apoptotic factor induced by ROS signaling. The paracrine effect of hMSC was partly dependent on KGF and HGF secretion. hMSC prevent via a paracrine effect hypoxia-induced apoptosis of AEC by modulating hypoxic and ROS signaling.These two studies show that MSCs exert cytoprotective effects in vitro against hypoxia-induced apoptosis and EMT in AEC

Rationnel : L'implication établie des progéniteurs endothéliaux circulants dans les phénomènes de néovascularisation chez l'adulte a stimulé la recherche de thérapeutiques angiogènes basées sur la greffe de ces cellules. Deux types cellulaires au phénotype endothélial sont actuellement définis entre autres par leur cinétique d'apparition en culture : les progéniteurs précoces (CFU-EC ou CAC) et tardifs (ECFC). Notre équipe a montré que l'injection thérapeutique de cellules mononucléées de moelle osseuse (BM-MNC) permettait la néovascularisation du site ischémié chez des patients atteints d'artériopathie des membres inférieurs, et que les néovaisseaux formés avaient le phénotype d'ECFC. Nous avons dans un premier temps mesuré les concentrations de différentes protéines modulant l'angiogenèse, chez des patients atteints de pathologies ischémiques et cardiovasculaires, ou impliquant des anomalies vasculaires associées à la fibrose. Ainsi, le transforming growth factor - β1 (TGF-β1) dans la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI), la thrombospondine-1 (TSP-1) dans l'artériopathie des membres inférieurs (AMI), et le placental growth factor (PlGF) chez les patients atteints de pathologies cardiovasculaires [syndrome coronarien aigu (SCA), ou patients devant subir une chirurgie de la valve ou un pontage coronarien], se sont distingués comme potentiel biomarqueur plasmatique dans ces pathologies, et ont été étudiés dans la biologie des ECFC humaines.Résultats : Le taux plasmatique de TGF-β1 est augmenté chez les patients atteints de FPI par rapport à la population contrôle ; il a un effet pro-angiogène in vivo (vascularisation des implants de Matrigel®) et in vitro (prolifération et migration des ECFC) via les récepteurs ALK-1, ALK-5 et TGF-βRII. Le taux plasmatique de TSP-1 est augmenté chez les patients artéritiques par rapport à la population contrôle. Par ailleurs les néovaisseaux formés de patients artéritiques ayant été traités par injection locale de BM-MNC expriment la TSP-1. Dans les modèles murins de Matrigel®-plugs et d'ischémie du membre inférieur (IMI), la TSP-1 induit une diminution de la vascularisation des implants ainsi qu'une diminution de la revascularisation du membre ischémié. In vitro, la TSP-1 augmente l'adhésion via un mécanisme N-Terminal dépendant, et diminue le potentiel angiogène (prolifération et migration) des ECFC via sa liaison au récepteur CD47, ce qui active la voie de signalisation SDF-1/CXCR4. Le taux plasmatique de PlGF est augmenté chez les patients atteints de SCA par rapport à 2 populations contrôles ; il est également augmenté chez les patients ayant subit une chirurgie cardiaque. Les PlGF-1 et -2 potentialisent la tubulogenèse des ECFC in vitro via la phosphorylation du récepteur VEGFR1. Cet effet est aboli lorsque le VEGFR1 est inhibé par ARN interférence ou par le composé chimique " 4321 ". De plus ce composé " 4321 " inhibe la vascularisation des implants de Matrigel®, ainsi que la revascularisation du membre ischémié dans le modèle d'IMI.Conclusions : Le TGF-β1 joue un rôle dans le remodelage vasculaire de la FPI via les ECFC ; la TSP-1 est un potentiel biomarqueur de l'angiogenèse induite par les ECFC dans l'AMI ; l'inhibition de la voie PlGF/VEGFR1 module la tubulogenèse induite par les ECFC, cellules impliquées dans la formation de nouveaux vaisseaux. Nous avons ainsi mis en évidence 3 protéines modulant l'angiogenèse dans 3 contextes pathologiques différents, caractérisés par un remodelage vasculaire et où les ECFC sont impliquées dans leurs mécanismes physiopathologiques. Ces 3 protéines se présentent donc comme de potentiels biomarqueurs plasmatiques, modulant les propriétés angiogènes des ECFC et pouvant influencer leur efficacité en tant que produit de thérapie cellulaire. Ces protéines jouent un rôle probable dans l'équilibre homéostatique au décours des pathologies concernées.

Rationnel : L’implication établie des progéniteurs endothéliaux circulants dans les phénomènes de néovascularisation chez l’adulte a stimulé la recherche de thérapeutiques angiogènes basées sur la greffe de ces cellules. Deux types cellulaires au phénotype endothélial sont actuellement définis entre autres par leur cinétique d’apparition en culture : les progéniteurs précoces (CFU-EC ou CAC) et tardifs (ECFC). Notre équipe a montré que l’injection thérapeutique de cellules mononucléées de moelle osseuse (BM-MNC) permettait la néovascularisation du site ischémié chez des patients atteints d’artériopathie des membres inférieurs, et que les néovaisseaux formés avaient le phénotype d’ECFC. Nous avons dans un premier temps mesuré les concentrations de différentes protéines modulant l’angiogenèse, chez des patients atteints de pathologies ischémiques et cardiovasculaires, ou impliquant des anomalies vasculaires associées à la fibrose. Ainsi, le transforming growth factor - β1 (TGF-β1) dans la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI), la thrombospondine-1 (TSP-1) dans l’artériopathie des membres inférieurs (AMI), et le placental growth factor (PlGF) chez les patients atteints de pathologies cardiovasculaires [syndrome coronarien aigu (SCA), ou patients devant subir une chirurgie de la valve ou un pontage coronarien], se sont distingués comme potentiel biomarqueur plasmatique dans ces pathologies, et ont été étudiés dans la biologie des ECFC humaines.Résultats : Le taux plasmatique de TGF-β1 est augmenté chez les patients atteints de FPI par rapport à la population contrôle ; il a un effet pro-angiogène in vivo (vascularisation des implants de Matrigel®) et in vitro (prolifération et migration des ECFC) via les récepteurs ALK-1, ALK-5 et TGF-βRII. Le taux plasmatique de TSP-1 est augmenté chez les patients artéritiques par rapport à la population contrôle. Par ailleurs les néovaisseaux formés de patients artéritiques ayant été traités par injection locale de BM-MNC expriment la TSP-1. Dans les modèles murins de Matrigel®-plugs et d’ischémie du membre inférieur (IMI), la TSP-1 induit une diminution de la vascularisation des implants ainsi qu’une diminution de la revascularisation du membre ischémié. In vitro, la TSP-1 augmente l’adhésion via un mécanisme N-Terminal dépendant, et diminue le potentiel angiogène (prolifération et migration) des ECFC via sa liaison au récepteur CD47, ce qui active la voie de signalisation SDF-1/CXCR4. Le taux plasmatique de PlGF est augmenté chez les patients atteints de SCA par rapport à 2 populations contrôles ; il est également augmenté chez les patients ayant subit une chirurgie cardiaque. Les PlGF-1 et -2 potentialisent la tubulogenèse des ECFC in vitro via la phosphorylation du récepteur VEGFR1. Cet effet est aboli lorsque le VEGFR1 est inhibé par ARN interférence ou par le composé chimique « 4321 ». De plus ce composé « 4321 » inhibe la vascularisation des implants de Matrigel®, ainsi que la revascularisation du membre ischémié dans le modèle d’IMI.Conclusions : Le TGF-β1 joue un rôle dans le remodelage vasculaire de la FPI via les ECFC ; la TSP-1 est un potentiel biomarqueur de l’angiogenèse induite par les ECFC dans l’AMI ; l’inhibition de la voie PlGF/VEGFR1 module la tubulogenèse induite par les ECFC, cellules impliquées dans la formation de nouveaux vaisseaux. Nous avons ainsi mis en évidence 3 protéines modulant l’angiogenèse dans 3 contextes pathologiques différents, caractérisés par un remodelage vasculaire et où les ECFC sont impliquées dans leurs mécanismes physiopathologiques. Ces 3 protéines se présentent donc comme de potentiels biomarqueurs plasmatiques, modulant les propriétés angiogènes des ECFC et pouvant influencer leur efficacité en tant que produit de thérapie cellulaire. Ces protéines jouent un rôle probable dans l’équilibre homéostatique au décours des pathologies concernées. / Rationale: The pro-angiogenic capacities of endothelial progenitor cells are now well established, and their involvement in neovascularization events in adults has stimulated the research in the field of angiogenic therapy based on transplant of these cells. Current data converge towards the notion of two cell types with endothelial phenotype, defined at least by their kinetics of appearance in culture: early endothelial progenitor cells (CFU-EC or CAC) and late (ECFC). Our team has shown that the therapeutic injection of bone marrow mononuclear cells (BM-MNC) led to neovascularization of the ischemic site in patients with critical limb ischemia, and that the new vessels formed bore the phenotype of ECFC. We initially measured the concentrations of different proteins modulating angiogenesis in patients with ischemic and cardiovascular diseases, or involving vascular abnormalities associated with fibrosis. Thus, the transforming growth factor - ß1 (TGF-ß1) in idiopathic pulmonary fibrosis, the thrombospondin-1 (TSP-1) in peripheral artery disease, and the placental growth factor (PlGF) in patients with cardiovascular diseases [acute coronary syndrome (ACS), patients undergoing valve surgery or coronary artery bypass surgery], emerged as potential plasmatic biomarkers in these pathological settings, and have been studied in the biology of human ECFC.Results: TGF-ß1 plasma level is increased in patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) compared to the control population; it exerts a pro-angiogenic effect in vivo (vascularization of Matrigel ®-plugs) and in vitro (proliferation and migration of ECFC) via ALK-1, ALK-5 and TGF-ßRII receptors. TSP-1 plasma level is increased in patients with peripheral artery disease (PAD) compared to the control population. In addition, the new vessels formed in PAD patients treated by local injection of BM-MNC express TSP-1. In murine models of Matrigel ®-plugs and hindlimb ischemia, TSP-1 induces a decrease in plugs vascularization and impaired revascularization of ischemic limb. In vitro, TSP-1 increases ECFC adhesion via an N-terminal dependent mechanism and reduces their angiogenic potential (proliferation and migration) via its binding to CD47 receptor, which activates the SDF-1/CXCR4 signaling pathway. PlGF plasma level is increased in ACS patients compared with the control population and stable angina patients and is also increased in patients undergoing cardiac surgery. PlGF-1 and -2 potentiate ECFC tubulogenesis in vitro via phosphorylation of the VEGFR1 receptor. This effect was abolished when the ECFC VEGFR1 is inhibited by RNA interference or by the chemical compound "4321". In addition this compound "4321" inhibits the vascularization of Matrigel ®-plugs, and revascularization of the ischemic limb in the hindlimb ischemia model.Conclusions: TGF-ß1 is involved in the IPF vascular remodeling through ECFC; TSP-1 is a potential biomarker of angiogenesis induced by ECFC in PAD; the inhibition of the PlGF/VEGFR1 pathway modulates ECFC tubulogenesis, cells involved in the formation of new vessels. We thus identified three proteins that modulate angiogenesis in three different pathological settings characterized by a vascular remodeling and where ECFC are involved in their pathophysiology. These three proteins therefore state as potential plasmatic biomarkers, modulating ECFC angiogenic properties and are able to influence their efficacy as a cell therapy product. These plasmatic biomarkers likely play a role in the homeostasis of those pathologies progress.

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est de pronostic sombre et sans traitement efficace. Elle est caractérisée par un début sous pleural et la présence de myofibroblastes responsables de la synthèse excessive de la matrice extracellulaire. La voie de signalisation du Transforming Growth Factor (TGF)-β1, facteur clé de la genèse de la fibrose et sa progression, passe par les Smads, notamment Smad4. Le TGF-β1 induit la différenciation des fibroblastes pulmonaires et des cellules épithéliales et mésothéliales en myofibroblastes. AB-crystallin est une protéine de choc thermique surexprimée dans la fibrose du foie, du rein et la fibrose vasculaire. Elle peut être induite par le TGF-β1. Dans ce travail, nous avons étudié le rôle d’αB-crystallin dans la fibrose pleurale et pulmonaire. Nous montrons qu’αB-crystallin est surexprimée dans les poumons et la plèvre de patients atteints de FPI. In vivo, dans trois modèles de fibrose pulmonaire (bléomycine, surexpression de TGF-β1 ou d’IL-1β) les souris KO pour αB-crystallin sont protégées de la fibrose avec une inhibition de la voie du TGF-β. In vitro, dans les cellules épithéliales, mésothéliales ou les fibroblastes, αB-crystallin augmente la localisation nucléaire de Smad4. En interagissant avec TIF1γ, responsable de l’export nucléaire de Smad4, elle favorise la séquestration nucléaire de Smad4 et son activité pro-fibrosante. Au contraire, son inhibition permet la formation du complexe Smad4/TIF1γ et l’export nucléaire de Smad4 inhibant son activité. Ce travail montre l’importance d’αB-crystallin dans la fibrose pleuro-pulmonaire et son rôle sur la voie du TGF-. AB-crystallin pourrait être une cible thérapeutique de la FPI. / Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) has no effective current treatment. It is characterized by a sub-pleural onset and the presence of myofibroblasts, responsible for the excessive extracellular matrix synthesis. Transforming Growth Factor (TGF)-β1 is considered as the major profibrotic cytokine. Its signaling pathway occurs through the Smads proteins, including Smad4. TGF-β1 allows the differentiation of lung fibroblasts and epithelial and mesothelial cells into myofibroblasts. AB-crystallin is a small heat shock protein overexpressed in liver, renal and vascular fibrosis and can be induced by TGF-β1. In this study, we assessed the role of αB-crystallin in pleural and pulmonary fibrosis. We show that αB-crystallin is overexpressed in the lung and the pleura of IPF patients. In vivo, in three pulmonary fibrosis models (bleomycin, TGF-β1 or IL-1β overexpression) αB-crystallin KO mice are protected from fibrosis with an inhibition of the TGF-β pathway. In vitro, in epithelial and mesothelial cells or fibroblasts, αB-crystallin increases Smad4 nuclear localization. Interacting with TIF1γ, responsible for the nuclear export of Smad4, it promotes the nuclear sequestration of Smad4 and thus its profibrotic activity. Instead, αB-crystallin inhibition allows the formation of the Smad4/TIF1γ complex and promotes Smad4 nuclear export an profibrotic activity. This work shows the importance of αB-crystallin in pleuro-pulmonary fibrosis and its role on the TGF-β1 pathway. AB-crystallin appears as a putative therapeutic target for IPF.