L’artériopathie oblitérante des membres inférieurs conduit progressivement au rétrécissement des artères qui assurent la vascularisation des membres inférieurs. Il en résulte une ischémie des tissus irrigués par ces artères et à terme, en cas d’occlusion artérielle, une ischémie critique conduisant à une amputation du membre. De nouvelles stratégies de thérapie cellulaire basées sur l’injection de cellules progénitrices capables d’induire une angiogenèse thérapeutique se sont développées ces dernières années. Cependant le faible taux d’incorporation des cellules transplantées dans le tissu ischémique limite le développement de ces nouvelles approches. Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté à étudier deux approches thérapeutiques distinctes pouvant améliorer les thérapies pro-angiogènes. La première étude porte sur le fucoïdane, polysaccharide sulfaté d’origine naturelle, antithrombotique favorisant la formation de nouveaux vaisseaux sanguins dans le modèle murin d’ischémie du membre inférieur. Nous avons montré qu’il induisait le recrutement de monocytes en améliorant leur adhésion à l’endothélium activé en condition dynamique, ainsi que leur adhésion à la matrice et leur transmigration in vitro. Cette action est médiée par l’activation des voies de signalisation ERK et p38 et la sécrétion de métalloprotéinases 9. De plus, le fucoïdane entraine une polarisation des macrophages de type pro-angiogènes in vitro. Il augmente leur recrutement dans le muscle ischémié permettant de réduire ainsi la phase inflammatoire post-ischémique, la nécrose et de favoriser le processus de cicatrisation. La deuxième étude porte sur le rôle des neuropilines (NRP), co-récepteurs du VEGF (facteur de croissance pro-angiogène) exprimés à la surface des ECFC, afin de comprendre leur implication au niveau moléculaire dans le mécanisme d’action pro-angiogène des ECFCs et optimiser l’efficacité de la thérapie cellulaire. A l’aide du système d’extinction par ARN interférent, nous avons découvert un mécanisme de compensation jamais étudié auparavant puisque l’inhibition de NRP1 entraine une augmentation de celle de NRP2 et une diminution de la prolifération et de la migration des ECFCs. En revanche, l’extinction de NRP2 n’a pas d’effet sur l’expression de NRP1, mais induit une augmentation de l’adhésion des ECFCs à la matrice extracellulaire associée à une augmentation de la phosphorylation des ERK1/2. / Vascular diseases such as Peripheral Arterial Disease may evolve towards critical limb ischemia, requiring revascularization or amputation. New strategies of cell therapy based on the injection of progenitor cells able to induce therapeutic angiogenesis have been recently developed. However the low level of incorporation of transplanted cells in the ischemic tissue limits the development of these new approaches. In this context, my thesis was to study two different therapeutic approaches that can improve the pro-angiogenic therapies. The first focuses on fucoidan, a marine sulphated polysaccharide with antithrombotic properties. We have previously shown promising angiogenic properties of fucoidan in vivo. We found that fucoidan increases monocyte recruitment and improves their adhesion to activated endothelium under dynamic condition. It also increases in vitro transmigration. This action is mediated by the activation of ERK and p38 signaling pathways and metalloproteinase 9 secretion. Further, fucoidan can lead macrophage polarization to the pro-angiogenic type in vitro. It increases macrophage recruitment in ischemic muscle that could reduce post-ischemic inflammatory phase and necrosis leading to healing process. The second study focuses on the role of neuropilin (NRP), co-receptors of VEGF (pro-angiogenic growth factor). The aim of this part was to understand their involvement in the pro-angiogenic properties of ECFC at molecular level and optimize the efficiency of cell therapy. Using siRNA, we found a compensation mechanism never studied before. The NRP1 inhibition leads to an increase in the NRP2 expression and a decrease of ECFC proliferation and migration. The NRP2 silencing has no impact on NRP1, but induces ECFC adhesion to the extracellular matrix correlated with an increased level of ERK1 / 2 phosphorylation.

L’artériopathie oblitérante des membres inférieurs conduit progressivement au rétrécissement des artères qui assurent la vascularisation des membres inférieurs. Il en résulte une ischémie des tissus irrigués par ces artères et à terme, en cas d’occlusion artérielle, une ischémie critique conduisant à une amputation du membre. De nouvelles stratégies de thérapie cellulaire basées sur l’injection de cellules progénitrices capables d’induire une angiogenèse thérapeutique se sont développées ces dernières années. Cependant le faible taux d’incorporation des cellules transplantées dans le tissu ischémique limite le développement de ces nouvelles approches. Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté à étudier deux approches thérapeutiques distinctes pouvant améliorer les thérapies pro-angiogènes. La première étude porte sur le fucoïdane, polysaccharide sulfaté d’origine naturelle, antithrombotique favorisant la formation de nouveaux vaisseaux sanguins dans le modèle murin d’ischémie du membre inférieur. Nous avons montré qu’il induisait le recrutement de monocytes en améliorant leur adhésion à l’endothélium activé en condition dynamique, ainsi que leur adhésion à la matrice et leur transmigration in vitro. Cette action est médiée par l’activation des voies de signalisation ERK et p38 et la sécrétion de métalloprotéinases 9. De plus, le fucoïdane entraine une polarisation des macrophages de type pro-angiogènes in vitro. Il augmente leur recrutement dans le muscle ischémié permettant de réduire ainsi la phase inflammatoire post-ischémique, la nécrose et de favoriser le processus de cicatrisation. La deuxième étude porte sur le rôle des neuropilines (NRP), co-récepteurs du VEGF (facteur de croissance pro-angiogène) exprimés à la surface des ECFC, afin de comprendre leur implication au niveau moléculaire dans le mécanisme d’action pro-angiogène des ECFCs et optimiser l’efficacité de la thérapie cellulaire. A l’aide du système d’extinction par ARN interférent, nous avons découvert un mécanisme de compensation jamais étudié auparavant puisque l’inhibition de NRP1 entraine une augmentation de celle de NRP2 et une diminution de la prolifération et de la migration des ECFCs. En revanche, l’extinction de NRP2 n’a pas d’effet sur l’expression de NRP1, mais induit une augmentation de l’adhésion des ECFCs à la matrice extracellulaire associée à une augmentation de la phosphorylation des ERK1/2. / Vascular diseases such as Peripheral Arterial Disease may evolve towards critical limb ischemia, requiring revascularization or amputation. New strategies of cell therapy based on the injection of progenitor cells able to induce therapeutic angiogenesis have been recently developed. However the low level of incorporation of transplanted cells in the ischemic tissue limits the development of these new approaches. In this context, my thesis was to study two different therapeutic approaches that can improve the pro-angiogenic therapies. The first focuses on fucoidan, a marine sulphated polysaccharide with antithrombotic properties. We have previously shown promising angiogenic properties of fucoidan in vivo. We found that fucoidan increases monocyte recruitment and improves their adhesion to activated endothelium under dynamic condition. It also increases in vitro transmigration. This action is mediated by the activation of ERK and p38 signaling pathways and metalloproteinase 9 secretion. Further, fucoidan can lead macrophage polarization to the pro-angiogenic type in vitro. It increases macrophage recruitment in ischemic muscle that could reduce post-ischemic inflammatory phase and necrosis leading to healing process. The second study focuses on the role of neuropilin (NRP), co-receptors of VEGF (pro-angiogenic growth factor). The aim of this part was to understand their involvement in the pro-angiogenic properties of ECFC at molecular level and optimize the efficiency of cell therapy. Using siRNA, we found a compensation mechanism never studied before. The NRP1 inhibition leads to an increase in the NRP2 expression and a decrease of ECFC proliferation and migration. The NRP2 silencing has no impact on NRP1, but induces ECFC adhesion to the extracellular matrix correlated with an increased level of ERK1 / 2 phosphorylation.

L’artériopathie oblitérante des membres inférieurs conduit progressivement au rétrécissement des artères qui assurent la vascularisation des membres inférieurs. Il en résulte une ischémie des tissus irrigués par ces artères et à terme, en cas d’occlusion artérielle, une ischémie critique conduisant à une amputation du membre. De nouvelles stratégies de thérapie cellulaire basées sur l’injection de cellules progénitrices capables d’induire une angiogenèse thérapeutique se sont développées ces dernières années. Cependant le faible taux d’incorporation des cellules transplantées dans le tissu ischémique limite le développement de ces nouvelles approches. Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté à étudier deux approches thérapeutiques distinctes pouvant améliorer les thérapies pro-angiogènes. La première étude porte sur le fucoïdane, polysaccharide sulfaté d’origine naturelle, antithrombotique favorisant la formation de nouveaux vaisseaux sanguins dans le modèle murin d’ischémie du membre inférieur. Nous avons montré qu’il induisait le recrutement de monocytes en améliorant leur adhésion à l’endothélium activé en condition dynamique, ainsi que leur adhésion à la matrice et leur transmigration in vitro. Cette action est médiée par l’activation des voies de signalisation ERK et p38 et la sécrétion de métalloprotéinases 9. De plus, le fucoïdane entraine une polarisation des macrophages de type pro-angiogènes in vitro. Il augmente leur recrutement dans le muscle ischémié permettant de réduire ainsi la phase inflammatoire post-ischémique, la nécrose et de favoriser le processus de cicatrisation. La deuxième étude porte sur le rôle des neuropilines (NRP), co-récepteurs du VEGF (facteur de croissance pro-angiogène) exprimés à la surface des ECFC, afin de comprendre leur implication au niveau moléculaire dans le mécanisme d’action pro-angiogène des ECFCs et optimiser l’efficacité de la thérapie cellulaire. A l’aide du système d’extinction par ARN interférent, nous avons découvert un mécanisme de compensation jamais étudié auparavant puisque l’inhibition de NRP1 entraine une augmentation de celle de NRP2 et une diminution de la prolifération et de la migration des ECFCs. En revanche, l’extinction de NRP2 n’a pas d’effet sur l’expression de NRP1, mais induit une augmentation de l’adhésion des ECFCs à la matrice extracellulaire associée à une augmentation de la phosphorylation des ERK1/2. / Vascular diseases such as Peripheral Arterial Disease may evolve towards critical limb ischemia, requiring revascularization or amputation. New strategies of cell therapy based on the injection of progenitor cells able to induce therapeutic angiogenesis have been recently developed. However the low level of incorporation of transplanted cells in the ischemic tissue limits the development of these new approaches. In this context, my thesis was to study two different therapeutic approaches that can improve the pro-angiogenic therapies. The first focuses on fucoidan, a marine sulphated polysaccharide with antithrombotic properties. We have previously shown promising angiogenic properties of fucoidan in vivo. We found that fucoidan increases monocyte recruitment and improves their adhesion to activated endothelium under dynamic condition. It also increases in vitro transmigration. This action is mediated by the activation of ERK and p38 signaling pathways and metalloproteinase 9 secretion. Further, fucoidan can lead macrophage polarization to the pro-angiogenic type in vitro. It increases macrophage recruitment in ischemic muscle that could reduce post-ischemic inflammatory phase and necrosis leading to healing process. The second study focuses on the role of neuropilin (NRP), co-receptors of VEGF (pro-angiogenic growth factor). The aim of this part was to understand their involvement in the pro-angiogenic properties of ECFC at molecular level and optimize the efficiency of cell therapy. Using siRNA, we found a compensation mechanism never studied before. The NRP1 inhibition leads to an increase in the NRP2 expression and a decrease of ECFC proliferation and migration. The NRP2 silencing has no impact on NRP1, but induces ECFC adhesion to the extracellular matrix correlated with an increased level of ERK1 / 2 phosphorylation.

Fucus vesiculosus et Ascophyllum nodosum sont des algues brunes comestibles et abondantes au Québec. Cependant, elles ont été négligées en raison de leur valeur potentielle inconnue et de la période de récolte limitée. Afin de valider leur utilité, la composition chimique de ces algues et l’activité inhibitrice des enzymes digestives de l'amidon par les fucoïdanes extraits de ces deux espèces d'algues ont été étudiés en fonction de la saison. Les composants principaux des algues sont dans l’ordre: les polysaccharides> minéraux> protéines> fucoïdane> lipides> > composés phénoliques, et leur quantité est très variable selon la période de récolte. F. vesiculosus contenait une plus grande quantité de protéines et de minéraux, alors que A. nodosum avait relativement plus de polysaccharides. Par conséquent, F. vesiculosus serait plus avantageux comme source d’éléments nutritifs. L’algue A. nodosum récoltée en Juillet a permis d’obtenir le fucoïdane ayant la pureté la plus élevée et le meilleur rendement. Les fucoïdanes extraits des deux espèces d’algues ont inhibé l’activité de l’α-glucosidase alors que seul celui extrait d’A. nodosum a pu, de plus, inhiber l’α-amylase. Le fucoïdane d’A. nodosum était un inhibiteur plus puissant que le fucoïdane de F. vesiculosus pour l’α-glucosidase avec des IC50 variant de 0,013 ~ 0,047 mg/ml, tout comme pour l’α-amylase avec des IC50 de 0,12 ~ 4,62 mg/mL selon le mois. Pour comprendre les facteurs clés expliquant les différences d’inhibition d’α-amylase entre les fucoïdane d’A. nodosum et F. vesiculosus, certaines caractéristiques structurales ont été analysées et comparées à du galactofucoidane qui a servi de contrôle. A partir des résultats obtenus, il est confirmé que la masse moléculaire plus faible (637 kDa) du fucoïdane d’A. nodosum et la présence de sulfates sont liées à son activité inhibitrice. Nous avons émis l’hypothèse que les faibles masses moléculaires permettent d’exposer facilement les groupements sulfate qui peuvent agir sur l’α-amylase par interaction électrostatique, et donc d'inhiber son activité. En conclusion, les algues brunes du Québec présentent un potentiel d’utilisation important pour leur valeur nutritionnelle et leurs composés bioactifs. Le fucoïdane a montré une activité d'inhibition des enzymes digestives de l'amidon (α-amylase et α-glucosidase) et cette activité est différente selon les espèces d'algues et la période de récolte. Une meilleure compréhension du mécanisme inhibiteur par le fucoïdane peut être utile afin de développer un ingrédient fonctionnel permettant de prévenir le diabète de Type-2. / Fucus vesiculosus and Ascophyllum nodosum are edible brown seaweed and abundantly available in Quebec. However, they have been neglected because of their unknown value and technical limitation in harvest. In order to validate their usefulness, chemical composition in seaweeds and starch digestive enzyme inhibition activity by fucoidan extracted from two seaweed species were investigated with different seasons. The major components in both seaweeds were in order: polysaccharide > minerals > protein > fucoidan > lipid > phenol, and their quantity was quite variable depending on harvesting timing. F. vesiculosus contained larger amount of proteins and minerals, while A. nodosum had relatively more polysaccharides. Therefore, F. vesiculosus are advantageous as a nutritional source. Especially, from A. nodosum harvested in July, a fucoidan having higher purity and better yield was obtained. Fucoidans from two seaweeds species inhibited α-glucosidase activity while, only fucoidan from A. nodosum could inhibit α-amylase activity. A. nodosum fucoidan was a more potent inhibitor than F. vesiculosus fucoidan for α-glucosidase with IC50 of 0.013 ~ 0.047 mg/mL, and for α-amylase with IC50 of 0.12 ~ 4.62 mg/mL depending on harvest month. To understand the key factors explaining the difference in α-amylase inhibition between A. nodosum fucoidan and F. vesiculosus fucoidan, structural characteristic was analyzed and compared with galactofucoidan as a control. From the obtained results, it is confirmed that smaller molecular weight (637 kDa) of A. nodosum fucoidan and the presence of sulfates are related to its inhibitory activity. It is proposed that small molecular weight permits to expose easily sulfate groups for interaction with α-amylase throughout electrostatic interactions, and therefore inhibiting its activity. In conclusion, brown seaweeds in Quebec have a considerable importance for nutrition and bioactive products. Fucoidan shows the inhibition activity for starch digestive enzymes (α-amylase and α-glucosidase) and its activity is different depending on seaweed species and harvesting period. Further understanding of the inhibitory mechanism by fucoidan can be useful to develop a functional ingredient to help preventing for Type-2 diabetes.

Dans le cas de larges pertes de substance osseuse, l’ingénierie tissulaire représente une alternative intéressante aux greffes. Cette technique consiste à associer des cellules à des biomatériaux dans le but de réparer le tissu. L'objectif de ce travail est l'étude de l'amélioration du potentiel ostéogénique des cellules souches mésenchymateuses issues du tissue adipeux humain (ASC), afin d’augmenter la formation de matrice osseuse en territoire ischémique. Nous avons montré que le fucoïdane, un polysaccharide d’origine marine, était capable d’améliorer la différenciation ostéogénique des ASC in vitro. Cependant, la combinaison de ces cellules avec des biomatériaux (granules de biphosphate de calcium) ne suffit pas à permettre une formation osseuse dans un modèle de pousse osseuse en site ectopique chez la souris. Afin d’augmenter l’angiogenèse, essentielle dans la réparation osseuse, nous avons associé les ASC à des cellules progénitrices endothéliales (appelées ECFC), dans ce modèle. Cette association ne permet d’améliorer que faiblement la formation osseuse. Nos études in vitro d'association de CPE et d'ASC ont montré que ces cellules en coculture étaient capables de synthétiser un grand nombre de cytokines impliquées dans les différenciations ostéogénique et angiogénique, telles que le transforming growth factor (TGFß1), l’insulin like growth factor (IGF-1) ou encore le vascular endothelial growth factor (VEGF). Dans nos conditions de culture, le surnageant de l’association des ECFC avec des ASC induit, par rapport au surnageant des ASCs seules, une inhibition de la différenciation ostéogénique dont le mécanisme reste à identifier.L’ensemble de nos données démontre le potentiel du fucoïdane dans l’ingénierie tissulaire osseuse et que les ASC seules ne sont pas capables de former de matrice osseuse. / In the case of large bone defects, tissue engineering represents an attractive alternative to transplantation. Tissue engineering is a combination of cells with biomaterials in order to repair tissue. The aim of this work was the study of the improvement of the osteogenic potential of mesenchymal stromal/stem cells derived from human adipose tissue (ASC) in the order to increase the formation of bone matrix in the ischemic territory. We have shown that fucoidan, a marine polysaccharide, was able to improve the osteogenic differentiation of ASC in vitro. However, the combination of these cells with biomaterials (biphasic calcium phosphate particles) is not enough to have bone formation in an ectopic bone growth model in mice. To promote angiogenesis, a crucial step in bone repair, we associated ASC with endothelial progenitor cells (called ECFC), in our model. This association promotes only lightly the bone formation. Our in vitro coculture studies of ECFC with ASC showed that the cells in coculture were able to synthesize several cytokines involved in angiogenic and osteogenic differentiation, such as transforming growth factor (TGF-ß1), insulin like growth factor (IGF-1) or vascular endothelial growth factor (VEGF). However, ASC in coculture did not express the receptors of these cytokines. In our culture conditions, the supernatant of the association of ECFC + ASC induces, compare to ASC alone, an inhibition of osteogenic differentiation which mechanism has to be identified.Our data show the potential of fucoidan in bone tissue engineering and that ASC alone did not promote bone matrix formation.