Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont des cellules souches adultes, responsables du maintien du système sanguin tout au long de la vie des vertébrés. Les CSH sont des cellules multipotentes spécialisées qui possèdent deux propriétés principales : leur capacité à se différencier en de multiples lignées et leur capacité à créer d'autres cellules souches (c'est-à-dire l'autorenouvellement). Grâce à ces caractéristiques, les CSH ont un énorme potentiel thérapeutique. En effet, la transplantation de CSH constitue à ce jour une option de choix pour le traitement de plusieurs maladies et troubles hématologiques. Les CSH ne se retrouvent que dans certains échantillons biologiques comme la moelle osseuse, les cellules mobilisées de la moelle osseuse dans le sang périphérique ou les cellules de sang de cordon ombilical. Les applications cliniques des CSH sont souvent limitées en raison de leur faible fréquence dans les échantillons biologiques, c’est pourquoi leur expansion ex vivo est un domaine de recherche en plein essor. Des approches basées sur des petites molécules pour amplifier le nombre les cellules couches ex vivo ont été testées avec succès pour permettre la prolifération des cellules et freiner leur différentiation. Notre groupe a contribué à ce domaine en identifiant la petite molécule UM171 qui peut amplifier les CSH ex vivo par reprogrammation épigénétique. Dans le cadre des efforts d’expansion ex vivo des CSH, un obstacle majeur est la caractérisation des cellules qui ont proliféré ex vivo afin d’évaluer de façon exhaustive le potentiel des greffons pour des applications ultérieures. La caractérisation phénotypique des CSH amplifiées ex vivo est une approche prometteuse pour aider à isoler et à purifier les cellules souches. Les travaux de cette thèse explorent l'association de l'immunophénotype à la fonctionnalité des cellules souches pour nous aider à définir l'hétérogénéité des cellules amplifiées. Au chapitre 2, en utilisant un profilage de cellules amplifiées basée sur le transcriptome, nous avons pu identifier CEACAM1 comme un nouveau marqueur fonctionnel des CSH. Concomitamment, au chapitre 3, nous appliquons une approche alternative basée sur le protéome de la surface cellulaire pour aider à caractériser le phénotype des cellules souches et progénitrices hématopoïétiques (CSPH) amplifiées ex vivo afin d'identifier GPA33 en comme marqueur probable de CSH. Les marqueurs de surface compatibles avec la culture constituent un excellent outil pour un isolement prospectif rapide et des manipulations in vitro et in vivo supplémentaires pour permettre une meilleure compréhension de la biologie des cellules souches. La caractérisation des HSPC expansées ex vivo est donc une tentative de combler le fossé et de permettre des stratégies thérapeutiques améliorées. / Hematopoietic stem cells (HSCs) are responsible for maintaining the blood system throughout the lifespan of vertebrates. HSCs are specialized multipotent cells that have two main properties – their ability to differentiate into multiple lineages and their ability to create more stem cells (i.e. self-renewal). Due to these special abilities, HSCs have tremendous therapeutic potential. HSCs thus to date are the best curative measure against most hematological malignancies and disorders. HSCs occur in limited frequency and can be found only from certain conserved sources like the bone marrow or mobilized cells from the bone marrow in the peripheral blood or umbilical cord blood cells. Clinical applications of HSCs are often restricted due to their low occurring frequencies, therefore ex vivo expansion is a growing research field. Small molecule-based approaches to expand stem cells ex vivo have been successfully tested to allow for proliferation of cells by curbing their differentiation. Our group has contributed to this field by the identification of the small molecule UM171 which can expand hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) ex vivo via epigenetic reprogramming. To expand HSPCs ex vivo a major hurdle is the proper characterization of the ex vivo expanded cells to evaluate the full potential of grafts for further downstream applications. Phenotypic dissociation of ex vivo expanded HSPCs is a prospective tool to help isolate and purify stem cells. Identification of culture-compatible surface markers is therefore the first step to help characterize the ex vivo expanded cells. The work in this thesis explores the association of immunophenotype to the functionality of stem cells to help us delineate the heterogeneity of expanded cells. In Chapter 2, using transcriptome-based interrogation of expanded cells, we were able to identify CEACAM1 as a novel functional marker of HSCs. Whereas, in Chapter 3 we apply an alternative cell surface proteome-based approach to help characterize the phenotype of ex vivo expanded HSPCs to identify GPA33 as a probable HSC marker. Culture-compatible surface markers make for an excellent tool for rapid prospective isolation and additional in vitro and in vivo manipulations to allow a better understanding of stem cell biology. Characterization of ex vivo expanded HSPCs is thus an attempt to help bridge the gap and allow for enhanced therapeutic strategies.