Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3905. Résumé. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 251-271.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le développement de l’épithélium mammaire dépend des cellules souches qui, en proliférant et se différenciant, donnent naissance aux cellules du lignage épithélial. Les cellules souches sont ensuite sollicitées à chaque gestation pour régénérer une partie de l’épithélium. L’objectif de cette thèse est d’identifier et de caractériser en profondeur les différents types de cellules du lignage épithélial mammaire bovin par des approches de cytométrie en flux et de tri cellulaire. Nous avons défini et étudié des (sous)populations épithéliales engagées dans le développement mammaire à la puberté. A ce stade, l’épithélium mammaire contient de rares cellules souches mammaires, des cellules progénitrices à typage mixte luminal/basal et des cellules luminales et basales. Ces (sous)populations diffèrent soit en proportion soit en caractéristiques, voire les deux, aux stades physiologiques majeurssuivants (lactation et tarissement). Les cellules basales diminuent en lactation et au tarissement. Elles possèdent une signature moléculaire propre à chaque stade. La population luminale, composée de plusieurs sous-populations, est la plus variable. Elle arbore une réceptivité hormonale différente à chaque stade. Des (sous)populations épithéliales n’apparaissent qu’à un stade précis (puberté ou lactation) et disparaissent aux autres, comme certaines cellules prolifératives définies comme cellules progénitrices. Enfin, la fraction de rares cellules souches putatives diminue graduellement, de la puberté aux stades suivants, tout en conservant des caractéristiques moléculaires similaires. Ces / The development of the mammary epithelium relies on the mammary stem cells which, by proliferating and differentiating, give rise to the luminal, basal and progenitor cells of the epithelial lineage. The stem cells are then solicited at each gestation to regenerate a part of the epithelium. In this thesis work, we aim at identifying and characterizing in depth the different types of cell constitutive of the bovine mammary epithelial cell lineage by flow cytometry and cell sorting approaches. We defined and studied epithelial (sub)populations committed to mammary development at puberty. At this stage, the mammary epithelium contains rare mammary stem cells, mixed luminal/ basal progenitors, as well as luminal and basal cells.These (sub)populations were found to differ in proportion and/or characteristics at thesubsequent major physiological stages (lactation and dry periods). Basal cells decrease at lactation and dry off. They harbor a specific molecular signature at each stage. The luminal population, composed of several subpopulations, is the most variable. The hormonal receptivity of these cells changes at each physiological stage. Interestingly, some epithelial populations only appear at specific stages (puberty or lactation) and disappear at others, as one subpopulation of proliferative cells that we defined as progenitor cells. At last, the pool of rare putative stem cells gradually decreases from puberty to the next stages while maintaining a similar molecular signature. These are novel insights that show that the epithelial lineage evolves substantially through the

L’alimentation peut influencer le développement mammaire des femmes et compromettre la santé de la descendance. La leptine pourrait jouer un rôle majeur dans ces processus. Nous avons montré que chez la lapine, la synthèse mammaire de leptine était peu élevée en gestation puis augmentait en lactation, et que l’allaitement par une mère hyperadipeuse potentialisait les effets d’un régime obésogène ultérieur et induisait un développement mammaire anormal de la descendance. Nous avons également caractérisé la synthèse et la sécrétion mammaire de leptine, dans un modèle cellulaire hétérologue. Enfin, nous avons évalué la variation intra espèce ainsi que la croissance selon deux fenêtres nutritionnelles : alimentation obésogène administré dès la puberté ou dès la naissance, dans deux lignées murines, FVB/N et C57BL/6.Ce travail montre que la composition du lait maternel est altérée par l’alimentation et influe sur la croissance et le développement mammaire de la descendance, chez le lapin / Women’s nutrition can have long-term effects on mammary development and on the development and the health of the offspring. Leptin may play a major role during these processes. In the present work we show that leptin synthesis in the mammary gland slightly increases during pregnancy, but largely increases during lactation. We also show that, in the rabbit, milk consumption from obesogenic-fed dams promote the later effects of an obesogenic diet and leads to an abnormal mammary development observed in the offspring. We also highlight the synthesis and the mammary secretion of leptin in a heterologous cellular model. We also evaluate the intra-species variability as well as the growth considering two nutritional windows: obesogenic feeding from the puberty or from the birth, in two lineages of mice, FVB/N and C57BL /6.This work shows that the consumption of altered maternal milk has long-term effects by influencing the growth and the mammary development of the offspring, in rabbit

L’épithélium mammaire est organisé en bicouche : une couche de cellules luminales sécrétrices et une couche de cellules basales myoépithéliales. Des cellules souches multipotentes capables de régénérer l’épithélium mammaire après transplantation résident dans le compartiment basal tandis que les deux couches épithéliales mammaires contiennent des cellules souches/progénitrices à propriétés clonogéniques. De nombreuses études suggèrent que les cellules souches et progénitrices de la glande mammaire pourraient être les cibles d’une transformation oncogénique menant à des cancers du sein, justifiant l’attention particulière portée à ces populations cellulaires mineures.Pour étudier les rôles du proto-oncogène Myc, ou du suppresseur de tumeurs Trp53, dans le contrôle des fonctions des cellules souches et progénitrices, nous avons généré des souris transgéniques présentant une invalidation de Myc ou Trp53 dans la couche basale de l’épithélium mammaire. Les souris déficientes en Myc présentent des glandes hypoplasiques et les cellules basales dépourvues de Myc perdent complètement leur capacité régénérative. En revanche, la perte de p53 induit une augmentation des populations de cellules souches et progénitrices avec un potentiel d’autorenouvellement accru, suggérant que p53 restreint la propagation des cellules souches/progénitrices dans l’épithélium mammaire. Ces résultats montrent que Myc et p53 jouent un rôle essentiel dans le contrôle des fonctions des cellules souches et progénitrices mammaires.Les souris transgéniques K5Ncat générées précédemment dans notre laboratoire, développent des carcinomes mammaires de type basal avec des composants métaplastiques, induits par l’expression d’une forme activée de la -caténine dans la couche basale mammaire. Nous avons trouvé que la population de cellules souches fonctionnelles est augmentée dans l’épithélium pré-néoplasique des souris K5Ncat. Pour étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires du développement de ces tumeurs, les souris déficientes en Myc ou Trp53 ont été croisées avec des souris K5Ncat. Nous avons constaté une inhibition complète de la tumorigenèse induite par la -caténine en absence de Myc et une accélération de celle-ci en absence de p53. Nos résultats suggèrent que les cellules souches/progénitrices basales pourraient être à l’origine des tumeurs mammaires de type basal avec des caractéristiques métaplastiques et que les rôles joués par Myc et p53 dans la tumorigenèse sont liés à leurs fonctions régulatrices des cellules souches mammaires. / Numerous studies suggested that mammary stem and progenitor cells could be targets of the oncogenic transformation in breast cancer, attracting a particular attention to these cell populations. Mammary epithelium is organized as bilayer, with a layer of luminal secretory cells and a basal myoepithelial layer. Multipotent stem cells able to regenerate mammary epithelium upon transplantation reside in the basal compartment, whereas both mammary epithelial cell layers contain clonogenic stem/progenitor cells.To study the roles played by a proto-oncogene Myc and a tumor suppressor p53 in the control of mammary stem and progenitor cell function, we generated mouse mutants presenting conditional deletion of Myc and Trp53 genes in the basal layer of the mammary epithelium. The Myc-mutants presented hypoplastic glands, and basal cells depleted of Myc were unable to regenerate mammary epithelium. In contrast, deletion of p53 led to increased stem and progenitor cell activity with enhanced capacity to self-renew suggesting that p53 restricts the propagation of the stem/progenitor cell populations in the mammary epithelium. These data clearly demonstrate that Myc and p53 play a central role in the control of the mammary stem cell function. Transgenic mice K5Ncat obtained previously by our team develop basal-type mammary carcinomas with metaplastic component, induced by the expression of activated (N-terminally truncated) -catenin in mammary epithelial basal layer. We found that stem cell activity is increased in preneoplastic K5Ncat mammary epithelium. To study molecular and cellular mechanisms underlying tumor development, Myc- and Trp53-mutants were bred to K5Ncat mice. The deletion of Myc completely inhibited tumorigenesis, whereas in the absence of p53, tumor development was significantly accelerated. Our data suggest that basal stem/progenitor cells might be at the origin of basal-type breast tumors with metaplastic characteristics and that roles played by Myc and p53 in the tumorigenesis are associated with their regulatory functions in stem cells.

La maîtrise de la conduite d’élevage est essentielle pour produire des chevrettes qui expriment pleinement leur potentiel laitier au cours de leur carrière. Elle implique la détermination de phases clés au cours de la période de croissance, notamment pour la mise en place de la glande mammaire. L’objectif de cette thèse était de déterminer les effets d’un sevrage précoce combiné à différentes conduites alimentaires post-sevrage sur les performances zootechniques de chevrettes de race alpine ainsi que sur le développement de leur glande mammaire. Tout d’abord, nous avons montré qu’un sevrage précoce à 10 kg de poids vif n’affectait ni le développement corporel, ni les performances de reproduction, ni même la production laitière (PL) des chevrettesPar contre, un apport plus élevé de concentré pendant la phase d’élevage a augmenté le développement corporel et le poids de la glande mammaire. Toutefois, cela n’a impacté ni le développement du parenchyme mammaire au cours de la phase pré-pubère ou en début de gestation, ni même la proportion de Cellule Epithéliale Mammaire (CEM). La prolifération des CEM était identique quelle que soit la quantité de concentré ingérée. La PL n’a pas été modifiée par l’augmentation de l’ingestion de concentré. La modification de la concentration en énergie et en protéines du concentré en phase pré-pubère n’a eu d’effet ni sur les performances de croissance ou de reproduction, ni sur le développement de la glande mammaire. La chèvre semble donc s’adapter aux modifications de la conduite alimentaire sans pour autant que l’augmentation de croissanc / Control of husbandry management is essential to produce female goat kids that fully express their milk potential during their career. It involves the determination of key periods during growth, particularly for the mammary gland development. The objective of this thesis was to determinate the effects of early weaning combined with different post-weaning feeding strategies on the performances of alpine goat kids as well as on their mammary gland development. On the one hand, we showed that early weaning at 10 kg of body weight did not affect body development, reproductive parameters or milk production (MP). On the other hand, a high concentrate intake during the rearing period increased body development and the weight of mammary glands.However, this did not impact the development of mammary parenchyma during the pre-pubertal phase or at the beginning of gestation, nor even the proportion of Mammary Epithelial Cells (MEC). The proliferation of MEC was identical regardless of the amount of concentrate ingested. MP was not affected by increasing concentrate intake. Modifying the energy and protein concentration of the concentrate in the pre-pubertal period had no effect on growth, reproductive performance, mammary gland development or mammary parenchyma development. Therefore, goats seem to adapt to changes in feeding strategies without a negative effect of the increase in growth on their ability to produce milk.

Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur à l’estrogène alpha (REα) et leur croissance dépend des estrogènes alors que l’expression de REα induit la différenciation et la sénescence des cellules humaines mammaires épithéliales normales. Le développement embryonnaire et la différenciation de la glande mammaire adulte sont contrôlés par des facteurs de transcription, dont beaucoup sont aussi impliqués dans la tumorigenèse. Plusieurs études d'association pan-génomiques ont identifié le putatif facteur de transcription TOX high mobility group box family member 3 (TOX3) comme un nouveau gène de prédisposition au cancer du sein.L’objectif de cette étude était la caractérisation fonctionelle de TOX3 dans l’épithélium mammaire normal et le cancer du sein.J’ai examiné l’expression de TOX3 dans des tumeurs du sein humaines et dans le sein normal par analyse des données d’expression issues de puces à ADN. L’effet de TOX3 sur la différenciation des cellules épithéliales mammaires était analysé par des assays CFC et FACS. De plus, j’ai effectué une analyse microarray des cellules luminales cancéreuses MCF-7 exprimant TOX3 afin d’identifier les gènes cibles de TOX3 ainsi que la méthode de purification d’affinité en tandem (TAP) combinée à la spectrométrie de masse afin d’identifier des protéines interactants de TOX3. Finalement, j’ai étudié le potentiel oncogénique de TOX3 dans un modèle de xénogreffe. / Two thirds of breast cancers express the estrogen receptor alpha (ERα) and are estrogen-dependent for growth. In contrast, expression of ERα induces differentiation and senescence in normal human mammary epithelial cells. Both embryonic development and lineage commitment in the adult mammary gland are governed by transcriptional regulators, many of which have also been implicated in tumourigenesis. Genome-wide association studies have identified the previously uncharacterised putative transcription factor TOX high mobility group box family member 3 (TOX3) as a new candidate breast cancer susceptibility gene.In the present study, I aimed to characterise TOX3 function in the normal human mammary epithelium and in breast cancer.I have examined TOX3 expression in primary breast tumours and in the normal mammary gland using micorarray data. The influence of TOX3 expression on lineage commitment was investigated using the colony forming cell (CFC) assay and FACS analysis. I further carried out microarray analysis of luminal breast cancer cells ectopically expressing TOX3 to identify TOX3 target genes as well as tandem affinity purification of TOX3 to identify TOX3 interacting proteins. Finally, the oncogenic potential of TOX3 was investigated in a human-in-mouse xenograft model.

It is well established that the 17-estradiol is involved in the development and homeostasis of reproductive and extra-reproductive tissues, particularly the mammary gland. Estradiol classically binds to Estrogen Receptor (ERα), which is a member of the nuclear receptor superfamily. ER mediates nuclear (transcription) and plasma membrane (signaling) ERα function. Interestingly, the membrane initiated steroid signaling (MISS) required a post translational modification of the receptor: palmitoylation of the human Cys-447 or the murine Cys-451 counterpart. The main objectives of my PhD thesis were to decipher the physiological role of membrane ERα in mammary gland development and to understand how the membrane ER signaling impact breast cancer. To do so, we used the transgenic mouse model C451A-ER in which the single point mutation (C451A) was introduced to abolish palmitoylation of ER (membrane addressing signal). We demonstrate that the point mutation of the palmitoylation site of ER alters the paracrine signaling of luminal epithelial cells and by consequence the repopulation properties of the mammary stem cells. We also studied the involvement of the membrane effects of the Estrogen Receptor ERα in the 17β-estradiol response dose of the mammary gland. Finally, by breeding the C451A-ER mice with the widely used transgenic mice model of tumorigenesis (PyMT), we provide the first evidence that the membrane ERα influences tumorigenesis. These findings pave the way on an unexpected role of non-genomic function of ERα in the mammary gland physiology and physiopathology. / It is well established that the 17-estradiol is involved in the development and homeostasis of reproductive and extra-reproductive tissues, particularly the mammary gland. Estradiol classically binds to Estrogen Receptor (ERα), which is a member of the nuclear receptor superfamily. ER mediates nuclear (transcription) and plasma membrane (signaling) ERα function. Interestingly, the membrane initiated steroid signaling (MISS) required a post translational modification of the receptor: palmitoylation of the human Cys-447 or the murine Cys-451 counterpart. The main objectives of my PhD thesis were to decipher the physiological role of membrane ERα in mammary gland development and to understand how the membrane ER signaling impact breast cancer. To do so, we used the transgenic mouse model C451A-ER in which the single point mutation (C451A) was introduced to abolish palmitoylation of ER (membrane addressing signal). We demonstrate that the point mutation of the palmitoylation site of ER alters the paracrine signaling of luminal epithelial cells and by consequence the repopulation properties of the mammary stem cells. We also studied the involvement of the membrane effects of the Estrogen Receptor ERα in the 17β-estradiol response dose of the mammary gland. Finally, by breeding the C451A-ER mice with the widely used transgenic mice model of tumorigenesis (PyMT), we provide the first evidence that the membrane ERα influences tumorigenesis. These findings pave the way on an unexpected role of non-genomic function of ERα in the mammary gland physiology and physiopathology.

L'épithélium mammaire est organisé en bicouche : une couche de cellules luminales sécrétrices et une couche de cellules basales myoépithéliales. Des cellules souches multipotentes capables de régénérer l'épithélium mammaire après transplantation résident dans le compartiment basal tandis que les deux couches épithéliales mammaires contiennent des cellules souches/progénitrices à propriétés clonogéniques. De nombreuses études suggèrent que les cellules souches et progénitrices de la glande mammaire pourraient être les cibles d'une transformation oncogénique menant à des cancers du sein, justifiant l'attention particulière portée à ces populations cellulaires mineures.Pour étudier les rôles du proto-oncogène Myc, ou du suppresseur de tumeurs Trp53, dans le contrôle des fonctions des cellules souches et progénitrices, nous avons généré des souris transgéniques présentant une invalidation de Myc ou Trp53 dans la couche basale de l'épithélium mammaire. Les souris déficientes en Myc présentent des glandes hypoplasiques et les cellules basales dépourvues de Myc perdent complètement leur capacité régénérative. En revanche, la perte de p53 induit une augmentation des populations de cellules souches et progénitrices avec un potentiel d'autorenouvellement accru, suggérant que p53 restreint la propagation des cellules souches/progénitrices dans l'épithélium mammaire. Ces résultats montrent que Myc et p53 jouent un rôle essentiel dans le contrôle des fonctions des cellules souches et progénitrices mammaires.Les souris transgéniques K5Ncat générées précédemment dans notre laboratoire, développent des carcinomes mammaires de type basal avec des composants métaplastiques, induits par l'expression d'une forme activée de la -caténine dans la couche basale mammaire. Nous avons trouvé que la population de cellules souches fonctionnelles est augmentée dans l'épithélium pré-néoplasique des souris K5Ncat. Pour étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires du développement de ces tumeurs, les souris déficientes en Myc ou Trp53 ont été croisées avec des souris K5Ncat. Nous avons constaté une inhibition complète de la tumorigenèse induite par la -caténine en absence de Myc et une accélération de celle-ci en absence de p53. Nos résultats suggèrent que les cellules souches/progénitrices basales pourraient être à l'origine des tumeurs mammaires de type basal avec des caractéristiques métaplastiques et que les rôles joués par Myc et p53 dans la tumorigenèse sont liés à leurs fonctions régulatrices des cellules souches mammaires.

La thèse avait pour objectif de caractériser l’adaptabilité de la glande mammaire, organe support de la fonction de lactation, afin de contribuer à l’étude de la robustesse des vaches laitières et à l’identification de vaches adaptables. L’approche utilisée pour caractériser l’adaptabilité de la glande mammaire consistait à décrire les réponses inter-individuelles de production laitière lors d’une perturbation, puis à identifier des critères phénotypiques et/ou génétiques modulant les caractéristiques adaptatives. Deux modalités d’allongement de l’intervalle entre traites ont été choisies pour perturber le fonctionnement de la glande mammaire : un intervalle de traite unique de 24h (24h-MI) et 3 semaines de monotraite (ODM). Les 2 composantes de l’adaptabilité, à savoir la résistance et la résilience, ont été respectivement estimées par les pertes de lait lors de l’allongement de l’intervalle entre traites et par le taux de récupération au retour à 2 traites par jour,Quatre profils de réponse, définis par leur association des modalités de résistance et de résilience, ont été mis en évidence, dont 3 étaient communs aux 2 perturbations (24h-MI et ODM). Ces profils étaient caractérisés par la compliance de la glande mammaire (c’est-à-dire son aptitude à se distendre) et par son état inflammatoire. Les réponses de production laitière seraient des caractères héritables (h2= 0.32 pour les pertes de lait en kg/j et 0.63 pour la récupération de lait (kg/d), respectivement) ouvrant des perspectives de sélection des vaches sur ces caractères adaptatifs. Les zones du génome influant / This study aimed to enhance knowledge on dairy cows robustness and to enable the identification of adaptable cows through the characterization of the adaptability of the mammary gland, the organ responsible for lactation. The methodology used to characterize the adaptability of the mammary gland consisted in describing inter individual variability in milk yield responses profiles to a perturbation and then identifying phenotypes and/or genotypes that modulated the adaptive characteristics. The mammary gland functioning was challenged by using two different lengthening of milking interval as a perturbation on dairy cows usually milked twice-daily (TDM): a single extended milking interval of 24h (24h-MI) and a 3-wk once-daily milking (ODM). For each of them, the two components of adaptability, resistance and resilience, were estimated by milk yield loss in % when switching cows to 24h-MI or ODM and milk recovery:loss ratio when switching cows back to TDM.Four individual responses profiles, defined by the association of specific resistance and resilience modalities, were found with 3 being common between 24h-MI and ODM. These profiles were characterized by udder compliance (= ability to distend) and mammary inflammation. Milk yield responses were also found to be heritable (h2= 0.32 for milk yield losses and 0.63 for milk yield recovery (kg/d), respectively), so that it could be possible to select animals on these adaptability traits. The genomic regions related to these responses were partly different from regions controlling milk production traits during TDM, so that adapt