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Les nanoparticules d’oxyde de fer ont récemment été envisagées comme outils pour l’ingénierie tissulaire. Elles sont internalisées par les cellules qui deviennent alors magnétiques. Des forces magnétiques peuvent ainsi être appliquées à distance sur ces cellules pour contrôler leur organisation spatiale et temporelle, et former un tissu. Ces applications posent la question du devenir des nanoparticules, qui conditionne in fine leur utilisation clinique. Ce travail s’inscrit dans ce cadre et comporte deux axes.La première partie traite de l’étude des propriétés mécaniques et rhéologiques de tissus biologiques modèles, les agrégats multicellulaires. Une combinaison de méthodes magnétiques est proposée pour fabriquer et stimuler des tissus magnétiques de taille et de forme contrôlées. Ces agrégats magnétiques sont soumis à distance à des contraintes magnétiques d’écrasement. L’étude de leur déformation permet d’explorer des caractéristiques statiques et dynamiques rarement étudiées à l’échelle tissulaire (tension de surface, loi puissance, non linéarité). La deuxième partie se concentre sur l'évolution à moyen terme des nanoparticules dans leur environnement tissulaire, au cœur des agrégats. En combinant ce tissu modèle avec des méthodes de quantification magnétique, nous avons pu mettre en évidence une dégradation massive d’origine endosomale, sans pour autant impacter de manière importante l’homéostasie du fer. De plus, le modèle tissulaire mis en place permet d’étudier la biodégradation intracellulaire de n’importe quel type de nanoparticules. Nous l'avons testé avec des nano-architectures plus complexes: nanocubes, nanodimers, ou nanoparticules magnéto-plasmoniques / Iron oxide nanoparticles are promising candidates for applications in nanomedecine (contrast agents, vectors). They were also recently considered as a powerful tool for tissue engineering. Cells, magnetized through nanoparticules internalization, can be organized in space and time thanks to remote magnetic forces. For all those applications the nanoparticles fate inside the cells remains a key issue concerning the final clinical use. The first part of this work focuses on the study of the mechanical and rheological properties of biological tissue models, the multicellular aggregates. An original magnetic molding method and two different experimental setups were developed to produce aggregates with controlled shapes and sizes, to measure their surface tension and to evidence their power law and non linear behavior.In the second part, we investigate the medium term fate of iron oxide nanoparticles in stem cells forming a spheroid as a model tissue. We reveal a massive endosomal degradation. The set of methods and spheroid model we propose allow a comprehensive and quantitative follow up of the biodegradation of any nanomaterials. This was illustrated by investigating the degradation of nanomaterials with more complex nano-architectures (nanocubes, nanodimers) and assessing the efficiency of a protection strategy to modulate the biodegradation

Chez les vertébrés adultes, le nombre de cellules T périphériques est soumis à un contrôle strict. Bien qu'un grand nombre de cellules T soient produites chaque jour, le nombre de cellules T à la périphérie reste constant. Chaque nouveau lymphocyte T produit ne pourra donc s'établir à la périphérie qu'après la mort d'un lymphocyte déjà établi. Dans cette optique, la sélection du répertoire des cellules T périphériques n'est pas uniquement dépendant des interactions entre une cellule et son antigène, mais elle est également dépendante d'interactions entre différentes sous-populations cellulaires (Freitas and Rocha, 2000). Dans le but de comprendre comment l'homéostasie des cellules T périphériques est atteinte, et afin de comprendre pourquoi l'homéostasie parvient à un certain niveau d'équilibre, il est important de déterminer chaque facteur intervenant dans ce processus et la contribution de chacun d'entre eux.<br /> Les cellules T sont générées dans le thymus. La production thymique de cellules T est responsable, chaque jour, de l'export de nouvelles cellules T. Cependant la taille du thymus n'est pas constante, puisque le thymus involue avec l'âge, ce qui peut avoir des conséquences sur l'homéostasie des cellules T périphériques. Il faut donc tenir compte du compartiment T central, le thymus, lorsque l'on étudie l'homéostasie des compartiments périphériques. <br /> Le compartiment T périphérique est composé d'un certain nombre de sous-compartiments, puisque chaque cellule T n'est pas identique, et de nombreuses cellules vont se différencier à la périphérie en des sous-populations spécifiques, possédant des fonctions et des propriétés différentes. Par exemple, les sous-populations CD4+ et CD8+ devront être considérées séparément puisqu'elles sont impliquées dans différents types de réponses immunitaires et ont des mécanismes d'action différents. De la même façon, les compartiments naïfs, effecteurs et mémoires contribuent différemment à l'immuno-compétence de chaque individu. Les mécanismes impliqués dans le contrôle du nombre de chacune de ces sous-populations sont également importants pour la compréhension de l'homéostasie cellulaire T totale.<br /> L'objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes responsables de l'homéostasie périphérique T en général, et de l'homéostasie des cellules T CD4+ périphériques en particulier. Ce travail a été divisé en trois parties.<br /> Dans la première partie de cette thèse, nous avons évalué le rôle du thymus dans la maintenance du nombre de cellules T. Nous avons développé un nouveau système expérimental nous permettant d'obtenir une estimation quantitative de la fraction des cellules précurseures pré-T compétentes, nécessaire pour assurer la fonction thymique mais aussi d'évaluer la contribution thymique à l'établissement du compartiment T périphérique. Nous avons montré qu'il n'existe pas de mécanismes homéostatiques compensatoires au cours du développement thymique. Ce résultat nous a ensuite conduit à évaluer l'effet d'un export thymique réduit sur l'établissement du compartiment T périphérique. Nous avons montré que la taille du compartiment T périphérique est indépendante du thymus, suggérant que des mécanismes compensatoires se mettent en place à la périphérie. Lorsque nous avons étudié les compartiments naïfs et activées/mémoires séparément, nous avons observé que les mécanismes compensatoires sont plus efficaces pour les sous-populations activées/mémoires.<br /> Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié le rôle des interactions entre les cellules T périphériques dans l'établissement de l'homéostasie T périphérique. Nous avons analysé l'interaction entre les cellules T CD4+CD25+CD45RBlow (également appelées cellules T CD4+ régulatrices) et les cellules CD4+CD25-CD45RBhigh, dans des expériences de transfert chez la souris. Nous avons observé que le ratio entre les cellules CD4+CD25+CD45RBlow et les cellules CD4+CD25-CD45RBhigh transférées était déterminant pour le nombre de cellules recouvrées suggérant donc que l'interaction entre ces deux populations pourrait être déterminante pour l'homéostasie périphérique T. Nous avons testé cette hypothèse en transférant des cellules T CD4+CD25+ dans un modèle murin (les chimères de moelle osseuse CD25-/-) où l'homéostasie périphérique est perturbée et où cette sous-population CD25+ est absente. Nous avons observé que la présence de ces cellules T CD4+CD25+ dans ces chimères de moelle osseuse a pour conséquence la normalisation du compartiment T périphérique. Nous avons montré donc que l'homéostasie des cellules T périphériques est atteinte aussi grâce à la structure des sous-populations qui la constitue.<br />Dans la troisiéme partie de cette thèse, nous avons étudié l'importance des ressources pour la maintenance de la structure des sous-populations T périphériques. Il a été montré que le nombre de cellules T CD4+CD25+ est réduit chez les souris invalidées pour le gène de l'IL-2. Il a aussi été montré que ces souris développent des maladies auto-immunes avec des caractéristiques communes à celles développées par les souris CD25-/-. Nous avons fait l'hypothèse que le manque d'IL-2 serait responsable de la diminution de la survie des cellules T régulatrices CD4+CD25+ dans le compartiment T périphérique, et que donc les manifestations auto-immunes seraient la conséquence de la perturbation de la structure des sous-populations périphériques, puisque ces animaux ne contiennent pas cette sous-population spécifique. Nous avons testé cette hypothèse en triant les quelques cellules T CD4+CD25+ présentes chez les animaux IL2-/- et en testant leur fonction de cellules suppressives in vivo. Ces cellules ont montré leur capacité à exercer une fonction suppressive, suggérant que les souris IL-2-/- sont capable de produire des cellules régulatrices T CD4+CD25+. Nous avons confirmé ces résultats en établissant des chimères de moelle osseuse, avec des cellules provenant de la moelle osseuse d'animaux IL-2-/- et d'animaux CD25-/-. Ces animaux chimériques ne développent pas de maladies auto-immunes et le compartiment T périphérique est constitué d'une proportion normale des différentes sous-populations CD4+, notamment les CD4+CD25+. Les précurseurs issus de la moelle osseuse des animaux IL-2-/- ont donc été capables de générer une population viable de cellules T régulatrices, capable d'utiliser pour leur survie l'IL-2 produite de façon paracrine. Ces résultats illustrent bien le rôle des cytokines comme ressources majeures, notamment pour l'établissement de la structure des populations périphériques.<br /> L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse nous a conduit à formuler que l'homéostasie des cellules T périphériques est le résultat, non seulement de l'impact thymique, mais aussi de mécanismes périphériques. Les populations sous représentées, comme la population de cellules T régulatrices CD4+CD25+, pourraient exercer un rôle important dans la maintenance de l'homéostasie des cellules T à la périphérie.

Dans les cas de lymphopénie, les lymphocytes T résiduels prolifèrent exagérément dans un phénomène appelé «expansion homéostatique périphérique» (HPE), qui est efficace pour la régénération des T CD8+, mais inefficace pour les T CD4+. L’interleukine-7 (IL7) est une cytokine homéostatique utilisée afin d’augmenter les comptes lymphocytaires T des patients lymphopéniques. Toutefois, la raison de l’expansion préférentielle des lymphocytes T CD8+ par l’IL7 demeure toujours inconnue. Nous montrons que cette expansion est due au fait que l’IL7 induit une prolifération efficace des T CD8+ périphériques (CD8+PERI) ainsi que des émigrants thymiques CD8+ (CD8+RTEs). Par contre, l’effet prolifératif de l’IL7 est restreint presqu’uniquement aux CD4+RTEs même si les CD4+PERI survivent mieux que les CD4+RTEs. De plus faibles doses d’IL7 sont nécessaires aux CD4+RTEs afin de phosphoryler STAT5 ou de proliférer comparativement aux CD4+PERI et nous démontrons que les contacts TCR/CMHII sont nécessaires à la prolifération induite par l’IL7 des CD4+RTEs en périphérie. De fait, augmenter au Flt3 ligand le nombre de cellules dendritiques périphériques d’une souris donneuse, avant de transférer ses TPERI dans des souris receveuses traitées à l’IL7 induit une prolifération significative des CD4+PERI. Nos résultats indiquent donc que l’abondance des contacts TCR/CMHII reçus dans le thymus semble contrôler la sensibilité à l’IL7 des CD4+RTEs. Finalement, l’observation que les CD8+PERI et CD8+RTEs prolifèrent pareillement pendant la thérapie à l’IL7, alors que la prolifération des T CD4+ est largement restreinte aux RTEs expliquerait pourquoi, dans les cas de lymphopénie, la régénération des T CD4+ est aussi dépendante de la thymopoïèse. / In lymphopenic settings, residual T lymphocytes typically undergo exaggerated proliferation via homeostatic peripheral expansion (HPE). While HPE efficiently regenerates CD8+ T cells, it is unable to normalize CD4+ T-cell counts. Interleukin-7 (IL7) is a homeostatic cytokine, currently used in trials in order to increase T-cell counts in lymphopenic humans. Nowadays, it is still not known why IL7 therapy is more effective toward the expansion of CD8+ T cells rather than CD4+ T cells. Here we show that CD8+ T cells preferential expansion is due to IL7-induced efficient proliferation of peripheral CD8+ T cells (CD8+PERI) and CD8+ recent thymic emigrants (CD8+RTEs). In contrast, the proliferative action of IL7 is largely restricted to CD4+RTEs although CD4+PERI survive better than CD4+RTEs. Interestingly, CD4+RTEs require lower concentrations of IL7 in order to phosphorylate STAT5 or proliferate when compared to CD4+PERI, and we demonstrate the requirement for TCR/MHCII contacts to support the IL7-induced HPE of CD4+RTEs in the periphery. Furthermore, augmenting the number of MHCII expressing cells in the periphery of donor mice by treating them with Flt3 ligand (Flt3L) prior transferring their TPERI cells in IL7 therapy-treated recipients, significantly enhances the IL7-induced proliferation of CD4+PERI. Our results indicate so far that the abundance of TCR triggering occurring inside the thymus drives IL7 responsiveness of CD4+RTEs. Moreover, the observation that CD8+PERI and CD8+RTE proliferate similarly during IL7 therapy, while proliferation of CD4+ T cells is largely restricted to RTEs, may explain why CD4+ T cells regeneration in lymphopenic settings is highly dependent on thymopoiesis.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les glioblastomes sont des tumeurs au pronostic défavorable. L'échec des thérapies est lié à la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs), résistantes aux traitements ; la caractérisation de ces cellules et l'identification de biomarqueurs sont donc primordiales. Le calcium contrôle de nombreux processus cellulaires ; parmi les éléments majeurs de la signalisation calcique, la Calmoduline (CaM) est impliquée dans différentes pathologies, dont des cancers, et est un puissant régulateur de l'état physiologique d'une cellule. CaM interagit avec de nombreuses protéines impliquées dans la régulation de l'homéostasie calcique de la cellule. Nous avons cherché à identifier et caractériser des antagonistes de CaM, inhibant différentiellement ces interactions. L'utilisation de ces antagonistes en tant que perturbateurs de l'homéostasie calcique a permis de mettre en évidence un marqueur caractérisé des CSCs de glioblastomes. D'autre part, l'étude comparée du protéome membranaire de CSCs issues de glioblastomes a permis de mettre en évidence la surexpression de clusters de différenciation et protéines impliquées dans la signalisation calcique. Ces protéines sont de potentiels marqueurs moléculaires des CSCs de glioblastome.

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De la 1ère extinction massive il y a 443 millions d’années, à la catastrophe nucléaire de Fukushima en 2011, notre planète nous montre qu’elle est un organisme vivant en perpétuelle évolution. Alors que les catastrophes et les crises rythment l’humanité, il semble se révéler que les ruptures d’hier permettent les constructions de demain. Le concept polysémique de crise s’est imposé au travers des âges, pour nommer ce qui paraissait indéfinissable. En s’enrichissant de l’histoire ancienne et moderne, ce travail de recherche essaye d’appréhender la notion de crise dans son système. L’approche écosystémique contribue alors à bien discerner ce qui la caractérise. Ce travail effectué nous autorise alors à étudier ce qui constitue la nature de la crise. L’ambition étant de décrypter les ruptures pour éviter le chaos. Comme nous l’apprenait Antoine Lavoisier « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». Pour y arriver, les retours d’expériences et la théorisation des bonnes pratiques nous démontrent qu’il est nécessaire de bien discerner la nature de l’équilibre propre à notre système pour réussir à identifier les éléments du socle qui nous constitue. Il se révèle alors vital de déterminer ce qui constitue notre homéostasie, ce qui caractérise un écosystème qui résiste aux changements (perturbations) et arrive néanmoins à conserver un état d’équilibre. Cette analyse nous permet alors d’étudier et d’envisager les process nécessaires à mettre en place pour augmenter notre résilience. / From the 1st massive extinction 443 million years ago to Fukushima’s nuclear catastrophe in 2011, our planet never stopped demonstrating it is a living organism continually evolving. As disasters and crisis are pacing humanity, it seems that the past disruptions are leading to the future achievements. The polysemous nature of crisis has emerged through ages, to define the indefinable. Enriched with modern and ancient history, this study tries to circumscribe the notion of crisis. An ecosystem approach helps identifying its features. The work done allows us to study the origins of crisis. The ambition is to decipher disruptions in order to avoid chaos. As Antoine Lavoisier would put it « noting is lost, nothing is created, everything is transformed », but to succeed, best practices and operating experience show us that we must understand the real nature of our system, and clearly identify the basics. It is essential to identify what constitute our homeostasis, what are the features of an ecosystem that stands firm and maintain its balance, this analysis allows us to study and consider the necessary processes that must be implemented in order to increase our resilience.

Des cellules souches neurales (CSN) persistent dans le cerveau de mammifères adultes, y compris l'Homme. Les CSN participent à l'homéostasie tissulaire en générant de nouveaux neurones, permettant le remplacement de certains neurones morts. Cependant, la production de nouvelles cellules se fait en excès et plus de la moitié des cellules nouvellement générées meurent. Les cellules mortes ainsi que leurs débris doivent être éliminés par phagocytose. Dans une première partie de ma thèse, nous avons montré pour la première fois, que les CSN sont capables de phagocytose et que cette activité des CSN est régulée par la protéine S (ProS), une protéine vitamine-K dépendante, et son récepteur MerTK. Une rupture de l'homéostasie tissulaire conduit à des pathologies dont les cancers. Les interactions entre les CSN et des tumeurs cérébrales, les gliomes, sont duelles et étroites : des CSN dont la prolifération est dérégulée seraient à l'origine des tumeurs, mais, à l'inverse, les CSN saines peuvent migrer vers les gliomes et inhiber leur croissance. Dans une deuxième partie de ma thèse, nous avons confirmé l'effet anti-tumoral des CSN et nous avons établi que la ProS sécrétée par les gliomes attire les CSN vers la tumeur d'une part, et d'autre part, que les CSN diminuent la croissance tumorale par la sécrétion de leur ProS. Nous démontrons de plus, que ce processus s'accompagne d'une mort cellulaire des gliomes dont les débris sont phagocytés par les CSN. Mon travail de thèse a permis d'identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans le maintien de l'homéostasie tissulaire par les CSN en conditions physiopathologiques. / Neural stem cells (NSC) persist in the brain of adult mammals, including humans. NSC contribute to tissue homeostasis maintenance through the genesis of new neurons that replace part of the cells that are maybe lost. However, the production of new cells is in excess and half of the newly generated cells die. Dead cells and their debris must be removed by phagocytosis. NSC express protein S (ProS) and its receptors, which are involved in phagocytosis. During the first part of my PhD thesis, we established for the first time, using in vitro and in vivo experiments, that NSC possess a phagocytic activity which is regulated by protein S (ProS), a vitamin K-dependent protein, and its receptor MerTK. Tissue homeostasis disruption leads to diseases such as cancers. Interactions between the NSC and brain tumors such as gliomas are dual and complex: glioma may arise from transformed NSC, but, conversely, normal NSC migrate towards glioma and inhibit their growth. Our study confirms the anti-tumoral effect of NSC and demonstrates, for the first time that ProS secreted by gliomas acts on Tyro-3 to attract NSC and that NSC secrete ProS which reduces tumor growth of ProS. In addition, we show that this process results in the death of glioma cells that are then phagocytosed by NSC. Our highlights identified novel mechanisms by which NSC contribute to tissue homeostasis in pathophysiological conditions.

A des concentrations supra-optimales, les métaux lourds essentiels (comme le Cu, Zn ou Ni) ou les métaux lourds non essentiels (comme le Cd, Pb ou Hg) peuvent être toxiques. La contamination des sols et de l’eau par des métaux lourds toxiques est un problème mondial qui peut nuire à l’environnement et à la santé humaine. En particulier, le cadmium est l’un des métaux lourds les plus toxiques pour les organismes. L’utilisation de plantes pour extraire ou dégrader les polluants (dans le cas de polluants organiques) constitue une stratégie intéressante, à bas coût et respectueuse de l’environnement pour remédier au problème des sites pollués. Pour une phytoextraction des métaux lourds, les plantes doivent avoir une croissance rapide, développer des biomasses importantes et accumuler des niveaux élevés de métaux lourds dans leurs parties récoltables. En d’autres termes, elles doivent être très tolérantes et accumulatrices. Une alternative consiste à utiliser des plantes tolérantes de façon à contenir la pollution (pour réduire la biodisponibilité et limiter la dispersion dans l’environnement). Des gènes d’une banque d’ADNc synthétisée à partir d’un hyperaccumulateur Cd/Zn Thlaspi caerulescens, dont l’expression augmente la tolérance au Cd dans les cellules, ont été identifiés. Dans cette thèse de Doctorat, notre but est d’une part de contribuer à la caractérisation fonctionnelle de ces gènes et d’autre part de créer de nouveaux outils en vue d’améliorer les techniques de phytoremédiation. Nous avons sélectionné deux séquences codant pour des protéines riches en cystéines, capables de lier certains métaux lourds et d’augmenter la tolérance au cadmium :une métallothionéine de type 3 (Tc-MT3) et une métallothionéine potentielle (MRP) provenant d’un organisme contaminant de la banque d’ADNc. Nous avons générer des lignées de tabac exprimant TcMT3 ou MRP, sous le contrôle d’un promoteur fort et constitutif, CaMV35S. Les plantes MT3 et MRP ont présenté un retard de croissance par rapport aux plantes contrôles, en croissance sur milieu non contaminé. Différents tests de croissance ont été réalisés en présence d’excès de Zn, Ni ou Cu et dans des milieux modifié avec du Cd. Nous avons remarqué qu’en présence de plusieurs métaux lourds en particulier le Cu et le Cd, les plantes Tc-MT3 et MRP étaient plus tolérantes que les plantes contrôles. La tolérance au Cd était la plus augmentée dans les plantes MRP. Les plantes Tc-MT3 ou MRP semblaient avoir un besoin en métaux lourds plus grand. L’accumulation des métaux lourds dans les parties aériennes n’était pas augmentée mais la minéralomasse des plantes Tc-MT3 et MRP l’était sur sol contaminé de la Région Bruxelloise. Une analyse biochimique a confirmé un changement dans le statu rédox de ces plantes. Une tendance à un statut plus oxydant a été observée dans les milieux non contaminés. Enfin, l’induction d’une métallochaperonne (CCH) du Cu indique une diminution de la biodisponibilité de cet élément, alors que la concentration totale n’est pas altérée. Il semble donc que pour la première fois, des métallothionéines puissent entrer en compétition avec une métallochaperonne végétale. Cette compétition pour les métaux pourrait être à l’origine de l’altération du statut rédox, du retard de croissance ainsi que de la meilleure tolérance aux métaux lourds. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished