Introduction. Les effets du tabagisme demeurent problématiques dans notre société. Les mécanismes initiateurs de la réponse immunitaire pulmonaire induits par la fumée de cigarette sont peu caractérisés. Un des phénomènes dominants en contexte tabagique est l’augmentation de la taille des macrophages alvéolaires. Ce changement phénotypique se distingue par une accumulation intracellulaire de lipides suggérant que le transport lipidique pulmonaire des macrophages alvéolaires est modifié en contexte tabagique. Le transport lipidique pulmonaire est composé de plusieurs étapes, dont la capture, le remaniement et l’export de lipides par les macrophages alvéolaires. Les impacts du tabagisme sur le transport lipidique pulmonaire sont actuellement inconnus. Hypothèse. Le tabagisme altère le transport lipidique pulmonaire. Objectifs : Chapitre 1) Investiguer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur le transport lipidique pulmonaire dans un modèle murin et chez l’humain ainsi qu’évaluer l’impact d’une thérapie d’augmentation des high-density lipoproteins (HDLs) dans un modèle murin. Chapitre 2) Investiguer les effets d’une thérapie avec un agoniste du récepteur nucléaire liver X receptor (LXR) activant l’export lipidique dans un modèle murin. Chapitre 3) Caractériser les répercussions d’une carence alimentaire sur la santé pulmonaire et sur la réponse pulmonaire en contexte tabagique dans un modèle murin. Méthodes. 1. Le transcriptome pulmonaire de souris exposées à la fumée de cigarette et de sujets non-fumeurs, fumeurs et ex-fumeurs a été étudié. La capacité d’efflux de cholestérol a été mesurée dans le sérum et dans le lavage bronchoalvéolaire (LBA) de souris fumeuses et non fumeuses. Une HDL recombinante, le MDCO-216, a été administrée à des souris fumeuses et non-fumeuses et leurs réponses immunitaires, leurs fonctions pulmonaires et leurs compositions corporelles ont été analysées. 2. Un agoniste du LXR, le T0901317, a été administré à des souris en contexte tabagique. Le transcriptome pulmonaire relié au transport lipidique, la réponse immunitaire pulmonaire et du macrophage alvéolaire ainsi que les impacts sur le surfactant pulmonaire ont été investigués. 3. Des souris fumeuses et non fumeuses ont été nourries avec des diètes déficientes en méthionine (MD), choline (CD) et méthionine et choline (MCD) et leurs fonctions pulmonaires, leurs réponses immunitaires pulmonaires et leurs expressions géniques pulmonaires ont été caractérisées. Résultats. Chapitre 1. L’expression des gènes impliqués dans le transport lipidique pulmonaire murin et humain est modifiée en contexte tabagique. La capacité du sérum et du LBA à promouvoir la sortie de cholestérol est augmentée après une seule exposition à la fumée de cigarette. L’administration du MDCO-216 réduit la réponse inflammatoire pulmonaire et la taille des macrophages alvéolaires dans un modèle d’exposition aiguë à la fumée de cigarette. Le MDCO-216 semble protéger les fonctions pulmonaires et induit une augmentation de la quantité de masse maigre chez les souris fumeuses. Chapitre 2. L’agoniste du LXR augmente l’expression des gènes de transport lipidique pulmonaire, cependant il exacerbe la réponse immunitaire pulmonaire en contexte tabagique. Les macrophages alvéolaires ont aussi un phénotype inflammatoire exacerbé et ont davantage de stress au réticulum endoplasmique lorsqu’ils sont traités en contexte tabagique. L’activation de LXR mène à une réduction des niveaux de surfactant pulmonaire. Chapitre 3. La diète MCD altère les fonctions pulmonaires en induisant un profil restrictif pulmonaire et abolit la réponse immunitaire pulmonaire à la fumée de cigarette. En histologie, ces souris nourries avec la diète MCD n’ont toutefois aucun foyer fibrotique pulmonaire. L’expression génique de plusieurs gènes associés à la matrice extracellulaire et les niveaux de surfactant pulmonaire sont réduits chez les souris nourries avec la diète MCD. Les phénotypes pulmonaires de la diète MCD sont toutefois réversibles après un retour d’une semaine sur la diète contrôle. La diète CD induit un profil pulmonaire de type emphysémateux et la diète MD mène à un profil restrictif. Conclusions. Ces travaux démontrent que le transport lipidique pulmonaire a un rôle majeur en contexte tabagique et qu’il est modulé rapidement. La thérapie d’augmentation des HDLs, avec le MDCO-216, propose une nouvelle voie de traitement envisageable pour les ex-fumeurs. La thérapie ciblant LXR suggère qu’il pourrait y avoir des effets délétères chez les sujets fumeurs actifs. Les carences alimentaires en méthionine et en choline démontrent d’importants changements sur la physiologie pulmonaire. Ce tout nouveau domaine de recherche, le nutri-respiratoire, requiert davantage d’études afin de mieux comprendre l’impact d’une mauvaise nutrition sur la santé pulmonaire. / Introduction. Cigarette smoking remains a major problem in our society.While a lot of cigarette smoke impacts are actually known, few data are available on initiating mechanisms involved in the pulmonary immune response to cigarette smoke. One of the most intriguing phenomena under cigarette smoke exposure conditions is the presence of enlarged alveolar macrophages. This phenotypic change is characterized by an intracellular lipid accumulation which may be a sign of inadequate lipid export by alveolar macrophages induced by cigarette smoking. Pulmonary lipid transport begins with lipid capture, lipid reorganization and lipid droplet formation followed by lipid export by alveolar macrophages. Cigarette smoke impacts on these steps are actually unknown. Hypothesis. Cigarette smoking alters pulmonary lipid transport. Objectives: Chapter 1) To investigate the effect of cigarette smoke exposure on pulmonary lipid transport in cigarette smoke-exposed mice and in healthy controls, smokers and former smokers. To investigate the impact of high-density lipoprotein (HDLs) therapeutic potential in cigarette smoke-exposed mice. Chapter 2) To investigate, in mice, the therapeutic potential of an agonist activating the nuclear receptor liver X receptor (LXR) involved in the transcription of lipid export genes. Chapter 3) To explore, in mice, if a dietary deficiency alters the pulmonary health and the pulmonary response to cigarette smoke. Methods. 1. The pulmonary transcriptome of cigarette smoke-exposed mice and healthy controls, smokers and former smokers was assessed. Cholesterol efflux capacity of serum and bronchoalveolar lavage (BAL) was measured in unexposed and cigarette smoke-exposed mice. MDCO-216, a recombinant HDL, was administered to unexposed and cigarette smoke-exposed mice and analyzed their pulmonary immune response, lung functions and body composition. 2. T0901317, an LXR agonist, was systemically given to mice under cigarette smoke exposure conditions. Pulmonary genes associated with lipid transport, lungs and alveolar macrophage immune pulmonary response to cigarette smoke and the impact of T0901317 on the pulmonary surfactant were assessed. 3. Unexposed and cigarette smoke-exposed mice were fed with methionine deficient (MD), choline deficient (CD) or methionine and choline deficient (MCD) diet. Diets impact on lung functions, pulmonary immune response to cigarette smoke and pulmonary transcriptome were characterized. Results. Chapter 1. Cigarette smoking altered the expression of pulmonary lipid transport genes in mice and in humans. Serum and BALF cholesterol efflux capacities were increased following a twohour cigarette smoke exposure. MDCO-216 dampened the pulmonary inflammatory response and reduced the size of alveolar macrophages in our acute cigarette smoke exposure model. MDCO-216 also seemed to be beneficial to lung functions and induced an increase in lean mass in cigarette smokeexposed treated mice. Chapter 2. T0901317 treatments led to an increase in the expression of pulmonary lipid transport genes. However, it also induced an exacerbated pulmonary immune response during cigarette smoking. Cigarette smoke-exposed treated-alveolar macrophages displayed an exacerbated inflammatory phenotype and showed an augmented endoplasmic reticulum stress. Furthermore, LXR activation led to pulmonary surfactant depletion under cigarette smoke exposure conditions. Chapter 3. The MCD diet altered lung function displaying a restrictive profile and almost abolished the pulmonary immune response to cigarette smoke. Lung histology showed no signs of fibrosis, a phenotype usually associated with restrictive pulmonary functions. MCD diet led to a dramatic change in the pulmonary expression of extracellular matrix genes and also reduced pulmonary surfactant levels. Nevertheless, these pulmonary phenotypes were reversible within a week when mice were refed a control diet. Interestingly, the CD diet induced an emphysema-like profile, while MD diet showed similar pulmonary functions to the MCD diet. Conclusions. The present thesis adds major data to an underestimated field of research and demonstrates the importance of pulmonary lipid transport, especially during cigarette smoking. Recombinant HDL therapy with MDCO-216 may be a new opportunity to overcome adverse effects of cigarette smoking, while activating LXR seems rather deleterious. Nutrient deficiencies, such as methionine and choline led to unprecedented impacts on the pulmonary health and on the pulmonary response to cigarette smoke. This completely new field of research, “nutri-respiratory”, requires additional studies to fully decipher the impact of unhealthy nutrition on the respiratory system.

Les impacts bénéfiques de l'exercice physique en endurance sur la santé cardiovasculaire semblent indépendants des changements des concentrations plasmatiques de LDL-cholestérol, qui est pourtant la première cible dans la prévention des maladies cardiovasculaires. L'absence de changement dans les concentrations de LDL-cholestérol ne signifie pas nécessairement qu'il n'y a aucun changement favorable dans l'homéostasie du LDL. Ce mémoire présente les résultats d'une étude dont l'objectif est d'étudier l'impact de l'exercice physique en endurance sur les marqueurs de synthèse endogène et d'absorption intestinale du cholestérol. Les résultats de cette étude démontrent que 20 semaines d'entraînement en endurance diminuent les niveaux plasmatiques du marqueur de synthèse de cholestérol et augmentent réciproquement les niveaux plasmatiques des marqueurs d'absorption de cholestérol chez des hommes et des femmes en santé et sédentaires. Ces changements dans l'homéostasie du cholestérol semblent bénéfiques d'un point de vue cardiovasculaire malgré l'invariabilité des concentrations plasmatiques de LDL-cholestérol.

Chez les mammifères, le maintien de l'homéostasie hydrominérale, c'est-à-dire le maintien de l'osmolarité à une valeur d'équilibre, dans les différents compartiments cellulaires est primordial. Il en va de même pour tous les mécanismes régulateurs sous-jacents à ce phénomène. Dans ce contexte, les ions sodium (Na+) jouent un rôle essentiel, et la détection de leur concentration ainsi que leur régulation au niveau des liquides de l'organisme doivent être finement contrôlés. La régulation de l'homéostasie sodique et hydrominérale implique une participation active et coordonnée de divers sites périphériques et centraux. Au niveau central, et plus particulièrement au niveau de l'hypothalamus, se trouve la lame terminale (LT) qui est composée de trois structures : le noyau subfornical (SFO), l'organe vasculaire de la lame terminale (OVLT) et le noyau préoptique médian (MnPO); et occupe une place de premier ordre dans cette régulation. Le MnPO est le centre intégrateur hypothalamique des informations périphériques pertinentes à l'homéostasie hydrominérale, et sa position stratégique lui confère un rôle clé dans la régulation de l'homéostasie sodique. Dans ce contexte, et à l'aide d'enregistrement électrophysiologiques et de techniques d'immunohisto- et cytochimie, nous avons mis en évidence la participation de neurones « senseurs » de sodium dans le MnPO réagissant spécifiquement aux variations de la [Na+] du liquide-céphalo-rachidien (LCR). Nous avons également démontré que la détection du Na+ dans le LCR est une propriété intrinsèque et unique des neurones de MnPO de rat. De plus cette détection se fait par l'intermédiaire d'un canal sodique de fuite correspondant au canal sodique atypique Nax- Un tel mécanisme de détection nécessite d'être associé à un système de régulation, afin d'éviter l'accumulation de Na+ intracellulaire pouvjant mener un phénomène de toxicité. Ainsi, nous avons par ailleurs démontré que l'isoforme a-1 de la Na+/K+-ATPase régule l'influx de Na+ médié par le canal Nax lors de variations de la [Na+]ext- Cette régulation est la résultante d'une diminution de la perméabilité du canal, engendrée par un changement de conformation. Le partenariat fonctionnel entre le canal Nax et l'isoforme a-1 de la Na+/K+-ATPase procure un nouveau mécanisme cellulaire de régulation et de détection des variations de Na+ au niveau central. Ce complexe ainsi formé constitue un système spécifique de control impliqué dans le maintien de l'homéostasie hydrominérale. Ces complexes forment des « microdomaines sodiques » permettant une régulation localisée du Na+ à la membrane, et pourraient être régulés de manière endogène par les OLC. En outre, et toujours dans ce contexte de régulation de l'homéostasie sodique, nous avons finalement démontré que l'environnement sodique, et plus particulièrement les changements de concentration en Na+ dans l'environnement, entraînaient une modulation de l'activité fonctionnelle du complexe Nax//isoforme a-1 de la Na+/K+-ATPase. A l'aide d'outils moléculaires nous avons mis en évidence que cette régulation est due à une augmentation de la colocalisation et de l'expression des deux partenaires du complexe à la membrane cellulaire.

Les mécanismes immunitaires impliqués dans le maintien de l’homéostasie pulmonaire sont finement régulés étant donné l’exposition constante des voies aériennes aux bioaérosols. Plusieurs cellules participent au maintien de l’homéostasie pulmonaire, telles les cellules dendritiques. Un sous-type de cellules dendritiques pulmonaires attire particulièrement l’attention dans l’homéostasie pulmonaire, les cellules dendritiques CD103+, étant donné qu’il a été démontré qu’elles participent dans la tolérance immune. Toutefois, ce rôle reste controversé, car des études démontrent qu’elles participent plutôt au développement de réponses inflammatoires pulmonaires. De plus, le CD103 (une intégrine exprimée par des sous-types de cellules dendritiques et de lymphocytes T), est surtout utilisé comme marqueur cellulaire et le rôle spécifique joué par l’expression du CD103 sur ces cellules reste inconnu. L’homéostasie pulmonaire n’est pas toujours maintenue. Chez des individus susceptibles, l’exposition aux bioaérosols peut mener au développement de réponses inflammatoires. C’est le cas pour l’asthme et l’alvéolite allergique extrinsèque, deux réponses d’hypersensibilités pulmonaires, de type I et de type mixte III/IV respectivement. Récemment, des espèces d’archées, Methanosphaera stadtmanae (MSS) et Methanobrevibacter smithii (MBS), ont été retrouvées en grande concentration dans les bioaérosols d’environnements agricoles et il a été démontré que l’exposition pulmonaire à leur extrait mène au développement d’une réponse immune chez la souris. Toutefois, le type de réponse d’hypersensibilité pulmonaire qu’elles induisent reste méconnu, une information cruciale qui permettra la poursuite de la recherche sur leur potentiel d’induire une réponse pulmonaire chez l’humain. De plus, même si plusieurs thérapies contre les maladies d’hypersensibilité pulmonaires existent, ce ne sont pas tous les sous-groupes de patients qui répondent à la médication, menant à des conséquences socio-économiques importantes pour le système de santé et pour les patients. Ainsi, il demeure important de poursuivre la recherche sur de potentielles cibles thérapeutiques, telles les cellules impliquées dans le maintien de l’homéostasie pulmonaire. Cette thèse vise donc à évaluer le rôle de l’expression du CD103 dans le maintien de l’homéostasie pulmonaire dans le contexte de maladies d’hypersensibilité pulmonaires induites par des antigènes retrouvés dans les bioaérosols. Le rôle de l’expression du CD103 dans l’hypersensibilité de type I induite par l’ovalbumine ou l’extrait d’acariens (modèles d’asthme) a d’abord été a évalué via l’utilisation de souris Cd103-/-. Nous démontrons que l’expression du CD103 est cruciale pour le contrôle de la sévérité de l’inflammation pulmonaire et qu’elle pourrait être impliquée dans l’initiation de la phase de résolution de la réponse inflammatoire. De plus, l’expression du CD103 sur les cellules dendritiques joue un rôle dans leur migration aux ganglions lymphatiques. Ensuite, nous avons évalué le rôle de l’expression du CD103 dans la réponse d’hypersensibilité de type mixte III/IV en réponse à Saccharopolyspora rectivirgula (SR; modèle d’alvéolite allergique extrinsèque) en utilisant des souris Cd103-/-. De plus, en utilisant des modèles de transfert de cellules, nous avons évalué le rôle de l’expression du CD103 dans la réponse au SR lorsque seulement exprimé par les cellules dendritiques ou seulement par les lymphocytes T CD4. Nous démontrons que c’est l’expression du CD103 sur les cellules dendritiques spécifiquement qui est impliquée dans la régulation de l’initiation de la réponse inflammatoire. Après avoir déterminé le type de réponse d’hypersensibilité induite par l’extrait de MSS ou MBS, nous avons étudié le rôle de l’expression du CD103 en réponse à ces archées. Nous démontrons que l’exposition à MSS induit une réponse immune typique d’une hypersensibilité pulmonaire de type IV. Les résultats obtenus après l’exposition à MBS indiquent aussi que la réponse développée est une hypersensibilité de type IV, même si cela reste à confirmer. Finalement, étant donné une grande variabilité entre nos expériences chez les souris Cd103-/-, nous n’avons pu obtenir de conclusion sur le rôle de l’expression du CD103 dans les réponses d’hypersensibilités induites par les archées. Ces résultats démontrent que l’expression du CD103 sur les cellules dendritiques joue un rôle dans le contrôle de l’homéostasie pulmonaire en réponse à des bioaérosols spécifiques qui induisent une hypersensibilité pulmonaire. Les mécanismes exacts régulés par le CD103 sur les cellules dendritiques menant au maintien de l’homéostasie pulmonaire restent à être élucidé. De plus, nos résultats confirment que les espèces d’archées MSS et MBS induisent chacune une réponse d’hypersensibilité pulmonaire qui lui est spécifique, des résultats qui contribueront à déterminer si ces microorganismes induisent une pathologie chez l’Homme. / As we breathe, the lungs are constantly exposed to bioaerosols that challenge the maintenance of airway homeostasis. Many cells are involved in the maintenance of lung homeostasis, such as airway dendritic cells (DCs). A subset of airway DCs has gained special interest in the past years for its role in immune tolerance: CD103+ DCs. Yet, this role remains controversial as there are also reports that they induce airway inflammatory responses. Furthermore, CD103 (an integrin expressed by subsets of DCs and T cells) is mostly used as a marker and whether CD103 expression on these cells plays a specific role remains unknown. Airway homeostasis is not always maintained. Exposure to bioaerosols can elicit an immune response in susceptible individuals, such as in asthma and hypersensitivity pneumonitis, two common airway hypersensitivity diseases of type I and mixed type III/IV hypersensitivity, respectively. Recently, archaea species Methanosphaera stadtmanae (MSS) and Methanobrevibacter smithii (MBS) were identified in high concentrations in bioaerosols from agricultural environments and their extracts were shown to induce an immune response in the airways of mice. However, the type of airway hypersensitivity response they induce remains unknown, a key information that is required if research is pursued on whether they elicit an airway hypersensitivity response in humans. Furthermore, although many therapies for airway hypersensitivity diseases exist, not all subsets of patients respond to the current medication, resulting in high social and economic impacts on the health system and patients. Therefore, research on potential therapy targets for airway hypersensitivity diseases, such as those involved in the maintenance of airway homeostasis, remains important. This thesis focuses on the role of CD103 expression in the maintenance of lung homeostasis in the context of airway hypersensitivity responses induced by antigens found in bioaerosols. We first assessed the role of CD103 expression in type I hypersensitivity in response to ovalbumin or house dust mite extract (models of experimental asthma) using Cd103-/- mice. We found that CD103 expression is crucial in controlling the severity of airway inflammation and could be involved in initiating the resolution of the inflammatory response. Furthermore, CD103 expression on DCs regulates DC trafficking to the draining lymph nodes. We then assessed the role for CD103 expression in mixed type III/IV hypersensitivity in response to Saccharopolyspora rectivirgula extract (SR; model of experimental hypersensitivity pneumonitis) using Cd103-/- mice. Furthermore, using models of cell transfers, we evaluated the role for CD103 expression in the response to SR when specifically expressed by dendritic cells or specifically by CD4 T cells. We demonstrate that CD103 expression on DCs specifically is involved in regulating the onset of the inflammatory response. We finally studied the role for CD103 expression in response to the airway exposure of MSS and MBS extracts, after elucidating the type of hypersensitivity response they induce. We demonstrate that exposure to MSS induces a typical type IV hypersensitivity response. The results obtained after exposure to MBS also indicate development of a type IV hypersensitivity response, although it remains to be confirmed. Finally, due to high variability in the results using Cd103-/- mice, we were unable to reach a conclusion on the role for CD103 expression in response to archaea species. These results demonstrate that CD103 expression by DCs is involved in the control of airway homeostasis to specific airway hypersensitivity-inducing bioaerosols. The exact mechanisms regulated by CD103 on DCs leading to the maintenance of airway homeostasis remain to be elucidated. Furthermore, our results confirm that archaea species MSS and MBS induce a specific type of hypersensitivity response, which will contribute to the elucidation of whether they induce an airway pathology in humans.

L'entraînement par intervalles à haute intensité (HIIT) est très populaire chez les athlètes, mais il existe peu d'informations sur les effets de ce type d'entraînement sur la fonction vasculaire cérébrale. Notre équipe a déjà rapporté une diminution de l'autorégulation cérébrale dynamique (ACd) après six semaines d'entraînement HIIT effectué jusqu'à épuisement chez des athlètes masculins entraînés en endurance. Dans cette étude précédente, l'ACd a été caractérisée à l'aide d'une fonction de transfert sur des oscillations forcées de pression artérielle (PA) et de vélocité du sang dans l'artère cérébrale moyenne (vACM) induite par 5 minutes de squat répétés (SR) effectués à 0,05 Hz et 0,10 Hz. Cette analyse ne prend pas en considération la direction du changement de PA, mais des preuves suggèrent que le système vasculaire cérébral est plus efficace pour atténuer les changements de débit sanguin cérébral lorsque la pression artérielle moyenne (PAM) augmente de manière transitoire par rapport au changement de débit sanguin cérébral lorsque la PAM diminue de manière transitoire. L'objectif de ce travail de maîtrise était d'étudier l'effet de six semaines de HIIT sur la sensibilité directionnelle de la relation pression artérielle - débit sanguin cérébral à l'aide de SR effectués à des fréquences de 0,05 Hz et 0,10 Hz. Nous avons mesuré les changements absolus de PAM et de vACM ajustés en fonction du temps associés à ces changements avant et après les six semaines du protocole HIIT. Les résultats de ce travail suggèrent que six semaines de HIIT ont le potentiel d'améliorer la sensibilité directionnelle de la relation pression artérielle - débit sanguin cérébral chez des athlètes masculins entraînés en endurance. / High-intensity interval training (HIIT) is very popular for athletes, but there is limited information on its effect on the cerebrovascular function. Our team has previously reported a decrease in dynamic cerebral autoregulation (dCA) after 6 weeks of HIIT performed to exhaustion in endurance-trained male athletes. In this previous study, dCA has been characterized using a transfer function analysis on forced oscillations of blood pressure (BP) and middle cerebral artery blood velocity (MCAv) induced by 5 minutes of repeated squat-stands (RSS) performed at 0.05 Hz and 0.10 Hz. This analysis did not consider the direction of BP change, but evidence suggests the cerebral vasculature is more effective in attenuating changes in cerebral blood flow when mean arterial pressure (MAP) transiently increases compared to the change in cerebral blood flow when MAP transiently decreases. The objective of this work was to investigate the effect of six weeks of HIIT to exhaustion on the directional sensitivity of the cerebral pressure-flow relationship using the RSS model performed at 0.05 Hz and 0.10 Hz. We measured the absolute time-adjusted changes in MAP and MCAv associated with these changes before and after the 6-week HIIT protocol. The results of this work suggest that six weeks of HIIT have the potential to improve the directional sensitivity of the cerebral pressure-flow relationship in endurance-trained male athletes.

Cette thèse de doctorat porte sur l'étude des notions fondamentales de la vision, plus particulièrement de la compréhension de l'homéostasie et de la cicatrisation de la cornée. En fait, l'attention de ces travaux est accordée à la modulation de l'expression d'un récepteur important dans l'adhésion de l'épithélium cornéen : la sous-unité d'intégrine a6. Les intégrines sont des protéines transmembranaires, des composantes essentielles de l'adhésion entre cellules et la matrice extracellulaire. D'ailleurs, les intégrines sont impliquées dans la plupart des processus cellulaires et sont un élément clef de tout tissu, incluant le tissu oculaire. Les intégrines a6(31 et a6|34 sont toutes deux exprimées au niveau de l'épithélium cornéen, deux intégrines ayant comme ligand la laminine. Lors de la cicatrisation cornéenne, l'expression de la laminine ainsi que celle de la sous-unité a6 est favorisée. Cependant, le rôle des intégrines a6(31 et a6(34 ainsi que la modulation de l'expression du gène de la sous-unité a6 au niveau de l'épithélium cornéen demeuraient des éléments obscurs avant le début de ces travaux. L'objectif principal des travaux était donc d'identifier les facteurs importants dans la modulation du promoteur du gène de la sous-unité d'intégrine a6 dans la réponse des cellules épithéliales de l'épithélium cornéen lors de la cicatrisation cornéenne. Ces travaux ont permis de démontrer l'importance des facteurs Spl, Sp3 et NFI dans la régulation de la transcription du gène a6 dans l'homéostasie, ainsi qu'à des étapes précises du processus de la cicatrisation cornéenne. De plus, l'effet global de la laminine dans la réponse des cellules épithéliales de la cornée suite à l'activation des intégrines a6(31 et a6(34 est mieux défini. / This doctoral thesis is a study based on the fundamental notions of vision, more particularly the comprehension of corneal homeostasis and wound healing. It pays a particular attention to the modulation of expression of a gene that encodes a membrane-bound receptor subunit, the a6 subunit from the a6|31 and a6(34 integrins, important for adhesion of the corneal epithelium to the basement membrane. These integrins constitute essential components of cell-to-cell and cell-extracellular matrix adhesions. These trans-membrane receptors are involved in most cellular processes and represent key elements in ail tissues, including ocular tissues. Expression of both the a6|31 and a6(34 integrins, whose respective ligand is laminin, has been reported in the corneal epithelium. Recently, expression of the a6 subunit has been shown to be coordinated with the massive secretion of laminin that occurs 24 hours following damage to the corneal epithelium. However, the precise function played by laminin on the modulation of expression of the a6 subunit gene had never been explored before the present study. The a6 gene promoter is deprived of a TATA binding cassette. On the other hand, it possesses a high content in guanine and cytosine residue (GC-rich promoter), a condition required in order to ensure proper regulation of a6 gene transcription. This study demonstrates the importance of the transcription factors Spl, Sp3 and NFI in the transcription regulation of the a6 gene during corneal wound healing. In addition, the global influence of laminin in the response of the corneal epithelial cells following activation of the a6|31 and a6(34 integrins is further explored. In conclusion, the results presented in this work shed light at least in part on the extreme complexity of the gene regulation network that takes place at the corneal epithelium during wound healing

L’homéostasie hydrominérale (HH) est un système essentiel à la survie des mammifères. Un des mécanismes principaux de l’HH est le contrôle du volume et de la concentration de l’urine au niveau du rein par plusieurs systèmes hormonaux dont celui de la vasopressine (AVP). L’AVP est l’hormone anti-diurétique principale, sa concentration plasmatique augmente en situation d’hypernatrémie ou d’hypovolémie pour conserver l’eau de l’organisme. L’AVP est synthétisée par les neurones magnocellulaires vasopressinergiques (MCNs) du noyau supraoptique et paraventriculaire, et, en fonction de l’activité électrique des MCNs, elle est sécrétée par la neurohypophyse. Dans cette thèse, des simulations ont été utilisées dans le contexte de l’HH pour atteindre trois objectifs : (1) la création d’une simulation de l’HH du rat, (2) la création d’une simulation de l’osmodétection utilisant un modèle de MCN individuel et (3) la création d’une population simulée de MCNs et d’une dynamique de la concentration d’AVP. Plusieurs prédictions ont été faites grâce à ces simulations pendant l’atteinte des objectifs : (1) la simulation a mis en lumière trois périodes dans le cycle circadien de l’HH. Elle a aussi montré l’importance de l’ingestion d’eau au début de la période de sommeil et de l’effet tampon du compartiment intracellulaire sur les fluctuations quotidiennes de l’HH. Finalement, l’utilité de la simulation comme un outil pratique pour établir un protocole expérimentale a été démontrée par la simulation d’une déplétion en sodium utilisant un composé pharmacologique : le furosémide. (2) L’étude du comportement du neurone simulé soumis à une augmentation d’osmolarité nous a permis de proposer une addition au mécanisme régulant la longueur des bouffées de potentiels d’action (PAs), une fatigue de la sécrétion de dynorphine, et nous a permis de réconcilier des données in vivo et in vitro incohérentes au sujet de l’impact des synapses sur les bouffées de PAs. (3) L’implémentation de la population de MCNs nous a permis de découvrir que c’est une hétérogénéité dans la sensibilité à la dynorphine autocrine qui cause les différences de comportement électrique observées expérimentalement. Finalement, la simulation nous a permis d’analyser l’importance relative des mécanismes de facilitation et de fatigue du couplage stimulus-sécrétion de l’AVP.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Nous avons investigué le rôle exact du BSTdm dans la gestion des réponses physiologiques et comportementales qui surviennent en condition d'équilibre et lors d'un déficit en ions sodium. Nous avons aussi évalué l'influence qu'aurait le BSTdm au niveau de la circuiterie neuronale impliquée dans l'homéostasie hydrominérale. Nos résultats démontrent que les mesures de la consommation d'eau et de sel en condition de repletion sodique ont respectivement augmenté et diminué suite à la lésion du BSTdm. De plus, la partie coquille du noyau accumbens s'est révélée avoir un indice d'activation cellulaire deux fois plus élevé chez les rats ayant une lésion du BSTdm. Ainsi, nos résultats suggèrent que suite à l'intégration des messages en provenance des structures impliquées dans l'osmorégulation et la détection, le BSTdm désinhibe les structures impliquées dans le comportement motivé afin de favoriser la consommation de sel dans la période de repletion sodique.

La chirurgie bariatrique gagne en popularité comme traitement de l’obésité sévère tant au Québec qu’au Canada. Alors que plus du tiers des patients opérés présente un diabète de type 2 avant la chirurgie, une méta analyse a rapporté qu’une résolution du diabète était observée chez 80 % des patients après la gastrectomie en manchon et la dérivation gastrique en Y-de-Roux, et chez 95 % de ceux ayant subi une dérivation biliopancréatique (DBP). Cependant, bien que la chirurgie bariatrique soit associée à plusieurs bienfaits sur la santé, elle a récemment été associée à une augmentation du risque de fractures, en particulier après la dérivation gastrique en Y-de-Roux et la DBP. La mesure sanguine des marqueurs de la formation et de la résorption osseuse après la chirurgie bariatrique pourrait permettre de mieux comprendre la pathophysiologie de la fragilité osseuse. Par ailleurs, plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer la résolution du diabète de type 2 après la chirurgie bariatrique. Alors que des études précliniques ont montré qu’une hormonedérivée de l’os, l’ostéocalcine décarboxylée (ucOCN), était impliquée dans le métabolisme du glucose, aucune étude n’a évalué si les changements d’ucOCN étaient associés à l’amélioration des indices de l’homéostasie du glucose observés après la chirurgie. Nos objectifs étaient donc d’évaluer les changements dans les marqueurs sanguins de la formation et de la résorption osseuse à court et moyen terme après la DBP, et d’explorer les associations entre les changements de ces marqueurs et les changements de la densité minérale osseuse(DMO) du corps entier et de certains facteurs hormonaux. De plus, nous voulions évaluer si les changements d’ucOCN étaient associés aux changements des indices de l’homéostasie du glucose après la DBP. En utilisant les données et les échantillons de plasma congelés d’une cohorte prospective récoltés à 3 jours, 3 mois et 12mois après la DBP, nous avons démontré une augmentation rapide des marqueurs de la résorption osseuse dès la 3ème journée post-opératoire, et que cette augmentation s’amplifiait jusqu’à 1 an après la chirurgie, avec une augmentation plus marquée des marqueurs de la résorption que de la formation osseuse. De plus, une diminution significative de l’ostéocalcine, un marqueur de la formation osseuse, a été observée à 3 jours après la DBP, suivie d’une augmentation jusqu’à 1 an. Par ailleurs, une association entre l’augmentation des marqueurs de la résorption osseuse et la diminution de la DMO totale, ainsi que quelques associations significatives entre les changements de plusieurs marqueurs du remodelage osseux et ceux de certaines hormones après la DBP ont été trouvés. Enfin, nos résultats ont révélé une forte association, indépendante de la perte de poids, entre l’augmentation de l’ucOCN et l’amélioration de plusieurs indices de l’homéostasie du glucose après la DBP, suggérant un lien entre le métabolisme osseux et glucidique. / Bariatric surgery is gaining in popularity as a treatment of severe obesity in Quebec and across Canada. While more than one third of patients have type 2 diabetes before bariatric surgery, a large meta-analysis reported type 2 diabetes resolution in 80% of patients after sleeve gastrectomy and Roux-in-Y gastric bypass, and in 95% of patients after biliopancreatic diversion (BPD). However, despite clear health benefits, recent evidence showed that bariatric procedures, especially Roux-in-Y gastric bypass and BPD, are associated with an increased risk of fracture. Assessment of circulating biochemical markers of bone formation and resorption after bariatric surgery could provide insight into the pathophysiology of bone fragility after surgery. More over, several mechanisms have been put forward to explain resolution of type 2 diabetes after bariatric surgery. While preclinical studies have reported that a bone-derived hormone, uncarboxylated osteocalcin (ucOCN), is involved in glucose metabolism, no study has evaluated whether changes in this hormone are associated with improvement in glucose homeostasis after bariatric surgery. Our study aimed at evaluating the early- and medium-term changes in bone remodeling markers after BPD, and whether these changes are associated with changes in whole-body (total) bone mineral density (BMD) and in hormonal factors. Furthermore, we assessed if changes in ucOCN are associated with changes in glucose homeostasis indices after BPD. We used data and frozen plasma samples from a one-year prospective cohort study where blood was drawn at 3 days, 3 months and 12 months after BPD. We showed that BPD is associated with an increase in the bone resorption marker C-telopeptide as early as 3 days after surgery, and that it continued to rise up to one year after surgery, with a greater increase in bone resorption over bone formation markers. Furthermore, a significant decrease in the bone formation marker osteocalcin was seen at 3 days after BPD, which was followed by an increase up to one year after surgery. Moreover, an inverse association between the change in bone resorption marker and the change in total BMD, as well as significant associations between the changes in several bone turnover markersand changes in hormonal factors after BPD were observed. Finally, there was a strong correlation between the increase in ucOCN and the improvement in several indices of glucose homeostasis after BPD, independent of weight loss, suggesting a link between bone and glucose metabolism.

La polykystose rénale et le cancer colorectal sont caractérisés par la perte de la polarité apico-basale des cellules épithéliales. La polarité épithéliale est régulée, entre autres, par un complexe protéique articulé autour de la protéine CRB3. Cette dernière est également essentielle pour la ciliogenèse et la croissance du domaine apical. La taille du domaine apical définie les dimensions des tubules épithéliaux qui constituent l’unité fonctionnelle des reins. La dimension des tubules épithéliaux définit la mécanique des fluides corporels. Finalement, CRB3 réprime des voies de signalisation soutenant la croissance tumorale. Ce travail visait à définir le rôle de CRB3 dans la morphogenèse des tubules rénaux, étant donné que le contrôle de la taille du domaine apical, la formation du cil et la répression de la voie Hippo sont des fonctions essentielles de CRB3, et que leurs altérations mènent à des pathologies rénales. D’un autre coté, CRB3 agit comme suppresseur de tumeurs chez la souris et que CRB3 réprime la prolifération de lignées épithéliales cancéreuses humaines, nous pensons que CRB3 soit un suppresseur de tumeurs chez l’humain. Afin de valider ces hypothèses, nous avons généré des souris surexprimant CRB3 ou exprimant une forme tronquée de CRB3 dans les reins pour répondre au premier objectif. En ce qui concerne le deuxième objectif, nous avons analysé l’expression de CRB3 par immunohistochimie dans des échantillons de cancer du côlon. La surexpression de CRB3 résulte en une accumulation lipidique dans les cellules proximales du rein. Cette fonction n’est pas spécifique aux cellules rénales, puisque une surabondance de CRB3 provoque un phénotype similaire dans des cellules épithéliales de différentes origines en culture. L’expression de la forme tronquée amène une diminution du nombre de cils. Finalement, la perte de CRB3 est tardive dans le processus tumoral et coïncide avec la transition épithélio-mésenchymateuse. En conclusion, ce travail montre un nouveau rôle de CRB3 dans le métabolisme lipidique. De plus, nos travaux montrent que la perte de CRB3 corrèle avec un phénotype agressif dans le cancer du côlon.