La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations du gène codant pour le canal Cl- CFTR. Au niveau respiratoire, cette dysfonction du transport transépithélial de Cl- occasionne une altération de la composition et du volume du liquide de surface des voies aériennes. Une accumulation de mucus déshydraté favorise alors la colonisation bactérienne et une réponse inflammatoire chronique, entraînant des lésions épithéliales sévères au niveau des voies aériennes et des alvéoles pouvant culminer en défaillance respiratoire. Le principal objectif de mon projet de maîtrise était d’étudier les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire sain, l’épithélium bronchique sain et FK à l’aide d’un modèle in vitro de plaies mécaniques. Nos résultats démontrent la présence d’une boucle autocrine EGF/EGFR contrôlant les processus de migration cellulaire et de réparation des lésions mécaniques. D’autre part, nos expériences montrent que l’EGF stimule l’activité et l’expression des canaux K+ KATP, KvLQT1 et KCa3.1 des cellules épithéliales respiratoires. L’activation de ces canaux est cruciale pour les processus de réparation puisque la majeure partie de la réparation stimulée à l’EGF est abolie en présence d’inhibiteurs de ces canaux. Nous avons également observé que les cellules FK présentent un délai de réparation, probablement causé par un défaut de la réponse EGF/EGFR et une activité/expression réduite des canaux K+. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation des processus de réparation de l’épithélium sain et FK. De plus, ils ouvrent de nouvelles options thérapeutiques visant à promouvoir, à l’aide d’activateurs de canaux K+ et de facteurs de croissance, la régénération de l’épithélium respiratoire chez les patients atteints de FK. / The cystic fibrosis pathology (CF) is caused by mutations of the gene coding for the Cl- channel, CFTR. In the lungs, the dysfunction of transepithelial ion transport leads to an alteration of airway surface liquid volume and composition. Dehydrated mucus accumulation then favors chronic bacterial colonisation and inflammatory response, inducing severe epithelial injuries in the airways and the alveoli and then, respiratory failure. The main objective of my master degree project was to study normal alveolar, normal and CF bronchial epithelia repair processes using an in vitro model of mechanical wound-healing. Our results reveal the presence of an EGF/EGFR autocrine loop that controls cell migration and wound-healing. Our results show also that EGF signaling stimulate KATP, KvLQT1 and KCa3.1 K+ channel activity and expression in epithelial cells. K+ channel activation is crucial for repair processes since K+ channel inhibitors prevent most of EGF-stimulated wound-healing. We also observed that CF cells present delayed repair processes, probably caused by an EGF signaling defect and reduced K+ channel activity and expression. Our results allow us to better understand the regulatory mechanisms of normal and CF epithelial repair processes. Futhermore, our results open to new therapeutic options that promote, with K+ channel activators and growth factors, respiratory epithelium regeneration in CF patients.

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations dans le gène codant pour le canal CFTR. La mutation la plus commune est la délétion du résidu Phe508 (∆F508), qui entraîne un mauvais repliement et la dégradation de la protéine mutée. Ainsi, l’absence du CFTR cause un dysfonctionnement du transport ionique et liquidien qui altère le phénomène de clairance mucociliaire. Il en résulte une accumulation de mucus visqueux obstruant les voies aériennes favorisant une colonisation bactérienne, spécialement par P. aeruginosa, et une inflammation chronique. Ces phénomènes entraînent des lésions épithéliales et un remodelage des voies aériennes. Selon nos analyses ultrastructurales de poumons issus de patients FK au moment de la transplantation, certaines zones de l’épithélium FK montrait des signes de d’initiation des processus de réparation. Malgré cela, un dommage épithélial progressif est observé chez les patients FK et il apparaît évident que les processus de réparation sont insuffisants pour permettre le rétablissement de l’intégrité épithéliale. Le principal objectif de mon étude était d’étudier le rôle du CFTR dans les mécanismes de réparation de l’épithélium FK et de déterminer l’impact de la correction du CFTR sur la réparation épithéliale et ce, en condition aseptique et en présence d’infection. Mes travaux montrent que l’épithélium des voies aériennes FK présente un défaut de réparation, associé, du moins en partie, à l’absence d’un CFTR fonctionnel. De plus, nous avons démontré pour la première fois que l’application du correcteur du CFTR VRT-325 permettait, non seulement, la maturation du CFTR, mais également une amélioration de la capacité des monocouches de cellules des voies aériennes FK à se réparer. D’autre part, nous avons montré que la présence du filtrat bactérien de P. aeruginosa (PsaDM) altérait non seulement l’expression et la fonction du CFTR, mais également les processus de réparation épithéliale. Enfin, nos résultats montrent que l’infection affecte la maturation du CFTR induite par le VRT-325 et diminue les effets bénéfiques du VRT-325 sur la réparation épithéliale. Mes travaux permettent de mieux comprendre le rôle du CFTR dans les processus de réparation de l’épithélium FK et de proposer une nouvelle approche thérapeutique visant à promouvoir la régénération épithéliale chez les patients FK afin de tenter de stabiliser leur état, malgré l’effet délétère de la composante infectieuse. / The Cystic fibrosis (CF) pathology is caused by mutations of the gene coding for the CFTR channel. The most common mutation is the deletion of Phe508 (∆F508) causing protein misfolding and degradation. Thus, the absence of CFTR channel causes the dysfunction of ion and fluid transport that impairs mucociliary clearance resulting in mucus thickening and plugging in the airways. These conditions then favor P. aeruginosa bacterial colonisation and inflammation in the airways, which contribute to airway damage and remodeling. Ultrstructural analysis of bronchial sections of lungs collected from CF patients at the time of transplantation showed some area with signs of ongoing epithelial repair. However, a progressive epithelial damage is still observed in CF patients and it appears that the repair process is insufficient to restore epithelial integrity. The main objective of my work was to study the role of CFTR in the CF repair processes and to explore the impact of CFTR correction on epithelial repair under pathogen-free condition as well as in the presence of infectious products. Our study showed that CF airway epithelium exhibits a repair defect, associated, at least in part, to the absence of a functional CFTR channel. Furthermore, we demonstrated for the first time that CFTR rescue with the CFTR corrector VRT-325 significantly improved the wound-healing capacity of CF epithelial cell monolayers. Then, we showed that the presence of bacterial filtrate, more precisely P. aeruginosa diffusible material (PsaDM), not only alter CFTR function and expression, but also impaired epithelial repair processes. Finally, our results suggested that infection has a deleterious impact on CFTR rescue, and affected the beneficial effect on epithelial repair processes induced by VRT-325. My work allows to better understand the role of CFTR in the CF epithelial repair mechanisms and to propose new therapeutic strategies to promote epithelial regeneration in CF patients in attempt to stabilize their condition, despite the deleterious impact of infection.

La pathologie de la fibrose kystique (FK) est causée par des mutations du gène codant pour le canal Cl- CFTR. Au niveau respiratoire, cette dysfonction du transport transépithélial de Cl- occasionne une altération de la composition et du volume du liquide de surface des voies aériennes. Une accumulation de mucus déshydraté favorise alors la colonisation bactérienne et une réponse inflammatoire chronique, entraînant des lésions épithéliales sévères au niveau des voies aériennes et des alvéoles pouvant culminer en défaillance respiratoire. Le principal objectif de mon projet de maîtrise était d’étudier les processus de réparation de l’épithélium alvéolaire sain, l’épithélium bronchique sain et FK à l’aide d’un modèle in vitro de plaies mécaniques. Nos résultats démontrent la présence d’une boucle autocrine EGF/EGFR contrôlant les processus de migration cellulaire et de réparation des lésions mécaniques. D’autre part, nos expériences montrent que l’EGF stimule l’activité et l’expression des canaux K+ KATP, KvLQT1 et KCa3.1 des cellules épithéliales respiratoires. L’activation de ces canaux est cruciale pour les processus de réparation puisque la majeure partie de la réparation stimulée à l’EGF est abolie en présence d’inhibiteurs de ces canaux. Nous avons également observé que les cellules FK présentent un délai de réparation, probablement causé par un défaut de la réponse EGF/EGFR et une activité/expression réduite des canaux K+. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de régulation des processus de réparation de l’épithélium sain et FK. De plus, ils ouvrent de nouvelles options thérapeutiques visant à promouvoir, à l’aide d’activateurs de canaux K+ et de facteurs de croissance, la régénération de l’épithélium respiratoire chez les patients atteints de FK. / The cystic fibrosis pathology (CF) is caused by mutations of the gene coding for the Cl- channel, CFTR. In the lungs, the dysfunction of transepithelial ion transport leads to an alteration of airway surface liquid volume and composition. Dehydrated mucus accumulation then favors chronic bacterial colonisation and inflammatory response, inducing severe epithelial injuries in the airways and the alveoli and then, respiratory failure. The main objective of my master degree project was to study normal alveolar, normal and CF bronchial epithelia repair processes using an in vitro model of mechanical wound-healing. Our results reveal the presence of an EGF/EGFR autocrine loop that controls cell migration and wound-healing. Our results show also that EGF signaling stimulate KATP, KvLQT1 and KCa3.1 K+ channel activity and expression in epithelial cells. K+ channel activation is crucial for repair processes since K+ channel inhibitors prevent most of EGF-stimulated wound-healing. We also observed that CF cells present delayed repair processes, probably caused by an EGF signaling defect and reduced K+ channel activity and expression. Our results allow us to better understand the regulatory mechanisms of normal and CF epithelial repair processes. Futhermore, our results open to new therapeutic options that promote, with K+ channel activators and growth factors, respiratory epithelium regeneration in CF patients.

La fibrose kystique (FK), causée par des mutations dans le gène codant pour le canal chlorure CFTR, est caractérisée par des infections bactériennes chroniques des voies aériennes (VA), impliquant en particulier Pseudomonas aeruginosa (PA) et Staphylococcus aureus (SA). Les facteurs de virulence (VirF) sécrétés par celles-ci sont responsables de la destruction progressive des VA et altèrent la capacité de réparation du tissu épithélial. Il existe cependant des molécules spécifiques permettant de corriger le défaut de CFTR et de moduler l’activité de canaux potassiques, deux actions qui pourraient favoriser la réparation épithéliale de par leur action. Leur efficacité pourrait toutefois être altérée par les VirF de P. aeruginosa ou S. aureus. Mon objectif a été d’identifier le potentiel de réparation épithélial du Trikafta et du ML277, modulateurs respectivement spécifiques des canaux CFTR et KvLQT1 (canal potassique sensible au voltage, du syndrome du QT long), impliqués dans les processus de réparation. Des cultures primaires de cellules bronchiques des VA de patients FK ont été traitées avec la triple combinaison de modulateurs de CFTR Trikafta, l’activateur de KvLQT1 ML277, et la combinaison de ces deux derniers, en plus d’être exposées aux VirF de cultures de P. aeruginosa ou S. aureus. L’efficacité de ces traitements sur les processus de réparation fut évaluée, suite à des lésions, selon la vitesse de réparation des plaies, la prolifération cellulaire et les dynamiques de migration guidée cellulaire. Les VirF de P. aeruginosa et S. aureus altèrent la vitesse de fermeture lésionnelle, la prolifération cellulaire et les dynamiques de migration cellulaire. Les traitements Trikafta et ML277 permettent cependant d’améliorer ces processus de la réparation épithéliale, et ce, en absence comme en présence des VirF bactériens nocifs à la réparation. La combinaison du Trikafta et du ML277 n’amène cependant pas l’effet additif espéré sur la réparation épithéliale. Ces résultats témoignent finalement de l’effet bénéfique du Trikafta et du ML277 sur la réparation épithéliale malgré la condition infectieuse, favorisant l’intégrité fonctionnelle de l’épithélium des VA FK. / Cystic fibrosis (CF), caused by mutations in the gene coding for the chloride channel CFTR, is characterized by chronic bacterial infections in the airways, particularly by Pseudomonas aeruginosa (PA) and Staphylococcus aureus (SA). The virulence factors (VirF) secreted by these bacteria are responsible for the progressive destruction of the airways and impair the repair process of the epithelia. Nevertheless, there are specific molecules that correct the CFTR defect and modulate potassium channel activity, both of which could be beneficial at promoting epithelial repair. However, their efficacy could be altered by P. aeruginosa or S. aureus VirF. My objective was to identify the repair potential of Trikafta and ML277, respectively specific modulators of CFTR and KvLQT1 channels, involved in repair processes. Primary cultures of airways epithelial cells from CF patients were treated with the triple combination of CFTR modulators Trikafta, the KvLQT1 activator ML277, and the combination of the latter two, in addition to being exposed to VirF from P. aeruginosa or S. aureus cultures. The efficacy of these treatments on repair processes was evaluated, following wound injury, by the rate of wound repair, cell proliferation and guided cell migration dynamics. P. aeruginosa and S. aureus VirF alter wound repair rates, cell proliferation and cell migration dynamics. Nevertheless, Trikafta and ML277 treatments improve these epithelial repair processes, both in the absence and presence of repair-damaging P. aeruginosa or S. aureus VirF. However, the combination of Trikafta and ML277 did not have the hoped-for additive effect on epithelial repair. Overall, these results show the beneficial effect of Trikafta and ML277 epithelial repair despite the infectious condition, promoting the functional integrity of the CF airways epithelia.