Les cellules osseuses évoluent in vivo sur des matrices extracellulaires principalement formées de collagène de type I, dont le degré de minéralisation varie au cours du remodelage osseux. Le minéral de l'os, de structure apatitique, a été montré comme potentialisant les activités et modifiant la forme des cellules ostéoblastiques. Dans le but de comprendre les effets du micro-environnement matriciel sur les évènements précurseurs à la phase de formation, nous avons émis l'hypothèse que ces modifications morphologiques pouvaient expliquer en elles-mêmes l'augmentation de l'activité descellules ostéoblastiques, par augmentation de leur mécano-sensibilité, et que ce changement de préhension environnementale pouvait moduler la réponse aux stimulations mécaniques les plus fréquemment observées in vivo, à savoir les micro-vibrations. Nous avons montré que sur les matériaux de collagène minéralisé ACC (Apatite Collagen Complex), les pré-ostéoblastes de la lignée MC3T3-E1 synthétisaient une matrice riche en ostéopontine, fibronectine et facteurs angiogéniques, de façon concomitante à une augmentation dépendante de la quantité de minéral de leur adhérence et de leur migration. Nous avons de plus observé une augmentation de la mécano-sensibilité (expression et turn-over augmentés des adhésions focales) des pré-ostéoblastes sur ACC. Finalement, nous avons établi que la réponse aux stimuli vibratoires était positive sur des matériaux non minéralisés (information) et négative sur ACC (stress) par rapports aux supports non stimulés, ce que nous avons interprété comme une hypersensibilité mécanique cellulairelors de la culture sur ACC. L'ensemble de ces données nous a montré que les modifications de mécanique cellulaire de préostéoblastes cultivés sur ACC engendraient une fonctionalisation spécifique ressemblant à celle observée in vivo dans la ligne cémentante, indispensable à la formation osseuse. D'autre part, les modifications de mécano-sensibilité observées sur ACC, en faisant un support mécano-mimétique et nous amenant à la comparaison du comportement cellulaire observé avec les ostéocytes, pourraient en elles-mêmes expliquer le dépôt matriciel spécifique et la réception modifiée aux signaux vibratoires. Dans notre but ultime de création d'un modèle de remodelage osseux in vitro, les paramètres physicochimiques matriciels osseux et l'établissement de cocultures seront à prendre en compte / Bone cells interact in vivo with extracellular matrices mainly formed of type-I collagen, for which the mineral content changes during the bone remodeling cycle. Bone mineral, which is apatitic in nature, was shown to respectively increase and alter the activity and form of osteoblasts. In order to study the micro-environmental effects of the matrix on the preliminary steps of bone formation, it was hypothesized that these morphological alterations could explain the increased activity of the osteoblastic cells by enhancing their mecano-sensibility. This altered mechano-sensibility could in turn modify the osteoblastic cells’ response to the widely perceived micro-vibrations in vivo. It was demonstrated that, on the collagen-mineralized materials ACC (Apatite Collagen Complex), MC3T3-E1 pre-osteoblastic cells formed a matrix rich in osteopontin, fibronectin and angiogenic factors. At the same time, an increase in cell adhesion and migration dependent on the mineral content was seen. We also observed an enhanced mechano-sensibility (increased focal adhesion gene expression and turn-over) when cells were cultured on ACC. Furthermore, it was found that the vibratory stimuli response was up-regulated on non-mineralized materials (information) and downregulated on ACC (stress) vs. non-stimulated substrates. This observation was interpreted as a hypersensitization to environmental cues on ACC. Taken together, these data have demonstrated that pre-osteoblastic cell mechanic alterations on ACC give rise to a specific functionalization mimicking what is observed in vivo in the cement line required for bone-formation. ACC-related mechano-sensibility changes, which render ACC a mechanomimetic substrate and lead us to compare the observed cell behavior with osteocytes, could explain the specific matrix deposition and altered response to vibrations. The final goal of establishing a model for in vitro bone remodeling can only be fulfill by considering physico-chemical parameters of the bonematrix and cocultures

Nous cherchons à comprendre le mode de fonctionnement d’HACE1, un suppresseur de tumeur majeur, dont l’expression est altérée dans 50% des tumeurs humaines. Notre équipe a démontré que cette ubiquitine-ligase cible et provoque la dégradation de Rac1 au niveau du protéasome. Rac1 est une protéine oncogénique promouvant la croissance tumorale. En ciblant Rac1, HACE1 permet de restreindre le stress oxydatif des cellules, diminuant ainsi leurs dommages à l’ADN. Pour comprendre les voies de signalisation cellulaires ciblées par HACE1, nous avons ensuite recherché des protéines interagissant avec elle. Mes travaux révèlent que l'optineurine (OPTN), une protéine jusqu’alors connue dans des désordres neuro-dégénératifs, forme un complexe avec HACE1. Nous avons montré que ce complexe régule transcriptionnellement et traductionnellement la Cycline-D1. Nous avons également montré que l’OPTN se localise dans les points d'ancrage des cellules à la matrice extracellulaire (MEC) et régule leur formation. En réponse à l’élasticité de la MEC, nous avons montré que le complexe HACE1-OPTN réprime, au travers du métabolisme, la division cellulaire. Une étude que nous avons effectuée sur des données cliniques indiquerait l'importance d’une perte d’expression d’OPTN dans le cancer du sein, associée à des dérégulations des tensions de la MEC tumorale / We have established a novel regulatory mechanism that restricts Rac1 activity through ubiquitylation and targeting to the proteasome of the active form of the GTPase for degradation and signal termination. This regulation is dominant over the classical GEF/GAP cycle of regulation. We identified the E3 ubiquitin ligase (E3L) HACE1 as the main enzyme that catalyzes Rac1 ubiquitylation. HACE1 is a major tumor suppressor that limits Rac-dependent NADPH oxidase complex activity, S phase entry, cell migration, mammary cell transformation and tumor growth in animal models. In order to determine how HACE1 activity is controlled, we conducted a whole genome two-hybrid screen and identified Optineurin (OPTN) as a primary partner of the E3L HACE1. We report that OPTN is a new Extracellular matrix (ECM) stiffness sensor that activates HACE1 E3L activity. OPTN controls adhesion-mediated ubiquitin-proteasome degradation of Rac1 to tune Rac1 signaling with tissue stiffness. Loss of OPTN is associated with a gain of cell-ECM adhesive properties and enhanced integrin-mediated proliferative signaling and metabolic activity. Interestingly, cells that loose OPTN display atypical mechanical properties and apparent uncoupling of Focal Adhesions growth from acto-myosin contractile activity. Together, our findings establish the first link between the Rac1 ubiquitylation pathway and ECM compliance sensing and define OPTN as a previously unknown mechanical sensor. OPTN and HACE1 would then act as a tumor-suppressor complex that adapts cell proliferative response to ECM mechanical properties in order to insure both Tensional integrity and Redox homeostasis of cells

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La motilité cellulaire directionnelle au cours du développement de l'organisme et des tissus, l'homéostasie et la maladie nécessite une rupture de symétrie. Ce processus repose sur la capacité des cellules individuelles à établir une polarité avant-arrière, et peut se produire en l'absence de signaux externes. L'initiation de la migration a été attribuée à la polarisation spontanée des composants du cytosquelette, tandis que l'évolution spatio-temporelle des forces du cytosquelette résultant de l'interaction mécanique cellule-substrat continue n'a pas encore été résolue. Ici, nous établissons un test de migration microfabriqué unidimensionnel qui imite un environnement fibrillaire complexe in vivo tout en étant compatible avec les mesures de force à haute résolution, la microscopie quantitative et l'optogénétique. La quantification des paramètres morphométriques et mécaniques révèle un comportement de stick-slip générique initié par un détachement stochastique des contacts adhésifs d'un côté de la cellule dépendant de la contractilité, qui est suffisant pour conduire la motilité cellulaire directionnelle en absence de polarité du cytosquelette préétablie ou de gradients morphogènes. Un modèle théorique valide le rôle crucial de la dynamique d'adhésion au cours de la rupture de symétrie spontanée, en proposant que le phénomène examiné puisse émerger indépendamment d'un système auto-polarisant complexe. / Directional cell motility during organism and tissue development, homeostasis and disease requires symmetry breaking. This process relies on the ability of single cells to establish a front-rear polarity, and can occur in absence of external cues. The initiation of migration has been attributed to the spontaneous polarization of cytoskeleton components, while the spatio- temporal evolution of cytoskeletal forces arising from continuous mechanical cell-substrate interaction has yet to be resolved. Here, we establish a one- dimensional microfabricated migration assay that mimics complex in vivo fibrillar environment while being compatible with high-resolution force measurements, quantitative microscopy, and optogenetics. Quantification of morphometric and mechanical parameters reveals a generic stick-slip behavior initiated by contractility-dependent stochastic detachment of adhesive contacts at one side of the cell, which is sufficient to drive directional cell motility in absence of pre-established cytoskeleton polarity or morphogen gradients. A theoretical model validates the crucial role of adhesion dynamics during spontaneous symmetry breaking, proposing that the examined phenomenon can emerge independently of a complex self-polarizing system.

La protéine Rnd3 est un membre atypique de la famille des Rho GTPases. Dénuée d’activité GTPasique, elle est ainsi constitutivement sous forme active et liée au GTP. La régulation de cette protéine ne passe donc pas par le cycle classique des Rho GTPases mais par d’autres mécanismes transcriptionnels, post-transcriptionnels ou encore traductionnels. Dans le carcinome hépatocellulaire (CHC), Rnd3 est significativement sous-exprimée, et cette sous-expression procure un avantage invasif aux hépatocytes. Ce projet de thèse avait pour objectif de déterminer plus précisément les mécanismes à la base de la régulation de Rnd3 dans les cellules tumorales, et notamment les cellules dérivées de carcinome hépatocellulaire. Les travaux de cette thèse ont été divisés en deux axes principaux. Dans une première partie, la régulation de Rnd3 par la β-caténine a été étudiée. En effet, la β-caténine est retrouvée mutée dans plus d’un tiers des CHC, et la présence de mutations activatrices de la β-caténine corrèle avec un faible niveau d’expression de Rnd3 dans les CHC. L’établissement d’un modèle original dans les cellules de CHC, HepG2, a permis d’étudier indépendamment l’implication de la β-caténine sauvage et la β-caténine mutée dans la régulation d’expression de Rnd3. Ce modèle a permis de mettre en évidence une régulation différentielle de Rnd3 par les deux formes de la β-caténine, la forme sauvage régulant Rnd3 au niveau transcriptionnel, et la forme mutée régulant Rnd3 au niveau post-transcriptionnel. La deuxième partie de ce travail, qui constitue la partie principale du projet, s’est intéressée à la régulation de Rnd3 par la voie de mécanotransduction MRTF/SRF. L’activation de cette voie de signalisation est très intimement reliée à l’organisation du cytosquelette d’actine, et cette voie régule en retour l’expression de nombreux gènes impliqués dans la dynamique de l’actine. Les résultats obtenus ont permis de déterminer Rnd3 comme une nouvelle cible directe de la voie MRTF/SRF dans les cellules tumorales, et placent Rnd3 au centre d’une boucle de régulation de cette voie de mécanotransduction. L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce projet de thèse ont permis de mieux caractériser la régulation de l’expression de Rnd3 dans les cellules tumorales. / Rnd3 protein is an atypical member of the Rho GTPase family, devoid of GTPase activity and constitutively active and bound to GTP. Rnd3 regulation does not occur through the classical GTPase cycle but is achieved at transcriptional, posttranscriptional or translational level. Rnd3 is underexpressed in hepatocellular carcinoma (HCC), and this down-regulation increases HCC cell invasion and is linked to HCC progression. The aim of this thesis project was to better decipher the mechanisms involved in Rnd3 expression in tumor cells, and particularly in HCC cells. In a first part, Rnd3 regulation by β-catenin was studied. β-catenin is found mutated in one third of HCC, and activating β-catenin mutations in human HCC correlates with the lowest levels of Rnd3. An original model established in HepG2 cells allowed the study of the involvement of WT β-catenin versus mutated β-catenin in the regulation of Rnd3 expression.Interestingly, our results demonstrated that both forms of ß-catenin independently regulate Rnd3 mRNA expression. The WT β-catenin regulates Rnd3 at the transcriptional level, whereas the mutated β-catenin acts through the 3’UTR of Rnd3 mRNA. The second and main part of this thesis project was the study of the regulation of Rnd3 expression by the mechanotransduction pathway MRTF/SRF. The activation of this signaling pathway is tightly regulated by actin cytoskeleton, and the MRTF/SRF pathway directs in return the expression of a huge number of genes involved in actin dynamics. Our results uncovered Rnd3 as a new direct target of MRTF/SRF pathway in tumor cells. Indeed, upon actin dynamics changes, MRTF/SRF is able to bind Rnd3 promoter in order to favor its expression. As Rnd3 also acts as a regulator of the actin cytoskeleton, our results highlight Rnd3 at the center of a feedback loop of the MRTF/SRF mechanotransduction pathway. Taken together, all of the results obtained helped to better decipher the mechanisms of Rnd3 regulation in tumor cells.

Les cavéoles sont des invaginations en forme de coupelle à la membrane plasmique. Ces organelles multifonctionnelles jouent entre autres, un rôle clé dans la mécano-protection et la signalisation cellulaire. En effet, les cavéoles ont la faculté de s’aplanir en réponse à l’augmentation de la tension membranaire, afin de protéger la cellule des contraintes mécaniques. Les cavéoles jouant un rôle clé dans la signalisation cellulaire, nous avions émis l’hypothèse que le cycle mécano-dépendent de désassemblage/réassemblage des cavéoles constitue un interrupteur mécanique de certaines voies de signalisation. Ce projet consiste à élucider le mécanisme moléculaire responsable du contrôle de la voie de signalisation JAK-STAT par la mécanique des cavéoles. Dans ces travaux, nous avons pu démontré que la cavéoline-1 (Cav1), un constitutant essentiel des cavéoles est libérée et devient hautement mobile au niveau de la membrane plasmique. Considérant les propriétés de signalisation de Cav1, Nous avons testé l’effet du désassemblage des cavéoles sur la signalisation cellulaire. Un criblage à haut débit, nous a permis identifié la voie de signalisation JAK- STAT stimulée par l’IFN-α comme voie modèle pour cette étude. En effet, la transduction du signal JAK-STAT induit par l’IFN-α est modulée par la mécanique des cavéoles. Afin de disséquer le mécanisme moléculaire responsable du contrôle de la signalisation JAK-STAT par la mécanique des cavéoles, nous avons déterminé le rôle de Cav1 dans ce contrôle. Nous avons observé que Cav1 est un régulateur négatif de la phosphorylation de STAT3 dépendante de la kinase JAK1. De plus, nous avons démontré que Cav1 interagit avec JAK1 en fonction de la tension membranaire. Nous avons également démontré que cette interaction Cav1-JAK1 fait intervenir le « scaffolding domain » de Cav1 (CSD), et que celui-ci est responsable de l’abolition de l’activité kinase de JAK1. Par conséquent, l’interaction de Cav1 avec JAK1 empêche l’activation de STAT3 par la kinase JAK1. Ces résultats démontrent que les cavéoles sont des organelles de mécano-signalisation, qui, lors d’un stress mécanique, libèrent de la Cav1 non cavéolaire capable d’inactiver la kinase JAK1, empêchant ainsi, la transduction du signal JAK-STAT. / Caveolae are small cup-shaped plasma membrane invaginations. These multifunctional organelles play a key role in cell mechanoprotection and cell signaling. Indeed our laboratory reported that caveolae have the ability to flatten out upon membrane tension increase, protecting cells from mechanical strains. Since caveolae play a key role in cell signaling we hypothesized that the mechano-dependent cycle of caveolae disassembly/reassembly may constitute a mechanical switch for signaling pathways. In this project, we elucidated the molecular mechanism underlying the control of JAK-STAT signaling by caveolae mechanics. We showed that caveolin-1 (Cav1), an essential caveolar component is released and become highly mobile at the plasma membrane under mechanical stress. Considering that caveolae are important signaling hubs at the plasma membrane, we addressed the effects of the mechanical release of Cav1 on cell signaling. Using high throughput screening, we identified the JAK-STAT signaling pathway as a candidate. To further dissect the molecular mechanism underlying the control of JAK-STAT signaling by caveolae mechanics, we addressed the role of Cav1 in the control of JAK-STAT signaling stimulated by IFN-α. We found that Cav1 was a specific negative regulator of the JAK1 dependent STAT3 phosphorylation. Furthermore, the level of Cav1 interaction with JAK1 depended on mechanical stress. We could show that Cav1-JAK1 interaction was mediated by the caveolin scaffolding domain (CSD), abolishing JAK1 kinase activity, hence, interfering with STAT3 activation upon IFN-α stimulation. Altogether our results show that caveolae are mechanosignaling organelles that disassemble under mechanical stress, releasing non-caveolar Cav1, which binds to the JAK1 kinase and inhibits its catalytic activity, preventing thereby JAK-STAT signal transduction.

Le remodelage osseux est un processus très complexe qui fait intervenir plusieurs phénomènes interdépendants. Ce mémoire de thèse porte sur la modélisation mathématique d'un de ces phénomènes - la mé́canotransduction - et sur les simulations numériques associées. Pour mieux comprendre la nature de l'information que reçoit une cellule afin de reconstruire l'ostéon le mieux adapté aux sollicitations mécaniques locales, plusieurs études ont été réalisées à partir d'une modélisation déjà existante. L'os cortical humain est considéré comme un milieu poreux multi échelle. Trois niveaux architecturaux sont mis en avant et l'utilisation de la théorie de l'homogénéisation permet de déterminer numériquement les tenseurs de perméabilité pour chacun d'eux. Une analyse sur les lois viscoélastiques est développée au niveau nanoscopique. Afin de proposer une explication plausible de la mécanotransduction indépendamment de la localisation dans l'os, une étude permettant de calculer tous les grandeurs physiques existant à une échelle donnée suite à un chargement appliqué à l'échelle macroscopique, a été mise en place. Le seul aspect fluide ne permet pas à la cellule de connaître son environnement et donc d'avoir une réponse cellulaire adaptée. Par contre, cette étude montre que les fibres de collagène, de par leur caractère piézoélectrique, transforment les sollicitations mécaniques existantes dans son entourage en un potentiel électrique auquel la cellule est sensible et peut réagir.

La matrice extracellulaire (MEC) subit plusieurs modifications au cours du vieillissement, ce qui altère ses propriétés biomécaniques. Les cellules responsables de la régénération de la portion myogénique du muscle sont les cellules satellites, qui, une fois activées, sont appelées les cellules progénitrices myogéniques (CPM). La rigidité du muscle, influence le devenir des CPM. La capacité régénérative du muscle squelettique diminue lors du vieillissement. Nous avons posé l’hypothèse selon laquelle la rigidité observée dans le tissu âgé pourrait nuire à la capacité régénérative des CPM. Nous avons tout d’abord validé les modifications subies par la MEC suite au vieillissement en les comparant au tissu adulte. Les résultats montrent une augmentation de la quantité de collagènes et de réticulation non enzymatique. En plus, une augmentation de la rigidité du muscle et des fibres individualisées a été observée par microscopie à force atomique (AFM). L’équipe s’est ensuite intéressée à leur activité myogénique dans un modèle de fibres musculaires en culture (ex vivo). Nous avons observé une diminution du nombre de cellules myogéniques sur les fibres de tissus âgés, comparativement aux tissus adultes. Nous avons montré que les proportions de cellules quiescentes sont plus élevées sur des fibres adultes suite à l’isolement et que les proportions de cellules prolifératives et en voie de différenciation sont plus élevées sur les fibres âgées. De plus, sur des fibres endommagées gardées en culture six jours, nous avons observé que les proportions de cellules prolifératives sont plus élevées sur les fibres adultes et que celles des cellules en voie de différenciation sont plus élevées sur les fibres âgées. Enfin, nous avons observé l’activité myogénique des CPM ainsi que l’impact de la rigidité en culture (in vitro). Nous n’avons observé aucune différence des capacités de prolifération et de différenciation des myoblastes adultes et âgés. En terminant, nos recherches ont montré qu’une rigidité de 2.0 kPa favorise un état prolifératif tandis qu’une rigidité de 18 kPa stimule plutôt l’engagement vers la différenciation. Ces résultats suggèrent que la rigidité peut être une cause de la diminution du potentiel régénératif du muscle vieillissant. En résumé, ces travaux soulignent l’importance de l’augmentation de la rigidité du microenvironnement sur les CPM comme cause de la diminution du potentiel de régénération du muscle vieillissant.

La pose d’une Prothèse Totale de Hanche est l’une des chirurgies orthopédiques les plus pratiquées, et représente un enjeu économique et de santé publique majeur. Ainsi, il est essentiel de comprendre le comportement mécanique de l’os et sa réaction à la suite d’une telle chirurgie. La simulation numérique joue un rôle intéressant dans cette perspective, permettant la reproduction et l’analyse de la réponse osseuse aux stimulus externes. L’os est un matériau complexe présentant une structure hiérarchique et poreuse, et une capacité naturelle d’adaptation structurelle grâce à des cellules spécifiques sensibles aux mouvements de fluide. Basé sur ces caractéristiques, un modèle multi-échelle a été développé au cours de cette thèse dans le but de modéliser la réponse de l’os soumis à des sollicitations mécaniques externes. Le modèle développé repose sur la méthode d’homogénéisation pour les structures périodiques basé sur un développement asymptotique. Il simule l’os cortical comme une structure homogène, composé d’une microstructure périodique, d’une porosité de 5%, saturé de fluide interstitiel qui suit dans ce cas la loi de Darcy. La première application du modèle développé est un cas d’étude, consistant en un volume d’os chargé en compression, permettant la détermination d’une raideur poroélastique équivalente. En considérant principalement deux cas extrêmes de conditions aux limites en fluide, l’analyse de la réponse structurelle correspondante permet d’avoir un aperçu de la contribution du fluide dans le comportement mécanique d’un tel matériau, et en particulier de sa raideur équivalente. Ce paramètre est soit réduit (lorsque le fluide peut sortir de la structure), soit augmenté (lorsque le fluide est confiné dans la structure). Pour valider ce modèle, une étude numérique et expérimentale sont proposées. La validation numérique permet l’estimation de la pertinence du modèle en faisant varier certains paramètres d’entrée comme les propriétés matériaux ou les conditions aux limites. Puis, une validation expérimentale est mise en place. En comparaison, des données issues d’un échantillon d’os trabéculaire de hanche mis en compression sont utilisées. La raideur équivalente de l’échantillon est calculée et comparée à celle obtenue expérimentalement. Les courbes obtenues présentent des résultats similaires et permettent d’attester de la validité du modèle compte tenu des circonstances d’essais. Ainsi, le modèle numérique développé, s’inscrit dans l’objectif de fournir un modèle bio-fidèle de l’os, afin de déterminer les paramètres critiques permettant d’avoir une influence sur le remodelage osseux. En prévision de l’élaboration et de la production de nouvelles générations de prothèses, ce modèle numérique d’os présente à la fois le compromis intéressant de la pertinence scientifique sans requérir des ressources numériques excessives, nécessaires à son application en tant qu’outil de prévision pré-opératoire. / Total Hip Arthroplasty is nowadays one of the most performed orthopedic surgery and is representing a major health and economic issue. Thus, it is essential to provide a better understanding of bone mechanical behavior and its reaction to the implantation of a device such as a hip prosthesis. Numerical simulation plays a key role on this challenge, allowing for the reproduction and analysis of the bone response to the external stimuli. Bone is a complex material showing a hierarchical and porous structure, and natural ability to remodel itself thanks to specific cells, which are sensitive to fluid flows. Based on these characteristics, a multiscale numerical model has been developed in order to simulate the bone response under external mechanical solicitations. The developed model relies on the homogenization technique for periodic structures based on an asymptotic expansion. It simulates cortical bone as a homogeneous structure. It is constituted of a porous microstructure with a 5% saturated with bone fluid, which, in the considered conditions, follows the Darcy’s law. The first application of the developed model is a case study, consisting in the loading of a finite volume of bone, allowing for the determination of an equivalent poroelastic stiffness. Focusing on two extreme fluid boundary conditions, the analysis of the corresponding structural response provides an overview of the fluid contribution to the poroelastic behavior, impacting the equivalent stiffness of the considered material. This parameter is either reduced (when the fluid can flow out of the structure) or increased (when the fluid is confined the structure). To validate the developed model, both numerical and experimental validation are proposed. The numerical validation consists in the estimation of the model accuracy when varying parameters such as material properties or boundary conditions. Then, an experimental validation is set up. As a reference case, a previous work on a cubic trabecular bone sample, extracted from a human hip and put under a compressive load, has been used. Increasing the load applied on the top of the bone specimen, the displacement is extracted, allowing the computation of the equivalent strain-stress curve. The equivalent stiffness of the bone specimen, calculated numerically by the developed numerical tool, is then compared with the one from the experiments. A good agreement between the curves attests the validity of the developed numerical model, accounting for both the solid matrix and fluid contributions. The presented poroelastic numerical, is here developed in the perspective of providing a bio-reliable model of bones, to determine the critical parameters that might impact bone remodeling. Towards the design and manufacturing of new generation of prosthesis, this bone model shows both accuracy and ease of computation, which will be required for its application as a preoperative or design tool.

Les cellules souches de glioblastomes (GSC) sont sensibles aux propriétés mécaniques de leur microenvironnement et utilisent la rigidité pour favoriser leur invasion.Dans ce contexte, nous avons développé une matrice 3D fibrillaire artificielle permettant de récapituler in vitro les comportements migratoires observés in vivo. Cette matrice étant hautement plastique, nous avons pu moduler la rigidité, la chimie de surface ou encore l'alignement des fibres.Dans un premier temps nous avons modifié leur chimie de surface grâce à l’ajout de protéines de la matrice extracellulaire (MEC) puis déposé des neurosphères (NS) de GSC sur ce tissu artificiel. L’ajout de laminine nous a permis d’observer le passage d’un comportement migratoire collectif à individuel.Dans un deuxième temps nous avons modulé la rigidité des fibres. Après cinq jours de migration des GSC dans différentes conditions de rigidités, nous avons constaté une augmentation de la vitesse de migration à la rigidité intermédiaire de 166kPa par rapport à la condition plus souple de 3,2 kPa et à la condition plus rigides de 1260kPa. Cette capacité migratoire maximale dans nos conditions est associée à des changements de morphologie des GSC, à une augmentation de l'expression des protéines associée à la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) et à une modification de la régulation des protéines des adhérences focales.La surexpression de Mannoside acetyl glucosaminyltransférase 5 (MGAT5) est associée aux tumeurs malignes et est impliquée dans la formation de regroupement de protéines membranaires grâce à la formation d’un treillis. Elle favorise également la maturation des adhérences focales, la migration cellulaire, l'invasion et l’EMT, entraînant ainsi des avantages fonctionnels pour les cellules tumorales. Au vu des résultats précédents sur l'expression des protéines EMT et des modifications de la régulation des protéines des adhérences focales, nous avons généré des GSC n’exprimant plus la MGAT5 grâce à la technique CRISPR Cas9 et les avons placées en NS sur les matrices 3D présentant différentes rigidité. Nous avons alors observé une diminution de la vitesse de migration à 166kPa par rapport aux GSC contrôles, associée à une diminution de l'EMT et de la maturation des adhérences focales. Par conséquent, cette étude démontre l'implication de la glycosylation et plus particulièrement de la glycosylation médiée par la MGAT5 sur la mécanotransduction des GSC. / Glioblastoma stem cells (CSC) have been reported to be sensitive to the mechanical properties of the surrounding tissue/microenvironment and to use the microenvironment stiffness to enhance invasion.In this context, we developed a 3D artificial fibrillary tissue which can allow in vitro recapitulation of the migration behavior observed in vivo. This 3D matrix is highly plastic which allows for modulation of stiffness, surface chemistry and fibers alignment.On the first hand, we functionalized the fibers with extracellular matrix proteins and then we plated GSCs neurospheres (NS) on the developed 3D artificial tissue. The addition of laminin modulates the migration behaviour from single cell to collective mode.On the second hand we have modified stiffness of the fibers. After five days of GSCs NS migration on 3D electrospun fibers of different stiffnesses, we have seen an increase in migration velocity for an intermediate stiffness of 166kPa in comparison with our softest 3.2 kPa and stiffest stiffnesses (1260 kPa). This maximum migration rate is associated with changes in cell shape, increase of EMT proteins expressions and modifications of focal adhesion proteins regulation.Mannoside acetyl glucosaminyltransferase 5 (MGAT5) overexpression is associated with malignant tumors and it is implicated in the clustering of membrane proteins through lattice formation, focal adhesions, cell migration, invasion, and epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), resulting in functional advantages for tumor cells.In light of previous results about of EMT proteins expressions and modifications of focal adhesion proteins regulation, we generated MGAT5 CRISPR Cas9 GSCs and placed it on 3D matrix with different stiffnesses. We observe a decrease in migration velocity at the intermediate stiffness in comparison with GSCs WT associated with a decrease in focal adhesion maturation and EMT. This study demonstrates the implication of glycosylation and more particularly MGAT5-mediated glycosylation on GSCs mechanotransduction.