Les modifications post-traductionnelles non enzymatiques des protéines, comme la glycation, l'oxydation ou la carbamylation, participent au vieillissement des tissus. Certaines maladies chroniques constituent des contextes pathologiques favorisant ces modifications chimiques. La carbamylation est une réaction encore peu étudiée à ce jour, qui correspond à la fixation de l'acide isocyanique, principalement dérivé de l'urée, sur les groupements aminés des protéines. Cette réaction mène à la formation de produits de carbamylation (CDP), parmi lesquels l'homocitrulline. Des études in vitro ont montré que la carbamylation participait à l'altération des propriétés structurales et fonctionnelles des protéines tissulaires et plasmatiques. Néanmoins, le devenir tissulaire des CDP reste encore non élucidé. Notre travail a consisté à évaluer la carbamylation des protéines tissulaires dans un contexte in vivo au cours de l'insuffisance rénale chronique (IRC) et du vieillissement. Ces études ont montré que la carbamylation était une réaction physiologique observée au cours du vieillissement et amplifiée au cours de l'IRC, menant à l'accumulation des CDP dans les tissus. Cette modification a particulièrement lieu au niveau du collagène de type I mais aussi au niveau de l'élastine, deux protéines matricielles à longue demi-vie. Ces résultats peuvent être mis en lien avec les troubles infectieux et inflammatoires observés au cours du vieillissement et de l'IRC. Par ailleurs, l'organisme semble capable de limiter ce processus de carbamylation, ce qui permet d'envisager des investigations supplémentaires dans l'optique de développer des stratégies préventives ou thérapeutiques. / Non-enzymatic post-translational modifications of proteins, such as glycation, oxidation, and carbamylation, are associated with tissue aging. Chronic diseases are pathological contexts known for amplifying these chemical modifications. A still poorly investigated reaction is carbamylation, or the binding of isocyanic acid, a byproduct principally derived from urea, to protein amino groups. This process leads to the formation of carbamylation-derived products (CDPs) such as homocitrulline. In vitro experiments have shown that carbamylation contributes to the alteration of structural and functional properties of various tissue and plasma proteins. The metabolic fate of carbamylated proteins in vivo, however, is still unclear.Herein, we have evaluated tissue carbamylation rate during chronic renal failure (CRF) and aging in vivo. Our results show that carbamylation occurs physiologically during aging and is amplified during CRF, leading to an accumulation of CDPs in tissues. This reaction affects more intensely type I collagen but also affects elastin, both extracellular compounds with long half-lives. These results could be linked with infectious and inflammatory disorders observed in aging and CRF. Moreover, the organism seems to be able to limit the carbamylation process, suggesting that further studies could develop preventive or therapeutic strategies.

Le mélanome cutané est le cancer de la peau le plus agressif de par sa grande plasticité phénotypique, son fort caractère métastatique et sa résistance aux traitements. L’émergence d’inhibiteurs ciblant la forme mutée de la kinase BRAF (BRAF V600E) a produit des réponses thérapeutiques spectaculaires, malheureusement suivies par l’apparition rapide de résistances secondaires très agressives. La compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans ces résistances constitue donc un prérequis indispensable à l’amélioration de ces thérapies ciblées. A côté des altérations intrinsèques au mélanome, les interactions entre les cellules malignes et leur microenvironnement favorisent la survie tumorale et contribuent à la résistance aux thérapies. En particulier, la matrice extracellulaire (MEC), qui constitue un réseau dynamique de macromolécules de composition et de propriétés physico-chimiques variables, influence l’architecture des tissus tumoraux, l’invasion et la réponse aux traitements. De façon importante, l’acquisition par les cellules de mélanome d’un phénotype mésenchymateux invasif a été décrite comme un mécanisme d’échappement aux thérapies ciblant la mutation oncogénique de BRAF. Dans ce contexte, l’objectif de mon travail de thèse a été de préciser le rôle de cette signature phénotypique sur les propriétés bio-mécaniques des cellules de mélanome et la réponse aux thérapies ciblées. Dans la première partie de ma thèse, j’ai observé que les cellules résistantes présentant un phénotype invasif mésenchymateux produisent, assemblent et remodèlent une matrice ayant des propriétés mécaniques et biochimiques proches de myofibroblastes. Ce phénotype est associé à une activation de la voie YAP/TAZ et une mécano-sensibilité amplifiée. La caractérisation par spectrométrie de masse du matrisome des cellules résistantes a révélé la présence abondante de protéines matricielles comme la Fibronectine, le Collagène 1(I) et la THBS1 mais également de protéines de réticulation du collagène comme LOXL2 et TGM2. Nos données montrent aussi que ces modifications sont conférées de novo par un traitement aux inhibiteurs de BRAF ou de MEK dans des cellules de mélanome mutées BRAF in vitro, et que chez la souris le traitement au Vémurafénib de cellules de mélanome xénogreffées induit l’assemblage de fibres de collagène associé à une rigidification tumorale. Finalement, j’ai pu montrer que la matrice produite par les cellules mésenchymales résistantes protège les cellules de mélanome naïves des effets anti-prolifératifs liées à l’inhibition de BRAF ou MEK. Dans une deuxième partie de ma thèse, je me suis intéressée à la protéine de réticulation du collagène de la famille des lysyl oxidases (LOX), LOXL2 exprimée par les cellules mésenchymales résistantes. Nos analyses bioinformatiques et biochimiques montrent que l'expression de cette enzyme est fortement associée à la signature invasive MITFlow AXLhigh des mélanomes. En utilisant des approches d'interférence à ARN, j'ai aussi montré que la suppression de LOXL2 dans les cellules de mélanome invasif diminue la migration cellulaire et augmente la prolifération cellulaire in vitro et in vivo, suggérant un rôle de LOXL2 dans la transition phénotypique du mélanome. Dans l’ensemble, mes travaux de thèse révèlent un rôle paradoxal de l’inhibition de la voie MAPK qui induit des changements du phénotype tumoral associés à la production autonome par la cellule maligne d’une MEC pathologique capable d'altérer le comportement cellulaire et la réponse au traitement. Cet environnement matriciel 'sanctuaire', associée à une intense hétérogénéité tumorale, pourrait jouer un rôle majeur dans le développement et l'émergence des résistances thérapeutiques du mélanome. Ces résultats permettent une meilleure compréhension du rôle de la MEC du mélanome et devraient proposer de nouvelles pistes pour améliorer les traitements. / Cutaneous melanoma remains one of the most challenging and difficult cancers to treat because of its high plasticity, metastatic potential and resistance to treatment. New therapies targeting oncogenic BRAFV600E mutation have shown remarkable clinical efficacy. However, drug resistance invariably develops. Thus, the need for improving existing therapies remains critical. Recent studies have indicated that tumor resistance arises from the tumor microenvironment in which the extracellular matrix (ECM) is a determinant factor. Here, we found that BRAF inhibitor (BRAFi)-resistant melanoma cells, but not BRAFi-sensitive cells display an increased mechanosensitivity associated with a capacity to produce and remodel a 3D ECM displaying increased levels of matrix proteins such as fibronectin (FN) and collagen fibers. Interestingly, our results show that this 3D ECM is able to protect therapy-sensitive cells from the anti-proliferative effects of MAPKi. In addition, short exposures of naive melanoma cells to MAPKi augment matrix proteins production and assembly in vitro and in vivo. This 3D ECM also promotes drug tolerance within BRAFi sensitive cells. In conclusion, our results suggest that a subset of resistance to MAPK targeted therapies is associated with the production by melanoma cells of a pathological fibrotic matrisome that may affect cell behavior and therapeutic response.

Le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) est une cible rationnelle pour les traitements anticancéreux des carcinomes épidermoïdes (CE). Cependant, seule une petite fraction de patients présente des avantages cliniques. Afin de comprendre l’échec de ces thérapies, j’ai étudié la voie de signalisation de l’EGFR en présence de fibroblastes associés aux carcinomes (FAC), principales cellules non malignes au sein des tumeurs. J'ai démontré que dans les CE, la voie de signalisation de l’EGFR coopère avec la rigidité de la matrice extracellulaire (MEC) induite par les FAC. Par la suite, j'ai cherché à résoudre les voies moléculaires qui sous-tendent cette coopération afin d'identifier de nouvelles cibles pharmaceutiques. Grâce à un criblage d'inhibiteurs pharmacologiques, j’ai identifié le vérapamil et le diltiazem, bloqueurs des canaux calcique CaV1, comme étant de puissants inhibiteurs de l'invasion des CE. Au niveau moléculaire, j'ai révélé que la rigidité de la MEC dérivée de la tumeur et la signalisation de l'EGFR déclenchent l'augmentation du calcium intracellulaire par le canal CaV1.1 dans les CE. Le blocage de l'activité de ces canaux inhibe l’invasion et la prolifération des cellules tumorale in vitro. Plus important encore, je démontre une forte réduction du développement des tumeurs dans deux modèles in vivo, à la fois dans un modèle de xénogreffe de cellules dérivées de patient atteint de carcinome de la tête et du cou, et dans un modèle CE cutané chez la souris. Par conséquent, je suggère une réaffectation du vérapamil et du diltiazem en tant qu’agents anticancéreux. / Epidermal growth factor receptor (EGFR) is a rational target for squamous cell carcinoma (SCC) anticancer therapies, nevertheless; only a subset of patients shows clinical benefits. I demonstrated a cooperation between EGFR signaling and extracellular matrix (ECM) stiffness that could explain this phenomenon. I sought to resolve the molecular pathway underlying this cooperation in SCC proliferation and expansion in order to identify new pharmaceutical targets. Screening of pharmacological inhibitors, in an in vitro 3-D assay, identified verapamil and diltiazem, FDA approved L-type calcium channels inhibitors, as potent blockers of SCC invasion. Mechanistically, I revealed that tumor-derived ECM stiffness and EGFR signaling trigger increased of intracellular calcium through the L-type CaV1.1 channel in SCC. Blocking L-type calcium channels activity resulted in reduced SCC cells invasion and proliferation in vitro. More importantly, I also demonstrate a strong reduction in tumor development in two in vivo models, both head and neck patient derived xenograft and skin SCC mice model. Consequently, I suggest a repurpose of verapamil and diltiazem to anti-cancer agents.

La morphogénèse épithéliale est une caractéristique clé du développement des organismes multicellulaires. Parmi les différents types d'évènement morphogénétique, la capacité à créer des invaginations est cruciale pour la mise en forme des organismes. Un aspect fondamental de la morphogénèse repose sur la capacité des cellules à exercer, échanger et résister aux stress mécaniques pour permettre la mise en forme des tissues. Au cours des décennies passées, l'importance des forces mécaniques générées au niveau des jonctions adhérentes et notamment sur le plan parallèle au plan apical a été largement démontrée. Cependant, le rôle des forces mécaniques générées sur un plan perpendiculaire au plan apical (dans l'axe apico/basal) est loin d'être aussi bien compris. Récemment, l'équipe a montré que les cellules apoptotique au sein de l'épithélium de patte de drosophile sont capables de générer une force apico/basale qui est requise pour la formation des plis distaux, préfigurant les articulations de la future patte. Même si le rôle d'une structure verticale d'acto-myosine (nommée câble) dans la génération de cette force, a été clairement démontré, rien n'est connu à propos de sa régulation ou du point d'ancrage que ce câble d'acto-myosine pourrait utiliser pour générer cette force. De plus, seuls les effets apicaux de cette force ont été étudiés. Mes travaux de thèses se sont articulés autour de deux objectifs principaux : (1) Déchiffrer les mécanismes intracellulaires requis pour le processus de génération de force apico-basal via le câble, en étudiant en parallèle les effets de la génération de force sur le processus apoptotique lui-même. (2) Etudier les conséquences de l'application de cette force mécanique sur le pôle basal de l'épithélium. Au cours de ma thèse, j'ai montré que pour exercer une force apico-basale, les cellules apoptotiques créent une structure apico-basale comprenant, de l'apical vers le basal : les jonctions adhérentes, un câble d'acto-myosine, le noyau et les jonctions basales.[...] / Epithelium morphogenesis is a key feature during the development of multicellular organism. Within morphogenetic events, the ability to create a fold is crucial to shape multicellular organism. A fundamental aspect of morphogenesis lies on the ability of cells to exert, exchange and resist mechanical stress in order to shape the tissue. During the past decades, the importance of mechanical force generated at the level of adherent junctions, parallel to the apical plan has been greatly elucidated. However, the role of mechanical forces generated perpendicular to the apical plan (in the apico/basal axe) is far from being understood. Recently, the team demonstrated that apoptotic cells in the leg disc epithelium of the drosophila, are able to generate an apico/basal force that is required for the fold formation that foreshadows the future articulation of the adult leg. Even if the role of acto-myosin structure in the generation of this force has been demonstrated, nothing is known about other regulators or even anchoring points that could help this structure in generating this force. Moreover, the effects of this force have only been observed for the apical side of the epithelium. My Phd aims at two goals: (1) Deciphering the intracellular structure that are required for this force generation process and the possible effect of force generation for the apoptotic process per se.(2) Analysing the consequences of those forces on the basal side of the epithelium. During my Phd, I have shown that in order to exert an apico/basal force, the apoptotic cell needs to generate an apico/basal structure comprising from the apical to the basal: adherent junctions, acto-myosin cable, nucleus and basal adhesions. More precisely, I observed that acto-myosin structures called "cables" that have been implicated in the force generation process, spawn from the adherent junctions and grows progressively until reaching the nucleus of the cell. I observed that apoptotic cells have a basally localised nucleus. Following that, I observed that nucleus is anchored by a basal actin meshwork, that restraints apoptotic nucleus movements. What is more, I observed that apoptotic cells maintain basal cell/matrix adhesions. [...]

Le muscle strié squelettique possède de grandes capacités de régénération grâce à ses cellules souches, les cellules satellites. Après une lésion, le processus de régénération musculaire qui se met en place est finement régulé dans le temps et l’espace par le microenvironnement, constitué de cellules avoisinantes mais également par des éléments de la matrice extracellulaire (MEC). Cette dernière se compose de molécules structurales comme les collagènes et de composants possédant un rôle trophique comme les glycosaminoglycanes (GAGs). La MEC musculaire est peu étudiée à cause d’une organisation tridimensionnelle complexe rendant son exploration difficile. Lors d’une lésion avec perte de substance musculaire, la régénération est altérée, associée à une fibrose et une inflammation chronique. Ce type de lésion est fréquemment rencontré en traumatologie mais survient également chez le blessé de guerre. Malgré un traitement optimal, une invalidité fonctionnelle persiste chez ces patients. L’utilisation d’un biomatériau décellularisé, constitué de MEC pourrait fournir ce support physique et trophique faisant défaut dans ce type de lésion. Dans ce travail, nous avons entrepris l'établissement d'une MEC d’origine musculaire et nous avons établi un protocole de décellularisation permettant d’obtenir un biomatériau conservant l’architecture spécifique de la MEC musculaire avec une élimination de la majorité des antigènes cellulaires afin d'éviter une réponse immunitaire délétère après implantation. Néanmoins, le protocole retenu ne permet de conserver certaines molécules trophiques d’intérêt comme les GAGs. Les « ReGeneRaTing Agent®» (RGTA®) sont des mimétiques fonctionnels de ces GAGs, utilisés en clinique pour améliorer la cicatrisation cutanée et cornéenne. Ces mimétiques conservent une capacité de liaison aux facteurs de croissance avec une résistance aux dégradations enzymatiques. Nous avons évalué l’utilisation de ces molécules au cours de la réparation musculaire, dans un modèle in vivo chez le rongeur. Nous avons réalisé une analyse histologique précoce (8e jour de régénération) mettant en évidence une augmentation du nombre de noyaux par myofibre en faveur d’une augmentation de la fusion, validée également in vitro sur des progéniteurs musculaires. Nous avons également observé une augmentation du nombre de vaisseaux, suggérant une amélioration de l’angiogenèse. Le nombre de gouttelettes lipidiques, marqueur d’une mauvaise régénération, était en diminution. L’exploration histologique plus tardive (28e jour de régénération) n’a retrouvé que l’augmentation du nombre de vaisseaux en faveur d’un effet durable sur l’angiogenèse. Ces RGTA® peuvent être couplés aux biomatériaux et sont particulièrement résistants dans un environnement inflammatoire pouvant être rencontré dans les lésions avec perte de substance musculaire. Des chimiokines et des facteurs de croissance pourront également être ajoutés au biomatériau matriciel afin de favoriser la migration des différents progéniteurs nécessaires à une néoformation musculaire. L’efficacité thérapeutique de ces biomatériaux optimisés nécessitera d’être évaluée dans un modèle in vivo de perte de substance / Skeletal muscle exhibits high capacity for regeneration after an injury that relies on resident stem cells. Muscle regeneration is tightly regulated by both the immune response and other resident cells, as well as by cues from the local extracellular matrix (ECM), contributing to a coordinated repair process. Muscle ECM is a network of structural macromolecules with a large majority of collagens and trophic molecules such as glycosaminoglycans (GAGs). In the skeletal muscle tissue, ECM was overlooked due to its complex organization making investigations difficult. Muscle regenerative ability can be overtaken in large muscle wasting, such as in volumetric muscle loss (VML), leading to fibrosis formation and chronic inflammation. This type of injury predominantly occurs in traumatology and in war-wounded patients, with functional disability despite an optimal treatment. The use of biomaterials could provide the biochemical and physical cues that are missing in this pathologic repair. In this work we have focused on obtaining a biomaterial composed of skeletal muscle ECM. We have tested several decellularization protocols both to preserve the three-dimensional architecture of the muscle ECM and to completely remove cell components in order to avoid a deleterious immune response after implantation. However, the protocol did not allow the preservation of trophic molecules such as GAGs, in the scaffold.“ReGenerating Agents” (RGTA®) are functionally analogous of GAGs with a crucial property to resist enzymatic degradation. They function to restore a proper microenvironment for tissue healing with already a clinical application in skin and corneal repair. We have explored the effects of RGTA® in muscle regeneration using an in vivo model in mouse. At early time of regeneration (day 8), we performed histologic analysis. We showed that regenerating myofibers contained more nuclei in the treated animals, in favor of an increase of progenitor fusion, which has been validated in vitro in myogenic cultures. The number of capillaries was higher in favor of a better angiogenesis. Lipid droplets, a marker of impaired regeneration, were reduced by RGTA® administration. At later time of regeneration (day 28), capillary number was still improved in favor of a durable effect of RGTA® on angiogenesis. RGTA® could be incorporated into biomaterials and are particularly resistant in an inflammatory environment, such as that occurring after a VML injury. Chemokines and growth factors could also be added in ECM-based scaffolds to promote the migration of progenitors that are essential for myofiber neoformation. Therapeutic efficacy of these optimized biomaterials will require to be evaluated in an in vivo model of VML

Introduction : L’efficacité de la greffe d’îlots n’est plus à démontrer mais elle reste l’objet de recherches pour améliorer la qualité et la survie des îlots greffés souvent fragilisés par la destruction enzymatique de leur microenvironnement lors de la procédure d’isolement. Dans ce contexte, les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) d’origine pancréatique représentent un outil intéressant par leurs propriétés d’immunomodulation et par leur capacité de sécrétion de facteurs du microenvironnement. L’objectif de ce travail est d’évaluer l’effet des cellules stromales pancréatiques humaines sur les cellules β humaines.Méthodes : Des îlots humains purifiés ont été maintenus en culture pendant plusieurs jours. Les cellules adhérentes se formant en périphérie de l’îlot ont été sélectionnées et immortalisées. Ces nouvelles cellules « human islet-derived stromal cells » (hISC) ont ensuite été caractérisées pour déterminer leur profil mésenchymateux Nous avons ensemencé des cellules β humaines (lignée EndoC-βH1 ou cellules primaires) sur du milieu conditionné de hISC (hISC-CM) utilisé comme support de culture. L’adhérence, la survie, la prolifération, l’insulinosécrétion des cellules β cultivées sur le hISC-CM ont été mesurées et comparées à un support contrôle : la poly-L-lysine.Résultats : Les hISC présentent un profil phénotypique et transcriptomique très proche des CSM issues de la moelle osseuse. D’un point de vue fonctionnel, les hISC présentent une capacité d’immunomodulation. Elles expriment et sécrètent des protéines matricielles connues pour être présentes autour et à l’intérieur des îlots humains tels que les collagènes de type I, IV et VI, la laminine et la fibronectine. Au contact du hISC-CM les cellules EndoC-βH sur adhèrent st s’étalent. Le hISC-CM augmente l’expression du marqueur de prolifération PCNA et améliore la survie et la fonction des cellules EndoC-βH1. D’un point de vue mécanistique, l’interaction cellules β/hISC-CM active la phosphorylation de FAK (focal adhesion kinase) et ERK (extracellular signal-regulated kinases). A l’interface de cette interaction, la sous-unité β1 de l’intégrine est impliquée dans les effets observés du hISC-CM sur l’adhérence et la fonction des cellules β.Conclusion : Nos travaux démontrent l’intérêt prometteur des hISC en tant que cellules de soutien des cellules β humaines par la sécrétion de protéines matricielles pancréatiques. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le maintien des îlots en culture et leur conditionnement dans un microenvironnement plus physiologique permettant ainsi de préserver leur qualité fonctionnelle lors de la greffe. / Introduction : The efficacy of islet transplantation is well established. However, the procedure still needs improvements in the quality of grafted islets, often weakened by the loss of their surrounding tissue during the isolation process. In this respect, mesenchymal stromal cells (MSC) represent an interesting tool as they have immunomodulatory and anti-inflammatory properties and are known to secrete proteins involved in creating a favorable microenvironment. This work aims to investigate the effect of human pancreatic stromal cells on human β-cells.Methods : We characterized the mesenchymal profile of cells, previously immortalized in our lab from human islets of Langerhans adherent cells, hereafter named hISC (human islet-derived stromal cells). We seeded human β-cells (EndoC-βH1 cell line or primary β-cells) on hISC-conditioned medium (hISC-CM) used as coating of Petri dishes. We assessed spreading, survival, proliferation and glucose-induced insulin secretion of β-cells cultured on hISC-CM as compared to poly-L-lysine coating.Results : Phenotypic and transcriptomic profiles of hISC are close to bone-marrow MSC. The hISC have an immunomodulation capacity. They express and secrete extracellular matrix proteins known to be present around and within human islet such as types I, IV and VI collagens, laminin and fibronectin. EndoC-βH1 seeded on hISC-CM adhere and spread on cell culture surface. We show that hISC-CM has positive effects on EndocC-βH1 proliferation, survival and glucose-induced insulin secretion, as compared to poly-L-lysine. From mechanistic point of view, hISC-CM induces FAK (focal adhesion kinase) and ERK (extracellular signal-regulated kinases) phosphorylations. The β1-integrin subunit is involved in both adhesion and increased insulin secretion of β cells induced through hISC-CM.Conclusion : Our work demonstrates a promising interest of hISC as support cells for human β-cells by scaffolding factors secretion. It opens new perspectives for conditioning human β-cells in a more physiological microenvironment to preserve their functional quality before and after transplantation.

Le muscle et l’os coopèrent mécaniquement mais aussi biochimiquement, via les facteurs de croissance et les cytokines. Suite à une lésion de l’os, les cellules souches sont recrutées et induites en différenciation osseuse grâce à la sécrétion de molécules bioactives telles que les facteurs de croissance. L’une des stratégies de l’ingénierie tissulaire de l’os est de combiner des matériaux avec des facteurs de croissance osseux. Les protéines morphogéniques osseuses (ou BMPs), pouvant être présentées aux cellules en solution ou enchâssées dans la matrice, appartiennent à la famille des facteurs de croissance basiques et jouent un rôle très important dans la formation de l’os. Les BMPs induisent non seulement une différenciation osseuse de progéniteurs osseux, mais induisent aussi la transdifférenciation de progéniteurs musculaires vers un phénotype ostéoblastique. L’obtention de la complexité de l’architecture tissulaire osseuse nécessite des interactions continues entre la cellule et son microenvironnement. Ces interactions sont médiées par les récepteurs cellule/matrice (intégrine) et cellule/cellule (cadhérines). Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle du système adhésif dans la réponse à la BMP-2 lors de la transdifférenciation des myoblastes C2C12. Nous avons utilisé un film multicouche à base de hyaluronane et de poly(L-lysine) comme biomatériau pour présenter la BMP-2 par la matrice. A court terme, nous avons mis en évidence une coopération entre l’intégrine 3 et les récepteurs BMP dans l’induction d’un étalement cellulaire et d’une réponse précoce à la BMP-2, via la protéine GSK3. A plus long terme, nous avons montré un switch du répertoire adhésif en réponse à la BMP-2. Enfin, nos résultats suggèrent une coopération entre les intégrines β3 et β5 et les cadhérines N et 11 dans la transdifférenciation induite par la BMP-2. / Muscle and bone cooperate both mechanically and biochemically, through growth factors and cytokines. Following a bone lesion, stem cells are recruited and their differentiation is induced via the secretion of bioactive molecules such as growth factors. One strategy in bone tissue engineering is to combine materials with bone growth factors. Bone Morphogenetic Proteins (BMPs), which can be presented to the cell either in solution or bound to the matrix, belong to the basic growth factor family and play a very important role in bone formation. BMPs induce not only the differentiation of bone progenitors, but also the transdifferentiation of muscle progenitors towards an osteoblastic phenotype. Obtaining the complexity of the bone tissue architecture requires continuous interactions between the cell and its microenvironment. These interactions are mediated by cell/matrix and cell/cell receptors (integrins and cadherins, respectively). In this thesis, we investigated the role of the adhesion system in the context of its response to BMP-2 during the transdifferentiation of C2C12 murine myoblasts. To do so, we used polelectrolyte multilayer films composed of hyaluronan and poly(L-lysine) as a biomaterial to present BMP-2 in a matrix-bound manner. Short term, we revealed a cooperation between the integrin 3 and BMP receptors in the induction of cell spreading and of an early response to BMP-2 via the protein GSK3. In a longer term, we showed a switch in the repertoire of adhesion receptors in response to BMP-2. Finally, our results suggest a cooperation between 3 and 5 integrins and cadherins N and 11 for the BMP-2-induced transdifferentiation.

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

La phosphoinositide 3-kinase p110δ (PI3Kδ) est principalement exprimée dans les cellules hématopoïétiques et son inhibiteur, l'idélalisib est approuvé pour le traitement de la leucémie et du lymphome. Cependant, la fonction de cette isoforme dans les cellules non hématopoïétiques reste insaisissable. Dans cette étude, nous rapportons que la formation des canalicules biliaires est dépendante de l’activité de la PI3Kδ lors de la culture en 3D de cellules de carcinome hépatocellulaire. Une étude in-vitro reposant sur la différenciation de cellules souches embryonnaires humaines en hépatocytes révèle que la PI3Kδ est enrichie dans les cellules souches et que son expression diminue au fur et à mesure que les cellules se différencient. Lorsqu’elle est surexprimée, la PI3Kδ reprogramme ces cellules en cellules ressemblant à des cellules souches formant des rosettes polarisées et perdant des marqueurs d’hépatocytes pour acquérir des traits de cholangiocytes. Dans le foie murin, la réexpression de la PI3Kδ entraine des modifications de la morphologie de cellules jouxtant la veine porte, ainsi que l’augmentation de l’expression du gène codant pour EpCAM. Cette reprogrammation dépendante de la PI3Kδ est associée à l'activation de la voie de Notch et requiert l'activation de la protéine Src. Enfin, la PI3Kδ est exprimée dans les lignées cellulaires dérivées d’hépatoblastome humain et le traitement des souris par l’idélalisib diminue la taille des tumeurs formées par les PDX d’hépatoblastome. La PI3Kδ représente donc une cible thérapeutique prometteuse dans ce cancer pédiatrique avec des caractéristiques de cellules souches. / The phosphoinositide 3-kinase p110δ (PI3Kδ) is primarily expressed in the hematopoietic cells and its inhibitor, Idelalisib, is approved for leukemia and lymphoma treatments. Nevertheless, the function of PI3Kδ in the non-hematopoietic cells is still elusive. Here we report that the formation of bile canaliculi is dependent on the PI3Kδ activity using hepatocellular carcinoma (HCC) cells grown in a 3D culture. In-vitro study based on hepatocytes differentiation from human Embryonic Stem Cell (hESC) highlights that PI3Kδ is enriched in hESC and increasingly reduces over time while cells are differentiating. When PI3Kδ is overexpressed, it reprograms those cells into stem-like cells forming polarized rosette structures and losing hepatocyte markers to gain cholangiocyte characteristics. These changes were observed in mice liver overexpressing PI3Kδ. The aforementioned reprogramming, dependent on PI3Kδ, is associated with the Notch pathway activation and requires the Src protein activation. Finally,PI3Kδ is expressed in hepatoblastoma cell lines and idelalisib efficiently reduces tumor size formed by patient derived xenograft (PDX). Therefore, PI3Kδ represents a promising therapeutic target for this pediatric cancer with stem cell features.

La physiopathologie de l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA) est complexe. Elle implique notamment des facteurs hémodynamiques, une protéolyse matricielle, un stress oxydatif et une réaction immune. Des modèles expérimentaux ont été mis au point pour explorer les mécanismes impliqués dans la genèse et la croissance des AAAs. Dans ce travail, nous explorons le rôle de ces modèles dans la compréhension du remodelage vasculaire des AAAs. Dans une première partie, une revue de la littérature sur les modèles expérimentaux d’AAA est menée. Dans une seconde partie, nous explorons l’origine et le rôle des calcifications des AAAs expérimentaux. Dans une troisième partie, le modèle de xénogreffe aortique décellularisée est utilisé pour étudier le rôle de l’immunité adaptative dans la rupture. Notre revue identifie les principaux modèles d’AAA. Leur limite majeure est la survenue d’une cicatrisation empêchant l’évolution vers la rupture. Notre exploration des calcifications anévrysmales retrouve une co-localisation des calcifications avec de l’ADN libre et un modèle expérimental démontre la capacité de l’ADN libre à induire des calcifications. La croissance anévrysmale est toutefois ralentie par les calcifications. Notre étude sur le modèle de xénogreffe décellularisée retrouve la possibilité d’induire une rupture lorsqu’une pré-sensibilisation contre la matrice extracellulaire est réalisée. Les glycoprotéines de structure et les protéoglycanes semblent être les composants matriciels en cause dans ces ruptures. Les modèles expérimentaux constituent des outils majeurs pour l’étude des mécanismes impliqués dans le remodelage vasculaire des AAAs. / Pathophysiology of abdominal aortic aneurysms (AAA) is complex. It mainly involves hemodynamics, matrix proteolysis, oxidative stress and an immune reaction. Several experimental models have been described to explore mechanisms involved in this disease. In the present work, we explore the role of experimental models in AAA vascular remodeling. First, a literature review regarding experimental models of AAA is performed. Second, we explore the origin and the role of calcifications observed in experimental models. Third, the decellularized xenograft model is used to study the role of adaptive immunity in triggering rupture. Our review identifies main AAA models. Their major limit is aortic healing, preventing evolution toward rupture. We find that AAA calcifications co-localized with free DNA and that free DNA could induce calcifications experimentally. However, AAA growth is decreased by calcifications. The decellularized xenograft model can evolve toward rupture when pre-sensitization against the extracellular matrix is performed. Structural glycoproteins and proteoglycans seems to be the main matrix component involved in these ruptures. Experimental AAA models are major tools to study mechanisms involved in vascular remodeling.