La barrière hémato-encéphalique (BHE), localisée au niveau des capillaires cérébraux, est une composante cruciale de l’unité neuro-glio-vasculaire car elle est responsable du maintien de l’homéostasie cérébrale. En limitant l’accès de nombreuses molécules au parenchyme cérébral, cette structure protège efficacement le système nerveux central (SNC) de composés toxiques, mais empêche ainsi de nombreux médicaments d’atteindre leur cible. La difficulté à étudier les caractéristiques et la perméabilité de la BHE in vivo a mené lesscientifiques à développer différents modèles in vitro de BHE. Notre modèle, qui consiste en une coculture decellules endothéliales de capillaires cérébraux et de cellules gliales, a été largement caractérisé : il exprime les caractéristiques de la BHE in vivo et s’est avéré utile dans l’étude des interactions cellulaires au sein de la BHEen conditions physiologiques et pathologiques. Le modèle de coculture initialement développé a été complété par l’addition de péricytes cérébraux afin de former des tricultures. En effet, les péricytes apparaissent aujourd’hui comme des acteurs importants de la BHE, mais sont souvent absents des modèles in vitro. Réunir les trois principales populations cellulaires formant la BHE (cellules endothéliales, cellules gliales et péricytes cérébraux) semble nécessaire afin de reproduire encore plus finement la configuration retrouvée in vivo, dans le but de comprendre les interactions cellulaires ayant cours au sein de la BHE en conditions physiologiques et pathologiques. Sur la base de notre coculture originelle, deux tricultures ont été mises en place : alors que dans la première les péricytes sont cultivés à distance des cellules endothéliales, ces deux types cellulaires sont étroitement associés dans le second. Les deux modèles ont été caractérisés en terme de morphologie et d’expression de marqueurs endothéliaux, de perméabilité paracellulaire et d’expression de pompes d’efflux, démontrant qu’ils représentent tous deux des modèles pertinents de BHE. Ils permettront d’étudier la contribution des péricytes au phénotype de BHE et à sa réponse en conditions pathologiques, prenant en considération la composante glio-vasculaire. Dans la majorité des cas, l’utilisation des modèles in vitro de BHE au cours des processus de découverte de médicaments vise à prédire si de potentielles molécules thérapeutiques à visée cérébrale peuvent atteindre le SNC, permettant leur effet pharmacologique au niveau de leur cible centrale. Cependant, ces modèles neprésentent généralement pas un débit suffisant pour évaluer rapidement la perméabilité du grand nombre de composés générés par l’industrie pharmaceutique lors des étapes précoces de la découverte de médicaments. / The blood-brain barrier (BBB), located at the level of brain capillaries, is a crucial component of the neurogliovascular unit where it is responsible for brain homeostasis maintenance. By limiting the access of molecules to the brain parenchyma, it effectively protects the central nervous system (CNS) from harmful substances, but at the same time represents a major hurdle for potential neuropharmaceuticals to reach their central target. The difficulty to study BBB features and permeability in vivo led to the development of different in vitro BBB models. Our model, consisting of a coculture of brain capillary endothelial cells and glial cells, has been extensively characterized: it provides a robust model exhibiting in vivo BBB characteristics and hasproved useful in elucidating the cellular interactions at the level of the BBB in physiological and pathological conditions.The initially developed coculture model was completed by the addition of brain pericytes to design threecell culture models. Indeed, pericytes now appear as important actors of BBB formation and maintenance, but are often absent of in vitro BBB models. Gathering the three major cell populations forming the BBB – endothelial cells, glial cells and pericytes – seems important to more accurately reproduce in vivo configuration, with the aim of understanding cellular interactions in physiological and pathological conditions. On the basis of our original coculture model, two different three-cell culture models were designed: while pericytes were cultured distant from endothelial cells in the first model, both were closely associated in the second one. Both models were characterized in terms of endothelial marker expression and morphology, paracellular permeability and expression of efflux pumps, demonstrating that they provide reliable in vitro BBB models. They maybe useful in deciphering the contribution of pericytes to the BBB phenotype and in the response of BBB to injury, taking into account the gliovascular component. In most cases, the intended use of in vitro BBB models in drug discovery is to predict whether investigational drugs are likely to achieve relevant CNS exposure to elicit the desired pharmacological effect. However, in vitro BBB models usually do not allow high enough through put to efficiently evaluate the large number of compounds generated by pharmaceutical companies in early drug discovery stages.

Des études récentes ont relevés que les CSMn pouvaient être in vivo des cellules périvasculaires avec des caractéristiques des péricytes. Pour évaluer cette hypothèse, nous avons cultiver des CSMn issues de MO dans des conditions spécifiques pour l'expansion des péricytes puis nous avons testé leur potentiel de souchitude. De plus, nous les avons comparées avec des CSMs cultivées dans des conditions standards en maintenant les même donneurs. Des échantillons de MO ont été cultivés dans un milieu pro-Pericytaires (milieu EGM2) ou dans un milieu standard. Après culture, les cellules ont été caractérisées. Les cellules de caractère péricytaire avaient exprimé une upregulation des marqueurs de souchitude d’OCT4, NANOG et SOX2 pour un potentiel neuronal. Ces cellules ont démontré un grand potentiel in vivo. / Native mesenchymal stem cells were found tore perivascular cells with pericyte features. This suggests that pericyte phenotype is crucial for the stenness of MSC. We cultured MSC from bone marrow upon in vitro conditions (EGM2 versus standard mediums). They all express MSC, markers and character. Cells cultivated into ECM2 were found to be more immature than cells obtained from standard conditions (expressed OCT4, NANOG and SOX2), with high neuronal and engraftment potential

L’irradiation cérébrale thérapeutique comporte un risque de neurotoxicité tardive irréversible en partie lié à l’effet de l’irradiation sur le compartiment vasculaire cérébrale. Les péricytes et les communications entre les péricytes et les cellules endothéliales jouent un rôle majeur dans la stabilisation des vaisseaux, dans la formation et la régulation de la barrière hématoencéphalique et dans le contrôle du flux sanguin cérébral. Nous montrons, dans un modèle murin d’irradiation cérébrale, que les péricytes sont une cible précoce de l’irradiation cérébrale. Après irradiation, la morphologie des péricytes est modifiée et des marqueurs d’activations du péricytes sont surexprimés. En conséquence, la communication entre péricyte et cellule endothéliale est rompue, ce qui se traduit par une diminution de la capacité du péricyte à induire une constriction vasculaire après stimulation électrique. De façon concomitante, la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique est anormalement augmentée après irradiation. Un traitement par thalidomide, administré dans la semaine précédant et suivant l’irradiation, prévient les conséquences de l’irradiation sur les péricytes. Les communications entre péricytes et cellules endothéliales sont maintenues ainsi que les fonctions contractiles des péricytes. L’imperméabilité de la barrière hématoencéphalique est également préservée. La voie de signalisation PDGF-β/PDGFR-β essentielle au recrutement des péricytes par les cellules endothéliales, est, au moins partiellement, impliquée dans l’effet protecteur de la thalidomide. Des études supplémentaires sont nécessaires pour définir les mécanismes sous tendant l’effet de l’irradiation sur les péricytes ainsi que l’effet protecteur de la thalidomide. Nous avons en parallèle mis au point un modèle murin de lymphome cérébral luciférase positif pour vérifier, dans un premier temps, l’innocuité de l’association de la radiothérapie et de la thalidomide et de ses dérivés de la classe des immunomodulateurs (iMids), le lénalidomide et le pomalidomide. Ces trois molécules ne diminuent pas l’effet antitumoral de la radiothérapie, mais l’association de radiothérapie et de pomalidomide est synergique sur la décroissance tumorale mesurée par l’évolution des courbes de bioluminescence. Le concept de normalisation de la vascularisation tumorale fait référence aux molécules capables, non pas de faire régresser les vaisseaux tumoraux anormaux, mais de les « normaliser » pour améliorer, d’une part, la disponibilité des chimiothérapies au sein de la tumeur, et d’autre part, l’oxygénation tumorale pour accroitre l’efficacité de la radiothérapie. Nos résultats sont en faveur d’un tel effet exercé par le pomalidomide dans notre modèle murin de lymphome cérébral, caractérisé par une infiltration tumorale périvasculaire, une fuite capillaire mais sans néo angiogenèse. Nos travaux fournissent un rationnel biologique à de futurs essais cliniques avec les iMids dans le traitement des lymphomes cérébraux primitifs voire des tumeurs malignes cérébrales. / Therapeutic brain irradiation carries a risk of irreversible delayed neurotoxicity partly due to the effect of irradiation on the cerebral vascular compartment. Pericytes and communication between pericytes and endothelial cells play a major role in vessel stabilization in the formation and regulation of the blood-brain barrier and in the control of cerebral blood flow. We show in a murine model of brain irradiation, that pericytes are a target of early brain irradiation. After irradiation, the morphology of pericytes is altered and markers of activation of pericytes are overexpressed. Consequently, communication between the endothelial cell and pericyte is disrupted , which results in a decreased capacity of pericytes for inducing a vascular constriction after electrical stimulation. Concomitantly, the permeability of the blood - brain barrier is abnormally increased after irradiation. Treatment with thalidomide administered in the week before and after irradiation, prevents the effects of irradiation on pericytes . Communication between pericytes and endothelial cells are maintained as well as the contractile properties of pericytes. The impermeability of the blood brain barrier is also preserved. The PDGF-β/PDGFR-β signaling pathway, which is essential for the recruitment of pericytes by endothelial cells, is at least partially involved in the protective effect of thalidomide. Further studies are needed to define the mechanisms underlying the effect of irradiation on the pericytes and the protective effect of thalidomide. We have, in parallel, developed a model of murine luciferase positive CNS lymphoma to verify first, the safety of the combination of radiotherapy and thalidomide and its derivatives of the class of immunomodulators ( IMiDs ), lenalidomide and pomalidomide. These three molecules do not decrease the antitumor effect of radiotherapy, but the antitumoral effect of the association of radiotherapy and pomalidomide is synergistic. The concept of the normalization of the tumor vascularization refers to molecules capable not to induce regression of the abnormal tumor vessels but to "normalize" the tumoral vasculature in order to improve, on one hand , the availability of chemotherapy in the tumor , and on the other hand, the tumor oxygenation to increase the effectiveness of radiotherapy. Our results are in favor of such an effect exerted by pomalidomide in our murine model of cerebral lymphoma, characterized by perivascular tumor infiltration and capillary leak .Our work provide a biological rational for future clinical trials with IMiDs in the treatment of brain lymphomas or malignant brain tumors.

La barrière hémato-encéphalique (BHE), localisée au niveau des capillaires cérébraux, est une compo- sante cruciale de l'unité neuro-glio-vasculaire car elle est responsable du maintien de l'homéostasie cérébrale. En limitant l'accès de nombreuses molécules au parenchyme cérébral, cette structure protège efficacement le système nerveux central (SNC) de composés toxiques, mais empêche ainsi de nombreux médicaments d'atteindre leur cible. La difficulté à étudier les caractéristiques et la perméabilité de la BHE in vivo a mené les scientifiques à développer différents modèlesin vitro de BHE. Notre modèle, qui consiste en une coculture de cellules endothéliales de capillaires cérébraux et de cellules gliales, a été largement caractérisé : il exprime les caractéristiques de laBHEin vivoet s'est avéré utile dans l'étude des interactions cellulaires au sein de la BHE en conditions physiologiques et pathologiques. Le modèle de coculture initialement développé a été complété par l'addition de péricytes cérébraux afin de former des tricultures. En effet, les péricytes apparaissent aujourd'hui comme des acteurs importants de la BHE, mais sont souvent absents des modèles in vitro. Réunir les trois principales populations cellulaires formant la BHE(cellules endothéliales, cellules gliales et péricytes cérébraux) semble nécessaire afin de reproduire encore plus finement la configuration retrouvéein vivo, dans le but de comprendre les interactions cellulaires ayant cours au sein de la BHEen conditions physiologiques et pathologiques. Sur la base de notre coculture originelle, deux tricultures ont été mises en place : alors que dans la première les péricytes sont culti- vés à distance des cellules endothéliales, ces deux types cellulaires sont étroitement associés dans le second. Les deux modèles ont été caractérisés en terme de morphologie et d'expression de marqueurs endothéliaux, de perméabilité paracellulaire et d'expression de pompes d'efflux, démontrant qu'ils représentent tous deux des modèles pertinents de BHE. Ils permettront d'étudier la contribution des péricytes au phénotype de BHE et à sa réponse en conditions pathologiques, prenant en considération la composante glio-vasculaire. Dans la majorité des cas, l'utilisation des modèlesin vitro de BHE au cours des processus de découverte de médicaments vise à prédire si de potentielles molécules thérapeutiques à visée cérébrale peuvent atteindre le SNC, permettant leur effet pharmacologique au niveau de leur cible centrale. Cependant, ces modèles ne présentent généralement pas un débit suffisant pour évaluer rapidement la perméabilité du grand nombre de composés générés par l'industrie pharmaceutique lors des étapes précoces de la découverte de médicaments. A partir de notre coculture d'origine, un premier modèle a été développé pour l'adapter au criblage de molécules en réduisant son format (24 puits au lieu de 6 puits) ainsi que son coût, le temps de culture et les besoins techniques associés. Cette procédure comprend toutefois une étape critique de trypsinisation des cellules endothéliales. Nous avons souhaité rendre ce modèle encore plus facile d'utilisation en le fournissant congelé, afin que l'utilisateur final consacre un minimum de temps et de ressources techniques. Toutes ses caractéris- tiques montrent qu'il constitue un modèle in vitro de BHE pertinent et fiable pouvant répondre au besoin de criblage de composés des groupes pharmaceutiques et des petites entreprises de biotechnologie. Le travail réalisé a permis d'adapter notre modèle deBHEoriginel à deux problématiques. D'une part, la simplification de la procédure associée à sa mise en place permet de répondre aux besoins de l'indus- trie pharmaceutique de générer des données de perméabilité à grande échelle, lors des phrases précoces de la découverte de médicaments. D'autre part, l'intégration des péricytes cérébraux au sein du modèle permet d'étudier les interactions cellulaires mises en jeu au sein de la composante glio-vasculaire. Ces modèles pourront donc respectivement contribuer au développement de médicaments à visée cérébrale dont la perméabilité à travers laBHEpourra être optimisée, et à l'étude les intercommunications cellulaires mises en jeu au niveau de la BHE en conditions physiologiques et pathologiques.

Cette thèse de doctorat englobe deux projets majeurs visant à étudier l'interaction entre les nanotubes à effet tunnel inter-péricytes (IP-TNT), le couplage neurovasculaire et la modulation des cellules gliales dans le contexte du glaucome. Le premier projet se concentre sur la caractérisation et l'importance fonctionnelle des IP-TNT dans la régulation du couplage neurovasculaire, tandis que le second projet explore le rôle des cellules gliales, en particulier S100Β, dans la modulation des réponses des péricytes pendant l'hypertension oculaire (HTO), un facteur de risque important pour le développement du glaucome. Dans le premier projet, nous avons étudié la présence et les implications fonctionnelles des IP-TNT dans l'unité neurovasculaire. Grâce à des techniques d'imagerie avancées et à des expériences d'imagerie en direct chez la souris, nous avons visualisé et caractérisé ces nanotubes à effet tunnel qui relient les péricytes voisins dans la rétine. Nous avons découvert que les IP-TNT jouent un rôle crucial en facilitant la communication intercellulaire et la signalisation calcique entre les péricytes. Ces nanotubes contribuent à la régulation du flux sanguin capillaire et au couplage neurovasculaire, assurant l'apport efficace d'oxygène et de nutriments aux neurones actifs. Nos résultats mettent en lumière les interactions cellulaires complexes au sein de l'unité neurovasculaire et élargissent notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent le couplage neurovasculaire. Dans le second projet, nous nous sommes concentrés sur le rôle des cellules gliales, en particulier la protéine S100Β qui se lie au calcium, dans la modulation des réponses des péricytes au cours de l'HTO, une caractéristique pathologique clé du glaucome. Grâce à une combinaison d'expériences in vivo, d'analyses moléculaires et de techniques d'imagerie, nous avons étudié l'impact de la S100Β sur les niveaux de calcium des péricytes et sur le flux sanguin capillaire. Nous avons observé que la S100Β est régulée à la hausse dans les cellules gliales, y compris les cellules de Müller et les astrocytes, au cours de l'HTO. L'administration de la protéine recombinante exogène S100Β a exacerbé l'influx de calcium intra-péricyte et altéré le flux sanguin capillaire, tandis que le blocage de la fonction S100Β a amélioré les niveaux de calcium des péricytes et rétabli un flux sanguin basal. La neutralisation de la S100Β a également protégé les cellules ganglionnaires de la rétine de la mort induite par l'HTO. Ces résultats mettent en évidence le rôle critique des cellules gliales et de la S100Β dans les déficits du couplage neurovasculaire au cours du glaucome, et donnent un aperçu des cibles thérapeutiques potentielles pour préserver la santé et la fonction de la rétine. Collectivement, les résultats des deux projets contribuent à notre compréhension de l'interaction complexe entre les IP-TNT, le couplage neurovasculaire et la modulation des cellules gliales dans le contexte du glaucome. En élucidant le rôle des IP-TNT dans la régulation neurovasculaire et l'impact des cellules gliales, en particulier la S100Β, sur les réponses des péricytes, cette thèse fournit des informations précieuses sur les mécanismes sous-jacents de la pathogenèse du glaucome. Ces résultats peuvent ouvrir la voie au développement de stratégies thérapeutiques innovantes ciblant les IP-TNT et la modulation médiée par les cellules gliales afin de préserver la fonction rétinienne et de prévenir la perte de vision dans le glaucome et les maladies neurodégénératives associées / This PhD thesis encompasses two major projects aimed at investigating the interplay between interpericyte tunneling nanotubes (IP-TNTs), neurovascular coupling, and glial cell modulation in the context of glaucoma. The first project focuses on the characterization and functional significance of IP-TNTs in neurovascular coupling regulation, while the second project explores the role of glial cells, particularly S100Β, in modulating pericyte responses during ocular hypertension (OHT), an important risk factor for developing glaucoma. In the first project, we investigated the presence and functional implications of IP-TNTs in the neurovascular unit. Through advanced imaging techniques and live imaging experiments in mice, we visualized and characterized these tunneling nanotubes connecting neighboring pericytes in the retina. We found that IP-TNTs play a crucial role in facilitating intercellular communication and calcium signaling between pericytes. These nanotubes contribute to the regulation of capillary blood flow and neurovascular coupling, ensuring the efficient delivery of oxygen and nutrients to active neurons. Our findings shed light on the intricate cellular interactions within the neurovascular unit and expand our understanding of the mechanisms underlying neurovascular coupling. In the second project, we focused on the role of glial cells, specifically the calcium-binding protein S100Β, in modulating pericyte responses during OHT, a key pathological feature of glaucoma. Through a combination of in vivo experiments, molecular analyses, and imaging techniques, we investigated the impact of S100Β on pericyte calcium levels and capillary blood flow. We observed that S100Β is upregulated in glial cells, including Müller cells and astrocytes, during OHT. Administration of recombinant S100Β protein exacerbated intrapericyte calcium influx and impaired capillary blood flow, while blocking S100Β function improved pericyte calcium levels and restored normal blood flow. Notably, S100Β neutralization also protected retinal ganglion cells from OHT-induced death. These findings highlight the critical role of glial cells and S100Β in neurovascular coupling deficits during glaucoma, providing insights into potential therapeutic targets for preserving retinal health and function. Collectively, the results from both projects contribute to our understanding of the complex interplay between IP-TNTs, neurovascular coupling, and glial cell modulation in the context of glaucoma. By elucidating the role of IP-TNTs in neurovascular regulation and the impact of glial cells, particularly S100Β, on pericyte responses, this thesis provides valuable insights into the underlying mechanisms of glaucoma pathogenesis. These findings may pave the way for the development of innovative therapeutic strategies targeting IP-TNTs and glial cell-mediated modulation to preserve retinal function and prevent vision loss in glaucoma and related neurodegenerative diseases

En dépit de l'abondance de données scientifiques, les mécanismes cellulaires régulant la sécrétion du pic pré-ovulatoire de LH lors du proestrus, restent encore mal compris.Afin de pouvoir étudier les mécanismes sous-jacents à cette sécrétion, j’ai tout d’abord adapté des techniques innovantes d’imagerie fonctionnelle en microscopie de fluorescence in vivo, d’injections de vecteurs viraux dans l’hypophyse, d’optogénétique sur animal éveillé et d’immunohistofluorescence sur organe entier.J’ai ensuite montré la plasticité structurelle des cellules gonadotropes et des péricytes (cellules « murales » péri-vasculaires) lors du proestrus sur des hypophyses transparisées. Ce remodelage a permis de proposer l’existence d’une unité Gonadotrope-Vasculaire (GVU) composée des cellules gonadotropes, des capillaires fenêtrés et des péricytes dans laquelle ces derniers moduleraient le pic pré-ovulatoire de LH.La contraction des péricytes via l’activation de la Channelrhodopsine-2 a permis de mettre en évidence leur rôle dans la potentialisation de la sécrétion de LH chez des animaux libres de leurs mouvements et implantés d’une fibre optique.Des expériences de microscopie à l’aide d’une lentille GRIN implantée au-dessus de l’hypophyse ont permis, chez l’animal éveillé en configuration « tête-fixée », d’étudier le flux sanguin et l’activité calcique de cellules de la GVU exprimant GCaMP6. Cette étude a également été menée sur la face ventrale de l’hypophyse sur souris anesthésiée. Les résultats montrent une activité calcique in vivo augmentée dans les cellules endocrines hypophysaires et diminuée dans les péricytes lors d’une sécrétion de la LH induite par la GnRH. / In spite of abundance of scientific data, cellular mechanisms regulating the secretion of the pre-ovulatory LH surge during proestrus are still poorly understood.In order to study the mechanisms underlying this secretion, I adapted innovative tech-niques for in vivo fluorescence functional imaging, injection of viral vectors in the pitui-tary gland, optogenetics in awake animals and immunohistofluorescence in the whole organ.I then showed structural plasticity of gonadotroph cells and pericytes (perivascular "mural" cells) during proestrus in cleared hypophyses. This suggested the existence of a Gonadotroph-Vascular Unit (GVU) composed of gonadotroph cells, fenestrated capil-laries and pericytes, in which the latter would modulate the pre-ovulatory LH surge.Pericytes contraction via Channelrhodopsine-2 activation permitted to demonstrate their role in the sensitization of LH secretion in freely moving animals implanted with an optical fiber.Finally, blood flow and calcium activity in GVU cells expressing GCaMP6 were performed in awake « head-fixed » animals in which visualization of the pituitary gland was achievable through an implanted GRIN lens. These experiments were also conduct-ed at the ventral side of the pituitary gland in anesthetized mice. Analysis showed that in vivo calcium activity increases in endocrine cells and decreases in pericytes during GnRH-induced LH secretion.

L’angiogenèse est le processus biologique par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins se forment à partir du réseau vasculaire pré-existant. Sa première étape, l’activation endothéliale, est caractérisée par la prolifération des cellules endothéliales, la sécrétion de facteurs pro-angiogéniques comme l’Angiopoïétine-2 (Ang-2) et la relocalisation de la nucléoline du noyau vers la surface cellulaire. Dans les vaisseaux matures, les cellules endothéliales sont quiescentes et l’endothélium est recouvert de péricytes. L’activation endothéliale induit un détachement des péricytes favorisant le remodelage du réseau vasculaire. L’objectif de cette thèse est d’étudier les mécanismes de l’activation endothéliale au cours de l’angiogenèse physiologique et d’évaluer les effets de son inhibition dans un contexte d’angiogenèse tumorale. Des études in vivo dans la rétine de souris et in vitro sur des cellules endothéliales humaines ont montré que le VEGF régule l’exocytose des Corps de Weibel et Palade (WPBs), des compartiments cytoplasmiques spécifiques des cellules endothéliales pouvant contenir de l’Ang-2. Ce travail suggère que l’exocytose des WPBs induite par le VEGF régule la sécrétion de l’Ang-2 par les cellules endothéliales activées et que l’Ang-2 sécrétée régule à son tour le recrutement des péricytes sur les vaisseaux. Le ciblage de la nucléoline dans un modèle de cancer du pancréas a inhibé l’activation endothéliale et cette inhibition a diminué la croissance et l’angiogenèse tumorales tout en favorisant le recrutement des péricytes et la normalisation des vaisseaux tumoraux. La normalisation vasculaire induite par l’inhibition de l’activation endothéliale via le ciblage de la nucléoline représente une stratégie prometteuse pour le traitement de pathologies associées à une dérégulation de l’angiogenèse comme les cancers ou les rétinopathies. / Angiogenesis is the biological process of new blood vessel formation from the pre-existing vascular network. Its first step, endothelial activation, is characterized by endothelial cell proliferation, the secretion of pro-angiogenic factors such as Angiopoietin-2 (Ang-2) and the relocation of nucleolin from the nucleus to the cell surface. In the mature vessels, endothelial cells are quiescent and the endothelium is covered by pericytes. Endothelial activation induces pericyte detachment which promotes the remodeling of the vascular network. The aim of this thesis is to study the mechanisms of endothelial activation during physiological angiogenesis and to evaluate the effects of its inhibition in a context of tumor angiogenesis. In vivo studies in mouse retina and in vitro studies on human endothelial cells showed that VEGF regulates the exocytosis of Weibel-Palade bodies (WPB), cytoplasmic compartments specific for endothelial cells that may contain Ang-2. This work suggests that the exocytosis of WPBs induced by VEGF regulates the secretion of Ang-2 by activated endothelial cells and that secreted Ang-2 regulates the recruitment of pericytes on the vessels. Nucleolin targeting in a pancreatic cancer model inhibited endothelial activation and this inhibition decreased tumor growth and angiogenesis while promoting recruitment of pericytes and normalization of tumor vessels. Vascular normalization induced by the inhibition of endothelial activation via nucleolin targeting may be a promising strategy for the treatment of pathologies associated with dysregulation of angiogenesis, such as cancers or retinopathies.

Les microvaisseaux musculaires sont souvent considérés comme une source de nutriments et d'oxygène pour le muscle en croissance et ils semblent être conservés de façon stéréotypée. L'unité microvasculaire du muscle sain et adulte est composée de 6 à 8 capillaires. Dans Gitiaux, et al. (2013) nous montrons que l'organisation et la taille de l'unité microvasculaire sont strictement similaires chez l'homme et la souris. Dans le muscle squelettique adulte, la majorité des cellules satellites sont proches des péricytes et certaines d'entre elles semblent pouvoir établir des contacts directs temporaires avec les péricytes. In vitro, les cellules endothéliales induisent l'activation et la prolifération des cellules satellites en sécrétant de l'Angpt-2 et du PDGF-BB, alors que les péricytes induisent la quiescence et la différenciation des cellules satellites, par l'Angpt-1 et l'IGF-1 respectivement. Ces effets ont été confirmés in vivo, en utilisant les modèles murin Tg:NG2Cre/+::R26RiDTR, Tg:NG2Cre/+::IGF1del/+ et Tg:TNAPCreERT2/+::Angpt1del/+, dans lesquels il existe une hypotrophie musculaire et une activation des cellules satellites. Tous ces résultats soutiennent le dogme que « des cellules souches soutiennent d'autre cellules souches ». / Muscle microvasculature is often considered solely as a source of nutrients and oxygen for growing muscle cells and seems to be stereotypically conserved between human and mouse. The adult normal muscle microvascular unit is formed of 6–8 capillaries. In Gitiaux, et al. (2013) we show that microvascular unit organization and size are strikingly similar in human and small animals. In the adult skeletal muscle, the majority of satellite cells are close neighbors of pericytes and some of them are probably able to establish temporary direct contacts with pericytes. During post-natal development, in human and mice, pericytes and satellite cells become progressively closer. In vitro, endothelial cells induce satellite cell activation and proliferation through Angpt-2 and PDGF-BB, while pericytes induce quiescence through Angpt-1 and differentiation of satellite cells through IGF-1. These effects are confirmed by in vivo experiments using Tg:NG2Cre/+::R26RiDTR, Tg:NG2Cre/+::IGF1del/+ and Tg:TNAPCreERT2/+::Angpt1del/+ mice, which exhibit muscle hypotrophy and satellite cell activation. All these results support the emerging concept that “stem cells support other stem cells”.

Les cellules murales du cerveau sont un groupe de cellules neurovasculaires qui présentent une hétérogénéité moléculaire, morphologique et fonctionnelle exceptionnelle. Celles en contact avec les plus petis vaisseaux du cerveau, les péricytes du lit capillaire moyen sont connues pour être essentielles à l'homéostasie cérébrale, bien que leur capacité contractile ait longtemps été débattue. Cependant, nombre de leurs propriétés physiologiques, telles que leurs mécanismes de signalisation calcique, n'ont pas encore été élucidées. Cette thèse vise donc à identifier les mécanismes cellulaires de la signalisation calcique des péricytes des capillaires cérébraux. Dans le chapitre 2, nous utilisons la pharmacologie et l'imagerie des péricytes cérébraux exprimant l'indicateur de calcium GCaMP6f (provenant de souris transgéniques PDGFRβ-Cre::GCaMP6f) pour découvrir ces mécanismes. Contrairement aux péricytes engainants dont la signalisation du calcique dépend des canaux calcique voltage-dépendants, nous constatons que les signaux calcique des péricytes capillaire moyen sont indépendants des canaux calcique voltage-dépendants. Au contraire, nous constatons que les signaux calciques transitoires des pericytes du lit capillaire moyen sont inhibés par l'élimination du Ca2+ extracellulaire, l'inhibition des canaux Orai opérés par les réserves, le blocage du remplissage des réserves du réticulum endoplasmique, ainsi que l'inhibition des récepteurs de la ryanodine (RyRs) et des récepteurs de l'inositol trisphosphate (IP3Rs). Nous constatons également que l'entrée de Ca2+ opérée par les réserves peut être induite par la déplétion des réserves du réticulum endoplasmique et inhibée par les bloqueurs d'Orai dans les pericytes du lit capillaire moyen, et que l'influx basal de Ca2+ est largement dépendant de la déplétion des réserves. Enfin, nous montrons que l'entrée de Ca2+ opérée par les réserves d'Orai amplifie les élévations de Ca2+ cytosolique en réponse au vasoconstricteur endothéline-1. Nous concluons que la signalisation calcique dans les pericytes du lit capillaire moyen, qu'elle soit spontanée ou induite de façon agoniste, est régulée par le couplage entre la libération des réserves du réticulum endoplasmique et les voies d'influx opérées par les réserves. / Brain mural cells are a grouping of neurovascular cells that display exceptional molecular, morphological, and functional heterogeneity. Mid-capillary pericytes, the mural cells which contact the smallest vessels of the brain, are known to be critical to brain homeostasis, and their contractile ability has long been debated. However, many of their physiological properties, such as their Ca2+ signaling mechanisms, have not been elucidated. This thesis aims to uncover the cellular mechanisms of brain mid-capillary pericyte Ca2+ signaling. In chapter 2, we harness pharmacology and imaging of brain pericytes expressing the calcium indicator GCaMP6f (from transgenic PDGFRβ-Cre::GCaMP6f mice) to uncover these mechanisms. In contrast to ensheathing pericytes whose Ca2+ signaling is dependent on voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs), we find that mid-capillary pericyte Ca2+ signals are independent of VGCCs. Instead, we find that mid-capillary pericyte Ca2+ transients are inhibited by removal of extracellular Ca2+, inhibition of store-operated Orai channels, blockade of endoplasmic reticulum store filling, as well as inhibition of ryanodine receptors (RyRs) and inositol triphosphate receptors (IP3Rs). We further find that store-operated Ca2+ entry can be induced by endoplasmic reticulum store depletion and inhibited by Orai blockers in mid-capillary pericytes, and that basal Ca2+ influx is largely dependent on store depletion. Finally, we show that Orai store-operated Ca2+ entry amplifies cytosolic Ca2+ elevations in response to the vasoconstrictor endothelin-1. We conclude that both spontaneous and Gq-coupled protein receptor agonist-induced Ca2+ signaling in mid-capillary pericytes is regulated by coupling between endoplasmic reticulum store release and store-operated influx pathways.

In vitro, la formation de structures de type tubulaire avec des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC) a été étudiée en combinant la fonctionnalisation de la chimie des matériaux et le développement de la géométrie tridimensionnelle. Le polycarbonate (PC) a été utilisé comme modèle pour le développement de l'échafaud. Le film de polysaccharide naturel, basé sur un dépôt alternatif couche par couche (LbL) d’acide hyaluronique (HA) et de chitosane (CHI), a d’abord été appliqué sur une surface PC et caractérisé en termes de croissance d’épaisseur microscopie à balayage lascar (CLSM). Cette première fonctionnalisation se traduit par un revêtement complet de la couche PC. Une biofonctionnalisation supplémentaire avec un peptide adhésif (RGD) et deux peptides angiogénétiques (SVV et QK) a été étudiée, immobilisant ces peptides sur le groupe carboxylique de HA précédemment déposé, en utilisant la chimie bien connue du carbodiimide. La version marquée de chaque peptide a été utilisée pour caractériser l’immobilisation et la pénétration des peptides dans les couches de polyélectrolytes, aboutissant à une greffe réussie avec une pénétration complète dans toute l’épaisseur du LbL. Des tests in vitro ont été effectués à l'aide de cellules HUVEC pour évaluer leur efficacité d'adhésion et leur activité métabolique sur la LbL avec et sans immobilisation de peptides, ce qui a permis d'améliorer l'activité préliminaire lorsque des combinaisons de peptides sont utilisées. Enfin, les micro-canaux PC (μCh) ont été développés et caractérisés pour la première fois, et les autres expériences ont été réalisées sur un micromètre de 25 μm de largeur, fonctionnalisé avec une architecture (HA / CHI) 12,5 (PC-LbL) avec des peptides RGD et QK -RGD + QK) ou avec des peptides RGD et SVV (PC-RGD + SVV). Notre première expérience de tubulogénèse a montré de manière surprenante la formation de structures de type tubulaire déjà après 2h d'incubation en utilisant la combinaison double-peptides, mais uniquement avec PC-RGD + QK. Les tubes étaient également présents après 3 et 4 heures de culture. L'expérience de co-culture avec des péricytes humains dérivés du placenta (hPC-PL) montre comment la stabilisation des tubes a été améliorée après 3 et 4 heures également pour l'échantillon de PC-RGD + SVV. Globalement, notre matériel bio-fonctionnel avec les peptides PC-RGD + QK et PC-RGD + SVV permet la formation d'une structure de type tubulaire à la fois dans une expérience de monoculture et de co-culture. / In vitro, tubular-like structures formation with human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) was investigated by combining material chemistry functionalization and three-dimensional geometry development. Polycarbonate (PC) was used as a template for the development of the scaffold. Natural polysaccharide’s film based on alternate layer-by-layer (LbL) deposition of hyaluronic acid (HA) and chitosan (CHI), was first applied to PC surface and characterized in terms of thickness growth both, in dry conditions using ellipsometry, and confocal lascar scanning microscopy (CLSM). This first functionalization results in a complete coating of the PC layer. Further biofunctionalization with one adhesive peptide (RGD) and two angiogenetic peptides (SVV and QK) was investigated, immobilizing those peptides on the carboxylic group of HA previously deposited, using the well-known carbodiimide chemistry. The labeled version of each peptide was used to characterize the peptides’ immobilization and penetration into the polyelectrolytes layers, resulting in a successful grafting with complete penetration through the entire thickness of the LbL. In vitro tests were performed using HUVECs to assess their adhesion efficiency and their metabolic activity on the LbL with and without peptide immobilization, resulting in a preliminary improved activity when peptide-combinations is used. Finally, PC micro-channels (μCh) were first developed and characterized, and the rest of the experiments were performed on μCh of 25μm width, functionalized with (HA/CHI)12.5 architecture (PC-LbL) with RGD and QK peptides (PC-RGD+QK) or with RGD and SVV peptides (PC-RGD+SVV). Our first tubulogenesis experiment surprisingly showed the formation of tubular-like structures already after 2h of incubation using the double-peptides combination but only using PC-RGD+QK the tubes were present also after 3 and 4 hours of culture. The co-culture experiment with human pericytes derived from placenta (hPC-PL) demonstrates how the stabilization of the tubes was improved after 3 and 4 hours also for the PC-RGD+SVV sample. Globally our bio-functional material with PC-RGD+QK and PC-RGD+SVV peptides allow the formation of tubular-like structure in both mono and co-culture experiment.