Le cancer du poumon occupe la première position en termes de fréquence de décès imputables au cancer. La majorité des cas de cancer du poumon diagnostiqués sont des cas de cancers du poumon dits « non-à-petites cellules » (CPNPC). Il n’existe actuellement aucun traitement capable d’éradiquer complètement le CPNPC ce qui lui confère le statut de maladie incurable. Ce projet avait pour objectif principal d’évaluer le potentiel anticancéreux d’un extrait enrichi d’une plante endémique de la Géorgie, Helleborus caucasicus, pour traiter le CPNPC. L’activité anti-tumorale de cet extrait a été évaluée in vitro au niveau cellulaire et moléculaire dans des cellules d’adénocarcinome pulmonaire humain A549 et in vivo chez des souris C57BL/6 NCrl porteuses de tumeur du carcinome pulmonaire de Lewis. Les résultats ont montré que l’extrait étudié possédait une activité anticancéreuse pertinente in vitro et in vivo et ainsi, qu’il constituait une stratégie thérapeutique potentielle dans le traitement du CPNPC.

De nombreuses études épidémiologiques et cliniques ont montré que la pollution aux particules en suspension était étroitement liée à la morbidité et à la mortalité cardiovasculaire. Les particules les plus fines, d’un diamètre aérodynamique inférieur à 2,5 µm, semblent être les plus nocives car elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et pourraient atteindre la circulation systémique. Une grande partie de cette fraction est constituée de particules diesel (DEP) issues du trafic automobile. Cependant, les mécanismes physiopathologiques responsables de la toxicité des particules diesel n’ont pas encore été entièrement identifiés.Afin de mieux comprendre le mode d’action des DEP, nous avons étudié dans un premier temps leurs effets sur la fonction endothéliale vasculaire. Nous avons d’abord évalué leurs effets in vitro sur les réponses vasomotrices d’aorte isolée de rat. Nous avons observé que l’incubation avec les DEP inhibait les relaxations endothélium-dépendantes à l’acétylcholine, à la fois chez le rat normo- et chez le rat hypertendu ;cet effet est réversible après ajout de superoxyde dismutase. Les réponses endothélium-indépendantes sont également altérées mais dans une moindre mesure. Ces résultats montrent que la toxicité vasculaire des DEP est due à un stress oxydatif. Nous avons ensuite analysé les effets in vivo (par voie endotrachéale) de ces DEP. Les résultats ont montré que les DEP induisaient une inhibition des réponses endothélium-dépendantes, mais uniquement chez le rat hypertendu. Il semblerait donc que, in vivo, il y ait une synergie d’action entre les DEP et l’hypertension. Cette dysfonction endothéliale est accompagnée d’une surexpression de l’ARNm de la p22phox, sous-unité de la NADPH oxydase connue pour son implication majeure dans le stress oxydatif de la paroi vasculaire.La seconde partie de notre travail a consisté à identifier des substances médicamenteuses capables de prévenir les désordres occasionnés par les DEP. Nous avons ainsi soumis des rats à différents traitements médicamenteux (rosuvastatine, apocynine et ramipril) avant de prélever leur aorte et d’évaluer l’effet des DEP sur les réponses vasomotrices. Ces traitements n’ont pas permis de protéger l’endothélium de la toxicité in vitro des DEP. Par contre, un traitement à la rosuvastatine a permis de réduire le stress oxydatif induit par l’exposition in vivo (endotrachéale) aux DEP au sein de l’aorte thoracique de rats hypertendus. Ces résultats ont été confirmés in vitro dans des cellules endothéliales humaines (HUVEC). L’effet protecteur de la rosuvastatine sur le stress oxydatif induit par les DEP semble provenir d’une interaction avec les voies de la NO synthase endothéliale et de la NADPH oxydase.Dans la troisième partie de ce travail, nous avons tenté d’identifier le rôle de l’inflammation dans la toxicité induite par les DEP. Nous avons plus particulièrement étudié l’effet des DEP sur la polarisation des macrophages. Nos résultats ont montré que les DEP étaient incapables de polariser les macrophages Mphi en macrophages pro-inflammatoires M1 ou en macrophages anti-inflammatoires M2 ;du moins, ils n’avaient aucun effet sur l’expression des marqueurs M1 (TNF-alpha et IL 1-beta) et M2 (MRC 1 et TGM2) utilisés dans cette étude. Par ailleurs, l’exposition aux DEP n’a pas permis d’inverser le phénotype des macrophages M1 ou M2. Ces résultats plaident contre un rôle important de l’inflammation dans la toxicité vasculaire induite par les DEP.Nos résultats montrent dès lors, que dans nos modèles in vitro et in vivo, la toxicité vasculaire des DEP est directement liée à la production d’anion superoxyde. Cependant, contrairement à d’autres modèles expérimentaux, nous n’avons pas pu mettre en évidence de réaction inflammatoire induite par ces microparticules. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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

Le psoriasis est une maladie cutanée grave pour laquelle il n’existe encore aucun traitement curatif. Des modèles de peau psoriasique in vitro sont alors nécessaires afin de tester de nouveaux traitements. Cette étude visait, en premier lieu, à optimiser la production de substituts cutanés psoriasiques par la méthode d’auto-assemblage, pour ensuite les utiliser afin d’évaluer l’efficacité d’une nouvelle molécule potentiellement antipsoriasique, la tBEU. Dans un premier temps, des substituts sains et psoriasiques ont été produits par la méthode d’auto-assemblage partiellement modifiée en utilisant des plaques 6 puits et 12 puits. Ces expériences ont permis de démontrer que les plaques 6 puits étaient plus efficaces pour la production de substituts reproductibles et représentatifs d’une peau psoriasique in vivo. Ensuite, ces substituts ont été traités avec la tBEU, démontrant que cette molécule diminue la prolifération des kératinocytes et améliore leur différenciation. Ainsi, la tBEU pourrait éventuellement être utilisée comme un traitement efficace du psoriasis. / Psoriasis is a serious cutaneous disease for which there is currently no cure. In vitro psoriatic skin models could become new tools to assess the potency of new drugs during the development of new therapies. First, this study aimed to optimize the production of psoriatic skin substitutes by the self-assembly method, and then use them to assess the effectiveness of a new potentially antipsoriatic molecule, tBEU. Initially, healthy and psoriatic substitutes have been produced by the self-assembly method partially modified, using 6-well and 12-well plates. These experiments demonstrated that the 6-well plates were more effective for the production of reproducible substitutes and representative of psoriatic skin in vivo than the 12-well plates. Then, these substitutes were treated with tBEU, showing that this molecule decreases significantly keratinocytes proliferation and improves their differentiation. Thus, tBEU may eventually be used as an effective topical treatment for psoriasis.

La fibrose kystique (FK) est une maladie qui affecte principalement les systèmes respiratoires, digestifs et reproducteurs et rend les personnes atteintes plus susceptibles aux surinfections bronchiques et aux exacerbations pulmonaires. Le dosage initial et les ajustements de dose des antibiotiques sont difficiles en raison des altérations pharmacocinétique (PK), la grande variabilité PK et l'émergence de résistance aux antibiotiques dans cette population. En guise d’introduction, le premier chapitre de ce mémoire présente la pathologie de la fibrose kystique, des principes de base en pharmacologie et en modélisation compartimentale. Le deuxième chapitre présente une revue systématique de la littérature sur les modèles PK de population des antibiotiques développés dans la population FK adulte. Cette étude a mis en évidence les facteurs démographiques et cliniques ayant le plus d'impact sur la PK des antibiotiques en FK. Par exemple, le poids corporel maigre était la covariable la plus fréquemment utilisée pour estimer les paramètres PK des β-lactamines. Le troisième chapitre montre comment les modèles PK de population peuvent être utilisés pour proposer des stratégies de dosage alternatives aux cliniciens. Les résultats ont montré que la normalisation des doses de tobramycine par la taille (à une dose de 3,4 mg/cm) permet d'obtenir des concentrations maximales et minimales de tobramycine adéquates pour un patient médian. Le quatrième chapitre présente une évaluation méthodologique de l’impact du temps de prélèvement à 8h post-dose sur la performance prédictive de modèles PK de population pour la tobramycine. Il a été démontré que les paramètres PK du deuxième compartiment sont biaisés lorsqu’estimés en utilisant des concentrations simulées issues de temps de prélèvement divergents du modèle analysé. Le cinquième chapitre illustre le développement et l’évaluation d'un nomogramme de doses initiales pour la tobramycine basé sur la taille. Les doses dérivées du nomogramme entraînent une réduction significative de la variabilité des concentrations maximales prédites par rapport à ce qui est observé en clinique, ce qui pourrait potentiellement améliorer les issues cliniques en FK. Ce mémoire a donc démontré l'importance et la pertinence de la modélisation et des simulations dans un contexte clinique afin d’améliorer la prise en charge des patients atteints de FK. / Cystic fibrosis (CF) is a progressive, hereditary disease that primarily affects the respiratory, digestive, and reproductive systems and makes patients more likely to develop bronchial bacterial infections, and subsequently experience acute pulmonary exacerbations. Effective antibiotic use is in part responsible for the decreased respiratory burden observed over the past decades. However, initial dosing and dose adjustments of antibiotics, particularly of tobramycin, is challenging due to altered pharmacokinetics (PK), high PK variability, and emergence of antibiotic resistance. The first chapter of this dissertation presents the pathology of cystic fibrosis, basic principles in pharmacology and compartmental modeling. The second chapter presents a systematic literature review of population PK models of antibiotics developed for adult patients with CF. This study highlighted the demographic and clinical factors most impacting the PK of prescribed antibiotics in this population. For example, lean body weight was the most frequently used covariate for estimating PK parameters of β-lactams. The third chapter of this memoire shows how previously developed population PK models can be leveraged to propose alternative dosing strategies to clinicians. It was found that dose normalization of tobramycin using height rather than body weight at a 3.4 mg/cm dose resulted in tobramycin maximum and residual concentrations within the target range found in published guidelines for a median patient. The fourth chapter presents a methodological evaluation of the impact of 8h post-dose sampling times on the predictive performance of tobramycin population PK models. It was shown that the PK parameters of the second compartment are biased when estimated using simulated concentrations from divergent sampling times of the analyzed model. The fifth chapter shows the development and evaluation of an initial tobramycin dosing nomogram based on height rather than body weight to further individualize antibiotic therapy for CF patients. It was found that doses derived from the proposed nomogram resulted in significantly reduced variability in predicted peak concentrations values in comparison to what is observed in clinical practice, which could potentially improve clinical outcomes for CF patients. This memoire has therefore demonstrated the importance of modeling and simulations in a clinical setting to improve the management of CF in adult patients.

Le cancer du poumon non-à-petites-cellules (CPNPC) représente 85% des cas de cancer du poumon. Cependant, les modèles utilisés de culture cellulaire en deux dimensions (2D) représentent partiellement les caractéristiques physiopathologiques du CPNPC. Notre objectif est de réaliser un modèle in vitro plus représentatif des caractéristiques de ce type de cancer. La culture tridimensionnelle (3D) dans laquelle les cellules forment un sphéroïde, est considérée comme un modèle plus fidèle aux tumeurs retrouvées chez les patients grâce à la structure et aux interactions intercellulaires du modèle. Pour mieux représenter le microenvironnement tumoral, nous intégrons une lignée cellulaire de fibroblastes dans le sphéroïde de CPNPC, afin d’imiter l’interaction entre cellules cancéreuses et cellules stromales. En effet, bien que les fibroblastes représentent un faible pourcentage des cellules au sein des tumeurs de CPNPC, elles jouent un rôle prépondérant dans la biologie tumorale et la réponse aux médicaments. Nous avons testé différentes lignées de fibroblastes et différents ratios de co-culture afin de déterminer les conditions optimales de notre modèle de co-culture 3D. Après 7 jours de co-culture, les cellules cancéreuses démontrent un potentiel migratoire plus élevé lorsque mesuré dans des chambres de Boydens. Cet effet n’est dépendant ni de la prolifération, ni d’un changement de phase dans le cycle cellulaire. Nous avons caractérisé la localisation des fibroblastes au sein du sphéroïde par des expériences de microscopie à fluorescence. L’expression de la protéine α-SMA du cytosquelette a aussi été déterminée par immunofluorescence. Nous avons par la suite établi un modèle de co-culture sur 24 jours afin de maximiser la communication entre les cellules cancéreuses et les fibroblastes. Ce modèle de co-culture long terme a par la suite été analysé selon son contenu en cytokines, chimiokines et métabolites. Enfin, nous avons réalisé un criblage de médicaments au jour 24 de notre co-culture long terme afin d’évaluer une réponse thérapeutique des cellules cancéreuses, dans des conditions plus semblables au microenvironnement tumoral. / Non-small cell lung cancer (NSCLC) accounts for 85% of all lung cancer cases. However, the two-dimensional (2D) cell culture models used represent partially the pathophysiological characteristics of NSCLC. Our goal is to develop an in vitro model that is more representative of the characteristics of this type of cancer. The three-dimensional (3D) culture, in which the cells form a spheroid, is considered to be a model more faithful to the tumors found in patients due to the structure and intercellular interactions of the model. In order to better represent the tumor microenvironment, we are integrating a fibroblast cell line into the spheroid of NSCLC to mimic the interaction between cancer cells and stromal cells. Although fibroblasts represent a small percentage of cells in NSCLC tumors, they play a major role in tumor biology and drug response. We tested different fibroblast cell lines and co-culture ratios to determine the optimal conditions of our 3D co-culture model. After 7 days of co-culture, the cancer cells show a higher migratory potential when measured in Boydens chambers. This effect is not dependent on proliferation or change of phase in the cell cycle. We characterized the localization of fibroblasts within the spheroid by fluorescence microscopy experiments. The expression and localization of the cytoskeletal protein α-SMA was also determined by immunofluorescence. We then established a 24-day co-culture model to maximize communication between cancer cells and fibroblasts. This long-term co-culture model was subsequently analyzed for cytokine, chemokine and metabolite content. Finally, we performed drug screening on day 24 of our long-term co-culture to evaluate a therapeutic response of cancer cells under conditions more similar to the tumor microenvironment.

Le neuroblastome à haut risque est caractérisé par un faible taux de survie (~30%) et des récidives fréquentes, malgré les traitements multimodaux existants. Généralement, les études d’évaluation des médicaments utilisent la culture cellulaire en 2D, mais elle ne reflète pas la biologie tumorale du neuroblastome in situ, incluant les caractéristiques associées à l’hypoxie et la densité cellulaire. En comparaison aux patients, la culture cellulaire conventionnelle semble altérer le phénotype cellulaire du neuroblastome, le transcriptome et l’épigénome qui affecteront, à leur tour, les résultats des études pharmacologiques. Ainsi, un nouveau modèle de culture cellulaire en 3D a été développé avec plusieurs lignées cellulaires de neuroblastome afin d’atteindre une culture de sphéroïdes à long terme (un mois) avec un taux de viabilité convenable. L’hypothèse de recherche est que les changements épigénétiques et transcriptionnels seront induits par l’adaptation en 3D et vont s’amplifier dans le temps lors de la culture en 3D. Ces changements ont été mesurés en 3D dans le temps pour identifier le moment où l’épigénome des sphéroïdes ressemble le plus à celui des patient à haut risque. Le changement de l’expression des régulateurs épigénétiques survient 24 jours après la mise en sphéroïde, ce qui se traduit par une différence dans la sensibilité aux médicaments épigénétiques par rapport à la culture 2D. En conclusion, notre étude nous a permis de dériver des nouveaux modèles de neuroblastome qui sont plus représentatifs des patients d’un point de vue épigénétique et pharmacologique. / High-risk neuroblastoma is characterized by a low survival rate (~30%) and frequent recurrences, despite all the multimodal treatments available to date. Typically, drug evaluation studies use 2D cell culture which does not reflect well the tumor biology of neuroblastoma in situ, including features associated with hypoxia and cell density. Thus, compared to patients data, the conventional 2D cell culture seems to alter the neuroblastoma cell phenotype, transcriptome and epigenome which in turn will affect the results of pharmacological studies. A new 3D cell culture model was developed with several neuroblastoma cell lines to achieve long term spheroid culture (up to one month) with a suitable viability rate. We hypothesized that transcriptional and epigenetic changes will be induced by 3D adaptation and will amplify over time in the cells cultured in 3D. All these changes were measured by Western Blot in 2D, in short term 3D and in long term 3D to identify the timepoint when the epigenome of the spheroids most closely resembles that of the patient. We found that the occurrence of changes in epigenetic regulator expression occurs after 24 days of spheroid culture, resulting in a difference in a drug sensitivity compared to 2D culture. In summary, we developed new neuroblastoma models that are more representative of patient’s epigenome and pharmacological sensitivity.

Le VIP (ou vasoactive intestinal peptide) est un neuropeptide actif au niveau du syst¨¨me nerveux central et p¨¦riph¨¦rique (syst¨¨mes cardiovasculaire, respiratoire, tractus gastro-intestinal¡­). Il agit sur ces tissus cibles par interaction avec les r¨¦cepteurs VPAC1 et VPAC2, pour lesquels il poss¨¨de une haute affinit¨¦. Ces r¨¦cepteurs appartiennent ¨¤ la classe II des r¨¦cepteurs ¨¤ 7 h¨¦lices transmembranaires coupl¨¦s aux prot¨¦ines G, distincte de celle des r¨¦cepteurs apparent¨¦s ¨¤ la rhodopsine. En r¨¦ponse au VIP, ils stimulent pr¨¦f¨¦rentiellement l'ad¨¦nylate cyclase. Seul le r¨¦cepteur VPAC1 est capable, lorsqu'il est exprim¨¦ ¨¤ haute concentration, d¡¯augmenter les concentrations de calcium intracellulaire : G*i participe ¨¤ cette interaction. L'exposition des deux r¨¦cepteurs au VIP n'aboutit pas seulement ¨¤ leur activation : elle induit une succession de m¨¦canismes cellulaires intrins¨¨ques responsables d'une diminution de la capacit¨¦ du r¨¦cepteur ¨¤ r¨¦pondre ¨¤ un agoniste : la d¨¦sensibilisation. Diff¨¦rents processus peuvent contribuer ¨¤ la d¨¦sensibilisation d¡¯un r¨¦cepteur : le d¨¦couplage du r¨¦cepteur de la prot¨¦ine G, la s¨¦questration du r¨¦cepteur, ou encore leur "down regulation", r¨¦sultat ¨¤ plus long terme de la perte d'une partie du pool total de r¨¦cepteurs. Les m¨¦canismes impliqu¨¦s d¨¦pendent du r¨¦cepteur consid¨¦r¨¦ et de l'¨¦quipement prot¨¦ique de la cellule. Il a ¨¦t¨¦ r¨¦cemment montr¨¦ que le r¨¦cepteur VPAC1 humain ¨¦tait phosphoryl¨¦ (en position S447) en r¨¦ponse ¨¤ l¡¯agoniste, que la ¦Â-arrestine ¨¦tait transloqu¨¦e ¨¤ la membrane plasmique et que l¡¯internalisation qui s¡¯en suivait induisait un ph¨¦nom¨¨ne dynamine-d¨¦pendant. Aucune information plus pr¨¦cise n¡¯est r¨¦f¨¦r¨¦e dans la litt¨¦rature. Ce travail de th¨¨se a donc consist¨¦ en une ¨¦tude plus approfondie de la phosphorylation, l¡¯internalisation et la r¨¦cup¨¦ration du r¨¦cepteur VPAC1 humain. Dans un premier temps, nous nous sommes consacr¨¦ ¨¤ l¡¯¨¦laboration d¡¯un anticorps monoclonal sp¨¦cifique anti-r¨¦cepteur afin de visualiser le r¨¦cepteur. Nous avons eu recours ¨¤ l¡¯immunisation g¨¦n¨¦tique qui consiste ¨¤ injecter l¡¯antig¨¨ne sous forme d¡¯ADN. Une majorit¨¦ des souris immunis¨¦es ont produit des anticorps. L¡¯une d¡¯entre-elle a permis de g¨¦n¨¦rer un anticorps monoclonal, lequel a ¨¦t¨¦ compl¨¨tement caract¨¦ris¨¦ : les r¨¦sultats obtenus par FACS montrent qu¡¯il est sp¨¦cifique, s¨¦lectif et que son ¨¦pitope est localis¨¦e au sein de l¡¯extr¨¦mit¨¦ amino-terminale du r¨¦cepteur (figure 1). Il n¡¯interf¨¨rent pas avec la liaison du ligand et ne modifie en rien l¡¯activation du r¨¦cepteur par celui-ci. Cet anticorps monoclonal ne permet pas de d¨¦tecter le r¨¦cepteur par Western Blott, mais est capable de l¡¯immunopr¨¦cipiter. Dans un second temps, nous avons abord¨¦ l¡¯¨¦tude de la phosphorylation, de l¡¯internalisation et du trafficking du r¨¦cepteur VPAC1 humain.

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

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose. / MicroRNAs are small noncoding RNAs of approximately 22 nucleotides that negatively regulate translation of the target messenger RNA (mRNA) and therefore have cellular functions. MicroRNA-16 (miR-16) is known to display anti-proliferative effects. We observed that miR-16 was down-regulated in non-proliferative human senescent endothelial cells. Computational analysis of the potential binding sites of miR-16 predicted that GLUT-4, an insulin-dependent glucose transporter, is a potential target of miR- 16. We therefore tested the hypothesis that miR-16 down-regulates cellular glucose metabolism. In HUVEC, inhibition of using anti-miRNA oligonucleotides (AMO) endogenous miR-16 up-regulated GLUT-4 protein levels 1,7 ± 0,39 folds (p=0,0037; n=9). In mice fed a regular or high fat diet, skeletal muscle expression of GLUT-4 tended to negatively correlate with miR- 16 levels (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). These results suggest that miR-16 is a negative regulator of GLUT-4 and may be involved in the regulation of cellular glucose metabolism.