Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les progéniteurs endothéliaux circulants (EPC) sont recrutées par des sites de néovascularisation active chez l’adulte et contribuent à la réparation endothéliale et à la biologie vasculaire, dans un processus appelé vasculogenèse post-natale. Ainsi, les EPC représentent une source importante pour la thérapie de néovascularisation dans la maladie artérielle périphérique, l’ischémie du myocarde et l’accident vasculaire cérébral. Considérant que les EPC potentiellement fonctionnels sont limités dans la circulation périphérique, plusieurs molécules pro-angiogènes ont été étudiées comme agents pharmacologiques dans le but d'améliorer le recrutement des progéniteurs dans la moelle osseuse vers la circulation et la capacité d'adhérence à l'endothélium afin d’obtenir une transplantation plus efficace. La thrombospondine-1 (TSP-1) est une glycoprotéine sécrétée lors de situations ischémiques qui joue un double rôle : elle est capable d’inhiber et de stimuler l'angiogenèse. Cette double activité biologique est attribuée aux interactions de ses multiples fragments avec différents récepteurs de la surface cellulaire ainsi qu’avec des molécules solubles ou protéines ancrées à la matrice extracellulaire. L'effet pro-angiogène de la TSP-1 est assigné au domaine N-terminal qui a une forte affinité à l'héparine et aux protéoglycanes. Les recherches antérieures de notre laboratoire ont indiqué deux séquences peptidiques situées dans le domaine N-terminal de la TSP-1 (TSP-HepI, acides aminés 17-35 et TSP-HepII, acides aminés 78-94), capables d'induire la différenciation des cellules endothéliales matures (HUVEC) dans les structures vasculaires in vitro en interagissant avec le syndécanne-4, un protéoglycane héparin-sulfate membranaire impliqué dans l'adhésion focale. L’objectif de ce travail était d'étudier le potentiel de la TSP-1 comme molécule stratégique pour promouvoir une augmentation de la néovascularisation dans les tissus ischémiés, induite par des EPC en essais in vitro et in vivo. Dans un premier temps, nous avons démontré que les EPC du sang périphérique, isolées et accrues avec un milieu de culture modifié dans notre laboratoire (EGM-2/ENR), présentaient les caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles des cellules formant des colonies endothéliales (ECFC) avec un haut potentiel prolifératif. Par ailleurs, ces progéniteurs endothéliaux nommées PB-ECFC ont sécrèté trois fois plus la quantité de fibronectine que les HUVEC et ont montré un réarrangement des filaments d'actine compatible avec un phénotype migratoire. Ensuite, nous avons démontré que les peptides TSP-HepI et TSP-HepII stimulaient les étapes-clés de l'angiogenèse in vitro (le chimiotactisme, l'adhésion cellulaire et la différenciation en structures capillary-like), induites par des PB-ECFC et des ECFC isolées du sang de cordon ombilical. En plus de cela, le TSP-HepI potentialise la néovascularisation in vivo induit par le FGF-2 dans les essais de matrigel plug chez la souris. Le pré-conditionnement ex vivo d’ECFC isolées du sang de cordon ombilical avec la TSP-HepI a stimulé leur migration, l'augmentation de l'expression de l'intégrine-α6 et a augmenté leur adhésion à l'endothélium activé sous condition physiologique de flux. Ce dernier effet semble être influé par le syndécanne-4, on constate que l'adhésion des ECFC est considérablement réduite en présence d’un anticorps anti-syndécan-4. La migration et la tubulogénèse ont été réduites en utilisant un peptide TSP-HepI modifié dans les sites de liaison à l’héparine (S/TSP-HepI), ou lorsque HSPG a subi une dégradation enzymatique. Ces résultats suggèrent ainsi que le domaine N-terminal de la TSP-1 pourrait être utilisé comme molécule pharmacologique pour augmenter le potentiel biologique des ECFC dans la thérapie cellulaire de néovascularisation. / Pas de résumé anglais / As células progenitoras endotreliais (EPCs) são recrutadas para sítios de ativa neovascularização no adulto contribuindo para a biologia vascular e o reparo endotelial, processo denominado vasculogêsene pós-natal. Dessa forma, as EPCs representam uma importante fonte de terapia de neovascularização para a doença arterial periférica, a isquemia do miocárdio e o acidente vascular cerebral. Considerando que as EPCs potencialmente funcionais são limitadas na circulação, diversas moléculas pró-angiogênicas tem sido estudadas como agentes farmacológicos com o objetivo de melhorar o recrutamento das células progenitoras da medula óssea para a circulação, a capacidade de retenção no endotélio e portanto a eficiência do transplante. A trombospondina-1 (TSP-1) é uma glicoproteína secretada em situações isquêmicas que exerce um papel de destaque, sendo capaz tanto de inibir quanto de estimular a angiogênese. A dupla atividade biológica da TSP-1 é atribuída às interações de seus domínios com diferentes receptores de superfície celular assim como à proteínas solúveis ou ancoradas à matriz extracelular. O efeito pró-angiogênico da TSP-1 é atribuído ao domínio N-terminal que possui alta afinidade à heparina e a proteoglicanos. Dados obtidos em nosso laboratório apontaram duas sequências peptídicas localizadas dentro do domínio N-terminal da TSP-1 (TSP-HepI, aminoácidos 17-35 e TSP-HepII, aminoácidos 78-94), capazes de induzir a diferenciação de células endoteliais maduras (HUVECs) em estruturas vasculares in vitro, interagindo o sindecan-4, um proteoglicano de heparan sulfato membranar, envolvido na adesão focal. Nosso objetivo nesse trabalho foi investigar o potencial da TSP-1 como molécula estratégica para promover o aumento da neovascularização nos tecidos isquêmicos induzida por EPCs em ensaios in vitro e in vivo. Nós demonstramos inicialmente que as EPCs do sangue períférico isoladas e expandidas com o meio de cultura produzido no nosso laboratório, EGM-2/ENR, exibem caracaterísticas fenotípicas e funcionais de células endoteliais formadoras de colônias ou ECFCs e alto potencial proliferativo. Além disso, esses progenitores que vamos denominar PB-ECFCs, secretam 3 vezes mais fibronectina que as HUVECs e possuem um rearranjo do filamentos de actina compatível com o fenótipo migratório. Nós demonstramos em seguida que os peptídeos TSP-HepI e TSP-HepII, estimulam etapas-chave da angiogênese in vitro (quimiotaxia, adesão estática e diferenciação em estruturas tipo-capilares) induzida por PB-ECFCs e ECFCs isoladas do sangue de cordão umbilical. Além disso TSP-HepI potencializou a neovascularização in vivo, induzida pelo FGF-2 no ensaio de matrigel plug em camundongos. O pré-condicionamento ex vivo das ECFCs isoladas do sangue de cordão umbilical com TSP-HepI estimulou a migração, aumentou a expressão da integrina-α6 e aumentoua adesão ao endotélio ativado em condições fisiológicas de fluxo. Este último efeito foi mediado pelo sindecan-4, visto que a adesão foi inibida pelo anticorpo anti-sindecan-4. Além disso a migração e a tubulogênese foram efeitos reduzidos pelo uso do TSP-HepI modificado no sítio de ligação à heparina (S/TSP-HepI), ou quando o HSPG foram removidos enzimaticamente, respectivamente. Esses achados reunidos sugerem que o domínio N-terminal da TSP-1 poderia ser aplicado como uma molécula farmacológica para aumentar o potencial biológico das ECFCs na terapia celular de neovascularização.

La présence synchrone de métastases hépatiques (MH) et carcinose péritonéale (CP)d'origine colorectale (CRC) est associée à une survie globale médiocre et est traditionnellement considérée comme une contre-indication à l’approche chirurgicale curative. Cependant, suite aux résultats encourageants après traitement chirurgicale, quelques séries ont rapporté une survie prolongée atteignant 3 ans chez des patients sélectionnés, ce qui suggère qu’un traitement chirurgicale curative est possible. À ce jour, en cas de chirurgie majeure hépatique et péritonéale associée, aucune stratégie thérapeutique n'a été établie, Nous avons postulé que la régénération hépatique après une résection hépatique pourrait favoriser la croissance de la CP. Nous avons construit un modèle animal immunnocompetent de CP limitée. L'objectif de l’étude était d'analyser les effets de l’hépatectomie majeure et de la régénération hépatique dans notre modèle murin de PC et le processus d'angiogenèse associé. En outre, nous avons analysée une cohorte prospective multicentrique de patients ayant eu une résection hépatique et une chirurgie cytoréductive avec HIPEC synchrone. L'objectif de cette étude était d'évaluer les outcomes et identifier les facteurs pronostiques afin d'optimiser la sélection des candidats au traitement chirurgical et de déterminer la stratégie chirurgicale optimale. / The synchronous presence of liver metastases (LM) and peritoneal carcinomatosis (PC)from colorectal cancer (CRC) is associated with poor outcome and is traditionally considered acontraindication to any surgical approach. However, few series reported a prolonged survival aftersurgical management, reaching 3 years in selected patients thus suggesting that a curative surgicalmanagement may be possible. To date, no standard management pathway has been established,especially if a major liver and peritoneal surgery has to be performed. We postulated that liverregeneration after liver resection could promote PC growth. We constructed an immunocompetentanimal model of limited PC. The objective of our study was to analyze the effects of major LR andliver regeneration after hepatectomy on peritoneal carcinomatosis growth and the associatedangiogenesis process. Furthermore, we have analyzed a prospective international cohort of patientsundergoing synchronous liver resection and cytoreductive surgery with HIPEC. The aim of this studywas to describe the outcomes, to identify variables potentially related to poor outcome, in order toestablish future guideline for the management of these patients, to optimize the selection of candidatesfor surgical treatment and determine the best surgical strategy.

Chez les mammifères, on distingue principalement deux types de tissu adipeux (TA) : le TA blanc permet le stockage de l’énergie alors que le TA brun est spécialisé dans la thermogénèse induisant une dépense énergétique. Aujourd’hui, un troisième type d’adipocyte, nommé beige/ brite, est également reconnu. Ces cellules recrutées au sein du TA blanc, possèdent le même potentiel que les adipocytes bruns. L’identification des voies de signalisation permettant de réguler le développement des adipocytes blancs, beiges et bruns reste encore aujourd’hui à être déterminée. La génération des cellules souches pluripotentes induites (hiPS) a permis d’établir un nouveau modèle d’étude des étapes précoces de l’adipogénèse humaine. Nous avons démontré que la génération des progéniteurs adipeux (PA) blancs et bruns est régulée par la voie de l’acide rétinoïque pendant la différenciation in-vitro des cellules hiPS. La caractérisation moléculaire de ces deux types de PA a révélé l’implication du facteur Pax3 dans l’acquisition du phénotype brun. Au cours de cette étude, nous avons constaté que les PA dérivés de cellules hiPS (hiPSC-PA) présentaient un faible potentiel adipocytaire. Nous avons identifiés les facteurs permettant de différencier avec une forte efficacité les hiPSC-PA comprenant l’EGF, l’acide ascorbique, l’hydrocortisone et l’inhibiteur de la voie du TGFβ, le SB 431542. Lors d’expériences préliminaires, nous avons analysé l’effet de la surexpression du facteur HOXC8 sur la différenciation des PA. L’expression ectopique de ce facteur conduit à des réponses distinctes sur le phénotype et la différenciation des hiPSC-PA et ceux provenant de tissus adultes. / In mammals, two types of adipose tissue coexist: the white (WAT) wich is involved in energy storage and the brown (BAT) which is specialized in energy expenditure. Beige adipocytes have recently been described as brown –like adipocytes and represent a third type of adipocytes that are recruited in WAT. The molecular mechanisms involved in the generation of these different types of adipocytes remains unknow in humans, mainly because of the lack of appropriate in vitro cellular models. The human induced Pluripotent Stem (hips) cells are a good model to study the earliest steps of human adipogenesis. We have shown that the generation of white and brown adipocytes progenitors (AP) is regulated by acid retinoic signaling pathway during hips cells differentiation. Functional experiments indicated that the transcription factor Pax3 is a molecular mediator of the brown phenotype. During this study, we could see that AP derived from hips cells display a low adipogenic capacity as compared to progenitors derived from adult adipose tissue. We show in this work that treatment with TGFβ pathway inhibitor SB431542 together with ascorbic acid, hydrocortisone and EGF promoted differentiation of non- genetically modified hiPSCs-BAPs at a high rate. During preliminary results, we have analyzed the role of the transcription factor Hoxc8 on PA differentiation. The surexpression of this factor lead to distinct answers on the phenotype and differentiation between hiPSCs-AP and adult-derived AP.

Les ephrines et leurs récepteurs Eph constituent une famille multigénique de facteurs de guidage cellulaire et axonal. Ces facteurs jouent un rôle-clé dans l’établissement de cartes neurales topographiques, notamment au niveau des connexions thalamocorticales, réseau neuronal majeur du cerveau des mammifères. Notre projet visait initialement à étudier l’implication des ephrines corticales dans la génèse des connexions thalamocorticales par une approche de gain de fonction. Pour ce faire, nous avons généré des souris transgéniques présentant une expression ectopique spécifique de l’ephrine-A5 dans le cortex en développement, en utilisant une technique de transgénèse d’addition par chromosome artificiel de bactéries (BAC). De façon surprenante, l’analyse de ces souris nous a révélé que les ephrines, à côté de leurs rôles classiques de facteurs de guidage, influençaient la taille du cortex cérébral en régulant l’apoptose des progéniteurs neuronaux. En effet, nous avons pu montrer que l’expression ectopique du ligand ephrine-A5 par les progéniteurs corticaux exprimant son récepteur EphA7 résultait en une déplétion précoce en progéniteurs corticaux par apoptose, et une diminution subséquente de la taille du cortex. Cette vague apoptotique est observée en l’absence de toute altération détectable de la prolifération, la différenciation et la migration neurale dans le cortex. Nous avons étayé notre étude in vivo par des expériences in vitro, qui ont montré que l’ephrine-A5 recombinante était capable d’induire rapidement la mort des progéniteurs neuronaux dissociés. Nous avons également montré que cette mort cellulaire impliquait l’activation de la caspase-3, confirmant ainsi l’effet direct des ephrines et de leurs récepteurs sur une ou plusieurs cascades apoptotiques. Par contre, la stimulation des neurones post-mitotiques corticaux par l’ephrine-A5 est accompagnée d’une activation de la caspase-3 sans mort cellulaire apparente. La signalisation ephrine/Eph induirait donc l’activation de la caspase-3 dans différents types cellulaires, sans que celle-ci ne soit systématiquement le reflet d’une mort cellulaire programmée. Parallèlement, afin d’évaluer l’importance physiologique de cette voie pro-apoptotique dépendante des ephrines, nous avons étudié des souris présentant une perte de fonction du récepteur EphA7. L’analyse de ces mutants nous a permis de mettre en évidence une diminution de l’apoptose des progéniteurs corticaux, une augmentation de la taille du cortex, ainsi qu’une hypercroissance exencéphalique de tout le cerveau antérieur dans les cas les plus extrêmes. Ces observations indiquent donc que les ephrines sont nécessaires au contrôle de la mort cellulaire programmée des progéniteurs du cortex cérébral. Nous avons également observé le même phénotype exencéphalique dans des mutants déficients en ephrines-A2, -A3 et -A5, dont l’analyse préliminaire suggère également des défauts de processus apoptotiques. Nos diverses expériences, combinant une approche par gain et perte de fonction, à la fois in vivo et in vitro, ont ainsi permis de proposer un nouveau rôle des ephrines en marge de leur implication dans la guidance axonale, à savoir un rôle dans le contrôle de la taille cérébrale par induction de l’apoptose des progéniteurs corticaux. La mise en évidence de cette nouvelle voie de signalisation pro-apoptotique pourrait avoir des implications importantes dans d’autres aspects de la biologie du développement et des cellules souches, ainsi que dans l’oncogénèse.

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

L'insuffisance rénale chronique (IRC) est associée à une importante morbidité et mortalité cardio-vasculaire, à laquelle participent l'inflammation chronique, le stress oxydant et la dysfonction endothéliale. Les toxines urémiques sont des solutés s'accumulant dans le sérum et les tissus des patients IRC. Parmi elles, les toxines urémiques liées aux protéines sont mal épurées par la dialyse, et ont une toxicité endothéliale démontrée in vitro. Nous avons démontré que l'indoxyl sulfate (IS), une toxine liée aux protéines, induit la production de radicaux oxygénés (ROS) par les cellules endothéliales en culture (HUVEC), par le biais de l'activation de la NADP(H) oxydase, et par une déplétion en glutathion intracellulaire. Ce stress oxydant était induit par des concentrations d'IS rencontrées dans le sérum des patients IRC. Les patients IRC ont un niveau élevé de microparticules endothéliales (MPE), marqueur d'activation et de lésion endothéliale, et un nombre diminué de progéniteurs endothéliaux circulants (PEC), qui représentent les capacités de réparation de l'endothélium lésé. Nous avons souhaité étudier si les toxines urémiques jouaient un rôle dans ce déséquilibre. Chez des patients hémodialysés (HD), nous avons démontré que le nombre de PEC CD34+/CD133+ était inversement corrélé aux taux de 3 toxines urémiques, l'indole-3-acétique acide (IAA, une toxine proche de l'IS) et la ß2 microglobuline. In vitro, l'IAA induit l'apoptose des progéniteurs CD133+, et cet effet est imbibé par l'ajout d'érythropoïétine (EPO) au milieu de culture. Le sérum urémique induit l'apoptose des PEC. Bien que le nombre des PEC soit diminué chez les patients HD par rapport aux contrôles, leur nombre est positivement corrélé à 2 marqueurs de lésion vasculaire : le nombre de MPE, et la rigidité artérielle évaluée par la vitesse de l'onde de pouls aortique. Cela suggère que les PEC restent mobilisables chez les patients HD, en réponse aux lésions vasculaires, peut-être en partie grâce à leur traitement par EPO. En conclusion, les toxines urémiques participent à la dysfonction endothéliale des patients IRC, en augmentant le stress oxydant endothélial et la libération de MPE, et réduisent les capacités de réparation endothéliale en diminuant la survie des PEC. / Chronic kidney disease (CKD) is associated with dramatically increased cardio-vascular morbidity and mortality. Not only do traditional risk factors explain this accelerated atherosclerosis, but also chronic inflammation, oxidative stress and endothelial dysfunction. Uremic toxins are solutes accumulating in serum and tissues of CKD patients. Among them, protein-bound uremic toxins are poorly removed by haemodialysis (HD), and have shown deleterious effects on cultured endothelial cells (HUVEC). We showed that indoxyl suphate (IS), a protein-bound toxin, induces reactive oxygen species production in HUVEC, through activation of NAD(P)H oxidase, and intracellular glutathione depletion. This induction of oxidative stress was observed for concentrations of IS found in CKD patients. CKD patients exhibit high levels of endothelial microparticles (EMP), a marker of endothelial lesion, and low levels of endothelial progenitor cells (EPC), originating from bone marrow and implied in endothelial repair. We asked whetehr uremic toxins could play a role in this imbalance. In HD patients, we showed that the number of CD34+/CD133+ EPC was inversely correlated with the serum levels of two uremic toxins, indole-3-acetic acid (IAA, a protein-bound uremic toxin close to IS) and ß2microglobulin. In vitro, IAA induced apoptosis of CD133+ cells, unless erythropoietin was added to the medium. Uremic serum induced EPC apoptosis. Although endothelial progenitor cell number was reduced in CKD patients compared to healthy controls, it was positively correlated with two markers of vascular lesion : the number of EMP in serum, and the pulse wave velocity reflecting arterial stifness. This suggests that EPC can be mobilized in the circulation upon vessel injury, in spite of uremic toxicity, and maybe thanks to erythropoietin treatment in HD patients. In conclusion, uremic toxins induce endothelial dysfunction, assessed by increased endothelial oxidative stress and shedding of EMP, and reduce regeneration capacities of endothelium. They are probably key actors in cardio-vascular risk of CKD patients.

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

Les folates (vitamine B9) et la vitamine B12 interviennent comme cofacteurs dans le métabolisme des monocarbones qui régule les réactions de transméthylation impliquées dans les mécanismes épigénétiques. Un déficit en folates et/ou B12 réduit la production de méthionine à partir de l'homocystéine, un acide aminé toxique dont l'accumulation a été associée à la survenue de pathologies du système nerveux central aux différents stades de la vie (spina bifida, maladie d'Alzheimer…). Afin d'explorer les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la réponse à la carence en ces micronutriments, nous avons développé deux nouveaux modèles cellulaires. Ainsi, nous avons étudié les effets d'une déficience en folate sur la prolifération, la différenciation et la plasticité neuronale de progéniteurs neuronaux issus de l'hippocampe d'embryons de rat, la lignée H19-7. Le second modèle correspond à un projet innovant visant à obtenir une déplétion cellulaire en B12 par séquestration membranaire. Il a été obtenu par transfection stable de la lignée de neuroblastome murin NIE-115 dans le but d'induire l'expression d'une protéine chimère contenant le transporteur plasmatique de la vitamine B12, la transcobalamine II, et une protéine d'ancrage membranaire. L'ensemble de ces travaux montre que les altérations du métabolisme des monocarbones associées aux carences répriment la neurogenèse et induisent des troubles de la différentiation neuronale. Ceci suggère l'existence de mécanismes précis par lesquels le déficit en folates, en vitamine B12 et/ou l'homocystéine peuvent affecter le fonctionnement du cerveau et sa plasticité. / Folate (vitamin B9) and vitamin B12 act as cofactors in the one-carbon metabolism that regulates transmethylation reactions involved in epigenetic mechanisms. A deficiency in folate and/or B12 decreases the generation of methionine from homocysteine, a toxic amino acid that has been associated with pathologies of the central nervous system at all ages (spina bifida, Alzheimer's disease…). In order to depict the cellular and molecular mechanisms implicated in the response to the deficiency in these micronutrients, two new cell models have been developed. Thus, we have analyzed the effects of folate deficiency on proliferation, differentiation and neuroplasticity of neuronal progenitors obtained from the hippocampus of rat embryos, i.e. the H19-7 cell line. Regarding the second model, we designed an original approach by stable transfection of NIE-115 murine neuroblastoma cells to impose the anchorage of a chimeric B12 binding protein, transcobalaminoleosin (TO) to intracellular membrane in order to produce intracellular sequestration of B12. Taken together, our results have shown that deficiency-associated alterations of the one-carbon metabolism lead to reduced neurogenesis and to dramatic impairment of neuron differentiation. This suggests the existence of specific mechanisms through which vitamin B9/B12 deficiency and/or homocysteine may affect brain functioning and plasticity.