Le tissu osseux est une structure dynamique en perpétuel remaniement. Ce remaniement appelé remodelage osseux est le résultat de l’activité des deux principales cellules de l’os : les ostéoclastes qui sont responsables de la résorption de la matrice osseuse et les ostéoblastes qui la synthétisent. La cytokine RANKL (Receptor Activator of NFkB Ligand) membre de la famille du TNF (Tumor Necrosis Factor) joue un rôle essentiel dans la formation, l’activation et la survie des ostéoclastes par sa liaison à son récepteur membranaire RANK. Son ciblage spécifique est un axe de recherche majeur dans le développement de nouvelles thérapies pour le traitement des pertes osseuses telle que l’ostéoporose. Une nouvelle classe de molécules d’affinité, les Nanofitines® (NF) sont développées par la Société Affilogic. Les Nanofitines sont des protéines artificielles dérivées de la protéine de liaison à l'ADN Sac7d, de Sulfolobus acidocaldarius, ayant la capacité de se lier sélectivement à diverses cibles. Ce travail de collaboration, visait à générer des NF ciblant RANKL, étudier leur effet inhibiteur in vitro sur l’ostéoclastogénèse et déterminer leur intérêt thérapeutique potentiel pour prévenir la perte osseuse dans un modèle pré-clinique. Nous avons pu révéler un effet inhibiteur sur l’ostéoclastogénèse et de l’activité des ostéoclastes in vitro ainsi qu’un effet sur la perte osseuse dans un modèle animal révélé par des études histomorphométriques. De plus, l’analyse histologique des différents organes a permis d’écarter tous signes de toxicité. Ce travail sert donc de preuve de concept de l’utilisation de Nanofitines® pour le ciblage de molécules ayant un intérêt ostéo-articulaire. / Bone tissue is a dynamic structure undergoing constant remodeling. This bone remodeling is the result of the activity of the two main bone cells: the osteoclasts that are responsible for the resorption of the bone matrix and the osteoblasts that synthesize it. The cytokine RANKL (Receptor Activator of NFkB Ligand), a member of the TNF (Tumor Necrosis Factor) family, plays an essential role in the formation, activation and survival of osteoclasts by binding to its membrane receptor RANK. Its specific targeting is a major research focus in the development of novel therapies for the treatment of bone loss such as osteoporosis. A new class of affinity molecules, Nanofitins® (NF) are developed by Affilogic. Nanofitins® are artificial proteins derived from the Sac7d DNA binding protein, isolated from Sulfolobus acidocaldarius, that have the ability to bind selectively to various various targets. This collaborative work aimed to generate NF targeting RANKL, study their in vitro inhibitory effect on osteoclastogenesis and determine their potential therapeutic interest in a pre-clinical model of osteoporosis. We have shown an inhibitory effect on osteoclastogenesis and osteoclast activity in vitro, as well as an effect on bone loss in an animal model revealed by histomorphometric studies. In addition, histological analysis of the different organs ruled out any signs of toxicity. Taken together, these results demonstrated that Nanofitins® can be used as efficient in vitro antagonists of RANKL and prove to be effective in preserving bone in vivo.

Notre étude consistait à identifier le rôle de Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) dans la résorption osseuse lors des maladies parodontales. Pour ce faire, nous avons étudié l'effet de cette bactérie sur la prolifération, l'expression et la production de différentes molécules (cytokines pro-infiammatoires et régulatrices ainsi que des protéases) par les ostéoblastes infectés. Nos résultats démontrent qu'une infection avec P. gingivalis vivant à différentes concentrations diminue la prolifération cellulaire. Nous avons aussi observé une modulation de l'expression des ARNm de RANKL et d'OPG. De plus, nous avons démontré que P. gingivalis stimule l'expression et la production d'IL-6 et de MMP-2. En conclusion, nos travaux montrent que P. gingivalis peut promouvoir la résorption osseuse directement, en réduisant la prolifération ostéoblastique et indirectement, en augmentant la production de médiateurs inflammatoires.

La polyarthrite rhumatoïde est une maladie auto-immune qui touche environ 1% de la population mondiale. Elle entraîne une inflammation synoviale et une destruction de l’architecture articulaire. L’articulation rhumatoïde est un milieu très inflammatoire qui est infiltré par des cellules telles que les neutrophiles, les macrophages, les monocytes, les lymphocytes B et T ; par des protéines telles que des cytokines, des chimiokines, des molécules d’adhésion, par des complexes immuns, et par des auto-anticorps comme les facteurs rhumatoïdes qui sont un marqueur spécifique de la maladie et qui permettent d’établir un pronostic sur son évolution. De plus, dans l’articulation rhumatoïde, il y aura formation d’un pannus rhumatoïde avec érosion progressive du cartilage et de l’os. Les ostéoclastes sont les cellules principalement impliquées dans cette érosion osseuse. Afin d’effectuer des études in vitro, les ostéoclastes sont généralement obtenus à partir de monocytes isolés de sang humain, ce qui rend leur étude complexe car les variations sont très grandes d’un donneur de sang à l’autre. Nous avons utilisé la lignée cellulaire d’origine myéloïde HL60 pour obtenir des ostéoclastes et avons caractérisé ces cellules HL60 « osteoclast-like » dans tous les aspects de leur fonction et de leur activation. Nous avons aussi montré que les facteurs rhumatoïdes pouvaient agir directement sur les ostéoclastes pendant leur différenciation et pendant la résorption osseuse. Cette étude nous a permis d’amorcer la compréhension du rôle possible des facteurs rhumatoïdes sur la résorption osseuse dans la polyarthrite rhumatoïde.

The objective of this thesis is to provide an improved characterization of porous scaffolds. A more focused objective is to provide a computational model simulating the cell mediated resorption process of resorbable bone substitutes. The thesis is structured in three scientific manuscripts. The first manuscript used fuzzy-based image treatment methods to analyse images generated by micro-computed tomography. From the literature, it is known that the fuzzy-based method helps to improve the accuracy of the characterization, in particular for scaffolds featuring a relatively small pore size. In addition, a new algorithm was introduced to determine both pore and interconnection sizes. The surface area of bone substitutes was quantified by using marching cube algorithm. Besides, the so-called Lattice Boltzmann method was used to characterize the permeability of the investigated scaffolds. Scaffolds made of [béta]-tricalcium phosphate ([béta]-Ca[subscript 3](PO[subscript 4])[subscript 2]) and presenting a constant porosity and four variable pore sizes were examined. The average pore size (diameter) of the four bone substitute groups (denominated with a letter from group A to D) was measured to be 170.3«1.7, 217.3«5.2, 415.8«18.8 and 972.3«10.9 [micro]m. Despite this significant change in pore size, the pore interconnection size only increased slightly, in the range of 61.7 to 85.2 [micro]m. The average porosity of the four groups was 52.3«1.5 %. The surface density of scaffolds decreased from 11.5 to 3.3 mm[superscript -1], when the pore size increased. The results revealed that the permeability of scaffolds is in the same order of magnitude and increased from 1.1?10[superscript -10] to 4.1?10[superscript -10] m[superscript 2] with increasing the pore size. The second manuscript was devoted to the use of subvoxelization algorithm and high-resolution scanner, in an attempt to further improve the accuracy of the results, in particular, of the small pore scaffolds. As expected, an increase of the image resolution from 15 to 7.5 [micro]m significantly eased the segmentation process and hence improved scaffold characterization. Subvoxelization also improved the results specifically in terms of interconnection sizes. Specifically, much smaller interconnection sizes were yielded after applying the subvoxelization process. For example, the mean interconnection size of small pore size groups, group A and B, dropped from 63 to 20 and 30 [micro]m, respectively. Furthermore, due to more details obtained from subvoxelization and high-resolution scanning, additional effects so called"boundary effects" were observed. The boundary effects can yield misleading results in terms of interconnection sizes. The means to reduce these effects were proposed. The third manuscript focused on the simulation and understanding of cell mediated resorption of bone graft substitutes. A computer model was developed to simulate the resorption process of four bone substitute groups. [mu]CT data and new"image processing" tools such as labelling and skeletonization were combined in an algorithm to perform the steps of resorption simulation algorithm. The proposed algorithm was verified by comparing simulation results with the analytical results of a simple geometry and biological in vivo data of bone substitutes. A correlation coefficient between the simulation results and both analytical and experimental data, was found to be larger than 0.9. Local resorption process revealed faster resorption in external region specifically at earlier resorption time. This finding is in agreement with the in vivo results. Two definitions were introduced to estimate the resorption rate; volume resorption rate and linear resorption rate. The volume resorption rate was proportional to accessible surface and decreased when the pore size increased, while the linear resorption rate was proportional to thickness of material and increased with increasing the pore size. In addition, the simulation results revealed no effect of resorption direction on resorption behaviour of substitutes. However, the resorption rate of small pore size samples was decreased with increasing the minimum interconnection size required for cell ingrowth, to 100 [micro]m. This thesis combined novel"image processing" tools and subvoxelization method to improve the characterization of porous bone substitutes used in the bone repair process. The improved characterization allowed a more accurate simulation process. The simulation data were consistent with previously obtained biological data of the same group and allows understanding the local resorption process. The available tools and results are expected to help with the design of optimal substitute for bone repair."--Résumé abrégé par UMI.

Malgré sa réputation d'être statique, le tissu osseux est un organe dynamique maintenu en équilibre sous les actions respectives des cellules résorbant l'os, les ostéoclastes, et les cellules formant l'os, les ostéoblastes. Les pathologies osseuses comme l'ostéoporose, découlent d'un débalancement entre la résorption et la formation osseuse. Ces maladies mènent à des diminutions nettes de la masse osseuse, à une augmentation de la fragilité du tissu et par conséquent à une perturbation de la qualité de vie chez les personnes atteintes. Les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs) ont été identifiées comme d'intéressants candidats pour stimuler la régénération du tissu osseux. Les BMP-2 et -7 ont été approuvées par la Food and Drug Administration (FDA) pour des applications orthopédiques spécifiques. Récemment, il a été démontré que la BMP-9 possédait un potentiel ostéogénique supérieur aux BMP-2 et -7 qui sont couramment utilisées en clinique. Toutefois, son effet sur l'ostéoclaste n'a jamais été caractérisé. À partir d'un modèle d'ostéoclastes obtenus à partir de sang de cordon ombilical, l'effet de la BMP-9 sur la différenciation ostéoclastique, la résorption osseuse et l'apoptose chez l'ostéoclaste a été étudié. La transduction du signal par la BMP-9 a été étudiée chez l'ostéoclaste. Les cultures d'ostéoclastes ayant atteint une différenciation terminale expriment les ARNm codant pour ALK-1, BMPR-IA, -IB et -II. La BMP-9 active la voie canonique des Smad chez l'ostéoclaste. Par une analyse de l'expression de marqueurs ostéoclastiques, il est observé que la BMP-9 ne module pas la formation des ostéoclastes. Pour l'étude sur la résorption osseuse, les précurseurs ostéoclastiques ont été cultivées sur des lamelles osseuses bovines. Il est observé que la BMP-9 ne module pas la résorption osseuse régulée par les ostéoclastes. L'apoptose des ostéoclastes a été étudiée par marquage TUNEL. Il est observé qu'en absence et présence des facteurs de survie, RANKL (Receptor activator of the nuclear factor KB ligand) et M-CSF (Macrophage colony stimulating factor), la BMP-9 à 50 et 150 ng.ml-1 protège les ostéoclastes de la mort cellulaire. Les mécanismes moléculaires de l'inhibition d'apoptose induite par la BMP-9 ont également été étudiés. La BMP-9 induit chez l'ostéoclaste une inhibition du clivage de la caspase-9 et non de la caspase-8, suggérant que celle-ci découle d'une diminution de l'activation de la voie intrinsèque de l'apoptose. Une étude de la modulation des homologues de la famille Bcl-2 a montré que la BMP-9 à 150 ng.ml-1 induit une diminution de l'expression de Bid, un homologue pro-apoptotique. Cette étude démontre pour la première fois les effets de la BMP-9 chez l'ostéoclaste humain. [Symboles non conformes]

L'autotaxine (ATX) est une protéine sécrétée par différents tissus y compris le foie, le tissu adipeux et l'os. L'ATX possède une activité lysophopholipase D responsable du clivage de la lysophosphatidyl-choline (LPC) en acide lysophosphatidique (LPA), facteur de croissance affectant la prolifération cellulaire, la différenciation et la migration. Il a été démontré que les effets biologiques du LPA pourraient être la conséquence de la production locale d'ATX dans un tissu ou une cellule donnée. Nous avons récemment démontré que le LPA contrôle l'ostéoclastogenèse et l'activité de résorption ostéoclastique. De plus, nous avons démontré que l'expression de Enpp2 (gène de l'ATX) augmente au cours de l'ostéoclastogenèse. Le but de notre étude était d'évaluer l'implication de l'ATX produite par les ostéoclastes au cours de l'ostéoclastogenèse et dans le contrôle de la masse osseuse, en particulier en conditions inflammatoires.La production et le rôle de l'ATX au cours de l'ostéoclastogenèse ont été analysés sur les ostéoclastes murins et humains. De plus, l'ATX a été spécifiquement ciblée dans les ostéoclastes avec l'utilisation des souris Enpp2fl/fl Ctsk-Cre et par le traitement pharmacologique des souris par un anti-ATX. La perte osseuse en conditions inflammatoires a été évaluée dans le modèle d'inflammation induite par le lipopolysaccharide (LPS) et dans les modèles de souris arthritiques par transfert de sérum K/BxN et avec la lignée transgénique surexprimant le TNF humain hTNF. La production de l'ATX par les ostéoclastes est cruciale pour l'activité de résorption osseuse ostéoclastique in vitro. Les souris Enpp2fl/fl Ctsk-Cre ne présentent pas de phénotype osseux en conditions physiologiques mais sont protégées de la perte osseuse systémique et des érosions osseuses observées en conditions arthritiques. De plus, l'ihibition pharmacologique de l'ATX protège les souris de la perte osseuse systémique et des érosions focales observées dans le modèle hTNF+/- .L'inhibition pharmacologique et génétique de l'ATX améliore la perte osseuse locale et systémique inflammatoire en inhibant la résorption osseuse. L'ATX semble être une cible thérapeutique prometteuse dans la prévention de la perte osseuse associée à l'inflammation / Autotaxin (ATX) is a secreted protein produced by various tissues including the liver, adipose tissue and bone. ATX exhibits a lysophospholipase D activity responsible for cleavage of lysophosphatidyl-choline (LPC) in lysophosphatidic acid (LPA) that in turn acts as a growth factor, affecting cell proliferation, differentiation, and migration. It has been shown that biological effects of LPA could be the direct consequence of local production of ATX in a given tissue or cell type. We showed that LPA controls osteoclastogenesis and osteoclast bone resorption activity. In addition, we observed that Enpp2 (ATX gene) was upregulated during osteoclastogenesis. The aim of the study was to evaluate if ATX produced by osteoclasts could play a role in osteoclastogenesis and bone mass control, especially in inflammatory conditions.The role of ATX on osteoclastogenesis and osteoclast activity were analysed by murine and human assays. ATX was targeted by conditional inactivation of Ennp2 (ATX gene) in osteoclasts (Enpp2fl/fl Ctsk-Cre) and by treatment with anti-ATX. Arthritic and erosive diseases were studied in arthritis models using human tumor necrosis factor transgenic (hTNF+/-) mice and K/BxN serum-treated mice. Systemic bone loss was analysed in the Lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammation model. Joint inflammation and osteoclasts were assessed by histology and bone mass and bone erosion by micro-CT.ATX production by osteoclasts was observed and was revealed as a crucial factor controlling osteoclast activity. Inhibition of ATX led to reduced bone resorption in vitro. Then, we generated Enpp2fl/fl Ctsk-Cre+/- mice allowing ATX depletion specifically in mature osteoclasts. These mice showed no specific bone phenotype under physiological conditions but displayed significant protection against systemic bone loss and almost an absence of bone erosion formation after challenge with LPS and K/BxN serum transfer. Pharmacological inhibition of ATX significantly mitigated focal and systemic TNF-induced bone loss. Pharmacological and genetic inactivation of ATX ameliorates systemic and focal inflammatory bone loss by inhibiting bone resorption. ATX emerges as a new promising therapeutic target for the prevention of inflammatory associated bone loss

La polyarthrite rhumatoïde (PAR) est une maladie auto-immune dont le processus inflammatoire chronique aboutit à la formation d’érosions osseuses. Dans PAR, les neutrophiles peuvent exprimer le récepteur activateur NF-κB (RANK), facteur de régulation des réponses immunes et osseuses. Afin d’étudier le rôle de RANK exprimé par les neutrophiles inflammatoires dans la perte osseuse locale de la PAR, une arthrite expérimentale mimant la PAR est induite chez des souris dont le gène RANK est conditionnellement délété dans les neutrophiles (CKO-RANK). Les neutrophiles purifiés du liquide synovial des souris sauvages sont capables d’exprimer RANK et de former des cellules multinucléées résorbant une matrice calcifiée in vitro. La tomographie micro-informatisée des lésions articulaires montre la perte osseuse locale chez les souris sauvages avec arthrite alors que les souris CKO-RANK avec arthrite n’ont pas cette perte osseuse. Ces travaux montrent donc que ces neutrophiles inflammatoires exprimant RANK sont associés à la perte osseuse pathologique. / Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune disease whose chronic inflammation process results in the bone erosion formation. In RA, the neutrophils can express the receptor activator of NF-κB (RANK), a factor regulator of immune and bone responses. To study the role of RANK expressed by inflammatory neutrophils in pathological local bone resorption in RA, an experimental arthritis imitating RA is induced in mice with gene RANK conditional knock-out in neutrophils (CKO-RANK). Neutrophils purified from synovial fluid of wild-type mice are capable to express RANK and are capable to form the multinucleated cells resorbing bone matrix in vitro. Microcomputed tomography of the articular lesions shows the bone loss in wild-type mice with arthritis, while mice with CKO-RANK neutrophils with arthritis do not have this bone loss. Thus, these results show that inflammatory neutrophils expressing RANK can resorb bone of inflamed joints during arthritis.

Le neutrophile, le leucocyte le plus abondant de circulation, est un acteur majeur dans la réaction inflammatoire. Bien qu'il soit indispensable pour la défense de l'hôte, le dérèglement de l'activité des neutrophiles a également le potentiel de causer des dommages tissulaires importants. Nous sommes partis de l'hypothèse que l'exposition à long terme à des médiateurs inflammatoires pourrait changer le profil fonctionnel du neutrophile. À cette fin, nous avons incubé des neutrophiles circulants humains avec des cytokines facilitant la survie et trouvé une sous-population de ces cellules pouvant persister pendant plus de 72 heures. Par rapport aux neutrophiles fraîchement isolés, ces neutrophiles de longue durée de vie avaient un phénotype très différent avec des caractéristiques de surface modifiée. Leurs fonctions effectrices notamment le chimiotactisme, la production de superoxyde et de leucotriènes, la dégranulation et la synthèse de cytokines, etc. ont été également modifiées. Comme les médiateurs dérivés de neutrophiles ont été impliqués dans la propagation de l'inflammation dans l'arthrite rhumatoïde, on a essayé ensuite de placer le neutrophile ± reprogrammé ¿ dans ce contexte spécifique. Nous avons trouvé que le liquide synovial et des neutrophiles stimulés par le lipopolysaccharide pouvaient augmenter l'expression de surface du receptor activator of NF-kappa B ligand (RANKL), une molécule essentielle pour l'activation de la résorption osseuse, par le neutrophile. En effet, nous avons montré que le RANKL du neutrophile interagit avec le RANK exprimé par les ostéoclastes, et induit la différenciation des ostéoclastes et la résorption osseuse. En outre, le RANKL associé à la membrane est actif au sein du neutrophile lui-même, induit une phosphorylation du Src homology 2 domain-containing tyrosine phosphatase -1 et inhibe les fonctions des neutrophiles. De plus, nous avons procédé à la co-incubation des neutrophiles avec des synoviocytes d'arthrite rhumatoïde (RA-FLS). Cette co-incubation induit l'expression de RANK dans les neutrophiles. L'activation du RANK par son ligand biologique favorise la survie des neutrophiles, la dégranulation et la synthèse de cytokines. En conclusion, nous présentons des preuves que le neutrophile inflammatoire acquiert de nouvelles fonctions au-delà de celles associées à sa contrepartie classique circulant. Par ailleurs, l'expression de molécules ostéotropiques de l'axe RANKL-RANK-OPG positionne le neutrophile comme un lien cellulaire entre le squelette et le système immunitaire.

Les eicosanoïdes sont des médiateurs importants qui encadrent et régulent les fonctions osseuses. Leur production est sous la tutelle des phospholipases A[indice inférieur 2] qui permettent la relâche d’acide arachidonique et de lysophospholipides puis de leur métabolisme subséquent des membranes cellulaires. Les PLA[indice inférieur 2] sécrétées ont également comme particularité de pouvoir exercer leurs effets directement via leurs récepteurs membranaires comme ligand. Malgré l’implication connue des prostaglandines sur les fonctions ostéoclastiques et dans plusieurs processus pathologiques résultants en érosion osseuse, les phospholipases A[indice inférieur 2] ostéoclastiques restent inconnues et leurs rôles, spéculatifs. Les études présentées démontrent la présence de la cPLA[indice inférieur 2]-α et de la sPLA[indice inférieur 2] IIA chez les ostéoclastes humains. Par contre, leur expression semble différer selon l’état de l’os. En effet, la cPLA[indice inférieur 2]-α semble exprimée ubiquitairement, mais la sPLA[indice inférieur 2] IIA n’est détectable que dans l’os fœtal ou atteint de la maladie de Paget et n’est pas exprimée dans l’os sain, ostéoporotique ou arthrosique. La sPLA[indice inférieur 2] IIA semble donc exprimée en condition de fort remodelage osseux. Dans notre modèle, la cPLA[indice inférieur 2]-α revêt un rôle anti-ostéoclastogénique. En effet, la cPLA[indice inférieur 2]- α produit des écosanoïdes qui inhibent l’ostéoclastogenèse. Ces derniers sensibilisent les ostéoclastes à l’apoptose. En revanche, un certain degré d’activation de la cPLA[indice inférieur 2]-α est requis pour la résorption osseuse, car son inhibition bloque la résorption osseuse en désorganisant les anneaux d’actine requis pour la résorption, et ce, de façon dépendante de la production d’acide arachidonique. En ce qui a trait à la sPLA[indice inférieur 2] IIA, elle stimule l’ostéoclastogenèse indépendamment de son activité catalytique, probablement via l’un de ses récepteurs membranaires. D’autre part, elle confère une résistance à l’apoptose autant chez les ostéoclastes matures que chez leurs précurseurs CD14+. Par contre, l’inhibition de la sPLA[indice inférieur 2] IIA bloque la résorption osseuse indépendamment du remodelage du cytosquelette d’actine, probablement via leur apoptose. Les résultats inclus dans cette thèse semblent donc démontrer la présence de deux PLA[indice inférieur 2]s chez les ostéoclastes humains ainsi que leur attribuer des rôles en physiologie et pathologie osseuse. Ces évidences pourraient faire des PLA[indice inférieur 2] de nouvelles cibles thérapeutiques pour le traitement de pathologies ostéo-articulaires, dont la maladie osseuse de Paget. // Abstract : Eicosanoïds are important mediators of bone biology. The first regulated enzymes in the biosynthetic pathway of eicosanoids are the PLA[subscript 2]s, which release arachidonic acid and lysophospholipids from membrane phospholipids. Further metabolism of arachidonic acid will lead, among other things, to the synthesis of prostaglandins, which deeply influence bone metabolism. Secreted PLA[subscript 2]s (sPL[subscript 2]) may also act independently of their catalytic activity, as a ligand to their membrane bound receptors. Even though PLA[subscript 2]s have been associated with joint and bone pathologies, their presence and functions were never investigated in osteoclasts (OCs), the principal cell responsible for bone destruction. Our study established the presence of cPLA[subscript 2] and sPLA[subscript 2] in human OCs, but demonstrated a contrast in their expression. cPLA[subscript 2] seems to be expressed ubiquitously, contrary to sPLA[subscript 2] whose expression is restricted to OCs from foetal bone and bone suffering from Paget disease. There is no trace of sPLA[subscript 2] in healthy bone or bone suffering from osteoarthrosis or osteoporosis, thus sPLA[subscript 2] seems tightly linked to high bone turnover. In our model, cPLA[subscript 2] exerted an anti-osteoclastogenic effect. Indeed, cPLA[subscript 2] produces eicosanoïds that inhibit osteoclastogenesis and sensitize OCs to apoptosis. Nevertheless, a minimum cPLA[subscript 2] activity is required since complete cPLA[subscript 2] inhibition blocks osteoclast mediated bone resorption. Its inhibition leads to disorganization of the OC cytoskeleton and inhibits the actin ring formation required for bone resorption in an arachidonic acid dependent fashion. On the other hand, sPLA[subscript 2] stimulates osteoclastogenesis independently of its catalytic activity; probably via interaction with one of its membrane bound receptors. sPLA[subscript 2] decreases OC and their CD14+ precursors’ sensibility to apoptosis. Moreover, sPLA[subscript 2] inhibition inhibits bone resorption independently of actin cytoskeleton remodeling, probably by inducing mature OC apoptosis. Together, these results demonstrate the presence of two PLA[subscript 2]s in human OCs and highlight their important roles in bone physiology and pathophysiology. Highlighting those functions could eventually lead to the elaboration of new strategies to control hyperosteoclastic states by targeting PL[subscript 2]s.

L’arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative à l’étiologie complexe et diverse. Les travaux de ces dernières années ont démontré que l’OA est une pathologie affectant tous les tissus de l’articulation incluant le cartilage, la membrane synoviale et l’os sous-chondral. L’OA se traduit par une déstructuration et une perte de fonctionnalité de l’articulation, et est principalement caractérisée par une perte de cartilage articulaire. L’inflammation de la membrane synoviale joue un rôle déterminant dans la progression de l’OA, toutefois elle serait secondaire à la dégradation du cartilage. De plus, l’os sous-chondral est également le siège de nombreuses transformations lors de l’OA. Il est fortement suggéré que ces changements ne correspondent pas seulement à une conséquence, mais pourraient être une cause du développement de l’OA impliquant une communication entre ce tissu et le cartilage. Il est maintenant bien établi que les voies inflammatoires et cataboliques jouent un rôle crucial dans l’OA. C’est pourquoi, nous avons étudié l’implication d’une nouvelle famille de récepteurs membranaires, les PARs, et plus particulièrement le PAR-2 dans les voies physiopathologiques de l’OA. Notre hypothèse est que l’activation de PAR-2 au cours de l’OA est un phénomène majeur du développement/progression de la maladie faisant du récepteur PAR-2 un candidat privilégié pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblant non seulement le cartilage mais aussi l’os sous-chondral. Pour cette étude, nous avons travaillé in vitro avec des chondrocytes (Cr) et des ostéoblastes (Ob) OA respectivement du cartilage et de l’os sous-chondral du condyle fémoral humain. Nos résultats ont démontré que PAR-2 était plus exprimé dans les Cr et les Ob OA que dans les cellules normales. Par ailleurs, PAR-2 est régulé positivement par certains facteurs retrouvés au cours de l’OA comme l’IL-1β, le TNF-α et le TGF-β dans les Cr OA, et par l’IL-1β, le TNF-α et la PGE2 dans les Ob OA. De plus, les principaux facteurs cataboliques et inflammatoires, soit la MMP-1, la MMP-13 et la COX-2 sont produits en quantité plus élevée suite à l’activation du récepteur dans le cartilage OA. De même, l’activation de PAR-2 dans les Ob OA conduit à une production accrue de facteurs pro-résorptifs tels que RANKL, l’IL-6, la MMP-1 et la MMP-9, et à l’augmentation de l’activité pro-résorptive de ces cellules. En outre, dans les deux types tissulaires étudiés, l’activation de PAR-2 augmente l’activité de certaines protéines de la famille des MAPKinases comme Erk1/2, p38 et JNK. Finalement, nous avons conclu notre étude en employant un modèle in vivo d’OA induite chez la souris sauvage et déficiente pour le gène PAR-2. Nos résultats ont démontré que l’absence d’expression et de production de PAR-2 influençait le processus inflammatoire et les changements structuraux affectant à la fois le cartilage et l’os sous-chondral, conduisant à un ralentissement du développement de l’OA. Nos travaux de recherche ont donc permis de montrer que le récepteur PAR-2 est un élément majeur du processus OA en agissant sur les voies cataboliques et inflammatoires du cartilage, et sur le remodelage tissulaire de l’os sous-chondral. Mots-clés : Arthrose, chondrocyte, cartilage, ostéoblaste, os sous-chondral, PAR-2, MMPs, COX, ILs, RANKL, résorption osseuse, MAPKinase, catabolisme, inflammation / Osteoarthritis (OA) is a complex degenerative articular disease. Recent studies have shown that OA is a pathology affecting all the tissues of the joint including the cartilage, the synovial membrane and the subchondral bone. OA is regarded as destruction and a loss of functionality of joint, and is mainly characterized by a loss of articular cartilage. The synovial inflammation also plays a key role in the progression of OA; however, it is believed to be secondary to cartilage degradation. In addition, there are also in the subchondral bone numerous changes which occur during the course of the disease. It is strongly suggested that these changes in subchondral bone are not just a consequence but could be a cause of the development of OA, thus involving a cross-talk between this tissue and the cartilage. It is now well established that inflammatory and catabolic pathways play a crucial role during OA. This is why we have engaged the study of the involvement of a new family of membranous receptors, the PARs, and more particularly PAR-2 during the pathophysiological process of OA. Our hypothesis is that PAR-2 activation during OA course is a major phenomenon for the development/progression of the disease, and that PAR-2 seems a suitable candidate for the development of new therapeutic approaches targeting not only the cartilage but also the subchondral bone. Thus, we have performed in vitro studies on OA chondrocyte (Cr) and osteoblasts (Ob) cells issued respectively from human femoral condyle cartilage and subchondral bone. Our results showed that PAR-2 was expressed at a higher level in the OA Cr and Ob compared to normal cells. Moreover, PAR-2 is found to be positively regulated by some factors present during the course of OA, such as IL-1β, TNF-α and TGF-β in the OA Cr, and IL-1β, TNF-α and PGE2 in the OA Ob. In addition, the main catabolic and inflammatory factors including MMP-1, MMP-13 and COX-2 are enhanced following PAR-2 receptor activation in the OA cartilage. Similarly, the activation of PAR-2 in OA Ob lead to an increased production of pro-resorptive factors such as RANKL, IL-6, MMP-1 and MMP-9, and an increased pro-resorptive activity of these cells. In addition, in both tissue types, PAR-2 activation increases the activity of certain protein MAPKinases family such as Erk1/2, p38 and JNK. Finally, we have performed an in vivo study using an OA induced model in wild-type and PAR-2 gene knock-out mice. Our results demonstrated that the absence of PAR-2 expression and production influenced the inflammatory process and structural changes affecting the cartilage and the subchondral bone, leading to a slowing down of OA development. Our research investigation have bring to light that PAR-2 receptor is a key element during OA process by acting on the cartilage catabolic and inflammatory pathways as well as the tissue remodelling of the subchondral bone. Keywords : Osteoarthritis, chondrocyte, cartilage, osteoblast, subchondral bone, PAR-2, MMPs, COX, ILs, RANKL, bone resorption, MAPKinase , catabolism, inflammation