Current research spans a wide range of objectives whose diversity includes the understanding of global epidemiology and the detailing of molecular interactions leading to specific pathologies. This work aligns more closely with the goal of mechanistic clarity by elucidating several aspects of signaling pathways involved in inflammatory and obstetric pathologies. Prior research has confirmed the role of Receptors for Advanced Glycation End-Products (RAGE) activation in signaling leading to chronic inflammation such as that observed in chronic obstructive pulmonary disease (COPD). RAGE activation has also been identified in other disease states including diabetes, Alzheimer’s disease, osteoarthritis, and cancers. We examined the role of RAGE in the obstetric complication intrauterine growth restriction (IUGR) wherein fetal development is delayed and infants are born at low birthweight. Exposure to tobacco smoke is known to activate RAGE, and smoke exposure also increases risk for IUGR. We confirm a role for RAGE signaling in development of IUGR. RAGE inhibition by semi-synthetic glycosaminoglycan ethers (SAGEs) significantly improved fetal and placental weights and reduced inflammatory signaling molecules. Interactions between RAGE and other signaling pathways have been noted in several research endeavors, and we sought to further understand signaling interactions specifically in obstetric pathologies by examining relationships between RAGE and Gas6/AXL signaling. We confirm that RAGE and Gas6/AXL signaling are not independent. Using tobacco smoke as a means of inducing RAGE, we determined that total AXL is inhibited when RAGE is active, but that phosphorylated AXL is increased. Inhibition of RAGE also increased Gas6 expression. These interactions require further clarification, but provide a foundation to expand upon. We further studied interactions within the Gas6/AXL pathway independent of RAGE. High levels of Gas6 have been noted in the serum of some women with preeclampsia, and early diagnosis and treatment of preeclampsia are currently limited. We demonstrate that, in a rat model, administration of Gas6 during pregnancy is sufficient to induce symptoms of preeclampsia including high blood pressure, increased proteinuria, and decreased trophoblast invasion. This provides a novel model which will further both diagnosis and treatment of preeclampsia. We also demonstrated that trophoblast invasion is influenced in a cell-type dependent manner by Gas6 and mTOR signaling, with decreased trophoblast invasion when Gas6 is high in trophoblast cells, but increased invasion with high Gas6 in a pulmonary adenocarcinoma cell type and in oral squamous cell carcinoma cells. Our work has clarified details of both RAGE and Gas6/AXL signaling that are crucial to further study of the pathways in which they are active, and the pathologies resulting from signaling misregulation.

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Das maligne Melanom zählt zu den aggressivsten und behandlungsresistentesten aller Krebsarten. In den letzten 20 Jahren hat sich die Rate der Melanom-Erkrankungen innerhalb der weißen Bevölkerung verdreifacht. Mittlerweile liegen eine Reihe von Untersuchungen zu den molekularbiologischen Mechanismen der Entwicklung und Progression des malignen Melanoms vor. Aktuelle Forschungsvorhaben beschäftigen sich vor allem mit der Identifizierung Melanom-spezifischer Biomarker, die diagnostische und prognostische Informationen liefern sowie die Entwicklung einer zielgerichteten, kombinierten und individualisierten Therapie des metastasierenden Melanoms ermöglichen. In diesem Kontext soll die vorliegende Arbeit einen weiteren Beitrag zum Verständnis der Metastasierungskaskade und der daran beteiligten Proteine leisten. Aufgrund der Überexpression in einer Reihe von Tumoren und seiner geringen Molmasse von lediglich 11,5 kDa bietet sich das S100A4-Protein als Marker mit hoher prognostischer Signifikanz für verschiedene Tumorentitäten an. Jedoch ist die Beteiligung von S100A4 bei der Ausbildung des invasiven Tumorphänotyps noch nicht vollständig aufgeklärt. S100A4 besitzt zahlreiche intra- und extrazelluläre Bindungspartner, wobei die Metastasierung scheinbar ausschließlich durch das extrazelluläre Protein beeinflusst wird. S100A4 wechselwirkt extrazellulär beispielsweise mit dem Rezeptor für fortgeschrittene Glykierungsendprodukte (RAGE). Ziel dieser Arbeit war es, speziell die Bedeutung von S100A4 und seiner Interaktion mit RAGE für das prometastatische Verhalten von Melanomzellen in vitro und in vivo näher zu charakterisieren. Darüber hinaus sollte die Beteiligung von S100A4 bei der Gehirn-Metastasierung untersucht werden, wobei insbesondere die Regulierung der Endothelzell-Permeabilität und der transendothelialen Migration der Melanomzellen im Vordergrund stand. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass S100A4 und die Interaktion mit RAGE die prometastatischen Eigenschaften der A375-Melanomzellen förderte. Zudem verringerte extrazelluläres S100A4 die Zell-Integrität von Gehirn-Endothelzellen und erleichterte somit die Durchdringung der Blut-Hirn-Schranke. Diese Erkenntnis lässt sich möglicherweise auf andere Blut-Gewebe-Schranken übertragen. Die In-vivo-Orientierungsstudie zeigte, dass S100A4- und RAGE-überexprimierende Zellen zu einer verstärkten disseminierten Metastasierung führten, wobei sich zwei unterschiedliche Verteilungsmuster ergaben. Darüber hinaus führten beide Zelllinien vereinzelt zur Bildung von Gehirnmetastasen, wodurch sich die intrakardiale Injektion durchaus als Modell für weitere Therapiestudien mit dem Augenmerk der S100A4-RAGE-stimulierten Metastasierung eignet. Die genauere Kenntnis regulativer Mechanismen bei der Synthese und Sekretion von S100A4 sowie die pathophysiologische Differenzierung der S100A4-Interaktion mit RAGE eröffnen neue Wege, die S100A4-vermittelten Effekte therapeutisch zu beeinflussen. Daraus lassen sich möglicherweise neue zielgerichtete Radionuklid-basierte Therapieansätze für das metastasierende Melanom ableiten.

Résumé : La contraction cellulaire est une activité centrale dans plusieurs processus physiologiques. Entre autre, elle joue un rôle dans la régulation de la perméabilité vasculaire et de la pression artérielle. Il est également établi qu’une contraction anormale des cellules du muscle lisse vasculaire (VSMC) est souvent associée à l’hypertension et ses complications. Il est donc suggéré que l’étude des mécanismes impliqués dans la transduction de signaux menant à la contraction cellulaire et les mécanismes impliqués dans la régulation de celle-ci pourrait permettre d’identifier de nouvelles cibles potentielles afin d’envisager de nouveaux traitements pour cette maladie. Étant donné le rôle connu du système angiotensinergique dans l’activité contractile des VSMC et les nombreux indices suggérant une dérégulation de ce système dans de développement de l’hypertension; la présente thèse a été consacrée, dans un premier temps, à identifier de nouveaux mécanismes de signalisation impliqués dans la contraction cellulaire induite par l’angiotensine II. Ainsi, il est montré, pour la première fois, que les β-arrestines; des protéines adaptatrices impliquées dans la désensibilisation et la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G, participent à la contraction cellulaire associée à l’activation du récepteur de l’angiotensine de type 1, et ce, en exerçant des effets opposés sur la phosphorylation de la chaîne légère de la myosine. Dans un second temps, étant donné qu’en condition diabétique une dysfonction vasculaire est observée et que cette dernière serait reliée à des changements dans le phénotype fonctionnel des VSMC; la deuxième partie de cette thèse traite des effets de l’exposition aux produits de glycation avancée (AGE) sur le phénotype et l’activité contractile des VSMC. Effet, les AGE, issus de la réaction entre les protéines et le glucose et dont la formation est particulièrement favorisée en contexte diabétique, pourraient être impliqués dans la dysfonction vasculaire observée. Ainsi, il est montré, pour la première fois, que l’exposition des VSMC aux AGE inhibe l’expression de leur phénotype contractile en affectant leurs propriétés mécaniques et diverses fonctions cellulaires telles que la signalisation, la contraction et l’organisation du cytosquelette. Dans un contexte plus large, cette thèse confirme également l’importance d’intégrer les approches biophysiques à la biologie cellulaire. En effet, les résultats obtenus par microscopie à force atomique sont uniques puisqu’ils offrent une nouvelle perspective concernant l’activité cellulaire via la caractérisation du phénotype mécanique de la cellule et la mesure de la contraction au niveau d’une seule cellule. || Abstract : Cell contraction plays a key role in a variety of physiological processes, among those; it regulates vascular permeability and blood pressure. It is known that abnormal contraction of vascular smooth muscle cells (VSMC) is often associated with hypertension and its complications. Therefore, it is suggested that studying mechanisms involved in signal transduction leading to cell contraction and mechanisms regulating the cell ability to contract may allow identifying new therapeutic targets in order to suggest new treatments for hypertension. Knowing the role of the angiotensin system in VSMC contractility and the numerous evidences suggesting a dysregulation of this system in the development of hypertension; this thesis first sought to identify new signaling mechanisms involved in cell contraction induced by angiotensin II. Therefore, it is shown here, for the first time, that β- arrestins; which are scaffolding proteins involved in the desensitisation and the signalling of protein G-coupled receptors, participate in cell contractile activity induced by angiotensin receptor type 1 activation by reciprocally regulating myosin activity through its light chain phosphorylation. Secondly, knowing that a vascular dysfunction is observed in diabetes which could be attributed to changes in VSCM functional phenotype; this thesis also investigated the effect of advanced glycation end-products (AGE) exposure on the contractile phenotype and function of VSMC. Indeed, AGE, which are the product of a reaction between proteins and glucose, are increased significantly in diabetes and are suspected to be involved in the vascular dysfunction observed in this metabolic disease. Therefore, it shown, for the first time, that AGE stimulation of the VSMC A7r5 interfere with the expression of their contractile phenotype by changing their mechanical properties and various cellular functions such as signal transduction, contraction and cytoskeletal organisation. Finally, this thesis also underlines the utility of integrating biophysical tools into studying cellular biology. Indeed, the various results obtained using atomic force microscopy are unique in a way that they provide new insights into studying cellular activity trough the measurement of single cell contraction and characterisation its mechanical phenotype

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<p>Low-frequency, long-range sound propagation over a seasurface has been calculated using a wide-angel Cranck-NicholsonParabolic Equation method. The model is developed toinvestigate noise from off-shore wind turbines. Thecalculations are made using normal meteorological conditions ofthe Baltic Sea. Special consideration has been made to a windphenomenon called low level jet with strong winds on rather lowaltitude.</p><p>The effects of water waves on sound propagation have beenincorporated in the ground boundary condition using a bossmodel. This way of including roughness in sound propagationmodels is valid for water wave heights that are small comparedto the wave length of the sound. Nevertheless, since only lowfrequency sound is considered, waves up to the mean wave heightof the Baltic Sea can be included in this manner.</p><p>The calculation model has been tested against benchmarkcases and agrees well with measurements. The calculations showthat channelling of sound occurs at downwind conditions andthat the sound propagation tends towards cylindrical spreading.The effects of the water waves are found to be fairlysmall.</p><p><b>Keywords:</b>wind turbine noise, off-shore wind power,long-range sound propagation, parabolic equation, scattering,water waves</p>

La Barrière Hémato-Encéphalique (BHE) est une interface localisée au niveau des cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECs). Elle présente des caractéristiques structurales et métaboliques spécifiques restreignant considérablement les échanges entre le sang et le cerveau dans le but de maintenir l’homéostasie du système nerveux central (SNC). La présence de transporteurs et récepteurs au niveau de CECs permet l’apport de nutriments essentiels au fonctionnement cérébral. L’expression de ces propriétés est induite par l’environnement cérébral et notamment par la population astrocytaire. Dans notre laboratoire, la BHE est reconstituée in vitro en co-cultivant des CECs bovines et des cellules gliales primaires de rat reproduisant les principales caractéristiques de la BHE in vivo. Son utilisation a permis de mettre en évidence une voie originale de transcytose (récepteur-dépendante) assurant le transport des lipoprotéines de basse densité (LDL) vers le parenchyme cérébral. Nous avons caractérisé les premières étapes de ce processus et démontré que celles-ci impliquent des structures cellulaires spécialisées comme les cavéoles et les cavéosomes, permettant aux lipoprotéines d’être relarguées intactes vers le compartiment cérébral. Récemment, de nombreux travaux ont placé la BHE au centre des échanges des peptides β-amyloïde (Aβ) entre le sang et le cerveau. Un défaut des mécanismes de transport est suspecté d’être à l’origine de l’accumulation cérébrale de ces peptides responsables de la maladie d’Alzheimer (MA). En utilisant notre modèle in vitro de BHE, nous avons étudié l’implication des CECs dans les échanges de ces peptides. Nous avons démontré l’implication du récepteur « receptor for advanced glycation end-products » (RAGE) dans l’entrée vers le compartiment cérébral des peptides Aβ. Ce transport est spécifique et implique la voie des cavéoles. L’implication de pompes d’efflux telles que la P-glycoprotéine (P-gp) et la « breast cancer resistance protein » (BCRP) dans la restriction de l’influx des peptides Aβ a également été mise en évidence. D’autre part, des résultats préliminaires suggèrent que le récepteur « low density lipoprotein receptor-related 1 » (LRP1) n’est pas impliqué dans l’efflux des peptides Aβ. Ces résultats contribuent à apporter une meilleure compréhension du rôle de la BHE dans la MA et permettent d’envisager de nouvelles approches thérapeutiques. / The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic interface located at the brain capillary endothelial cells (BCECs) level. This barrier possesses some morphological and enzymatic properties whose aim is to maintain homeostasis of central nervous system (CNS) by firmly reducing the passages between blood and brain. BCECs express carrier-mediated transporters and receptors allowing the income of nutrients that are essential to brain function. These BBB properties come from brain environment and especially from the astrocytic population. In our laboratory, we have developed an in vitro BBB model consisting of a co-culture of bovine BCECs and new-born rat glial cells that closely mimics the in vivo situation. In this in vitro model, an original transcytosis pathway (receptor-dependent) that ensures low density lipoproteins (LDL) transport into the brain parenchyma has been discovered. We have characterized the first steps of this transport and we have shown that involve specialized cellular structures such as caveolae and caveosomes, allowing intact lipoproteins to be released into the brain compartment. Recently, many studies have considered the BBB like a very suitable site for the exchanges of amyloid β (Aβ) peptides between blood and brain. An alteration in the mechanisms of transport is suspected to result in cerebral accumulation of these peptides which are responsible for Alzheimer's Disease (AD). Using our in vitro model, we investigated the involvement of the BCECs in the exchanges of these peptides. Our works show an asymmetrical transport across the BBB suggesting the involvement of specific receptors and transporters. We have demonstrated the involvement of « receptor for advanced glycation end products » (RAGE) in the entry into the brain compartment. This transport is specific and involves the caveolae’s pathway. The involvement of P-glycoprotein (P-gp) and « breast cancer resistance protein » (BCRP) efflux pumps in restricting the influx of Aβ peptides was also highlighted. Moreover, preliminary results suggest that « low density lipoprotein receptor related-1 » (LRP1) is not involved in the efflux of Aβ peptides. These studies help to provide a better understanding of the role of the BBB in AD and allow to consider new therapeutic approaches.

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

Les pathologies cardio-vasculaires (CVD) représentent la principale cause de morbidité et demortalité dans le monde. Le risque de CVD augmente avec l’âge, le tabagisme, le diabète, les dyslipidémies, l’obésité et l’insuffisance rénale. L’incidence et la prévalence des CVD nécessitent le développement de stratégies de prévention et de traitement, et la recherche de nouveaux biomarqueurs. Le récepteur aux produits de glycation avancée (RAGE) est impliqué dans plusieurs pathologies métaboliques ou inflammatoires. L’activation du RAGE par ses multiples ligands, i.e. produits de glycation avancée (AGE), protéines de la famille S100 et amphotérine (HMGB1) induit une cascade pro-inflammatoire. La forme soluble du RAGE (sRAGE) a été proposée comme biomarqueur du risque vasculaire, de la sévérité et du devenir des CVD, particulièrement chez les patients diabétiques ou insuffisants rénaux. Cependant, les données sont contradictoires et des corrélations positives et négatives sont observées pour une même pathologie. L’importance de l’axe ligand-RAGE dans les processus pathologiques et le large éventail de molécules se liant au RAGE (des protéines proinflammatoires aux auto-anticorps), justifient le présent travail. Au cours du présent travail, dans un premier temps, nous avons d’abord étudié les effets des ligands du RAGE et des auto-anticorps anti-sRAGE récemment décrit, sur la quantification du sRAGE en ELISA. Nous supposons que l’interaction entre le sRAGE et ces molécules pourrait perturber le dosage du sRAGE. Dans un deuxième travail, nous avons évalué les variations du taux de sRAGE et des auto-anticorps anti-sRAGE après chirurgie bariatrique d’une obésité morbide. Les ligands du RAGE (Nε-carboxyméthyllysine, S100A6, S100A12, S100B, HMGB1 et peptide β-amyloïde) se fixent au sRAGE en différents sites et pourraient potentiellement interférer dans sa quantification par l’intermédiaire d’un masquage d’épitope. Nous avons incubé ces ligands, à des concentrations physiologiques et pathologiques, avec du sRAGE recombinant et du sérum pour évaluer leur effet sur le dosage du sRAGE. Des auto-anticorps anti-sRAGE ont été identifiés et purifiés et leur effet sur le dosage de sRAGE a été évalué. La présence des ligands ou d’autoanticorps anti-sRAGE ne modifie pas le dosage du sRAGE recombinant ou sérique. L’obésité favorise les dyslipidémies, les perturbations glycémiques et l’inflammation, conditions au cours desquelles le RAGE pourrait jouer un rôle important. Nous avons étudié les variations des taux sériques du sRAGE et de ses auto-anticorps et leur évolution avec l’amélioration métabolique des sujets obèses après chirurgie bariatrique. Les patients ont été sélectionnés au sein d’une cohorte déjà établie (Patient présentant une obésité morbide et candidat à une chirurgie de bypass gastrique, ABOS, Lille). Les patients présentant des facteurs pouvant modifier les niveaux de sRAGE, tels qu’un traitement par statines, une insuffisance rénale chronique ou une hypertension,ont été exclus. Comparé au groupe contrôle, les taux de sRAGE et d’auto-anticorps étaientsignificativement plus élevés chez les patients obèses avant la chirurgie. Parallèlement à la baisse de l’indice de masse corporelle, les taux de sRAGE et d’anti-sRAGE ont été significativement diminués un an après la chirurgie. La baisse d’anti-sRAGE a été corrélée à l’augmentation des taux de HDL. Nous démontrons que les variations des taux de sRAGE constatées dans la littérature ne sont, à priori, pas dues à l’interaction des ligands du RAGE avec le sRAGE. D’autres hypothèses, comme la régulation de la formation et de la clairance du sRAGE, sont discutées. Nous avons, pour la première fois, démontré la présence d’auto-anticorps anti-sRAGE chez les patients obèses, et la diminution du taux de ces auto-anticorps après une chirurgie de bariatrique. Ces résultats suggèrent que l’obésité pourrait être responsable d’une réaction auto-immune contre le sRAGE. / Cardiovascular diseases (CVDs) are the leading cause of mortality and morbidity in the world. The risk of CVDs increases with age, tobacco, diabetes, dyslipidemia, obesity and kidney dysfunction. The incidence and prevalence of CVDs demands the development of efficient strategies for prevention and treatment, as well as new biomarkers. The receptor for advanced glycation end-products (RAGE) is implicated in several metabolic and inflammatory disorders. RAGE activation by its multiple ligands, i.e. advanced glycation end-products (AGEs), S100 proteins and amphoterin (HMGB1) induces pro-inflammatory events upon RAGE engagement. The soluble circulating form of RAGE (sRAGE) has been proposed as a biomarker of vascular risk, disease severity and outcome, especially in individuals with diabetes or kidney dysfunction. However, data is controversial since positive and negative correlations are observed for a same disease. Nevertheless, the importance of the ligand-RAGE axis in pathological processes and the wide range of RAGE-binding molecules (from pro-inflammatory proteins to autoantibodies), appreciates the present study.In this thesis, we first investigated effects of RAGE ligands and the recently described anti-sRAGE autoantibodies on sRAGE quantification. We hypothesized that interactions between sRAGE and these molecules could impair sRAGE quantification. On the second part, we evaluated the value of sRAGE and anti-sRAGE autoantibodies as biomarkers of metabolic improvement after bariatric surgery for morbid obesity. Patients were selected from the established cohort ABOS (Lille). RAGE ligands (N&#949;-carboxymethyllysine, S100A6, S100A12, S100B, HMGB1 and amyloid beta peptide) bind sRAGE at different sites and could potentially impair its quantification through epitope masking. We tested this hypothesis by incubating these ligands, from physiological to pathological concentrations, with recombinant sRAGE and serum to evaluate their effects on sRAGE quantification. Anti-sRAGE autoantibodies were identified and further purified and their effects on sRAGE measurement evaluated. The presence of ligands or anti-sRAGE autoantibodies did not impair recombinant or serum sRAGE quantification. Obesity is a condition of dyslipidemia, glycemia deregulation and inflammation where RAGE is believed to play an important role. We aimed then to investigate the levels of sRAGE and its autoantibodies according to metabolic improvement in obese subjects submitted to weight loss surgery. Patients were highly selected from a well established cohort (morbidly obese patients eligible for gastric bypass, ABOS, Lille). Patients under statins treatment, with kidney dysfunction or hypertension, factors that could affect sRAGE levels, were excluded. In obese patients, significant higher levels of sRAGE and anti-sRAGE autoantibodies were observed before weight-loss surgery. In parallel to body-mass Index, both sRAGE and anti-sRAGE titers were significantly decreased one year after surgery.We demonstrate that the variations of sRAGE levels among the literature are, most likely, not due to an interaction between RAGE ligands and sRAGE. Other hypothesis like the regulation of sRAGE formation and clearance are further discussed. We have, for the first time demonstrated the presence of anti-sRAGE autoantibodies in obese subjects and that their levels decrease after bariatric surgery. Although our data suggest that morbid obese status leads to an autoimmune reactions against sRAGE. Together, our findings argue against sRAGE as a good biomarker but suggest that anti-sRAGE autoantibodies may have a potential implication to evaluate metabolic risk and autoimmunity associated to RAGE