Le diabète est une pathologie dont l'incidence est en constante augmentation ces dix dernières années. Le traitement de base actuel repose sur l'insulinothérapie pour la régulation de la glycémie, et sur plusieurs molécules de référence du système cardiovasculaire pour ses complications. Pourtant la pathologie est toujours en progression et une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans son développement est nécessaire afin d'améliorer la prise en charge des patients diabétiques. C'est dans ce contexte que se place notre étude, où nous avons clarifié le rôle du récepteur de type 2 à l'angiotensine II ( AT2R ) dans le développement et les complications liées à la pathologie diabétique. En effet, le système rénine-angiotensine occupe une place centrale dans la physiopathologie du diabète et n'est aujourd'hui ciblé que par des antagonistes du récepteur de type 1 à l'angiotensine II ( AT2R ) ou des inhibiteurs de l'enzyme de conversion. Nous montrons ici à l'aide de deux modèles de diabète ( de type 1 et de type 2 ) et d'un modèle de souris déficientes en AT2R qu'il possède de façon intéressante deux rôles opposés dans cette pathologie : un rôle protecteur dans l'induction et le développement du diabète, et un rôle perturbateur au niveau vasculaire. En effet il prévient l'augmentation de la glycémie mais renforce la dysfonction endothéliale et le remodelage vasculaire associés au diabète. Ces résultats ouvrent sur de nombreuses perspectives thérapeutiques quant à la modulation pharmacologique d'AT2R dans le diabète.

Il a été démontré que les chevaux atteints du souffle présentent une augmentation de la masse de muscle lisse entourant les voies respiratoires comparativement à des chevaux sains (Herszberg, Ramos-Barbon et al. 2006, Leclere, Lavoie-Lamoureux et al. 2011). L’augmentation de la masse de muscle lisse ainsi observée résulte d’une hyperplasie, et possiblement, d’une hypertrophie des myocytes. Les traitements usuels du souffle ne sont que partiellement efficaces à diminuer cette augmentation. L’objectif de cette étude était d’explorer les mécanismes moléculaires impliqués dans ces changements affectant la cellule musculaire lisse dans la pathologie du souffle chez le cheval. Pour ce faire, nous avons examiné les effets d’une exposition antigénique sur l’expression du «Serum Response Factor» (SRF) dans le muscle lisse bronchique. Le SRF est un facteur de transcription localisé dans le noyau de la cellule musculaire lisse et régulant l’expression génique de celle-ci en favorisant un phénotype prolifératif ou contractile. Les résultats démontrent qu’avant exposition antigénique, les pourcentages de cellules exprimant le SRF sont faibles. Une augmentation significative du pourcentage de myocytes exprimant le SRF survient suite à une stimulation antigénique chez les chevaux atteints de souffle alors qu’aucune augmentation n’est observée chez les chevaux contrôles. Ces résultats suggèrent que le SRF pourrait contribuer au remodelage du muscle lisse péribronchique dans la pathologie du souffle. / Previous studies have shown that heaves-affected horses, when compared to age-matched control horses, have an increased smooth muscle mass surrounding their airways (Herszberg, Ramos-Barbon et al. 2006, Leclere, Lavoie-Lamoureux et al. 2011). Also, it is shown that hyperplasia, and possibly hypertrophy, contribute to this finding. Current therapies are only partially effective at reversing this finding. The goal of this study was to explore the molecular pathways involved in airway smooth muscle remodelling during heaves. We studied the Serum Response Factor (SRF), a nuclear transcriptional factor that controls gene expression in the smooth muscle cell and favour either a proliferative or a contractile phenotype. The results show that before antigenic exposition, the percentage of cells expressing SRF is low. A significant increase in the percentage of SRF-expressing myocytes occurs after antigenic stimulation in heaves-affected horses whereas no increase is observed in control subjects. These results suggest that the transcription factor SRF may contribute to airway smooth muscle remodeling in heaves-affected horses.

La vasculopathie du greffon est une pathologie caractérisée par un rétrécissement progressif et oblitérant des vaisseaux sanguins menant à une ischémie et une perte de fonction du greffon. Le rétrécissement vasculaire est dû à une accumulation de matrice extracellulaire (MEC) et de cellules mononuclées positives pour l’actine musculaire lisse alpha (alphaSMA) dont les cellules souches mésenchymateuses, le tout formant une néointima oblitérante. Cette pathologie est la cause principale de la perte des greffons rénaux et cardiaques à long terme. Le rejet vasculaire aigu est un prédicteur de la vasculopathie du greffon. L’équipe du Dr Hébert a démontré que l’apoptose endothéliale, qui joue un rôle important dans le développement du rejet vasculaire, initie la libération de LG3, un fragment du protéoglycan perlécan. Les taux sanguins et urinaires de LG3 sont augmentés chez les receveurs d’allogreffe rénale avec rejet vasculaire et vasculopathie du greffon. Les résultats obtenus en laboratoire durant ma maîtrise ont permis de mieux caractériser l’impact du LG3 sur un type cellulaire important participant à la formation de néointima : les cellules souches mésenchymateuses. Mes travaux ont démontré que le LG3 induit à la fois la migration horizontale des MSC et la transmigration des MSC. Cette migration est dépendante de la voie de signalisation d’ERK1/2, précédemment identifiée comme voie centrale dans la formation de néointima. De plus, nos résultats démontrent que la kinase Src est activée en amont de l’activation de la voie MAPK. La migration horizontale et la transmigration induites par le LG3 sont aussi dépendantes des intégrines alpha2beta1, ainsi que l’activation de la voie MAPK. Dans un modèle de transplantation murin, nous avons également démontré que l’injection sérique de LG3 recombinant favorise l’accumulation de cellules positives pour alphaSMA dans la néointima. En outre, lorsque le receveur est déficient pour l’intégrine alpha2, mais que le greffon est sauvage, la formation de néointima induite par l’injection de LG3 est diminuée dans le greffon suggérant que les cellules du receveur jouent un rôle important dans la formation de la néointima. Enfin, nous avons démontré que l’injection de LG3 augmente aussi le nombre de cellules positives pour la forme phosphorylée d’ERK1/2 (p-ERK1/2) dans la néointima du greffon et que cette accumulation est dépendante de la présence des intégrines 2 1 chez les cellules du receveur.Lorsque le receveur est sauvage, il y a une augmentation du nombre de cellules positives pour p-ERK1/2. L’investigation de ces mécanismes dans le remodelage vasculaire expose de nouvelles opportunités pour inhiber la réponse cellulaire qui mène au remodelage inadapté lors d’un dommage vasculaire chronique et ainsi prolonger la survie du greffon. / Graft vasculopathy is diseases characterized by a progressive and obliterate narrowing of the blood vessels leading to ischemia and loss of graft function. This vascular narrowing is due to an accumulation of extracellular matrix and mononuclear cells positive for alpha smooth muscle actin (alphaSMA) including mesenchymal stem cells, thus forming an occlusive neointima. This condition is the leading cause of long term loss of kidney and heart transplants. Acute vascular rejection is a predictor of graft vasculopathy. Dr. Hébert’s team has demonstrated that endothelial apoptosis, which plays an important role in the development of vascular rejection, initiates the release of LG3, a fragment of the proteoglycan perlecan. Blood and urine levels of LG3 are increased in renal allograft recipients with vascular rejection and graft vasculopathy. The results obtained in the laboratory during my Master have helped to better characterize the impact of LG3 on an important cell type involved in neointima formation: the mesenchymal stem cells. My work has shown that the LG3 induces both the horizontal migration and the transmigration of MSC. This migration is ERK1/2-dependent, previously identified as a key molecule involved in neointima formation. In addition, our results demonstrate that Src kinase is activated by upstream activation of the MAPK pathway. Horizontal migration and transmigration induced by LG3 are also dependent on alpha2beta1 integrins, and the activation of the MAPK pathway. In a murine transplantation model, we also demonstrated that intravenous injection of recombinant LG3 promotes the accumulation of alphaSMA positive cells in the neointima. In addition, when the recipient is deficient for the alpha2 integrin but the graft is wild type, LG3 fails to induce neointima formation in the graft suggesting that recipient cells play an important role in the neointima formation. Finally, we demonstrated that intravenous injection of LG3 also increases the number of positive cells for the phosphorylated form of ERK1/2 (p-ERK1/2) in the neointima. This accumulation is dependent on the presence of alpha2beta1 integrins on recipient cells: when the recipient is wild type, there is an increase in the number of cells positive for p-ERK1/2.The investigation of these mechanisms in vascular remodeling presents new opportunities to inhibit the cellular response that leads to inadequate remodeling during chronic vascular damage and prolong graft survival.

Le cancer du sein est le cancer qui a la plus forte fréquence au Canada. En 2012, on estime que 23 200 nouveaux cas de cancer du sein seront diagnostiqués. Deux tiers des tumeurs mammaires expriment ou surexpriment le récepteur des oestrogènes α (ERα). De même, les oestrogènes sont importants pour la croissance de ces tumeurs. La présence des récepteurs hormonaux est un critère qui détermine le choix de la thérapie; à cet égard, le ciblage des récepteurs des oestrogènes par les antioestrogènes a pour but d’inactiver ces récepteurs et diminuer leur contribution à la croissance tumorale. Les antioestrogènes sont des inhibiteurs compétitifs de ERα. Tamoxifene est le médicament le plus utilisé pour traiter les tumeurs mammaires ER+ de tous les stades, avant ou après la ménopause. Tamoxifene est antioestrogène partiel ou SERM qui a un profile mixte d’activités agonistes et antagonistes. Fulvestrant ou ICI 182, 780 est un antioestrogène de type total ou SERD dépourvu de toute activité agoniste. Ce composé est utilisé en clinique chez les femmes après la ménopause ayant des tumeurs mammaires avancées. Fulvestrant constitue, donc, une deuxième ligne thérapeutique en cas de rechute après à un traitement par Tamoxifene. Afin de comprendre le potentiel thérapeutique de Fulvestrant, il est primordial d’étudier son impact sur ERα. Actuellement, la polyubiquitination et la dégradation de ERα sont les mécanismes les plus connus pour expliquer l’inactivation de ERα par Fulvestrant. Par ailleurs, en utilisant des modèles cellulaires ER+ et ER-; nous avons montré que les antioestrogènes totaux induisent une insolubilité de ERα indépendamment de leur capacité à induire sa dégradation. L’insolubilité corrèle avec l’association de ERα avec la matrice nucléaire et avec l’inhibition de sa transactivation. L’hélice H12 du domaine de liaison du ligand joue un rôle important dans l’insolubilité et l’inactivation de ERα par les antioestrogènes totaux. Par ailleurs, les antioestrogènes totaux se distinguent par leur capacité à induire la SUMOylation de ERα par SUMO1 et SUMO2/3. La SUMOylation est rapide et précède la dégradation de ERα dans cellules ER+. À l’aide de dérivés de l’antioestrogène total ICI 164, 384, nous avons montré que la chaine latérale des antioestrogènes totaux est à la base de l’induction de la SUMOylation et de l’inactivation de ERα. De plus, la SUMOylation semble être une marque d’inhibition, car la déSUMOylation restaure une activité de ERα en présence des antioestrogènes totaux. L’hélice H12 du LBD et le domaine de liaison à l’ADN sont requis pour l’induction de la SUMOylation. La recherche de protéines impliquées dans l’inactivation et dans la SUMOylation a permis d’identifier le facteur de remodelage de la chromatine ACF dans le même complexe que ERα. De manière similaire à la SUMOylation, le recrutement de ACF est précoce et constitue une propriété spécifique des antioestrogènes totaux. D’autre part, Fulvestrant induit le recrutement de ACF au niveau du promoteur du gène cible des oestrogènes pS2, ce qui suggère une contribution du remodelage de la chromatine dans les mécanismes d’action des antioestrogènes totaux. La surexpression de la DéSUMOylase SENP1 abolit le recrutement de ACF ce qui indique un rôle de la SUMOylation dans le recrutement de ACF. De même, l’hélice H12 du LBD de ERα constitue un lien entre l’inactivation de ERα et le recrutement de ACF. L’insolubilité, la SUMOylation et l'interaction du complexe ACF sont le reflet des mécanismes d’action des antioestrogènes totaux. Ces observations peuvent être utilisées comme des critères fonctionnels pour identifier d’autres composés avec de meilleures propriétés pharmacologiques que Fulvestrant. / Approximately 70% of breast tumors express or overexpress estrogen receptor alpha (ERα) and are treated with antiestrogens (AEs), which act as competitive inhibitors of this receptor. Tamoxifen has been widely used for the treatment of ERα-positive tumors, but intrinsic or acquired resistance can lead to tumor recurrence. Full AEs such as Fulvestrant (ICI182, 780) are currently used to treat postmenopausal women with ERα-positive breast cancers with disease progression following Tamoxifen therapy. Unlike Tamoxifen and other Selective estrogen receptor modulators (SERMs), full AEs (SERDs) are devoid of any agonistic activity. It is currently thought that the capacity of full AEs to induce rapid polyubiquitination and degradation of ERα underlies their complete suppression of ERα signalling. On the one hand, we show a correlation between ICI 182, 780 induced ERα inhibition and its association with the insoluble fraction. This insolubility corresponds to an immobilization within the nuclear matrix and takes place in the absence of an accelerated turn over. The helix 12 in the ligand binding domain is important in the induction of insolubility and inactivation. On the other hand, we identify ERα as a target for Small Ubiquitin-like Modifier (SUMO) posttranslational modification by SUMO1 and SUMO2/3 specifically when liganded with full AEs. Induction of SUMOylation is rapid and precedes receptor degradation in ERα-positive breast cancer cells. On the other hand, the SERMs do not induce SUMOylation. The helix 12 in the ligand binding domain and the DNA binding domain play a role in the induction of SUMOylation in the presence of full AEs. Structure activity relationship experiments with full AE derivatives showed that the induction of SUMOylation is correlated with the degree of inhibition of ERα-mediated transcription. In addition, preventing SUMOylation by overexpression of a SENP1 deSUMOylase abolished the inverse agonist properties of full AEs without increasing activity in the presence of agonists or of Tamoxifen. In our attempt to screen for factors with a possible role in SUMOylation and inactivation, we show that the treatment with SERDs but not SERMs, induces a rapid interaction between ERα and the human ATP-utilizing chromatin assembly and remodeling factor (ACF) in ERα-negative and ERα-positive cell lines. The helix 12 is important since introducing single point mutations in this helix lead to an increased solubility and abrogate ACF recruitment. Using ChIP, we find an increase of ACF1 subunit association with proximal promoter of estrogen target gene pS2 suggesting a possible role of ACF in remodeling in this promoter. ACF recruitment is SUMOylation dependant since the overexpression of DeSUMOylase SENP1 abolishes the interaction between ERα and ACF. Together, induction of insolubility, SUMOylation and ACF recruitment are characteristic properties of full antiestrogens that contribute to their specific activity profile. They can be used to screen for new compounds with an improved therapeutic potential.

Les stress physiopathologiques cardiaques sont associés dans la plupart des cas à une production d’espèces réactives oxygénées (ROS). Les ROS entrent dans plusieurs mécanismes physiologiques, cependant, des niveaux élevés de production de ROS produisent généralement des changements délétères dans la performance contractile et conduisent à un remodelage cardiaque défavorable. Il est maintenant établit qu’un stress oxydant important entraîne une altération de l'expression et/ou la fonction des protéines sarcomériques contribuant aux dysfonctions contractiles observées dans les diverses pathologies cardiaques. Ce travail de thèse a consisté à étudier l’impact du stress oxydant sur la fonction contractile cardiaque in-vivo, ex-vivo, et in-vitro dans diffèrent modèles de stress physiopathologiques cardiaques. Plus précisément, nous avons étudié le remodelage précoce de la machinerie contractile in-vitro, notamment les modifications post-traductionnelles des protéines sarcomériques dépendantes directement ou indirectement des ROS, mais aussi, la conséquence de ces modifications sur la fonction contractile cardiaque in-vivo et ex-vivo. Pour cela, nous avons généré deux modèles animaux de stress physiopathologiques cardiaques (exercice physique et chimiothérapie) ayants des mécanismes moléculaires différents tout en étant reliés par une perturbation commune : une production importante de ROS. Ainsi, ce travail de thèse s’est intéressé à la compréhension des mécanismes physiopathologiques à l’origine de : i) la dysfonction diastolique résultante d’un exerce physique épuisant, ii) la cardiomyopathie résultante de la prise d’anthracyclines. Dans ces études, nous avons étudié les modifications post-traductionnelles induites par les ROS des protéines sarcomériques (MyBP-C et TnI), ainsi que les conséquences sur la fonction cardiaque in-vivo, ex-vivo, et in-vitro. Ce travail de thèse a permis de montrer l’importance de la voie oxydative dans la régulation/dérégulation de la fonction cardiaque, aussi bien à l’échelle de l’organe qu’à l’échelle de la cellule. Il démontre notamment, que la voie oxydative peut interagir avec la voie adrénergique pour modifier les propriétés contractiles (étude #1). De plus, ce travail a permis de mettre en évidence que la voie oxydative induit des modifications précoces des propriétés contractiles qui sont hétérogènes à travers le ventricule gauche (étude #2). / Cardiac pathophysiological stress is generally associated with reactive oxygen species (ROS) production. ROSs are involved in several physiological mechanisms, however, high levels of ROS production induce deleterious changes in contractile performance and lead to adverse cardiac remodeling. It is now established that significant oxidative stress results in impaired expression and/or function of sarcomeric proteins and contribute to contractile dysfunctions observed in various cardiac pathologies.This work aim to study the oxidative stress impact on cardiac contractile function in-vivo, ex-vivo, and in-vitro, in different models of cardiac pathophysiological stress. Specifically, we studied the in-vitro contractile machinery early remodeling, including post-translational modifications of sarcomeric proteins directly or indirectly related to ROS, and the consequences of these modifications on cardiac contractile function in-vivo and ex-vivo. For this purpose, we used two animal models of cardiac pathophysiological stress (intense physical exercise and chemotherapy) having different molecular mechanisms but connected by an important ROS production.Thus, this thesis work focused on the pathophysiological mechanisms involved in diastolic dysfunction induced by an exhausting physical exercise and the anthracyclines induced cardiomyopathy. In these studies, we investigated ROS-induced post-translational modifications of sarcomeric proteins (MyBP-C and TnI), as well as, the consequences on cardiac function in-vivo, ex-vivo, and in-vitro. This work has shown the oxidative pathway importance in the cardiac function regulation/deregulation. Especially, it demonstrates that the oxidative pathway can interfere with the adrenergic pathway to modify contractile properties (study #1). In addition, this work has shown that the oxidative pathway induces early heterogeneous changes across the left ventricle in contractile properties (study #2).

L’os est un matériau vivant avec une structure hiérarchique complexe qui lui confère des propriétés mécaniques remarquables. L’os subit perpétuellement des contraintes mécaniques et physiologiques, ainsi sa qualité et sa résistance à la fracture évoluent constamment au cours du temps à travers le processus de remodelage osseux. La qualité osseuse est non seulement définie par la densité minérale osseuse mais également par les propriétés mécaniques ainsi que la microarchitecture. Dans le cadre de la présente thèse, on a développé une modélisation multiéchelle unifiée couplant à la fois les activités cellulaires au comportement mécanique de l'os tenant compte des différents niveaux hiérarchiques de l'os: de l’ultrastructure au remodelage osseux. Ce modèle permet d’étudier le comportement mécano-bibliologique de l’os et de prédire ses propriétés mécaniques apparentes à différentes échelles allant du nanoscopique au macroscopique en fonction des constituants élémentaires de l'os. Pour atteindre cet objectif, une démarche en quatre phases a été adoptée. La première phase consiste à décrire les constituants élémentaires de l’os. La deuxième phase avait pour objectif la modélisation multiéchelle de l'ultrastructure osseuse constituée de trois échelles nanoscopiques (microfibrille, fibrille et fibre) par la méthode des éléments finis et des réseaux de neurones. La troisième phase correspond à la modélisation des échelles micro-macroscopiques de l’os cortical (lamelle, ostéon, os cortical) en utilisant comme paramètres d’entrée les propriétés de la fibre déterminées dans la deuxième phase. Enfin, dans la dernière phase, on a développé un modèle mécano-biologique du remodelage osseux permettant de simuler le processus d'adaptation osseuse tenant compte explicitement des activités biologiques des cellules osseuses. Les propriétés mécaniques prédites par nos algorithmes multiéchelles ont servi pour alimenter le modèle de remodelage. Ce modèle a été implémenté au code de calcul d’éléments finis ABAQUS/Standard à travers sa routine utilisateur UMAT. Finalement, le modèle EF mécano-biologique multiéchelle du remodelage osseux a été appliqué pour simuler différents scénarii de remodelage sur des fémurs humains (2D et 3D). Différents facteurs ont été ainsi analysés tels que l'âge, le genre, l'amplitude des activités physiques, etc. Les résultats obtenus sont conformes (qualitativement) avec les observations cliniques et cohérents avec les différentes études expérimentales. En conclusion: (i) Les modèles unifiés ainsi développés (modèle multiéchelle, modèle mécano-biologique de remodelage osseux) contribuent à l'analyse fine du comportement de l'os humain. (ii) L'application des algorithmes a permis d'effectuer des essais virtuels pour analyser les effets combinés de nombreux facteurs caractérisant la qualité osseuse. / Bone is a living material with a complex hierarchical structure which entails exceptional mechanical properties. Bone undergoes permanent mechanical and physiological stresses, thus its quality and fracture toughness are constantly evolving over time through the process of bone remodeling. Bone quality is not only defined by bone mineral density but also by the mechanical properties and microarchitecture. The current thesis offers a multiscale modeling approach unifying the cell activity to the mechanical behavior, taking into consideration the hierarchical levels of bone, from the ultrastructure to bone remodeling. This model permits to study the mechanobiological behavior and to predict the mechanical properties of the bone at different scales from nano to macro depending on the elementary constituents of bone. To achieve the objective of the current work, an approach of four phases was adopted. The first phase is to describe the basic components of the bone. The second phase concerns the multiscale modeling of the three nanoscopic levels of bone ultrastructure (microfibril, fibril and fiber) by the finite element method and neural networks. The third phase aims to model the micro-macroscopic structures of cortical bone (lamella, osteon, cortical bone) using the fiber properties predicted from the second phase as input parameters. In the last phase, a mechano-biological model of bone remodeling was achieved to simulate the process of bone adaptation explicitly considering the biological activities of bone cells. Mechanical properties predicted by our multiscale algorithms were used to feed the remodeling model. This model has been implemented into the ABAQUS/Standard finite elements code as a user subroutine. Finally, the finite element mechano-biological multiscale model of bone remodeling was applied to simulate different scenarios on human femurs (2D and 3D). Hence, different factors such as: age, gender, physical activities, etc were analyzed. The obtained results are conformed (qualitatively) to clinical observations and consistent with the various experimental studies. In summary, (i) the models portrayed here (multiscale model, mechanical-biological model of bone remodeling) contribute by their unified approach to the realistic modeling of the response of human bone. (ii) The application of the algorithms permits to perform virtual experiments to scrutinize the combined effects of numerous factors dictating the bone quality.

Le syndrome de vibration main-bras (HAVS) est généralement provoqué par l'utilisation d'outils électriques portatifs sur le long terme ; il se manifeste après une exposition au froid, en provoquant une forte et anormale vasoconstriction des vaisseaux sanguins. L'objectif de la thèse est d'établir un nouveau modèle prédictif des changements géométriques et structurels des parois des capillaires causés par l'exposition des membres supérieurs aux vibrations. Le contexte médical du HAVS est rappelé en premier lieu, en particulier les mécanismes pathologiques sous-jacents. Les modèles constitutifs des tissus mous de la pulpe de doigt et de la paroi du vaisseau en croissance issus de la littérature sont rappelés. Dans la troisième partie de la thèse, les paramètres élastiques et visqueux de la pulpe du doigt sont identifiés par le recalage des résultats de la simulation d'un modèle 2D d'une section transversale du bout du doigt avec des données expérimentales. La dernière partie de la thèse aborde la modélisation de la croissance des capillaires induite par la vibration de l'outil, en considérant des échelles spatiales et temporelles macroscopique et microscopique. Le problème spatial multi-échelles est résolu par une méthode de zoom structural, le champ de déformation calculé à l’échelle macroscopique définissant la condition limite appliquée ensuite à l’échelle microscopique. Le problème multi-échelle de temps est résolu en transformant le problème dynamique en un problème équivalent quasi-statique. Les résultats obtenus montrent que les vibrations induisent l'épaississement de la paroi du capillaire, l’effet étant maximum au voisinage de la fréquence de résonance. Des analyses paramétriques sont réalisées pour étudier la relation entre la croissance des capillaires en fonction de la localisation dans la pulpe du doigt, la fréquence de la vibration, l’amplitude de la pré-charge statique, et la dose de vibrations / Hand-Arm Vibration syndrome (HAVS) is usually caused by long-term use of hand-held power tools. It typically occurs after exposure to cold, causing an abnormally strong vasoconstriction of blood vessels. A model predicting the geometrical and structural changes of the arterial walls caused by vibration exposure is developed for the first time in this thesis. The medical context of HAVS is first recalled, especially the underlying pathological mechanisms. The constitutive models for the finger pulp and the growth of the vessel wall from the literature are used as a basis for the modeling of the arterial wall remodeling under exposure to vibration. The elastic and viscous parameters of the fingertip have been identified by adjusting the simulation results of a 2D model of fingertip cross-section to available experimental data. The last part of the thesis develops a first attempt to build the growth model of capillary induced by the tool vibration, considering multiscale spatial and temporal aspects. The two-scale spatial problem is solved by a structure focus, the deformation field computed at the macro level defining the boundary condition next applied at the microscopic level. The two-scale time problem is solved by transforming the dynamic problem into a quasi-static problem. The results obtained show that vibration induces an increase of the thickness of the capillary's wall. Parametric analyses were carried out to study the relationships between the capillary growth and their localization within finger’s pulp, the vibration frequency, the magnitude of the static preload and the vibration dose

FACT est une protéine clé, qui joue de multiples rôles, y compris dans la transcription et la réparation de l'ADN endommagé. Néanmoins, comment FACT participe à la réparation et à la transcription de la chromatine n'est pas élucidé. Dans ce travail nous avons tout d'abord étudié le rôle de FACT dans le processus de réparation par excision de base (BER). Nous avons utilisé des nucléosomes reconstitués avec de l'ADN à uracile incorporé au hasard. Nous avons trouvé que l'enzyme UDG est capable d'enlever les uraciles localisés du côté de la solution et pas les uraciles se trouvant en face de l'octamère d'histone. La présence simultanée de FACT et de RSC (facteur de remodelage de la chromatine, impliqué dans la réparation) permet un enlèvement efficace des uraciles localisés du côté de l'octamère d'histone par l'UDG. De plus, l'action concertée de FACT et RSC contribue à l'enlèvement de la lésion oxidative 8-oxoG, autrement inaccessible, de la matrice nucléosomale par l'enzyme OGG1. Ce résultat est obtenu grâce à une activité « co-remodelatrice » de la protéine FACT. Dans ce travail nous décrivons pour la première fois cette nouvelle propriété de FACT et nous montrons par une série d'expériences biochimiques que FACT est capable de stimuler l'activité de remodelage du RSC. Nos expériences montrent que la présence de FACT augmente l'efficacité de RSC à transformer l'énergie libérée par l'hydrolyse de l'ATP en travail « mécanique ». Les données obtenues suggèrent une nature stochastique du BER in vivo, FACT étant un facteur clé dans le processus de réparation. Nous avons également investigué l'implication de l'activité co-remodelatrice de FACT dans la fixation de NF-kB aux matrices nucléosomales. La production de nucléosomes remodelés, mais non - mobilisés (remosomes) n'est pas suffisante pour promouvoir la fixation de NF-kB. Pourtant, la mobilisation des nucléosomes par l'intermédiaire de RSC permet une interaction efficace entre NF-kB et l'ADN nucléosomal. Toutes ces données sont essentielles pour le décryptage du mécanisme moléculaire par lequel FACT agit dans le BER et dans la transcription médiée par NF-kB. / FACT is a vital protein which has multiple roles including one in transcription and repair of damaged DNA. However, how FACT assists repair and transcription remains elusive. In this work, we have first studied the role of FACT in Base Excision Repair (BER). We used nucleosomes containing DNA with randomly incorporated uracil. We found that the enzyme UDG is able to remove uracils facing the solution and not the uracils facing the histone octamer. The simultaneous presence of FACT and RSC (a chromatin remodeler involved in repair) allows, however, a very efficient removal of uracil facing the histone octamer by UDG. In addition, the concerted action of FACT and RSC permits the removal of the otherwise un-accessible oxidative lesion 8-oxoG from nucleosomal templates by OGG1. This was achieved thanks to the co-remodeling activity of FACT. Here we described for the first time this novel property of FACT and we show in a series of biochemical experiments that FACT is able to boost the remodeling activity of RSC. The experiments reveal that the presence of FACT increases the efficiency of RSC to transform the energy freed by ATP hydrolysis into “mechanical” work. The presented data suggest a stochastic nature of BER functioning in vivo, FACT being a key factor in the repair process. The implication of the co-remodeling activity of FACT in NF-kB factor binding to nucleosomal templates was also investigated. The generation of remodeled, but not mobilized nucleosomes (remosomes), was not sufficient to promote NF-kB binding. However, the RSC-induced nucleosome mobilization allows efficient NF-kB interaction with nucleosomal DNA. Our data are instrumental in deciphering the molecular mechanism of FACT implication in BER and NF-kB mediated transcription.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil est un problème de santé publique affectant plus de 5 % de la population, se caractérisant par des obstructions répétées des voies aériennes durant la nuit. L’hypoxie intermittente (HI) qui en résulte, induit des complications cardiovasculaires (hypertension, athérosclérose, insuffisance cardiaque). Le but de cette thèse est d’explorer le remodelage cardiovasculaire induit par l’HI et de comprendre le rôle de HIF-1 et de l’endothéline (ET-1) dans ces modifications. Pour cela nous avons exposé à 14 jours d’HI des souris HIF1α+/- ou traitées avec un antagoniste des récepteurs à l’ET-1. Chez les souris contrôles, nous avons observé un épaississement de la paroi aortique, une inflammation systémique et locale dans l’aorte ainsi qu’une hypertrophie du ventricule droit qui sont absents chez les souris HIF1α+/- ou traitées au bosentan. La délétion de HIF1a prévient également l’augmentation de contractilité observée dans le ventricule gauche après HI. En conclusion HIF-1 et ET-1 semblent fortement impliqués dans le remodelage vasculaire et myocardique induit par l’HI. / Obstructive sleep apnea is a public health problem affecting more than 5% of the population, characterized by repeated airway obstructions during sleep. The resulting intermittent hypoxia (IH) induces cardiovascular complications (hypertension, atherosclerosis, heart failure). The aim of this thesis is to characterize the cardiovascular remodeling induced IH and understand the role of HIF-1 and endothelin (ET-1) in these alterations. For this, we exposed to IH for 14 days HIF1α+/- mice or mice treated with an ET-1 receptor antagonist. Control mice developed thickening of the aortic wall, systemic and local inflammation in the aorta and right ventricular hypertrophy that were absent in HIF1α+/- or bosentan-treated mice. HIF1a deletion also prevents the increase in left ventricular contractility observed after HI. In conclusion, HIF-1 and ET-1 appear to be strongly involved in the vascular and myocardial remodeling induced by HI.

Le Trouble de Stress Post-Traumatique (TSPT) est une pathologie qui se développe chez des sujets exposés à des événements traumatiques. Cette pathologie est caractérisée par des reviviscences du traumatisme induisant des troubles anxieux invalidants et durables. Ces reviviscences, provoquées par des indices de rappel, sont à l'origine des fréquentes rechutes qui caractérisent le TSPT. La dépendance aux drogues d'abus est également caractérisée par une hyperréactivité aux indices de rappel qui est responsable du désir irrépressible de drogue ou " craving " et des nombreuses rechutes après abstinence. Nous avons fait l'hypothèse que cette susceptibilité aux indices environnementaux, commune aux deux pathologies, pourrait être due à un découplage des systèmes monoaminergiques induit par l'exposition à des conditions intenses, drogues d'abus ou traumatisme. Les données de cette thèse montrent que notre modèle animal de traumatisme (le Single Prolonged Stress) reproduit chez les individus vulnérables les symptômes de la pathologie, et une réactivité aux indices de rappel. Nos données indiquent également qu'un traumatisme induit, chez les individus vulnérables, une désensibilisation comportementale et une sensibilisation noradrénergique corticale, supportant l'hypothèse de découplage monoaminergique. Enfin, nous avons développé une nouvelle approche thérapeutique, le " remodelage émotionnel " capable de diminuer durablement les symptômes de type TSPT. Les résultats obtenus dans cette thèse, soutiennent l'hypothèse de bases physiologiques communes entre le TSPT et l'addiction, et proposent de nouvelles approches thérapeutiques pour ces deux pathologies. / Post-Traumatic Stress disorder (PSTD) appears on a part of individuals exposed to traumatic events. This pathology is characterized by frequent re-experiencing of the traumatic event inducing disabling and long-lasting anxiety disorders. These flashbacks, triggered by reminder cues, are responsible for the frequent relapses that characterize PTSD. Addiction to drugs of abuse is also characterized by a hyper reactivity to reminder cues which is responsible for drug craving and relapses. We hypothesized that such a susceptibility to environmental cues, common to both pathologies, could be due to an uncoupling of monoaminergic systems induced by exposure to intense conditions (trauma or drugs). Data from this thesis showed that our animal model of PTSD (the Single Prolonged Stress) reproduced PTSD-like symptoms on vulnerable rats, and reactivity to reminder cues. Our data also showed that trauma induced a behavioral desensitization and a cortical noradrenergic sensitization, in vulnerable traumatized rats, supporting the hypothesis of monoaminergic uncoupling. Finally, we developed a new therapeutic approach, the "emotional remodeling" which was shown to durably decrease PTSD-like symptoms. The results obtained in this thesis support the hypothesis of common physiological basis between PTSD and drug addiction, and offer new therapeutic approaches for these two pathologies.