Les cellules sont organisées en tissus dont les propriétés physiques comme la rigidité et l'élasticité sont variables. La matrice extracellulaire (MEC) est produite et remodelée par les cellules qui s'adaptent en retour aux conditions physico-chimiques de cet environnement extracellulaire. Cela nécessite une communication bidirectionnelle entre la cellule et la matrice. Les intégrines sont des protéines transmembranaires impliquées dans l'adhérence, liant la MEC au cytosquelette d'actine via une plateforme protéique appelée adhérence focale, lieu d'une double signalisation (inside-out et outside-in). Des variations de tension intracellulaire imposées par l'environnement modifient la distribution et la taille de ces adhérences. Leur dynamique est aussi contrôlée par certaines protéines cytoplasmiques comme la protéine ICAP-1, partenaire de l'intégrine b1. En cherchant à comprendre le lien entre la tension interne et l'activation des intégrines, j'ai montré qu'ICAP-1 contrôle l'étalement, la contractilité interne et la migration cellulaire en présence comme en absence de l'intégrine b1, révélant un rôle ICAP-1 indépendant de son interaction avec l'intégrine b1. Ce contrôle semble passer par l'interaction ICAP-1/ROCK et a révélé un contrôle de l'intégrine b3 par l'intégrine b1.

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

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

Le terme invadosome regroupe à la fois les podosomes, dans les cellules normales, et les invadopodes, dans les cellules transformées par l’oncogène Src et les cellules cancéreuses. Ces structures sont capables d’interagir avec et de dégrader la matrice extracellulaire (MEC). Ils sont aussi considérés comme des méchanosenseurs car ils sont capables de sentir la rigidité et la nature de la MEC. Mon travail de thèse s’est focalisé sur l’impact du microenvironnement matriciel sur la formation et l’activité des invadosomes. Au cours d’une première étude, nous avons démontré que les cellules endothéliales microvasculaires forment de façon constitutive des podosomes. L’utilisation de matrices de rigidités contrôlées, a permis la mise en évidence d’une corrélation entre l’augmentation de la rigidité augmentait et le nombre de cellules formant des podosomes ainsi que la taille de ces structures. En plus de la rigidité, d’autres propriétés de la MEC, telles que sa composition moléculaire et son organisation pourraient influencer la formation des invadosomes. Dans une seconde et troisième étude, nous avons pu montrer que seul le collagène fibrillaire de type I était capable d’induire la formation de microdomaines d’actine linéaires qui présentent comme les invadosomes, la capacité de dégrader la MEC. Au vu de leur morphologie originale, nous avons nommés ces structures des invadosomes linéaires (LIs). De façon intéressante, nous avons pu établir que la formation et l’activité de dégradation des LIs étaient indépendantes des intégrines β1 et β3. Au contraire, nous avons démontré que les récepteurs à domaine discoïdine (DDRs) contrôlent la formation et l’activité des LIs. De plus, les voies de signalisation classiques associées aux invadosomes classiques ne sont pas impliquées dans la formation des LIs. Une analyse par spectrométrie de masse des interactants de DDR1 dans un contexte collagène de type I fibrilllaire a permis de mettre en évidence des régulateurs clés et de révéler une voie de signalisation potentiellement impliquée dans la formation des LIs.Ainsi, ce travail de thèse a permis d’identifier la rigidité de la matrice comme un inducteur majeur des podosomes mais aussi la capacité intrinsèque des cellules microvasculaires à former ces structures. De plus, nous avons identifié un nouveau type d’invadosome, les LIs, qui sont associés à un nouveau type de récepteur concernant les invadosomes, les DDRs. / Invadosome is a global term including podosome, found in normal cells, and invadopodia observed in Src-transformed and cancer cells. These structures are specialized cell-matrix contacts able to interact with and degrade the extracellular matrix (ECM). They are considered as mechanosensors as they are able to sense the strength, the nature of the extracellular matrix. My PhD work essentially focuses on the understanding of how matrix microenvironment impacts on invadosome formation and activity. In a first study, we demonstrated that microvascular cell types constitutively form podosomes. Thus, using matrices of controlled rigidity, we found that an increase of stiffness was associated with an enhancement in the number of cells forming podosomes and podosome size. In addition to the matrix rigidity, other microenvironment properties, such as the molecular composition and the organization of the matrix are expected to influence the formation of invadosome.In a second and a third part of this wok, we show that fibrillar type I collagen induce the formation of linear actin microdomains which exhibit invadosome characteristics. In view of their original architecture, we named these new structures, linear invadosomes (LIs).Interestingly, we show that the formation and degradation activity of LIs are independent of β1 and β3-integrins but required discoidin domain receptors (DDRs). Moreover, all the signalling pathways known to induce classical invadosome are not required for the LIs induction. A mass spectrometry analysis of DDR1 partners emphasized key regulators and these results highlight a new potential signalling pathway involved in LIs formation. This work allowed us identifying matrix stiffness as a major inducer of podosomes but also the intrinsic capacity of microvascular cells to form these structures. Moreover, we identify a new type of invadosome, the Linear Invadosome associated with DDRs receptors.

Le rôle de la composante vasculaire est de plus en plus évoqué dans la pathogénie des atteintes mnésiques et des démences (vasculaire ou Alzheimer). Dans ce contexte, nous avons étudié les aspects épidémiologiques, physiopathologiques, génétiques et thérapeutiques de la relation entre les troubles cognitifs et l'hypertension artérielle ou les marqueurs du vieillissement artériel chez des sujets âgés de 60 à 85 ans hypertendus présentant une plainte mnésique subjective (ADELAHYDE) et chez des sujets institutionnalisés âgés de plus de 80 ans suivis sur un an (PARTAGE), ainsi que dans une population âgée de plus de 60 ans, en bon état général, sans démence et ayant bénéficié d'un bilan systématique de santé (Bilan Senior). Nos résultats portant sur ces 3 populations indiquent clairement que chez le sujet âgé, l'évaluation des marqueurs du vieillissement artériel permet de définir les sujets à plus haut risque de déclin cognitif, alors que la valeur prédictive de la pression artérielle (PA) sur le déclin cognitif ne semble pas être significative. Nous avons également montré que chez les personnes âgées hypertendues traitées de l'étude ADELAHYDE, l'utilisation d'antagonistes calciques était associée à de meilleures performances cognitives, indépendamment du niveau de la PA et de l'état vasculaire. Ceci suggère un effet protecteur spécifique de cette classe pharmacologique sur le déclin cognitif. Par ailleurs, nous n'avons pas pu identifier de facteur génétique associé aux fonctions cognitives. / The role of the vascular alterations in the pathogenesis of cognitive impairment and dementia (vascular or Alzheimer) is increasingly recognized. In this context, we studied the epidemiological, physiological, genetic and therapeutic aspects of the relationship between high blood pressure, markers of arterial aging and cognitive impairment in elderly (aged 60-85 years) hypertensive patients with subjective memory complaints (ADELAHYDE study) and in institutionalized elderly subjects (aged >= 80 years) during one year follow-up (PARTAGE study), as well as in an elderly population (aged >= 60 years) with good general health and without dementia (Senior examination study). Our results on these three populations show that markers of arterial aging identified subjects at higher risk for cognitive decline, while blood pressure alone did not appear to have a significant predictive value. We also showed that in elderly hypertensive patients (ADELAHYDE study), treatment with calcium-channel blockers was associated with better cognitive performance, independently of blood pressure level and macrovascular or microvascular alteratios. This suggests a specific neuroprotective effect of channel blockers class in the elderly population. Lastly, we could not identify genetic factors associated with cognitive function.

La création, la validation et le développement du tonomètre PulsePen® ainsi que la vérification de nouvelles approches méthodologiques pour l’évaluation du vieillissement des gros troncs artériels constituent l’objet de cette thèse. Trois appareils utilisés dans la pratique clinique et dans la recherche pour déterminer la vitesse de l’onde de pouls, se basant sur trois méthodes différentes, ont été comparés. Cette étude confirme la fiabilité du PulsePen® et du Complior® pour l’étude des propriétés viscoélastiques de l’aorte. Les valeurs de normalité de la vitesse de l’onde de pouls mesurée avec le PulsePen® ont été définies par une étude multicentrique chez les jeunes en âge scolaire, entre 6 et 20 ans. Cette étude a fourni les valeurs de référence en percentiles, en fonction de l’âge et de la taille. Les valeurs de référence de la vitesse de l’onde de pouls ont été définies aussi pour les sujet âgés de plus de 80 ans dans l’étude multicentrique PARTAGE. Dans la même étude, l’analyse de la morphologie de la courbe de pression centrale a permis de démontrer une importante corrélation entre l’amplification de la pression artérielle et la présence de cardiopathie chez les sujets âgés. Enfin, l'étude a porté sur le rapport entre rigidité vasculaire et athérosclérose, et l’influence des facteurs déterminants le syndrome métabolique sur l’épaisseur intima-media et sur la vitesse de l’onde de pouls. D’autre part, nous avons démontré le rôle indépendant de la stéatose hépatique sur la rigidité artérielle / The object of this thesis is conception, validation and development of PulsePen® tonometer and study of new methods to evaluate the aging of aorta and its principal branches. Three devices currently used in clinical practice to determine pulse wave velocity, using three different methods, were compared. This study confirmed the reliability of PulsePen® and Complior® devices to investigate the viscoelastic properties of the large arteries. Reference values of pulse wave velocity in children and teenagers were defined in a multicentric study. This study provided the percentiles of reference values depending on age and height. The multicentric study PARTAGE identified the reference values of pulse wave velocity about a population of elderly aged >80 years. This study demonstrated that pulse wave velocity and blood pressure amplification are complementary methods in studying cardiovascular risk and that pulse wave velocity is more linked to major cardiovascular risk factors, whereas blood pressure amplification is strongly linked to the presence of heart disease and for which low values can be considered as the expression of cardiac damage in elderly. Finally the relationship between arterial stiffness and atherosclerosis was studied, besides the influence of factors determining metabolic syndrome on intima-media thickness and pulse wave velocity. The independent and significant role of non alcoholic fatty liver disease on arterial stiffness was shown

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est une maladie inflammatoire, auto-immune, chronique et systémique avec la présence d’arthrites et synovites périphériques. Une autre conséquence sévère de la maladie et de ses traitements est la présence d’une rigidité artérielle élevée précoce, par conséquent une haute incidence de problèmes cardiovasculaires pour les sujets atteints. La pratique d'exercices physiques (EP) est reconnue comme une des thérapies non-pharmacologiques les plus efficaces pour lutter contre le risque cardiovasculaire. Cependant la population PR présente un bas niveau de pratique d’activité physique et les programmes d’EP sont rarement proposés dans la prise en charge thérapeutique de ces patients. Pour dépasser cette problématique l’association de la cryothérapie à un programme d’EP adapté semble être une stratégie intéressante. L’objectif de ce travail était de concevoir et de tester un programme d’EP associé à de la cryothérapie adapté aux patients PR afin de lutter contre le risque cardiovasculaire.A partir d’une revue systématique, nous avons montré le caractère lacunaire de la littérature en termes de programme d’EP associé à de la cryothérapie pour des patients PR, le manque de consensus sur les méthodes utilisées aussi bien pour le type d’EP à proposer que pour les méthodes de cryothérapie et les températures employées. Face à cette situation, nous avons proposé plusieurs études préliminaires afin de déterminer les modalités d’exercice et de cryothérapie les plus appropriées pour définir un programme simple, efficace et adapté aux patients PR. Ces travaux ont été réalisés d’une part avec des sujets sains et d’autre part avec des patients PR. Nous avons également entrepris de mieux définir les conditions d’utilisation de la vitesse de propagation de l’onde de pression pour traduire la rigidité artérielle, afin d’utiliser cette dernière comme un marqueur des effets de nos propositions de programme d’EP sur le risque cardiovasculaire. Enfin nous avons tenté d’évaluer quels pouvaient être les freins à la pratique d’EP pour ces patients afin de pouvoir les prendre en compte et les contourner dans la mise en place de nos propositions. Les principaux résultats de nos travaux nous ont permis de définir les caractéristiques d’un programme d’EP associé à de la cryothérapie pour des patients PR afin d’agir sur leur rigidité artérielle.Ce programme, intitulé Prexcrim, a été mise en œuvre avec un groupe de patients atteints de PR. Les premiers résultats que nous avons obtenus confirment la faisabilité de nos propositions et la bonne tolérance des patients. Aucune sortie de l’étude ou effet secondaire a été observé. A ce stade des inclusions et de l’analyse des résultats, il semble que le programme d’EP proposé permette de modifier la rigidité artérielle en particulier des patients qui présentaient une rigidité artérielle élevée au départ. Il n’a pas été observé d’aggravation de la maladie ou du syndrome inflammatoire ce qui semble renforcer l’intérêt de la méthode de cryothérapie proposée. Les inclusions qui se poursuivent permettront sans doute d’affiner ces premières interprétations.En conclusion, notre travail a permis de combler une partie des lacunes constatées dans la littérature en termes de lutte contre le risque cardiovasculaires accru constaté chez les patients PR. Notre approche a permis la réalisation d’un programme simple et facile d’EP associé à de la cryothérapie, dont les premiers résultats répondent aux attentes fixées. Les premières analyses que nous avons réalisées montrent que les principes d’individualisation et de progressivité seront certainement à améliorer pour optimiser les effets du programme. / Rheumatoid arthritis (RA) is an inflammatory, autoimmune, chronic and systemic disease with the presence of arthritis and peripheral synovitis. Another severe consequence of the disease and its treatments is the presence of early high arterial stiffness, hence a high incidence of cardiovascular problems for the subjects with RA. The practice of physical exercises (PE) is recognized as one of the most effective non-pharmacological therapies against the cardiovascular risk. However, the RA population has a low level of physical activity and PE programs are rarely offered in the therapeutic management of these patients. To overcome this problem, the association of cryotherapy to an appropriate PE program seems to be an interesting strategy. The objective of this work was to design and test a PE program associated with cryotherapy adapted to patients with RA in order to fight against the cardiovascular risk.From a systematic review, we have shown the lack of the literature in terms of PE program associated with cryotherapy for patients with RA, the lack of consensus on the methods used for both the type of PE to be proposed and the cryotherapy methods and temperatures employed. Consequently, we have proposed several preliminary studies to determine the most appropriate exercise and cryotherapy modalities for defining a simple, effective and suitable program. These works were carried out firstly in healthy subjects and after in patients with RA. We have also undertaken to better define the used conditions of the pulse wave velocity to interpret arterial stiffness and use it as a marker of effects of our PE program on cardiovascular risk. Finally, we tried to evaluate what could be the obstacles to the practice of PE for these patients, to consider and overcome them in the implementation of our proposals. The main results of our works allowed us to define the characteristics of a PE program associated with cryotherapy for patients with RA to act on their arterial stiffness.This program, entitled Prexcrim, was implemented with a group of patients with RA. The first results confirmed the feasibility of our proposals and the good tolerance of patients. No study output or side effect was observed in the patients. At this stage of inclusion and analysis of the results, it appears that the proposed PE program allows for changes in arterial stiffness, particularly for patients with high arterial stiffness. It was not observed exacerbation of the disease or inflammatory syndrome, which seems to reinforce the interest of the proposed cryotherapy method. The inclusions that continue will undoubtedly refine these first interpretations.In conclusion, our work proposes some responses about the lack in terms of the fight against the increased cardiovascular risk observed in patients with RA. Our approach allowed the realization of a simple and easy PE program associated with cryotherapy. The first results meet our expectations. The first analyzes shown that the principles of individualization and progressivity need to be improved to optimize the effects of the program.

L'homéostasie épidermique repose sur différents paramètres dont les propriétés mécaniques du tissu de soutien, le derme, et les tensions intrinsèques dans le tissu épithélial. Lors de la cicatrisation, l'augmentation de la rigidité cutanée résultante peut perturber les conditions initiales de l'homéostasie. Afin de mieux comprendre les mécanismes cellulaires dans ce contexte physiopathologique, et l'incidence des propriétés mécaniques du derme sur le comportement du kératinocyte humain, des cellules primaires ont été cultivés à la surface d'hydrogels de polyacrylamide de différentes rigidités, et sur le plastique (> GPa), condition in vitro classiquement utilisée. Nos résultats ont mis en évidence que les substrats les plus mous favorisent un arrêt de prolifération et un profil phénotypique similaire à un kératinocyte différencié, alors que les substrats les plus rigides facilitent l'adhérence et la prolifération au détriment de la capacité de différenciation, et ce de façon graduelle. L'analyse transcriptomique par séquençage haut débit a permis d'identifier un récepteur membranaire orphelin couplé à la protéine G, GPRC5A (G Protein-Coupled Receptor Class C Group 5 Member A) et une protéine du cytosquelette, la spectrine beta III, dont les augmentations d'expression sont corrélées à l'augmentation de la rigidité. In vivo, GPRC5A est exclusivement localisé dans les berges de la plaie, lieu des kératinocytes en migration. Ces observations ont été confirmées par l'utilisation d'outils d'ARN interférence (siRNA et shRNA) dirigés contre GPRC5A dans les kératinocytes humains, montrant l'implication de ce récepteur dans l'adhérence et la migration cellulaire. De plus, les résultats montrent que la diminution de GPRC5A entraine un défaut de différenciation et d'organisation du feuillet épidermique, conduisant notamment à une mort cellulaire accrue, dans un modèle d'épiderme reconstruit. En parallèle, par des approches similaires d'ARN interférence dirigée contre le gène SPTBN2 (spectrin beta non-erythrocytic 2) codant pour la spectrine beta III, les résultats mettent en évidence un rôle fonctionnel de la spectrine beta III dans la prolifération cellulaire, l'étalement, la migration des kératinocytes et participe à la mécanotransduction en réponse à la rigidité en permettant la survie cellulaire. L'ensemble des résultats de la thèse montrent une adaptation phénotypique des kératinocytes dépendante de la rigidité du substrat sur lequel ils se trouvent et positionne GPRC5A et la spectrine beta III comme des acteurs clés dans la réponse du kératinocyte primaire humain aux changements mécaniques. Ces résultats permettent d'ouvrir de nouvelles voies stratégiques pour le traitement de la cicatrisation et plus largement dans les pathologies affectant la mécanique cutanée / Epidermal homeostasis is determined by several characteristics, including dermis mechanical properties. During skin wound healing, dermis mechanical properties are modified and can alter epidermal integrity. Accordingly, it is essential to understand how keratinocytes respond and adapt to mechanical changes; however, these mechanisms remain unclear. To investigate how mechanical properties of cell microenvironment affect the human keratinocyte, primary cells were seeded on polyacrylamide hydrogels of different compliances (soft: 4 kPa, medium: 14 kPa, rigid: 45 kPa) in comparison with glass coverslip (> GPa). The results showed that on the softer hydrogel, keratinocyte spreading and proliferation were strongly decreased, while a strong increase in the expression of late differentiation markers was observed. On the contrary, the stiffer substrates promote adhesion and proliferation. Moreover, a transcriptomic profiling analysis reveals G protein-coupled receptor, class C, group 5, member A (GPRC5A) and spectrin beta non-erythrocytic 2 (SPTBN2) as potential mechanosensors for substrate adaptation of the keratinocyte. Actually, GPRC5A and SPTBN2 gene expression levels are associated with stiffness increase. We have characterized a dynamic relocation of GPRC5A during keratinocyte adhesion. Furthermore, the knockdown of GPRC5A increased cell adhesion and reduced cell migration. These results were confirmed by GPRC5A immunostaining in healing wounds from mice skin, showing a transient and specific expression of GPRC5A at wound leading edges, a site of cell migration, thus strengthening a role of GPRC5A in the keratinocyte migration process. Concerning SPTBN2, the knockdown of SPTBN2 decreased cell proliferation, spreading and migration, indicating a functional role in keratinocyte processes. Moreover, SPTBN2 knockdown induced keratinocyte death on soft substrate. In conclusion, we demonstrated an adaptive response of keratinocytes depending on substrate stiffness. We also found a new function of GPRC5A in keratinocyte process during skin wound healing and a mechanosensor role of SPTBN2 in keratinocyte. All of these results place GPRC5A and SPTBN2 as key regulators in the response to mechanical changes. These results pave new strategic pathways in skin wound healing treatment, and more widely in the pathologies affecting cutaneous mechanics

Les robots parallèles connaissent un récent développement dans l'industrie. Ils présentent des avantages certains (rigidité, caractéristiques dynamiques...), même si leur cinématique est souvent complexe, notamment à cause du couplage de leurs mouvements. C'est pourquoi les robots à mouvements découplés s'avèrent intéressants et seront étudiés dans le cadre de cette thèse, notamment du point de vue de leur précision. Nous proposons une démarche en deux étapes. Dans un premier temps nous adopterons l'hypothèse des corps indéformables et nous chercherons à intégrer les défauts de fabrication et de montage dans le modèle géométrique du robot. L'étude analyse les effets de ces défauts sur les caractéristiques de découplage du robot, ainsi que sur la précision de la pose de la plateforme mobile. Dans un second temps, avec l'hypothèse des corps déformables, il s'agit de calculer la rigidité du robot avec la méthode des éléments finis, puis de proposer une approche analytique plus rapide basée sur le principe de la sous-structuration. L'intégration des défauts de fabrication et de montage dans le modèle des corps déformables a l'intérêt de visualiser l'effet des précontraintes sur la précision et sur la rigidité du robot. Ces travaux ont porté sur des robots de la famille Isoglide développés au LaMI avec la collaboration du LASMEA. La modélisation de plusieurs versions avec des degrés d'hyperactivité différents permet de montrer l'effet de l'hyperstaticité. L'analyse du comportement, tant statique que dynamique, d'un robot à structure parallèle est une tâche complexe. Il faut âtre capable de suivre simultanément plusieurs organes et de mesurer avec une grande précision la pose spatiale complète de la plate-forme mobile. Les travaux présentés mettent en oeuvre un système de métrologie par vision multi-capteurs, permettant l'analyse du comportement d'organes indépendants, puis de la structure complète du robot. Une étude de corrélation entre le comportement attendu par simulation et les mesures, dégage des perspectives sur le couplage mécanique et vision

La présente étude a pour objectif d'identifier non seulement la position mais également la réduction locale de rigidité au sein d'une zone endommagée d'une plaque mince composite. Pour cela, des mesures de champs de pentes par déflectométrie sont couplées à une technique d'identification inverse dédiée au traitement des mesures de champs : la méthode des champs virtuels. Cette méthode se base sur l'écriture de l'équilibre global via le principe des travaux virtuels. Elle a été adaptée ici pour identifier des rigidités spatialement variables. Deux paramétrisations ont été étudiées : discrète (par morceaux) et continue (polynômes). Dans ce document, la procédure est décrite en détail, validée sur des simulations puis testée expérimentalement. Les résultats confirment le potentiel de la méthode dans différents cas. Néanmoins, elle est mise en défaut lorsque l'hypothèse de distribution linéaire des déformations dans l'épaisseur n'est plus vérifiée, ce qui est le cas d'un délaminage unique sur le plan moyen de la plaque, par exemple. Ce cas de figure est heureusement assez éloigné d'un endommagement par impact réel et un premier résultat sur plaque impactée le confirme.