Les pathologies de la paroi artérielle, et notamment l’athérosclérose, sont responsables de plus de 25% des décès dans le monde. Ces pathologies sont à l’origine de la thrombose,caractérisée par l’occlusion d’une artère par un caillot, ou thrombus. Ce travail de thèse explore l’utilisation de nanoparticules et microparticules polymères pour améliorer le diagnostic et le traitement de la thrombose. Ce type de particules permet en effet d’associer des agents de contraste et des actifs thérapeutiques à des agents de ciblage pour favoriser leur accumulation spécifique au niveau du thrombus. Les particules sont formulées à partir de polysaccharides et/ou de poly(cyanoacrylate d’isobutyle). Elles sont fonctionnalisées en surface avec du fucoïdane, un polysaccharide naturel extrait d’algues brunes. Le fucoïdane présente une affinité très forte pour la P-sélectine, molécule exprimée par les plaquettes activées qui constituent en partie le thrombus. Au cours de ce projet, un test in vitro d’adhésion en flux a été mis au point pour valider l’interaction des systèmes développés avec leur cible moléculaire, la P-sélectine, et leur cible cellulaire, les plaquettes activées. L'agent thérapeutique standard utilisé pour induire la dégradation du thrombus est l’activateur tissulaire du plasminogène. Celui-ci a été chargé sur des nanoparticules copolymères fonctionnalisées avec du fucoïdane. L’efficacité de ces systèmes a ensuite été validée dans un modèle murin de thrombose. Enfin, des nanoparticules composées exclusivement de polysaccharides et entièrement hydrophiles, dites “nanogels”, ont été synthétisées par un procédé innovant. Les résultats obtenus dans ce travail de thèse confirment le fort potentiel des approches ciblées pour le diagnostic et le traitement de la thrombose. Ils contribuent d’une manière plus générale au développement de la médecine personnalisée dans le domaine cardiovasculaire. / Arterial wall diseases, including atherosclerosis, are responsible for more than 25% of all deaths worldwide. These pathologies are at the origin of thrombotic events, characterized by the occlusion of an artery by a clot, called a thrombus. This thesis explores the use of polymer nanoparticles and microparticles for thrombosis imaging and therapy. This type of particles combines contrast agents and therapeutic agents with targeting moieties to promote their specific accumulation at the thrombus. The particles are composed of polysaccharides and/or poly(isobutyl cyanoacrylate). They are functionalized with fucoidan, a polysaccharide extracted from brown algae. Fucoidan shows a very strong affinity for P-selectin, a molecule expressed by activated platelets which form part of the thrombus. In this study, an in vitro flow adhesion assay is set up to validate the interaction of developed systems with their molecular target, the P-selectin, and with their cellular target, the activated platelets. Tissue plasminogen activator is the standard therapeutic agent used to induce thrombus degradation.This agent is loaded onto copolymer nanoparticles functionalized with fucoidan. Their efficiency is then validated in a murine model of thrombosis. Finally, nanoparticles exclusively composed of polysaccharides and entirely hydrophilic, called “nanogels”, are synthesized by an innovative process. The results of this work confirm the high potential of using targeted approach for thrombosis diagnosis and treatment and pave the way towards the development of personalized cardiovascular medicine.

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

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Au cours de ce projet, nous avons émis l'hypothèse que les cellules cancéreuses en circulation ursupent les mécanismes utilisés par les cellules du système immunitaire pour lier l'endothélium, le traverser et former des métastases. En ce sens, nous avons observé en conditions dynamiques que la E-sélectine est nécessaire à l'adhérence puis au roulement des cellules cancéreuses de côlon HT-29 à la surface des cellules endothéliales. L'utilisation de divers variants de la Esélectine nous a permis de confirmer l'importance de sa portion cytoplasmique pour l'adhérence et le roulement des cellules cancéreuses. En utilisant une chambre à flux laminaire et un substitut vasculaire tridimensionnel construit par génie tissulaire, nous avons identifié trois mécanismes de diapédèse. Ainsi, 1) la majorité des cellules cancéreuses ne complètent pas le processus de diapédèse et restent au niveau des cellules endothéliales (diapédèse de type mosaïque), 2) certaines passent aux jonctions interendothéliales (diapédèse paracellulaire), 3) tandis que d'autres passent au travers de la cellule endothéliale (diapédèse transcellulaire). Nous avons aussi déterminé que l'activation de la E-sélectine conduit à celle des MAP kinases ERK et p38. Au moyen d'approches génétiques et d'inhibiteurs chimiques, nous avons par la suite démontré que l'activation de ces voies par la E-sélectine est requise pour la diapédèse des cellules cancéreuses, via le mécanisme paracellulaire. L'activation de p38 régule la diapédèse des cellules HT-29 en modulant la phosphorylation de la myosin light chain (MLC) et la formation de fibres de tension. D'autre part, l'activation de ERK par la E-sélectine régule l'ouverture des jonctions interendothéliales en initiant l'activation de c-Src et la dissociation du complexe VEcadhérine/p-caténine. Nous concluons que la E-sélectine est essentielle à l'adhérence des cellules cancéreuses de côlon HT-29 et que sa stimulation régule l'extravasation des cellules cancéreuses en initiant l'activation des voies MAP kinases ERK et p38 qui toutes deux contribuent à moduler l'intégrité de la barrière endothéliale et la diapédèse de type paracellulaire. / In the present work, we have investigated the mechanisms by which adhesion of colon cancer cells to E-selectin expressed by endothelial cells regulates the endothelial barrier function and modulates cancer cell transmigration. Several Ones of evidence indicate that cancer cells could use the inflammatory system to interact with the endothelium, to transmigrate and form metastases. Accordingly, we have observed in static and dynamic conditions that E-selectin was essential for the adhesion and rolling of HT-29 colon cancer cells on endothelial cells. By using various E-selectin constructs, we further found that both processes required the cytoplasmic portion of E-selectin. Moreover, the use of a laminar flux chamber and a vascular tridimensional substitute constructed by tissue engineering, permits to identify three diapedesis mechanisms. 1) The majority of cancer cells did not complete the diapedesis process and remained between endothelial cells (mosaic diapedesis), 2) some migrated at interendothelial junctions (paracellular diapedesis) and 2) some passed through an endothelial cell (transcellular diapedesis). We have also found that the activation of E-selectin by the adhesion of HT-29 cells, in a static or a dynamic conditions, resulted in an increased activity of ERK and p38 MAP kinases. In turn, activation of p38 and ERK enhanced transendothelial permeability and paracellular migration of HT-29 cells. We also obtained evidence suggesting that p38-mediated increase in transendothelial permeability and cancer cell migration depends on a myosin light chain (MLC) phosphorylation-mediated formation of stress fibers. On the other hand, the activation of ERK by E-selectin modulated the opening of interendothelial spaces by initiating the activation of c-Src kinase activities and the dissociation of the VE-cadherin/p-catenin complex. Thus, we conclude that E-selectin is essential for HT-29 cancer cells adhesion and that its activation regulates the extravasation of colon cancer cells by initiating p38- and ERK-dependent mechanisms that both contribute to the regulation of the integrity of the endothelial barrier and paracellular diapedesis.

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

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

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L’extravasation des cellules cancéreuses circulantes est importante pour la dissémination métastatique qui est initiée par l’adhérence de cellules cancéreuses aux cellules endothéliales vasculaires. Elle nécessite l’interaction entre les récepteurs d’adhérence comme E-sélectine sur les cellules endothéliales et leurs ligands sur les cellules cancéreuse. Notamment, E-sélectine influence le potentiel métastatique des cancers du sein, de la vessie, de l’estomac, du pancréas et du côlon, des leucémies et lymphomes. Ici on montre que l’expression de E-sélectine est ciblée par deux groupes distinctifs de microRNAs (miRNAs); i.e. miR-31, qui cible directement le mRNA de E-sélectine, et miR-146a et -181a/b, qui répriment l’expression de E-sélectine, indirectement en ciblant la voie de NF-κB en amont. La voie des MAP kinases joue un rôle pivot dans la transcription de deux de ces miRNAs en réponse à l’IL-1β, étant donné que p38 et JNK contrôlent la transcription de miR-31, et que p38, ERK et JNK médient la transcription de miR- 146a. Les facteurs de transcription en aval des MAP kinases, GATA2, c-Fos et c-Jun, modulent la transcription de ces deux miRNAs. L’inhibition de p38 augmente l’activité de NF-κB au moins partiellement par miR-146a. L’inhibition de p38 augmente aussi l’expression de Esélectine au niveau post-transcriptionnel en diminuant miR-31. En réponse à l’IL-1β, p38 MAP kinase réprime donc l’expression de E-sélectine aux niveaux transcriptionnel et posttranscriptionnel via miR-146a et miR-31, respectivement. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel p38 inhibe l’expression de E-sélectine par les miRNAs suivant une stimulation pro-inflammatoire. L’inhibition de E-sélectine médiée par miR-31/-146a diminue le potentiel métastatique de cellules de cancer du côlon en réduisant leur adhérence à l’endothélium, et leur migration transendothéliale. Ces résultats soulignent pour la première fois que les miRNAs médient l’extravasation des cellules du cancer du côlon dépendante de E-sélectine. / Extravasation of circulating cancer cells is a key event of metastatic dissemination that is initiated by the adhesion of cancer cells to vascular endothelial cells. It requires the interaction between adhesion receptors such as E-selectin present on endothelial cells and their ligands on cancer cells. Notably, E-selectin influences the metastatic potential of breast, bladder, gastric, pancreatic, and colorectal carcinoma as well as of leukemia and lymphoma. Here, we show that E-selectin expression is targeted by two distinct sets of microRNAs (miRNAs); i.e. miR-31, which targets E-selectin mRNA directly, and miR-146a and -181a/b, which repress E-selectin expression indirectly by targeting the upstream pro-inflammatory NF-κB pathway. MAP kinases play pivotal roles in the transcription of some of these miRNAs in response to IL-1β, in that p38 and JNK control the transcription of miR-31, and that p38, ERK and JNK mediate the transcription of miR-146a. The downstream transcription factors of MAK kinases, namely GATA2, c-Fos and c-Jun modulate the transcription of both miRNAs. Inhibiting p38 MAP kinase increases NF-κB activity, at least partially via miR-146a. Inhibiting p38 also increases the expression of E-selectin at the post-transcriptional level via decreasing miR-31. In response to IL-1β, p38 MAP kinase hence represses the expression of E-selectin at the transcriptional and the post-transcriptional levels, via miR-146a and miR-31, respectively. These results highlight a novel mechanism by which p38 downregulates the expression of E-selectin through microRNAs following inflammatory stimuli. The miR-31/-146a-mediated repression of E-selectin impairs the metastatic potential of colon cancer cells by decreasing their adhesion to, and migration through, the endothelium. These results highlight for the first time that miRNAs mediate E-selectindependent extravasation of colon cancer cells.

La E-sélectine, un récepteur d'adhérence spécifique des cellules endothéliales interagit avec le Death Receptor 3 (DR3), exprimé par les cellules du cancer du côlon. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux mécanismes par lesquels les voies activées en aval de DR3 confèrent des avantages de survie aux cellules cancéreuses du côlon. Dans un premier temps, nous avons montré que DR3 est exprimé par les cellules HT29 sous une version potentiellement sécrétée et sous une forme membranaire toutes deux tronquées. Ces versions dépourvues de Death Domain n’induisent pas l'apoptose. Secondairement, nous avons constaté que la E-sélectine déclenche la phosphorylation sur tyrosine du récepteur via un membre de la famille des Src kinases. Nous avons finalement obtenu des preuves indiquant que la E-sélectine comme le TL1A activent l’axe de survie PI3K/Akt/ NFB. / E-selectin, a specific endothelial adhesion receptor, interacts with Death Receptor 3 (DR3) expressed by colon cancer cells. In this study, we investigated further the mechanisms by which the E-selectin-activated pathways downstream of DR3 confer a survival advantage to colon cancer cells. We found that DR3 exists under both transmembrane and secreted versions in HT29 cells. These Death Domain deleted isoforms hamper apoptosis. Additionally, we found that E-selectin could trigger the tyrosine phosphorylation Tyr285 of DR3 in a Src family member-dependent manner. We also obtained evidence indicating that E-selectin and TL1A induce the PI3K/Akt/NFκB p65 survival axis.