Universiẗat, Diss., 2003--Münster (Westfalen).

Alors que les phases de résorption et de couplage du cycle de remodelage de l’os sont de plus en plus connues et ont permis le développement d’agents thérapeutiques, la phase d’activation reste peu étudiée. L’objectif global de ce travail est d’analyser les évènements cellulaires mis en jeu au cours de la phase d’activation du remodelage de l’os. Les objectifs spécifiques ont été 1- de caractériser le trafic cellulaire dans le périoste au cours de la phase d’activation du remodelage et 2- d’étudier le rôle d’une enzyme, la nicotinamide phosphorybosyl transférase (Nampt) dans ces évènements. Dans notre premier travail, nous montrons dans un modèle de remodelage synchronisé de l’os alvéolaire, une expression précoce de ICAM-1 par les vaisseaux qui serait impliquée dans la diapédèse observée de monocyte-macrophages CD68+. Ces cellules migreraient à travers le compartiment non ostéogénique puis ostéogénique, guidées par des cellules de type fibroblastes puis des OB exprimant VCAM-1. Le nombre des cellules RANKL+ dans le compartiment ostéogénique augmente graduellement lors de la phase d’activation. En parallèle, l’expression de la sémaphorine 3a, qui inhibe l’ostéoclastogénèse, diminue chez les OB et les ostéocytes superficiels. Dans notre second travail, nous trouvons que l’expression basale de la Nampt est accrue dans les cellules de la couche ostéogénique au cours de la phase d’activation du remodelage. Inhiber son activité via le FK866 permet de diminuer l’ostéoclastogenèse indiquant que la Nampt serait impliquée dans le recrutement et l’activité des OC. En culture primaire d’ostéoblastes murins, nous montrons que son expression augmente au cours de la différentiation et qu’elle régule l’expression de marqueurs tardifs de différentiation. L’ensemble de ces données montre une série d’évènements coordonnés qui servent au recrutement des précurseurs ostéoclastiques et à leur migration vers la surface osseuse à résorber. La Nampt semble jouer un rôle dans l’acquisition des ostéoblastes d’un phénotype favorable à ces évènements. / Resorption and inversion phases of bone remodeling are well understood, which have permitted the development of therapeutic agents. At the opposite, activation phase remains poorly characterized. This work aims to analyze cellular events involved in the activation phase of bone remodeling. Specific goals were: 1- To characterize cellular traffic in the periosteum during the activation phase of bone remodeling. 2- To study the role of NicotinAMide Phosphorybosyl Transférase (NAMPT) enzyme during activation. In the first study, we show an early expression of ICAM-1 by vessels in a synchronized alveolar-bone-remodeling model. The ICAM-1 expression may be involved in the observed diapedesis of monocytes – macrophages CD68+. These cells migrate through non osteogenic and osteogenic layers, steered by fibroblast-like cells and then by VCAM+ osteoblasts (OB). The number of RANKL+ cells in osteogenic layer gradually increases during the activation phase. Simultaneously, the expression of semaphorine 3a inhibiting osteoclastogenesis, decreases in osteoblasts and superficial osteocytes. In the second study, we show that basal expression of NAMPT increases in osteogenic-layer cells during the activation phase of bone remodeling. Inhibiting its activity with FK866 enhables to decrease osteoclastogenesis, suggesting an involvement of NAMPT in osteoclast recruitment and activity. In primary culture of murine OB, we show that NAMPT expression increases during differentiation. It also regulates OB late-differentiation markers expression. All these data show a series of coordinated events which serve in osteoclasts precursors’ recruitment and migration towards bone surface. NAMPT seems to contribute to acquiring an OB phenotype more favorable to OC recruitment.

Etude de l'implication de CRMP4, un partenaire de MAP6, dans la voie de signalisation sémaphorine 3E.Pendant le développement embryonnaire, les neurones établissent des milliards de connexions. Ces connexions ne sont pas aléatoires, mais précisément orientées, dirigées par des molécules de guidage situées dans l’environnement cellulaire. Le branchement inapproprié de ces neurones a de graves conséquences sur les fonctions sensorielles, motrices et cognitives du système nerveux, aboutissant à des pathologies neurologiques et psychiatriques telle que la schizophrénie. Ainsi la mutation de certaines protéines impliquées dans le guidage de ces connexions, comme MAP6 ou CRMP4, peut entraîner des perturbations conduisant à des prédispositions pour le développement de telles pathologies. En effet l'absence de MAP6 (souris KO MAP6) conduit à l'altération de nombreuse connections neuronales associé a différents troubles comportementaux réminiscent avec des symptômes schizoïdes. Parmi les faisceaux d'axones affectés on remarque la disparition du fornix, un faisceau neuronal connu pour son implication dans la schizophrénie. Cette disparition est en partie causée, en l'absence de MAP6, par l'abolition de la signalisation induite par la molécule de guidage sémaphorine 3E (Sema3E). Dans ce projet de thèse, le lien entre MAP6 et CRMP4 dans cette voie de signalisation Sema3E à pu être établi. De plus, l'impact de l'absence de la protéine CRMP4 sur la formation du fornix a pu être caractérisé par l'étude neuroanatomique des souris KO CRMP4. Nous avons par ailleurs pu mettre en évidence de nouvelles altérations causée par l'absence de MAP6. Dans son ensemble ce travail approfondit les connaissances des défauts des connectivités des souris KO MAP6 et identifie CRMP4 comme un nouvel acteur de la signalisation Sema3E et de la formation du fornix. / Study of the involvement of the MAP6 partners, CRMP4, in the semaphorin 3E signaling pathway.During embryonic development, neurons establish billion of connections between them. Those connections are not random. On the contrary, they are precisely targeted thanks to the driving by cellular environment guidance cues. A wrong branching of those neurons can lead to dramatic impairment of sensory, motor and cognitive function of the central nervous system resulting in neurologic or psychiatric disorders such as Schizophrenia. Thus, mutation of proteins implicated on neurons guidance like MAP6 or CRMP4 can lead to susceptibility for those kind of pathology occurrence. In fact, MAP6 deletion ( MAP6 KO mice) leads to diverse neuronal connectivity alterations associated to schizophrenia-like behavior disorders. Among axonal tracts affected we notice the absence of the fornix known for its implication on Schizophrenia. In MAP6 KO mice, this fornix disruption is partly due to the loss of semaphorin 3E (Sema3E) dependant signaling pathway. This project shows the involvement of CRMP4, a partner of MAP6, in the Sema3E signaling pathway. Furthermore, it characterized the impact of the CRMP4 deletion (CRMP4 KO) on fornix formation. Finally, neuroanatomical studies allowed us to identify unknown alteration of MAP6 KO mice connectivity alteration.

Les réseaux périneuronaux (PNN) sont des régulateurs clé de la plasticité et de la régénération des neurones au niveau du système nerveux central chez l’adulte. Le PNN est une matrice extracellulaire hautement organisée, qui entoure des populations spécifiques de neurones, enrichie en protéoglycanes à chondroïtine sulfate (CSPG). La chondroïtine sulfate (CS) est un polysaccharide linéaire, appartenant à la famille des glycosaminoglycanes (GAG), qui peut être sulfaté à différentes positions et donner lieu à plusieurs isoformes. Ces isoformes interagissent de manière spécifique avec de nombreuses molécules de signalisation dont la semaphorine 3A (Sema3A). Sema3A est une protéine secrétée, qui interagit avec les CS et s’accumule ainsi dans les PNN. Elle est impliquée dans la guidance des neurones sur lesquels elle agit par chemorepulsion. Les aspects structuraux et fonctionnels de l’ interaction entre Sema3A et CS sont encore mal connus, mais celle-ci pourrait être requise pour renforcer la liaison de la Sema3A avec ses récepteurs et déclencher une voie de signalisation qui aboutit à l’inhibition de la plasticité synaptique. Le but du projet est donc de caractériser biochimiquement l’interface d’interaction Sema3A-CS. Il a pour perspective d’élaborer des molécules interférant avec cette interaction qui pourraient permettre une amélioration de la plasticité neuronale après une maladie neurodégénérative ou une lésion de la moelle épinière.Pour ce faire, la Sema3A est exprimée dans un système hétérologue de cellules eucaryotes pour être purifiée. Deux formes ont été purifiées: une forme complète de 90 kDa qui reste accrochée à la surface cellulaire et une forme clivée de 65 kDa secrétée dans le milieu de culture. La Sema3A-90 interagit d’une manière sélective et avec une très haute affinité avec la CS-E (chondroitine disulfatée en position 4 et 6) et l’héparane sulfate,alors que, la forme clivée n’interagit avec aucun GAG, comme observé par résonance plasmonique de surface (SPR). Quatre sites, situés dans le domaine C-terminal de la protéine, susceptibles d’interagir avec les GAG ont été identifiés et analysés par mutagenèse. Deux d’entre eux sont impliqués dans la reconnaissance des GAG et sont nécessaires à la Sema3A pour inhiber la croissance de neurites sur des cultures de neurones issus de ganglion de la racine dorsale de rats. En parallèle, nos travaux montrent qu’un tetrasaccharide de CS-E est la taille minimale requise pour l’interaction avec la Sema 3A. Enfin, des analyses réalisées en utilisant une microbalance à cristal de quartz avec dissipation ont montré que la Sema3A pourrait réticuler les chaines de GAGs, participant ainsi à la stabilisation du réseau périneuronal. / Perineuronal nets (PNNs) are the key regulators of neuronal plasticity and regeneration in the mature central nervous system (CNS). They are a unique and highly organised extracellular matrix (ECM) structure, found around sub-population of neurons, composed mainly of chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG). Chondroitin sulfate (CS) is a linear polysaccharide belonging to glycosaminoglycans (GAGs) family. The sulphation pattern defines different types of CS, which interact with different signalling proteins including those regulating axonal outgrowth and guidance such as semaphorin 3A (Sema3A). Sema3A is a secreted chemorepulsive protein found accumulated in the PNNs through its interaction with CS. This process is believed to potentiate Sema3A signalling through plexin A1 (PlxnA1) and Neuropilin 1 (Nrp1) and regulate plasticity and regeneration. The aim of the thesis project is to characterise the interface of Sema3A- CS interaction.For this purpose, Sema3A is expressed in eukaryote cells and purified. Interestingly, two major forms were obtained: a full length Sema3A (90 kDa) which remains attached to the cell surface GAGs and a truncated form without the C-ter part (65 kDa) which is released to the culture medium. With the use of surface plasmon resonance (SPR), we observed that full length Sema3A binds selectively to CS-E (4,6-disulfated chondroitin) and heparan sulfate with a high affinity (KD in the sub pM range), while the truncated Sema3A does not bind to any GAG. Four putative GAG binding sequences were identified in the C-ter of Sema3A and mutated using site directed mutagenesis. SPR analysis then revealed that two out of these four sites are required for the binding to CS-E. The importance of these GAG-binding sequences in inhibition of neurites outgrowth of dorsal root ganglion neurons in culture was also reported, indicating thus the importance of GAG-binding in Sema3A signalling. In parallel, the minimal required sequence of Sema3A-binding of CS-E was determined as being a tetrasaccharide. The Sema3A-CS interface was thus characterized. Furthermore, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring analysis suggested that Sema3A could crosslink GAG chains. This suggests Sema3A could be involved in stabilising the PNN network and induces mechanical changes on neuronal surface.The detail characterization of Sema3A-CS interaction may enable the design of new strategies aiming at enhancing plasticity and regeneration for neurodegenerative diseases or spinal cord injury.

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