Abstract: Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1) is an indispensable regulator of IFN-γ signaling and has been implicated in the regulation of liver fibrosis. However, it is not known whether SOCS1 mediates its anti-fibrotic functions in the liver directly, or via modulating IFN-γ, which has been implicated in attenuating hepatic fibrosis. Additionally, it is possible that SOCS1 controls liver fibrosis by regulating hepatic stellate cells (HSC), a key player in fibrogenic response. While the activation pathways of HSCs have been well characterized, the regulatory mechanisms are not yet clear. The goals of this study were to dissociate IFN-γ-dependent and SOCS1-mediated regulation of hepatic fibrogenic response, and to elucidate the regulatory functions of SOCS1 in H SC activation. Liver fibrosis was induced in Socs1[superscript -/-]Ifng[superscript -/-] mice with dimethylnitrosamine or carbon tetrachloride. Ifng[superscript -/-] and C57BL/6 mice served as controls. Following fibrogenic treatments, Socs1[superscript -/-]Ifng[superscript -/-] mice showed elevated serum ALT levels and increased liver fibrosis com-pared to mice Ifng[superscript -/-]. The latter group showed higher alanine aminotransferase (ALT) levels and fibrosis than C57BL/6 controls. The livers of Socs1-deficient mice showed bridging fibrosis, which was associated with increased accumulation of myofibroblasts and abundant collagen deposition. Socs1-deficient livers showed increased expression of genes coding for smooth muscle actin, collagen, and enzymes involved in remodeling the extracellular matrix, namely matrix metalloproteinases and tissue inhibitor of metalloproteinases. Primary HSCs from Socs1-deficient mice showed increased proliferation in response to growth factors such as HGF, EGF and PDGF, and the fibrotic livers of Socs1-deficient mice showed increased expression of the Pdgfb gene. Taken together, these data indicate that SOCS1 controls liver fibrosis independently of IFN-γ and that part of this regulation may occur via regulating HSC proliferation and limiting growth factor availability. / Résumé: Le suppresseur de la signalisation des cytokines 1 (SOCS1) est un régulateur indispensable de la signalisation de l'IFN-γ et a été aussi impliqué dans la régulation de la fibrose hépatique. Cependant, on ne sait pas si les fonctions anti-fibrotiques sont médiées directement dans le foie par SOCS1 ou par la modulation de l'IFN-γ, qui est connu pour son effet atténuateur de la fibrose hépatique. En outre, il est possible que SOCS1 contrôle la fibrose hépatique par la régulation des cellules stellaires hépatiques (CSH), un acteur clé dans la réponse fibrogénique. Alors que les voies d'activation des CSH ont été bien caractérisées, les mécanismes de régulation ne sont pas encore clairs. Les buts de cette étude étaient de dissocier la régulation de la réponse fibrogénique hépatique médiée par SOCS1 et celle dépendante de IFN-γ et d'élucider les fonctions régulatrices de SOCS1 dans l'activation des CSH. La fibrose hépatique a été induite chez des souris Socs1[indice supérieur -/-]Ifng[indice supérieur -/-] par la diméthylnitrosamine ou le tétrachlorure de carbone. Les souris Ifng[indice supérieur -/-] et C57BL6 ont servi comme contrôles. Après les traitements fibrogéniques, les souris Socs1[indice supérieur -/-]Ifng[indice supérieur -/-] ont montré des niveaux sériques élevés d'alanine aminotransférase (ALT) ainsi que l'augmentation de la fibrose du foie par rapport à des souris Ifng[indice supérieur -/-]. Le dernier groupe a montré des niveaux plus élevés d'ALT et de fibrose par rapport aux souris C57BL6 contrôles. Les foies des souris déficientes en Socs1 ont montré une fibrose septale, qui a été associée à une augmentation de l'accumulation des myofibroblastes et à un dépôt abondant du collagène. Les foies déficients en SOCS1 ont montré une expression accrue de gènes codant pour l'actine musculaire lisse, le collagène et les enzymes impliquées dans le remodelage de la matrice extracellulaire, à savoir les métalloprotéinases de la matrice et l'inhibiteur tissulaire des métalloprotéinases. Les CSH primaires de souris déficientes en Socs1 ont montré une prolifération accrue en réponse à des facteurs de croissance tels que le HGF, EGF et le PDGF. Aussi, les foies fibrotiques de souris déficientes en Socs1 ont montré une expression élevée du gène PDGFB. Pris ensemble, ces données indiquent que SOCS1 contrôle la fibrose hépatique indépendamment de l'IFN-γ et qu'une partie de cette régulation peut se produire en régulant la prolifération des HSC et en limitant la disponibilité des facteurs de croissance.

Spatial memory and navigation relies on estimation of location. This can be achieved through several strategies, including the use of landmarks and by path integration. The latter involves inferring location from direction and distance moved relative to a known start point. The neural mechanisms of path integration are not well understood and implementation of experiments that dissociate path integration from alternative strategies is challenging. The roles of specific cell types are also unknown. Although grid cells in layer 2 of the medial entorhinal cortex (MEC) are theorised to be involved given their periodic and repeating firing fields that form a grid-like map that tiles the environment. Two excitatory cell populations have been identified in layer 2 of the MEC. Clusters of pyramidal cells that project to the CA1 are surrounded by dentate gyrus (DG) projecting stellate cells. Both populations have been shown to exhibit grid-like activity. The extent to which these cell types contribute to path integration or other strategies for solving spatial tasks is unknown. To investigate these issues, I developed a spatial memory task for mice, which uses virtual reality to generate sensitive measures of an animal’s ability to path integrate. In this task mice are trained to locate a reward zone marked with a visual cue within a virtual linear track. Use of path integration strategies can be tested in trials in which the reward zone is unmarked. In this task mice can locate the reward zone using either a local beaconing cue or path integration strategies. To assess whether self-motion derived motor information or visual feedback is used for path integration, I manipulated the translation between physical and virtual movement, putting optic and motor feedback in conflict. These manipulations suggest that mice use motor information to locate the reward zone on path integration trials. To test roles of stellate cells in the task I injected adeno-associated virus expressing the light chain of tetanus toxin, conditionally on the presence of Cre, into the MEC of mice expressing Cre specifically in stellate cells. This abolishes synaptic output from stellate cells therefore preventing them from influencing downstream neurons. I find mice with dorsal expression of the tetanus toxin virus in layer 2 stellate cells are unable to locate the reward zone using a local beaconing cue or path integration strategies. In contrast, mice with expression of green fluorescent protein (GFP) were able to locate the reward zone using both strategies. Locating the reward zone using path integration strategies first requires animal’s to learn the reward zone location, as denoted in trials with a beacon cue. To distinguish the role of stellate cells in learning versus execution of the tasks, I temporally modified the activity of stellate cells after mice had learnt to locate the reward zone using both strategies. Temporal control was achieved by use of cre-dependent adeno-associated viruses expressing mutant human muscarinic 4 receptor (hM4). When activated by clozapine - N - oxide (CNO), this receptor opens G-protein inwardly rectifying potassium (GIRK) channels and attenuates neuronal firing. Using this method, the activity of stellate cells can be temporally controlled during task execution and potentially distinguish their involvement in learning and execution of spatial memory tasks. No effect on behavioural performance was seen under these conditions. This may indicate stellate cells are required for learning but not execution of spatial memory tasks that require the use of local beaconing cues or path integration.

<p>Activin B, a TGFβ ligand, is associated with liver inflammatory response. We aimed to investigate whether it modulates liver fibrogenesis. <b> </b>Liver and serum activin B, along with its analog activin A, were analyzed in patients with liver fibrosis from different etiologies and in mouse acute liver injury and liver fibrosis models. Activin B, activin A, or both was immunologically neutralized in progressive or established carbon tetrachloride-induced mouse liver fibrosis. The direct effects of activin B and A on hepatocytes, macrophages, and hepatic stellate cells (HSCs) were evaluated <i>in vitro</i>. In human patients, increased activin B is associated with liver fibrosis irrespective of the etiologies. In mice, activin B exhibited persistent elevation in liver and circulation following the onset of liver injury, whereas activin A displayed transient increases. Neutralizing activin B largely prevented and remarkably regressed liver fibrosis, which was augmented by co-neutralizing activin A in mice. Mechanistically, activin B promoted hepatocyte injury, activated macrophages to release cytokines, and induced a pro-fibrotic expression profile and septa formation in HSCs, which were magnified by activin A. Furthermore, activin B and A interdependently activated the CXCL1/iNOS pathway in macrophages and additively upregulated CTGF transcript in HSCs <i>in vitro</i>. Consistently, the expression of these genes was prohibited by neutralizing either one of these two ligands in injured livers. Activin B potently drives the initiation and progression of liver fibrogenesis. It additively or interdependently cooperates with activin A, directly acts on multiple liver cell populations, and induces liver fibrogenesis.<b> </b>Antagonizing activin B or both activins B and A prevents and regresses liver fibrosis in mouse CCl₄ model, inspiring the development of a novel therapy of chronic liver diseases.</p>

Plusieurs études ont démontré que les agonistes du PPARgamma, dont la pioglitazone (PGZ), améliorent les paramètres métaboliques et histologiques de la stéatohépatite non-alcoolique (NASH) chez l'homme et la souris, et qu’ils ont des effets bénéfiques sur la fibrose hépatique chez le rat. Les mécanismes d’action sont mal connus. La NASH, caractérisée par de la stéatose, des lésions hépatocytaires, de l’inflammation et une fibrose variable, est considérée comme une complication hépatique du syndrome métabolique. L'obésité, un des facteurs de risque pour le développement de la NASH, est caractérisée par de faibles taux d'adiponectine sérique. Cette adipocytokine, dont l'expression génique est régulée par le PPARgamma, possède des propriétés anti-stéatosique et anti-fibrotique chez la souris. L'activité intracellulaire de l'adiponectine est médiée via ses récepteurs spécifiques qui activent la protéine kinase AMPK et/ou le PPARalpha. Une fois activée, l’AMPK induit les voies cataboliques de production d’énergie (telles que l'oxydation des acide gras) et inhibe les voies consommant de l’ATP (telles que la lipogenèse). L'activation du PPARalpha augmente l'oxydation des acides gras et inhibe la réponse inflammatoire. Le but de notre travail est d’évaluer l'implication de la voie PGZ–adiponectine–AMPK et/ou PPARalpha dans la prévention de la NASH et de la fibrose hépatique. Nous avons tout d’abord évalué l'effet de la PGZ sur la fibrose hépatique chez la souris. Nos observations montrent que, contrairement aux résultats observés chez le rat, la PGZ n’inhibe pas le développement de la fibrose hépatique chez la souris in vivo. Ces résultats ont été confirmés par des études sur les cellules stellaires hépatiques (HSCs), les cellules effectrices de la fibrose, in vitro. Dans une seconde étude, nous avons évalué l'impact de l’AMPK sur la fibrose hépatique in vivo et sur l’activation des HSCs in vitro. Nous avons constaté que l’AMPK jouait un rôle dans le contrôle de la trans-différentiation des HSCs in vitro mais pas dans le développement de la fibrose hépatique chez la souris in vivo. Finalement, nous avons évalué l'hypothèse que l'effet bénéfique de la PGZ sur la NASH résulte de la stimulation de l'AMPK et/ou du PPARalpha par l’adiponectine. Nos résultats ont montrés que cet effet de la PGZ était strictement dépendant de l’adiponectine mais ne semblait pas impliquer l'AMPK ni le PPARalpha. Nous avons également identifié SREBP-1c, régulant la lipogenèse de novo, comme cible thérapeutique potentielle pour le développement de la NASH. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse fournissent une meilleure compréhension de l’axe PPARgamma–adiponectine–AMPK dans le contrôle du développement de la NASH et de la fibrose hépatique chez la souris. / Several studies have demonstrated that peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARg) agonists, such as pioglitazone (PGZ), improve metabolic parameters and histology of nonalcoholic steatohepatitis (NASH) development in humans and mice, and have beneficial effects on liver fibrosis in rats. NASH, characterized by steatosis, hepatocellular damage, inflammation and variable fibrosis, is recognised as the hepatic complication of the metabolic syndrome. Obesity, one of the risk factors for NASH development, is characterized by low serum adiponectin levels. This adipocytokine, of which gene expression is regulated by PPARg, demonstrates anti-steatotic and anti-fibrotic properties in mice. Intracellular activity of adiponectin is mediated through its specific receptors which activate AMP-activated protein kinase (AMPK) and PPARalpha. Once activated, AMPK switches on catabolic pathways (such as fatty acid oxidation and glycolysis) and switches off ATP-consuming pathways (such as lipogenesis). Activation of PPARalpha increases fatty acid oxidation and reduces inflammatory reaction. The aim of the present work is to analyse the activation of the axis PGZ-adiponectin-AMPK and/or PPARalpha as a way to control NASH and hepatic fibrosis development. We first evaluated the effect of PGZ on hepatic fibrosis in mice. We observed that, by contrast with results in rats, PGZ did not prevent hepatic fibrosis development in vivo in mice. These results were confirmed by in vitro studies on the key effector cells of fibrogenesis, the hepatic stellate cells (HSCs). We then assessed the impact of AMPK on hepatic fibrosis in vivo and on HSC trans-differentiation/activation phenomenon in vitro. We found that AMPK played a role in the control of HSC trans-differentiation in vitro but was not implicated in the wound-healing fibrosis in vivo in mice. Finally, we tested the hypothesis that the beneficial effect of PGZ on steatohepatitis results from the adiponectin-dependent stimulation of AMPK and/or PPARalpha. We found that this preventive effect was clearly dependent of adiponectin but did not involve AMPK or PPARalpha activation. We have also identified SREBP-1c, implicated in the regulation of de novo lipogenesis, as a potential therapeutic target for the control of the development of NASH. The present thesis provides a better understanding of the axis PPARg–adiponectin–AMPK in the control of NASH and hepatic fibrosis development in mouse.

Chronic immune insult and immunosuppressant-related toxicities have remained an enduring challenge in organ transplantation. Long-term survival of transplant patients has improved marginally in recent decades due to these challenges. To circumvent these issues, transplant investigators have researched immune tolerance mechanisms that demonstrate potential to induce immunosuppression and rejection-free survival in the clinic. One mechanism in particular, the liver tolerance effect, has already demonstrated this experimentally and clinically. Liver transplants in experimental models and human patients have exhibited the ability to become spontaneously accepted without being rejected by the recipient’s immune system. Research in recent decades has revealed that the liver parenchymal and non-parenchymal cell populations harbor potent immunomodulatory properties. In the context of liver transplantation, it has been found that two cell populations in particular, the mesenchyme-derived liver sinusoidal endothelial cells and hepatic stellate cells, mediate the induction of liver transplant tolerance through a mechanism known as mesenchyme-mediated immune control.

Cette thèse traite de la détection de zones de convergence dans une image, dans un cadre a contrario. C'est un travail théorique préliminaire qui explore différentes altérations du cadre a contrario. Elle a pour application dans le domaine médical la détection des lésions stellaires dans les mammographies, responsables de nombreux cancers du sein et qui se matérialisent par un centre intense vers lequel convergent les spicules, structures linéaires normalement présents dans le sein. Les lésions stellaires et distorsions architecturales ont suscité de nombreux travaux. La plupart des méthodes de détection sont basées sur l'extraction de caractéristiques locales de l'image (orientation du gradient, orientation des pixels, variance de l'histogramme de l'orientation...) puis utilisent une méthode de classification pour attribuer à chaque pixel une probabilité d'appartenir à une lésion stellaire. Ces méthodes nécessitent souvent l'utilisation de filtres en pré-traitement et en post-traitement afin de réduire le bruit, ou de seuiller les résultats finaux. La méthodologie a contrario offre un nouveau cadre pour la détection de structures dans les images. Elle s'appuie sur la définition d'un modèle de bruit, et sur une mesure de l'écart des observations à ce modèle. Le modèle porte sur des structures élémentaires et est souvent choisi "uniforme" : c'est-à-dire que les structures sont supposées suivre la loi uniforme et indépendantes. Or dans les mammographies on observe que les spicules ont une orientation privilégiée, et ne sont pas uniformément distribuées. Nous proposons l'utilisation de la méthode a contrario dans un cadre anisotrope pour mieux tenir compte de la distribution normale des spicules dans une mammographie. Les modèles anisotropes proposés modélisent le fait qu'une partie des structures linéaires est normalement convergentes vers un point commun. Ils portent soit sur les droites de l'image quand il s'agit de détecter les convergences globales, soit sur les segments quand on chercher les convergences locales dans une image. Concernant la détection des convergences locales, le cadre a contrario offre de nombreuses possibilités : sur le choix du nombre de fausses alarmes ou sur le choix du modèle de bruit. Ces choix sont détaillés sur des exemples synthétiques, sur des mammographies et sur des images naturelles. Les modèles a contrario que l'on étudie sont donnés sous la forme de mélanges paramétriques de deux termes : un terme uniforme et un terme "gaussien", modélisant le fait qu'une partie des structures est naturellement convergente. Pour ces différents types de modèles nous proposons d'estimer leurs paramètres. Le point de convergence globale est estimé par minimisation du nombre de fausses alarmes, et l'estimation des autres paramètres est faite par maximisation de la log-vraisemblance. Les modèles estimés sont ensuite testés en tant que modèles a contrario pour la détection des convergences et les résultats sont comparés à ceux que donnait le modèle uniforme. / This thesis deals with the detection of points of convergences in images, in an a contrario framework. This is a preliminar work which studies various alterations of the a contrario framework such as the naive model. An application in the medical field is the detection of stellate lesions in mammograms, which are highly suspicious signs of breast cancer and are characterized by a radiating pattern of spicules with a bright center. There are plenty of work regarding stellate lesions and architectural distortions. Most of them are based on the extraction of local features such as the gradient orientation, or the pixel orientation and more generally statistics of the orientation histogram. These features are then used in a classifier to assign to each pixel its probability of malignancy. The a contrario methods sets a different framework for the detection of geometric structures in images. A naïve model on line structures is defined and is often chosen as the uniform model, which is not well suited for mammograms where there is a privileged orientation of spicules. We propose in this thesis an anisotropic a contrario framework for a better description of the normal distribution of spicules in a mammogram. The designed models describe the convergence of some of the line structures to a single point. They either concern the lines or the line segments of an image wether we detect global or local convergences. In the last case we explore several definitions of the number of false alarms and several a contrario models on synthetic, natural images and mammograms. We give the a contrario models as two terms mixtures, one uniform and the other of Gaussian type. These are parametric models and we propose an algorithm to estimate their parameters (the point of convergence is estimated with an a contrario method and the other parameters are approached by maximization of the likelihood). The resulting models are used as a contrario models and the results are compared with those against the uniform model.

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24197号 / 医博第4891号 / 新制||医||1060(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 平井 豊博, 教授 万代 昌紀, 教授 伊達 洋至 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DGAM

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