La première partie du manuscrit présente un état de l'art des différentes visions du DFM au sein du processus de conception industriel. Une nouvelle méthode de conception orientée DFM baptisée le DFM² est définie, se basant principalement sur l'intensification des interactions entre la conception et la fabrication. L'étape de conception de cellules se place au coeur de ces interactions afin d'appliquer les améliorations DFM en amont de la conception du circuit. La suite de l'étude présente des résultats visant à s'affranchir de la variabilité observée lors de la fabrication, concernant des domaines comme la planéité ou la lithographie à la fois pour le FEOL et le BEOL. Une étude statistique sur l'étape de métallisation est ensuite proposée, visant à modéliser l'impact de la géométrie du motif des dispositifs de remplissage métalliques sur les performances électriques des circuits. Les résultats permettent de définir de nouvelles conditions de simulation afin de prendre en compte cet effet dès la conception des cellules. Enfin, un outil d'aide à la conception de cellules (DUTY) est proposé. Son objectif est en premier lieu d'accompagner les concepteurs dans la mise en place du DFM² en leur proposant des améliorations DFM basées principalement sur les résultats obtenus précédemment. De plus, son but à long terme est de corréler les modifications DFM réalisées avec les améliorations de rendement attendues.

Au niveau de la circulation pulmonaire, une exposition prolongée à l’hypoxie est responsable du phénomène de vasoconstriction hypoxique pulmonaire (VHP) qui favorise les échanges gazeux. Lorsque cette VHP se généralise, elle conduit au développement d'une hypertension pulmonaire de groupe 3 (HTP). Cette pathologie se caractérise par un remodelage vasculaire induisant une élévation progressive de la pression artérielle pulmonaire (> 25 mmHg au repos). Ceci conduit à une défaillance cardiaque droite et, à terme, à la mort. La VHP est responsable de l'étirement de la membrane des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires (CMLAP) et peut ainsi activer des "Stretch-Activated Channels" tels que les TRPV (Transient Receptor Potential Vanilloid). Il a précédemment été décrit que les canaux TRPV1 et TRPV4, impliqués dans la migration et la prolifération des cellules vasculaires pulmonaires, sont surexprimés et suractivés lors de l'HTP. Cependant, ces modifications peuvent être dues à un effet direct de l’hypoxie ou indirect, conséquence d'un étirement membranaire plus important induit par la VHP. Nous avons donc étudié la contribution respective des stress hypoxique et mécanique, observés en contexte d’HTP, en utilisant des conditionnements in vitro sur des CMLAP d’animaux sains (rats et souris). Nous avons montré que l’hypoxie (1 % O2, 48 heures) induit une augmentation de la [Ca2+]i couplée à une potentialisation de la migration induite par l’activation de TRPV1 et V4. De même, un étirement cyclique (20 %, 1 Hz, 24 heures) provoque une augmentation de la [Ca2+]i et de la prolifération. Ces résultats montrent pour la première fois une action directe de l'hypoxie et du stress mécanique (étirement cyclique) sur des CMLAP. / Hypoxia exposure induces hypoxic pulmonary vasoconstriction (HPV) allowing the efficiency of gas exchanges by increasing the intraluminal pressure. Prolonged hypoxia leads to pulmonary hypertension of group 3 (PH), characterized by increased pulmonary pressure (> 25 mmHg), leading to right ventricular heart failure and ultimately death. HPV leads to stretch pulmonary artery smooth muscle cell (PASMC) membranes inside the vascular wall and thus can activate "Stretch-Activated-Channels" such as TRPV channels (Transient Receptor Potential Vanilloid). It has been previously shown that TRPV1 and TRPV4 channels, implicated in PASMC migration and proliferation, are overexpressed and overactivated in PASMC in the context of PH. But whether this feature is directly caused by hypoxia alone or is a consequence of stretch induced by the HPV is a matter of debate. We thus investigated the respective contribution of hypoxia and mechanical stresses observed in the context of PH using in vitro conditionings on PASMC from healthy animals (rats and mice). We showed that hypoxia (1 % O2, 48 hours) increases Ca2+ entry through TRPV4 channels as well as PASMC migration induced by TRPV1 and TRPV4 activation. Furthermore, cyclic stretch conditioning (20 %, 1 Hz, 24 hours) triggers Ca2+ increase and PASMC proliferation. This work shows for the first time the direct implication of both hypoxia and mechanical stress (cyclic) stretch on PASMC.

Les cils primaires et motiles sont des structures microtubulaires présentent à la surface de nombreux types cellulaires. Les structures ciliées contrôlent de nombreuses fonctions allant de la motilité cellulaire à l’intégration par la cellule de stimuli chimiques et mécaniques. Au cours de cette thèse, nous avons étudié le dialogue entre le cil primaire et l’autophagie, un processus d’autodigestion qui permet à la cellule de s’adapter à des situations de stress. L’hypothèse de ce dialogue reposait sur l’analyse de la littérature montrant que de nombreux médiateurs (calcium, carence en sérum, arrêt du cycle cellulaire) stimulent à la fois l’activité ciliaire et l’autophagie. Dans un premier temps de notre étude nous avons montré que l’inhibition de la ciliogenèse altère l’induction de l’autophagie en réponse à la carence en sérum dans des fibroblastes d’embryon de souris, des cellules épithéliales rénales et des lignées de neurone. Nous avons aussi montré que la carence en sérum induisait une redistribution de nombreuses protéines Atg (Autophagy-related), protéines impliquées dans la biogenèse de l’autophagosome, au niveau du cil primaire (soit au niveau du corps basal soit au niveau de l’axonème). Particulièrement la protéine Atg16L1 est co-transportée vésiculairement au corps basal avec la protéine ciliaire IFT20. L’inhibition génétique ou pharmacologique de la voie de signalisation Hedgehog inhibe à la fois le transport de la protéine Atg16L1 au corps basal et l’induction de l’autophagie en absence de sérum. Nous avons aussi montré que l’invalidation de gènes ATG est associée à une ciliogenèse accrue. Dans ces conditions nous avons conclu sur des bases morphologiques et biochimiques que ces cils primaires sont fonctionnels. La protéine IFT20 s ‘accumule dans les cellules déficientes en autophagie et est dégradée par autophagie dans les cellules sauvage en présence de sérum. Ces résultats montre que l’autophagie basale (autophagie observée en présence de sérum) est un mécanisme qui contribue au contrôle de la croissance du cil primaire. Dans une deuxième partie du travail nous avons étudié l’importance de l’autophagie dans la réponse cellulaire à stress mécanique. Le contrôle de la taille et du volume des cellules épithéliales rénales est un élément important pour maintenir la polarité planaire des cellules tubulaires. Cette propriété est dépendante du cil primaire. Au cours de l’application d’un flux de liquide (1 dyn/cm2) concomitamment à la réduction du volume et de la taille cellulaire nous avons observé une stimulation de l’autophagie. Cette réponse autophagique dépend du cil primaire. L’invalidation de l’autophagie dans des cellules épithéliales ciliées abolit le contrôle du volume et de la taille cellulaire dans les cellules épithéliales rénales. L’ensemble de ces résultats montre le dialogue qui existe en l’autophagie et le cil primaire et l’importance de ce dialogue dans l’intégration par la cellule du stress mécanique. / Motile and primary cilia are microtubule-based structures located at the cell surface of many cell types. Cilia govern cellular functions ranging from motility to integration of mechanical and chemical signaling from the environment. In this work we investigate the potential cross-talk between the primary cilium and macroautophagy. Macroautophagy or self-eating is a lysosomal degradative pathway that allows cells to adapt to various stress situations. The rational for the study was based on the survey of the literature showing that many stress situations that trigger primary cilium signaling also stimulates autophagy (serum starvation, calcium mobilization, cell cycle arrest). In the first part of the study we showed that inhibition of ciliogenesis severely impairs serum-induced autophagy in mouse embryo fibroblasts, kidney epithelial cells and neurons. We also showed that in response to serum deprivation many Autophagy-related proteins (Atg proteins) involved in autophagosome formation are co-localized with cilium subdomains (axoneme and basal body). Notably the protein Atg16L1 is co-transported to the basal body with the ciliary protein IFT20. The localization of Atg16L1 to the basal body as well as serum-induced autophagy were severely impaired by inhibiting the Hedgehog signaling pathway either genetic or pharmacological approaches. We also showed that invalidation of ATG genes induced an increase in primary cilium length in basal condition. Cilia were functional in ATG-deficient cells because of the presence of a ciliary pocket and the activation of the Hedgehog signaling pathway. Finally we identified IFT20 as a substrate for autophagy. Thus autophagy is required to regulate the level of IFT20 and consequently that of the length of the primary cilium. In the second part of the work we investigate the role of the cross-talk between autophagy and the primary cilium in regulating the size of kidney epithelial cells. Previous studies have shown that the primary cilium plays a central role in regulating cell size and cell volume. This regulation is important to keep the physiological functions of tubular renal cells by maintaining the planar polarity in kidney tubule. By applying a liquid flow of 1 dyn/cm2 to MDCK or mouse kidney epithelial cells to mimic physiological conditions, we show that the flow induces autophagy and reduction of the cell volume. In absence of cilium we observed that autophagy is not induced and that the cell size/volume is not responsive to the mechanical stress. Finally we showed that ablation of autophagy led also to an impairment of flow-dependent regulation of cell size/volume in ciliated kidney epithelial cells. In conclusion primary cilium-dependent autophagy plays a major role in controlling the epithelial kidney cell size/volume during mechanical stress induced by fluid flow.

La spondyloarthrite (SpA) est une pathologie rhumatologique caractérisée notamment par une inflammation et par des ossifications excessives se formant au niveau des enthèses. Il s’agit de zones de fortes contraintes mécaniques où les tendons et ligaments sont ancrés dans l’os via une zone fibrocartilagineuse. La sphingosine 1-phosphate (S1P) est un lipide bioactif qui joue un rôle important à la fois dans le remodelage osseux et la réponse inflammatoire. Notre objectif était donc d’explorer le rôle de la S1P dans l’ossification excessive de la SpA. Nous avons observé que les taux sériques de S1P des patients atteints de SpA sont significativement supérieurs à ceux de donneurs contrôles. Nous avons utilisé comme modèle des cultures primaires murines d’ostéoblastes, de chondrocytes et de ténocytes et des cultures organotypiques d’enthèse de souris. Nous avons observé que les enzymes de synthèse de la S1P, les sphingosine kinases 1 et 2, contribuent à la minéralisation des ostéoblastes et des chondrocytes. L’effet pro-minéralisant de la S1P est partiellement médié par deux de ses récepteurs (S1P1 et S1P3). De plus, la production de S1P est stimulée suite à un étirement cyclique dans les ostéoblastes et les chondrocytes, et après un traitement avec les cytokines TNF-α et IL-17 dans les chondrocytes. Finalement, l’inhibition générale du métabolisme de la S1P par le Fingolimod conduit à une diminution de la minéralisation dans les ostéoblastes et encore davantage dans les chondrocytes. Ces résultats suggèrent que le métabolisme de la S1P participe à l’ossification excessive de la SpA. Des études in vivo sont maintenant nécessaires pour valider cette possibilité / Spondyloarthritis (SpA) is a rheumatic disease characterized in particular by enthesis ectopic ossification and inflammation. Enthesis is a zone of concentration of mechanical stresses where ligaments and tendons attach to bone through fibrocartilaginous connections. Sphingosine 1-phosphate (S1P) is a bioactive lipid that plays an important role in both bone remodelling and in inflammatory response. Our aim was to explore the role of S1P in SpA excessive ossification. We observed that serum S1P concentrations in SpA patients are significantly higher compared to control donors. We used primary mouse osteoblasts, chondrocytes and tenocytes as cellular models and organotypic cultures of mice enthesis. We observed that S1P synthetizing enzymes, sphingosine kinases 1 and 2, stimulate osteoblasts’ and chondrocytes’ mineralizing process. S1P pro-mineralizing effect was partially mediated by two of the S1P receptors (S1P1 and S1P3). Moreover, S1P production was enhanced by cyclic strain in osteoblasts and chondrocytes and by pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-17) in chondrocytes. Finally, the inhibition of S1P metabolic pathway by Fingolimod reduced the mineralization in cultured osteoblasts and even more in chondrocytes. These results suggest that S1P metabolism participates in SpA excessive ossification. In vivo studies are now needed to validate this possibility

Le contrôle moléculaire du patterning au cours des processus développementaux est aujourd’hui bien décrit chez les organismes multicellulaires. A l’inverse, la contribution de la croissance dans l’émergence des patterns reste peu explorée, et est souvent réduite à un rôle passif. Au cours de cette thèse, j’ai étudié cette question en utilisant le méristème apical caulinaire (MAC) d’Arabidopsis comme modèle. Le méristème est un groupe de cellules en divisions situé à l’extrémité de toutes les tiges et les branches et qui génère tous les organes aériens de la plante selon un patron stéréotypé, aussi appelé phyllotaxie. Dans une première partie, j’ai étudié comment la croissance de la tige pouvait influencer le patron phyllotactique. Plus précisément, en découplant dépôt de la cellulose dans la paroi et l’orientation des microtubules, j’ai montré que le patron de phyllotaxie devenait bimodal en raison de l’induction d’une torsion lors de la croissance de la tige. Dans une seconde partie, j’ai analysé le lien entre forme du MAC et expression génétique. En particulier, j’ai pu corréler l’expression d’un gène maître : SHOOTMERISTEM LESS (STM) au degré de courbure dans le MAC. De plus, en utilisant des approches de micromécaniques, j’ai aussi pu montrer que l’expression de STM pouvait être induite par le patron de contraintes localement généré par la courbure. Pour finir, j’ai aussi étudié comment la taille du méristème influence la robustesse du pattern de phyllotaxie sur la tige en modulant la fréquence d’initiation des organes. L’ensemble de ce travail met ainsi en avant le rôle de la croissance dans le patterning, notamment via des mécanismes de rétrocontrôles géométriques et mécaniques. / The molecular mechanisms behind the emergence of patterns during developmental processes have been well described in multicellular organisms. However, the contribution of growth in patterning is still poorly understood; growth is often seen as a passive output of the activity of the patterning signals. In this PhD, I have studied the relation between growth and patterning using the shoot apical meristem of Arabidopsis as a model system. The meristem is a group of dividing cells located at the tip of every stems and branches that generates all the aerial organs of the plant following a typical spatio-temporal pattern also called phyllotaxis. In a first part, the influence of post-meristematic growth on phyllotaxis was assessed. More precisely, by uncoupling cellulose deposition from the orientation of the microtubule array, I showed that the resulting stem torsion induces the emergence of a new and robust bimodal phyllotactic pattern. In a second part, the relation between meristem shape and gene expression was analyzed. More precisely, I correlated the expression of a master regulatory gene: SHOOT MERISTEMLESS (STM) to tissue curvature in the boundary domain that separates the emerging organ from the meristem. Furthermore, I showed that STM expression can be induced by micromechanical perturbations thus suggesting that shape-derived mechanical stresses in the meristem boundary contribute to STM expression. Finally, I also studied how meristem size can influence the robustness of the pattern of phyllotaxis along the stem through a modulation of the frequency of organ initiation. Altogether, this work highlights the important contribution of growth in patterning, notably thanks to the existence of geometrical and mechanical feedbacks.

Une des principales causes d’échec dans le traitement des cancers est le développement de résistances aux drogues par les cellules tumorales. Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont suspectées d’être responsables de ces rechutes, conduisant à la récurrence de la maladie et bien souvent au décès des patients. En clinique, il est donc nécessaire de développer des stratégies thérapeutiques capables de cibler ces CSC résistantes et aboutir à la guérison des patients. Les CSC sont régulées par un ensemble de signaux aussi bien biologiques que physiques au sein de la niche tumorale. Mon projet a pour objectif de déterminer l’implication du microenvironnement tumoral (voie de signalisation BMP et contraintes mécaniques) dans le maintien et la résistance des cellules souches leucémiques (CSLs) de la leucémie myéloïde chronique (LMC). Pour cela, nous avons combiné tests fonctionnels et moléculaires ainsi que l’analyse de la niche tumorale sur plus de 200 échantillons de patients atteints de LMC. Nous avons ainsi démontré que l’altération de la voie BMP intrinsèque aux cellules immatures de la LMC corrompt et amplifie la réponse à BMP2 et BMP4, présents en quantités anormalement abondantes au sein de la niche tumorale. Ces résultats récemment publiés dans Blood nous ont amenés à évaluer le rôle de la voie BMP dans le maintien des CSLs sous traitement par les ITK. La microscopie à force atomique nous a permis de démontrer que l’expression de BCR-ABL est suffisante pour induire une augmentation de la rigidité des cellules immatures de LMC par rapport à des cellules saines. Enfin, l’utilisation d’un système de confinement cellulaire nous a permis de démontrer que le stress mécanique contrôle la prolifération des cellules leucémiques immatures en régulant l’expression de gènes mécano-sensibles comme Twist-1. Ces résultats pourraient expliquer comment des CSLs tirent profit des contraintes mécaniques issues de leur microenvironnement afin d’acquérir un avantage prolifératif par rapport aux cellules saines. Ultimement, nous espérons que cette approche transdisciplinaire permettra d’identifier les molécules clés de la transduction de signaux mécaniques potentiellement impliqués dans le maintien et la résistance des CSC et ainsi proposer de nouvelles cibles pour contrer ces effets. / One of the main causes of treatment failure in cancers is the development of drug resistance by cancer cells. The persistence of cancer stem cells (CSCs) might explain cancer relapses as they could allow reactivation of cancer cells proliferation following therapy, leading to disease persistence and ultimately to patients’ death. Clinically, it is crucial to develop therapeutic strategies able to target resistant CSCs in order to cure the patients. CSCs are controlled by a variety of biochemical and biomechanical signals from the leukemic niche. My project aims to determine the involvement of the tumor microenvironment (BMP signaling pathway and mechanical stress) in the maintenance and resistance of Leukemic Stem Cells (LSCs) in Chronic Myelogenous Leukemia (CML). For this, we combined functional and molecular assays to the analysis of tumor microenvironment on more than 200 CML patients’ samples. We demonstrated that alterations of intracellular BMP signaling pathway in CP-CML primary samples corrupt and amplify the response to exogenous BMP2 and BMP4, which are abnormally abundant in the tumor microenvironment. These results, recently published in Blood led us to evaluate the role of the BMP pathway in LSC maintenance under TKI treatment. Atomic force microscopy allowed us to demonstrate that BCR-ABL expression alone is sufficient to increases the rigidity of immature CML cells compared to healthy ones. Finally, using a unique cell confining system, we were able to demonstrate that mechanical stress controls the proliferation of immature leukemic cells by regulating the expression of mechano-sensitive genes such as Twist-1. These results could explain how LSCs can benefit from a mechanical stress exerted by their microenvironment to acquire a proliferative advantage over normal cells. Ultimately, we hope that this transdisciplinary approach will help to identify key molecules in the transduction of mechanical signals potentially involved in maintenance and resistance of CSCs and thus offer new targets to counter these effects.

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Toute maladie rénale chronique (MRC), et ce quelle qu’en soit la cause, aboutit à une réduction néphronique, c’est-à-dire à une diminution du nombre d’unités fonctionnelles qui assurent la fonction rénale. Celle-ci se caractérise initialement par une croissance compensatrice des néphrons sains restants. Néanmoins, elle aboutit, dans certaines circonstances, à une détérioration secondaire de ces néphrons, responsable du déclin progressif de la fonction rénale. L’étude du modèle murin de réduction néphronique par néphrectomie subtotale (Nx) a permis de souligner le rôle des facteurs génétiques dans la susceptibilité de développer une MRC. En particulier, les souris FVB/N (FVB) développent une MRC précoce et sévère après Nx, à la différence des souris C57Bl/6 (B6) qui préservent l’intégrité de leur parenchyme rénal. Mon travail de thèse avait pour objectif d’identifier de nouvelles voies moléculaires impliquées dans les processus d’adaptation et de progression des MRC en réponse à la réduction néphronique. Le projet s’est articulé autour de deux axes menés en parallèle: - une approche « globale » fondée sur l’analyse temporelle et différentielle du transcriptome rénal des souches « sensibles » (FVB) et « résistantes » (B6) après Nx ; - une approche « candidate » centrée sur l’étude du rôle de YAP/TAZ au cours de la réduction néphronique. Dans un premier travail, l’analyse du profil d’expression transcriptomique rénal des souris « résistantes » et « sensibles » a permis d’ identifier une signature Interféron (IFN) de type I uniquement chez les souris FVB pendant la phase de compensation rénale. Cette signature était corrélée à une expression plus importante : (i) de marqueurs des cellules dendritiques plasmacytoïdes, connues pour leur capacité à produire rapidement et en grande quantité de l’IFN de type I ; et (ii) de marqueurs de nécroptose, qui représente une mort cellulaire immunogène associée à la libération par les cellules endommagées de signaux « dangers » pouvant induire l’activation des cellules immunitaires. Nous avons également établi un parallélisme entre cette signature IFN et des perturbations de la prolifération des cellules tubulaires. En effet, il existe 2 jours après la Nx, une activation de p21 dans les cellules tubulaires et un probable blocage des cellules en prolifération à la transition G1/S. Nos résultats suggèrent que ce blocage retentit sur le taux de prolifération des cellules tubulaires et sous-tend une tendance à l’hypertrophie rénale chez les souris FVB au cours de la phase de compensation rénale. Ce premier travail a permis de souligner le lien potentiel entre des processus cellulaires et moléculaires survenant précocement après Nx, au cours de la phase de compensation rénale, et l’évolution ultérieure vers la MRC chez les souris FVB. Dans un second travail découlant de l’étude temporelle et différentielle de l’expression de YAP dans le modèle de Nx chez les souris FVB et B6, nous avons montré que l’expression nucléaire de YAP dans les podocytes était maintenue voire augmentée chez les souris « résistantes » et diminuait fortement chez les souris « sensibles » avec une corrélation entre cette expression et la sévérité des lésions glomérulaires. L’invalidation spécifique dans les podocytes de YAP, ou de son paralogue TAZ, chez des souris initialement « résistantes » a permis de mieux préciser leur rôle respectif dans l’adaptation des podocytes à la réduction néphronique. L’inactivation de YAP s’associe à : (i) l’apparition de lésions de hyalinose segmentaire et focale et de glomérulosclérose; (ii) une augmentation de l’apoptose glomérulaire ; (iii) une altération de l’architecture du cytosquelette des podocytes ; et (iv) une raréfaction podocytaire responsable d’une albuminurie et d’une détérioration de la fonction rénale. L’invalidation de TAZ n’induit pas de phénotype glomérulaire. A la différence de TAZ, YAP joue donc un rôle crucial dans l’adaptation podocytaire à la réduction néphronique. / Chronic kidney disease (CKD), irrespectively of the underlying cause, usually leads to nephron reduction, which is defined by a decrease in the number of the renal functional units. This is first characterized by a compensatory growth of the remaining nephrons, which in some circumstances, may result in the progressive deterioration of the initially healthy nephrons. The study of subtotal nephrectomy (Nx), a murine model of nephron reduction, has outlined the role of genetic factors in the susceptibility of developing CKD after nephron reduction. In particular, FVB/N mice (FVB) develop early and severe CKD after Nx, contrary to C57Bl/6 (B6) mice that are characterized by a preserved renal parenchyma. My work aimed at identifying new molecular pathways involved in the adaptation and progression processes in response to nephron reduction. The project was articulated around two main axes: - a "global" approach with the temporal and differential analysis of the renal transcriptome of "sensitive" (FVB) and "resistant" strains (B6) after Nx ; - a "candidate" approach centered on the study of the role of YAP/TAZ during nephron reduction. In the first work, the analysis of the renal transcriptomic expression profile of "resistant" and "sensitive" mice allowed to identify a type I interferon (IFN) signature only in the FVB mice during the renal compensation phase. This signature was correlated with a more important expression of markers of : (i) plasmacytoid dendritic cells, known for their ability to rapidly produce large amount of type I IFN; and (ii) necroptosis, an immunogenic cell death associated with the release of "danger" signals by the damaged cells that may induce activation of the immune cells. We have also established a parallelism between this IFN signature and alterations of tubular cells proliferation. Indeed, 2 days after Nx, we observed an activation of p21 in the tubular cells associated with a likely G1/S blockade of proliferating cells. Our results suggest that this cell cycle arrest affects the proliferation rate of tubular cells and underlies a trend for renal hypertrophy in FVB mice during the renal compensation phase. This first work pointed to a potential link between cellular and molecular processes occurring early after Nx, during the compensation phase, and the subsequent progression towards CKD in FVB mice. In a second work investigating the temporal and differential expression of YAP in the Nx model in FVB and B6 mice, we showed that the nuclear expression of YAP in podocytes was maintained and even increased in the “resistant” mice, and decreased significantly in "sensitive" mice with a correlation between this expression and the severity of glomerular lesions. The specific knockdown of YAP, or of its paralogous TAZ, in the podocytes of initially "resistant" mice allowed to better determine their respective role in the adaptation of these cells to nephron reduction. YAP podocyte-specific inactivation is associated with: (i) the development of focal and segmental glomerulosclerosis lesions; (ii) an increase of glomerular apoptosis; (iii) an alteration of the architecture of podocytes cytoskeleton; and (iv) podocyte rarefaction responsible for albuminuria and deterioration of renal function. Surprisingly, TAZ podocyte-specific inactivation was not associated with glomerular lesions. Contrary to TAZ, YAP plays a crucial role in podocyte adaptation to nephron reduction.

Au cours du vieillissement, la rigidification des artères élastiques entraine une augmentation de l'amplitude de la pression pulsée centrale, qui se propage dans la microcirculation cérébrale. De façon chronique, l’élévation anormale de la pression pulsée endommage les fonctions vasculaires et cérébrales, pouvant être impliquée dans le développement d’une déficience cognitive d’origine vasculaire. Ceci est supporté par l’observation d’anomalies cérébrovasculaires chez les individus atteints de démence vasculaire et de la maladie d’Alzheimer. De plus, les individus exposés aux facteurs de risque vasculaires (hypertension, obésité, diabète, athérosclérose), démontrent une vascularisation fragilisée, une augmentation de la pression pulsée centrale et présentent un déclin cognitif. Il est donc probable qu’en association avec l’âge, les facteurs de risque vasculaires favorisent de façon mécanistique la propagation de la pression pulsée dans la circulation cérébrale et révèlent de façon prématurée le déclin cognitif. Le lien mécanistique entre l’augmentation de la pression pulsée cérébrale, les facteurs de risque vasculaires, les dommages cérébrovasculaires et l’incidence de la démence reste à être plus clairement investigué. La présente thèse vise ainsi à étudier l’hypothèse biomécanique du rôle délétère de la pression pulsée dans la détérioration des fonctions cérébrovasculaires et cognitives, avec l’âge et en association avec les facteurs de risque vasculaires, en élucidant la cascade des événements pathologiques depuis l’élévation de la pression pulsée centrale jusqu’à l’incidence de la démence. Afin de vérifier notre hypothèse, nous avons entrepris dans une première étude d’étudier chez la souris WT, l’impact de l’augmentation in vivo d’un stress mécanique pulsatile central (par chirurgie TAC) sur la vasculature cérébrale, le tissu cérébral et les fonctions cognitives. Ce stress a été induit en parallèle dans le modèle de souris transgénique APP/PS1 de la maladie d’Alzheimer. Nous avons pu démontrer que les vaisseaux cérébraux des souris WT et APP/PS1 sont vulnérables au stress mécanique de la pression pulsée, caractérisé par une diminution de la réponse vasodilatatrice des artères piales, une raréfaction des capillaires due à une apoptose, l’incidence de micro-hémorragies, une rupture de la barrière hémato-encéphalique et une hypoperfusion cérébrale. Ces dommages cumulatifs à la microcirculation cérébrale sont associés à une inflammation cérébrale et à une diminution des performances d’apprentissage et de mémoire de travail et spatiale des souris. De plus, le phénotype Alzheimer des souris APP/PS1 est exacerbé en présence du stress vasculaire, exprimé par l’augmentation des dépôts béta-amyloïdes, ainsi que la dysfonction endothéliale cérébrale et l’inflammation cérébrale déjà présentes dans ce modèle. Dans une deuxième étude, nous avons caractérisé les fonctions cérébrovasculaires et cognitives des souris transgéniques LDLR-/-;hApoB100+/+ avec l’ajout ou non d’un stress mécanique pulsatile central in vivo (par chirurgie TAC). Ces souris présentent des facteurs de risques des maladies cardiovasculaires (hypertension et dyslipidémie) menant au développement d’athérosclérose et miment un vieillissement artériel central accéléré (rigidité aortique et des carotides, dysfonction endothéliale, augmentation de la pression pulsée). Nous avons démontré que les souris LDLR-/-;hApoB100+/+ exhibent des anomalies cérébrovasculaires structurelles et fonctionnelles, dont une atrophie cérébrale, une dysfonction endothéliale cérébrale, une hypoperfusion cérébrale, une augmentation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique, des micro-hémorragies corticales, la présence d’inflammation, de sénescence et de stress oxydant au niveau vasculaire et parenchymateux. L’ensemble de ces altérations majoritairement vasculaires, sont associées à une diminution des performances cognitives et sont exacerbées en présence d’un stress vasculaire additif. Nos deux études chez la souris démontrent qu’en présence d’une pression pulsée élevée, les dommages à la microvasculature cérébrale conduisent à une perte fonctionnelle de l’homéostasie cérébrale et à un déclin cognitif, dont l’incidence est accélérée soit dans un modèle de démence ou soit de vieillissement artériel central et en présence de facteurs de risque des maladies cardiovasculaires. Nos études fournissent la démonstration mécanistique d’un continuum entre une augmentation de pression pulsée et un déclin cognitif vasculaire. / With advancing age, the large elastic arteries undergo significant stiffening, resulting in increased central pulse pressure waves that penetrates deeper the cerebral microcirculation and may result in cerebrovascular and neuronal tissue damages, likely contributing to the development of cognitive impairment from vascular injury origin. This is compatible with strong evidence between impaired cerebrovascular structure and function in the brain of patients with vascular dementia or Alzheimer’s disease. In addition, elderly individuals are subjected in their lifetime to multiple vascular risk factors (hypertension, obesity, diabetes, atherosclerosis), all of which are known to be deleterious to the vascular function, are associated with an increase in central pulse pressure and with cognitive decline. Therefore, it is likely that with age, risk factors for vascular diseases may mechanistically promote the propagation of pulse pressure into the cerebrovascular system and reveal prematurely the brain susceptibility to cognitive decline. The present thesis was conducted to study the biomechanical hypothesis of the deleterious role of the pulse pressure in the deterioration of cerebrovascular and cognitive functions, with age and in association with vascular risk factors, by elucidating the cascade of pathological events linking the increase in central pulse pressure to the expression of dementia. To validate our hypothesis, we first studied in mice the impact of the in vivo increase of central pulsatile mechanical stress (achieved by trans-aortic constriction surgery) on the cerebral vasculature, brain tissue and cognitive functions. This stress was also induced in the APP/PS1 transgenic mouse model of Alzheimer's disease. We have shown that cerebral vessels of WT and APP/PS1 mice are vulnerable to the mechanical stress of the increased pulse pressure, which is characterized by a decrease in the vasodilatory response of the pial arteries, a rarefaction of the capillaries due to apoptosis, the incidence of micro-hemorrhages, a rupture of the blood-brain barrier and cerebral hypoperfusion. These cumulative damages to the cerebral microcirculation are associated with brain inflammation and poorer learning and working and spatial memory performances in mice. The Alzheimer's phenotype of APP/PS1 mice was exacerbated in the presence of elevated pulse pressure, as shown by the increase in beta-amyloid deposits, the decreased in endothelial cerebral vasodilatory responses and brain inflammation, which are already present in this model. In a second study, we sought to characterize the cerebrovascular and cognitive functions in the transgenic mouse model LDLR-/-;hApoB100+/+, subjected or not in vivo to a central pulsatile mechanical stress (by trans-aortic constriction surgery). These mice exhibit risk factors for cardiovascular diseases (hypertension and dyslipidemia), develop atherosclerosis and mimic premature central arterial aging (aortic and carotid stiffness, endothelial dysfunction, increased pulse pressure). We reported that LDLR-/-;hApoB100+/+ mice were characterized by structural and functional brain vascular abnormalities, including cerebral hypoperfusion, increased permeability of the blood-brain barrier, endothelial cerebral dysfunction, microhemorrhages, but also cerebral atrophy and the presence of inflammation, senescence and high oxidative stress at the vascular and parenchymal level. In addition, all these alterations, which are mainly vascular, were associated with a decrease in the cognitive performance of mice. Also, these vascular, parenchymal and cognitive changes were exacerbated in the presence of the vascular stress induced by transverse aortic constriction. Altogether, our two studies in mice demonstrated that, in the presence of an increase in pulse pressure, the damages to the micro-cerebrovascular system lead to loss of cerebral homeostasis and to cognitive decline, which are accelerated in a model of dementia or a model of central vascular aging and in presence or vascular risk factors. Our studies highlight the mechanistic demonstration of a continuum between an increase in pulse pressure and vascular cognitive decline.