Le TGF[bêta] est une cytokine anti-inflammatoire impliquée dans plusieurs types de cancer. Il joue le rôle à la fois de suppresseur de tumeurs et d'oncogène. En effet, selon le stade de progression de la tumeur, il peut avoir un effet protecteur ou promoteur de la tumorigénèse. Les mécanismes par lesquels le TGF[bêta] exerce ses fonctions dans la carcinogénèse ne sont pas bien compris. Il est important d'élucider ces mécanismes afin de pouvoir développer de nouveaux traitements permettant de contrer les effets tumorigénique de ce facteur de croissance. Le TGF[bêta] interagit avec une panoplie de facteurs au cours de son processus de maturation et d'activation. On compte parmi eux la furine, la plasmine, la thrombospondine, les intégrines et les métalloprotéases. Toutes ces molécules peuvent être impliquées dans les processus néoplasiques. L'étude du rôle de leurs interactions dans la tumorigénèse permettrait de mieux comprendre les effets du TGF[bêta]. Une des cibles importantes de l'étude des interactions entre le TGF[bêta] et les acteurs de son processus de maturation et d'activation est la convertase de proprotéine furine. Cet enzyme est responsable de la maturation de plusieurs substrats impliqués dans le cancer tels que le TGF[bêta], le VEGF, le PDGF, la MT1-MMP et l'IGF-1. La maturation de tous ces composés favorise le développement des tumeurs et des métastases en augmentant la prolifération des cellules tumorales, leur capacité d'invasion et l'angiogénèse au coeur des tumeurs solides et des métastases.Le TGF[bêta] étant un susbtrat important de la furine, le but de ce projet est de caractériser le rôle de la maturation du TGF[bêta] par la furine dans la tumorigénèse. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle in vitro de cellules cancéreuses humaines, les HT1080, et un modèle in vivo de progression tumorale chez les souris nu/nu. Nous avons déterminé par différentes techniques telles que la zymographie, les essais d'adhésion, les essais d'invasion sur matrice de collagène de type IV, les essais de motilité, l'incorporation de thymidine tritiée et le PCR quantitatif en temps réel, que la maturation du TGF[bêta] par la furine a un effet protecteur dans les phases précoces du développement tumoral et promoteur sur le développement plus tardif du cancer. En fait, la maturation du TGF[bêta] par la furine permet de maintenir des concentrations plus élevées de TGF[bêta] bioactif dans l'environnement tumoral. Ceci permet l'inhibition de la prolifération cellulaire. Toutefois, cette forte présence de TGF[bêta] au niveau de la tumeur induit, par l'augmentation de l'adhésion et de la motilité cellulaire, la migration de type amoeboïde observée dans plusieurs stades de la tumorigénèse dont la dissémination lymphatique et l'extravasation. De plus, par la production de MMP-2 active et la formation d'invadopodes, le TGF[bêta] induit la migration de type mésenchymal surtout observée au début de l'invasion tumorale et au cours du processus d'intravasation. Par ailleurs, il nous a été impossible de déterminer le rôle exact de la maturation du TGF[bêta] par la farine sur l'angiogénèse, un facteur important dans le maintien des tumeurs solides volumineuses et des métastases. En fait, globalement, elle semble favoriser l'angiogénèse par l'expression de la furine et du VEGF, l'activation de la MT1-MMP et la maturation de la MMP-2, tous des facteurs pro-angiogéniques. Elle permet aussi l'induction de l'expression de PAI-1 qui est plutôt un facteur anti-angiogénique. À l'aide d'un système de reconstitution de l'activité du TGF[bêta] chez les cellules dont la furine est inhibée, nous avons déterminé que le TGF[bêta] est fortement responable des effets de la furine sur la tumorigénèse et ce, à plusieurs niveaux. Il est responsable de l'effet de la furine sur la prolifération, la production de MMP-2, l'invasion, le phénotype cellulaire et la transition d'une migration de type mésenchymal à une migration de type amoeboïde. Il est également partiellement impliqué dans le rôle de la furine sur la formation des invadopodes et la motilité cellulaire. Par contre, pour ces deux derniers processus et au niveau de l'adhésion cellulaire, d'autres substrats de la furine semblent nécessaire pour qu'elle accomplisse ses fonctions.

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

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

Les tumeurs solides emploient diverses stratégies afin de se maintenir dans l’organisme et d’échapper à l’inhibition du système immunitaire. Un des mécanismes les plus puissants est la production de la cytokine Transforming Growth Factor Beta (TGF-bêta). Cependant, cette cytokine est sécrétée dans le micro-environnement tumoral sous une forme inactive, incapable de se lier à son récepteur et donc d’exercer ses fonctions hautement immunosuppressives. Ces travaux de thèse démontrent qu’une population de lymphocytes T (LT) CD4+ dite T régulateurs (Tregs), qui exprime le facteur de transcription Forkhead box P3 (Foxp3), est responsable de l’activation du TGF-bêta au sein de la tumeur. Nous avons montré que parmi les cellules du système immunitaire, les Tregs constituent la principale population exprimant l’intégrine avb8 (Itgb8), protéine responsable de l’activation du TGF-bêta. L’absence de l’Itgb8 spécifiquement à la surface des Tregs entraîne une forte diminution de la croissance tumorale. Par conséquent, l’activation de la signalisation du TGF-bêta est réduite dans les LT CD8+ qui infiltrent la tumeur, conduisant à une exacerbation de leurs fonctions cytotoxiques et donc à une élimination accrue des cellules tumorales. La relevance de ces données obtenues chez la souris a été confirmée chez l’Homme à la fois par des approches ex vivo sur des tumeurs fraîches ainsi que par des approches bio-informatiques et biostatistiques à partir d’étude de cohortes de patients. Nous proposons donc que les Tregs et les cellules tumorales travaillent de concert pour fournir une source bio-active de TGF-bêta capable de réprimer efficacement la réponse immunitaire anti-tumorale et donc de permettre à la tumeur d’échapper au système immunitaire / Solid tumors employ diverse strategies to be maintained in the organism and escape the suppression mediated by the immune system. One of the most powerful mechanisms they use is through the production of Transforming Growth Factor Beta (TGF-beta). However, this cytokine is secreted within the tumor microenvironment in its inactive form, unable to bind to its receptor and exert its highly immunosuppressive functions. The present thesis project demonstrates that a population of CD4+ T lymphocytes called regulatory T cells (Tregs), which express the transcription factor Forkhead box P3 (Foxp3), is responsible for TGF-beta activation in tumors. We show that among the cells of the immune system, Tregs constitute the main population expressing the integrin avb8 (Itgb8) which is responsible for TGF-beta activation. The absence of Itgb8 specifically on Tregs surface leads to strong decrease of tumor growth. As a result, TGF-beta signaling pathway is impaired in tumor infiltrating CD8+ T lymphocytes leading to exacerbation of their cytotoxic and efficient elimination of tumor cells. The relevance of these data obtained in mice was confirmed in the human pathology by ex vivo approaches using fresh tumors as well as by bioinformatics and biostatistics approaches from studies on patient cohorts. We propose that Tregs and tumor cells cooperate to provide a bioactive source of TGF-beta which is able to efficiently repress the anti-tumor response and thus allowing tumors to escape the immune system

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

Le phénotype des chondrocytes peut être modulé par des facteurs de croissance comme par des contraintes mécaniques. Nous avons caractérisé le potentiel chondrogénique de la "Bone Morphogenetic Protein" (BMP)-2 sur des chondrocytes murins primaires amplifiés en culture monocouche sur plastique. Nous avons aussi développé un nouveau modèle d’étude de la mécanotransduction par la compression dynamique de ces cellules incluses en hydrogel d’agarose. Nous avons ainsi confirmé l’implication des voies ERK1/2 et p38 dans ces mécanismes, révélé l’activation de Smad2/3 en réponse à la compression et identifié de nouveaux gènes mécano-sensibles. Par ailleurs, nous avons mis en évidence le rôle des intégrines-bêta-1 dans la rigidité du tissu cartilagineux. Nos résultats complètent la connaissance fondamentale des mécanismes de régulation du phénotype chondrocytaire, mais peuvent également contribuer à l'amélioration des techniques de reconstruction du cartilage dans le domaine de l'ingénierie tissulaire. / Chondrocytes phenotype can be modulated by growth factors as well as mechanical stress. We characterised Bone Morphogenetic Protein (BMP)-2 chondrogenic potential on mouse primary chondrocytes expanded in monolayer on culture plastic. Also, we developed a new model to investigate mechanotransduction by applying dynamic compression on these cells embedded in agarose hydrogel. Hence, we confirmed ERK1/2 and p38 pathways implication in such mechanisms, we revealed Smad2/3 activation in response to compression and we identified new mechanosensitive genes. Besides, we highlighted the role of beta-1-integrins in cartilage stiffness. Our results completed the basic knowledge of regulation mechanisms underlying chondrocytes phenotype, but could also contribute to improve techniques for cartilage reconstruction in the field of tissue engineering.

Les cellules souches neurales quiescentes (CSN) sont le réservoir de la neurogenèse adulte, permettant de produire des nouveaux neurones tout au long de la vie. Cependant, la neurogenèse décroit au cours du vieillissement, provoquant des déclins cognitifs incurables. Afin de mieux comprendre les mécanismes qui contrôlent la prolifération des CSN, nous avons mis en place une méthode de tri par cytométrie en flux qui permet pour la première fois d’isoler les CSN quiescentes et leurs cellules filles dans la ZSV adulte murine. Cette technique nous a permis de prouver que le blocage de la voie GABAAR in vivo provoque l’entrée en cycle des CSN quiescentes. Ainsi, les signaux GABA produits par les neuroblastes dans la ZSV permettent de maintenir les CSN dans leur état de quiescence. Au cours du vieillissement, nous montrons que la production progressive de TGFβ1 par les cellules endothéliales de la niche allonge la phase G1 des CSN activées, diminuant sensiblement la production de nouveaux neurones, sans toutefois diminuer le stock de CSN. Nous mettons ainsi en évidence deux voies majeures contrôlant la prolifération des CSN in vivo, la voie du GABAAR et la voie TGF-β/Smad-3. En vue d’une application thérapeutique, nous prouvons que leur blocage pharmacologique permet de stimuler efficacement la neurogenèse in vivo. / Quiescent neural stem cells (NSCs) are considered the reservoir for adult neurogenesis, generating new neurons throughout life. However, neurogenesis decreases during aging, causing a progressive decline that is currently untreatable. To study the regulatory mechanisms of NSCs proliferation, we set up a new technique allowing the isolation of quiescent NSCs and their progeny. We show that GABAAR directly regulates NSCs quiescence in vivo as the depletion of GABA-producing neuroblasts or GABAAR pathway pharmacological blockade provoked NSCs cell cycle entry in the SVZ. During aging, the stock of NSCs is not perturbed, but we show that an over-production of TGFβ1 by brain endothelial cells directly lengthens activated NSCs G1 phase, strongly decreasing the production of new neurons. These findings highlight GABAAR and TGF-β/Smad-3 as two major pathways controlling NSCs proliferation. In line with a future therapeutic application, we also prove that their blocking stimulates endogenous neurogenesis in vivo.

La Ténascine-X (TNX) est une glycoprotéine architecturale de la matrice extracellulaire. Outre ce rôle, la TNX est également considérée comme une protéine matricellulaire qui est capable de réguler le comportement de cellules normales et tumorales. Toutefois, aucun mécanisme moléculaire et cellulaire ne permettait d'expliquer les effets cellulaires de la TNX, avant notre étude. Au laboratoire, nous avons démontré que le domaine C-terminal de type fibrinogène (FBG) de la TNX était capable d'induire l'activation du Transforming Growth Factor (TGF) bêta latent. En effet, les trois isoformes du TGF bêta sont sécrétées sous la forme de complexes inactifs formés à partir de liaisons non covalentes entre le TGF bêta mature et son propeptide N-terminal LAP (Latency Associated Peptide). Nous avons montré que le domaine FBG de la TNX interagissait physiquement avec le TGF bêta latent, in vitro et in vivo, et induisait un changement de conformation du complexe latent, afin de permettre son activation en une molécule bioactive. De plus, nous avons identifié l'intégrine alpha11 bêta1 comme un récepteur membranaire pour la TNX et nous avons montré que cette intégrine était cruciale pour le processus d'activation du TGF bêta latent par le domaine FBG. Nous avons également démontré que les Méprines alpha et bêta deux protéases de la famille des astacines, pouvaient cliver la TNX, permettant ainsi de libérer des fragments contenant le domaine FBG, capables d'activer le TGF bêta latent. Enfin, nous avons entamé une étude de la pertinence biologique de l'activation du TGF bêta latent par la TNX in vivo en analysant la voie de signalisation du TGF bêta dans des souris déficientes ou non en TNX / Tenascin-X (TNX) is an architectural glycoprotein of the extracellular matrix. Beyond this role, TNX is also considered as a matricellular protein that is able to regulate the behavior of normal and tumor cells. However, no molecular and cellular mechanism has been described to explain TNX cellular effects before our study. In the laboratory, we showed that the C-terminal fibrinogen-like domain (FBG) of TNX was able to induce the latent transforming growth factor (TGF beta activation. Indeed, the three TGF beta isoforms are secreted as inactive complexes formed from non-covalent bonds between the mature TGF beta and its N-terminal propeptide, called LAP (Latency Associated Peptide). We showed that the FBG domain of TNX physically interacted with the latent TGF beta, in vitro and in vivo, and induced a conformational change of the latent complex to allow its activation into a bioactive molecule. Furthermore, we identified alpha1 beta1 integrin as a cell-surface receptor for TNX and showed that this integrin was crucial for the FBG-induced latent TGF beta activation. We also demonstrated that Meprins alpha and beta, two proteases belonging to the astacin family, could cleave the TNX, thereby releasing fragments containing the FBG domain capable of activating latent TGF beta. Finally, we have initiated a study regarding the biological relevance of latent TGF beta activation by TNX in vivo by analyzing the TGF beta signaling pathway in wild type or TNX-deficient mice

Le côlon des mammifères est colonisé d'environ 1013 bactéries. Si ce microbiote contribue au métabolisme, au développement et à la protection de l'organisme et représente une source massive d'antigènes. Il doit donc être compartimenté afin d'empêcher leur dissémination dans l'organisme où il pourrait être délétère. Lors de ma thèse, je me suis intéressé au rôle du Transforming Growth Factor beta (TGF-bêta, une cytokine fortement exprimée sous forme inactive au niveau de l'intestin des mammifères. Nous avons pu montrer que l'expression de l'intégrine alphav bêta 8par les lymphocytes T régulateurs (Treg) est essentielle à l'activation du TGF-bêta. Par ailleurs, mes travaux démontrent que deux protéines de la voie de signalisation du TGF-bêta, TIF-1gamma et SMAD4, contrôlent l'expression de l'IL-22 dans les cellules lymphocytaires innées de groupe 3 (ILC3) du côlon, responsable du maintien l'intégrité de la barrière intestinale empêchant l'entrée massive de bactéries et une suractivation des lymphocytes Th17 impliqués dans le développement spontané de cancers colorectaux. Ainsi, mes travaux de recherche ont permis de mettre en évidence le rôle clé du TGF-bêta dans le maintien de l'intégrité intestinale essentiel à la prévention du développement de cancers colorectaux induits spontanément par le microbiote / Mammalian colon harbors about 1013 bacteria. Although this microbiota contributes to metabolism, development and protection of the organism, it constitutes a huge source of antigens and must be compartmentalized in order to prevent intestinal bacteria dissemination in the organism that could be harmful for the host. During my PhD, I was interested in the role of Transforming Growth Factor beta (TGF-beta, a highly expressed cytokine and produced as an inactive form in mammalian gut. We showed that the expression of integrin alpha v beta 8by regulatory T cells (Treg) is essential to activate TGF-beta. Moreover, my work revealed that two proteins of the TGF-beta signaling pathway, TIF-1gamma and SMAD4, are responsible for the control of the expression of IL-22 within colonic group 3 Innate Lymphoid Cells (ILC3) which maintains the intestinal barrier integrity and prevents bacteria from entering and over-activation of Th17 cells involved in spontaneous colorectal cancer development. My work revealed a key role for TGF-beta in the maintenance of intestinal barrier-integrity essential to prevent spontaneous microbiota-induced colorectal cancer development

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