Depuis quelques années, les oligomères du peptide Aβ sont identifiés comme étant responsables du déclenchement de la pathologie alors que les dépôts amyloïdes sont des conséquences aggravantes de la pathologie. Cependant, les formes oligomériques d’Aβ impliquées dans la pathologie ainsi que l’origine de ces peptides sont toujours débattues. Notre objectif principal était d’identifier des signatures Aβ oligomériques cérébrales et vasculaires et de déterminer si nous pouvions interférer avec ces signatures pour modifier le décours de la pathologie. Nous avons réalisé des analyses biochimiques qualitative des formes d’Aβ dans des échantillons de cerveau et de vaisseaux issus de patients atteints de la MA et de souris transgéniques modèle de la MA. Nous avons montré qu’une même forme Aβ oligomérique (17-18 kDa) est impliquée dans le développement de la pathologie cognitive chez l’homme et chez la souris APP/PS1. Une signature Aβ oligomérique vasculaire spécifique a été observée dans les vaisseaux périphériques et plus particulièrement la veine porte hépatique des souris APP/PS1. De plus, un traitement pharmacologique ciblant l’expression des protéines de transport de l’Aβ a permis de restaurer les profils Aβ oligomériques contrôles dans le cerveau des souris APP/PS1 tout en « chargeant » la veine porte des mêmes souris en Aβ oligomérique. Ces résultats montrent que les signatures Aβ vasculaires et cérébrales sont intimement liées. De plus, nos travaux mettent l’accent sur une possible intervention thérapeutique agissant sur les formes Aβ cérébrales et vasculaires. / Alzheimer's disease (AD) is a complex disorder of the central nervous system that affects an increasing number of people worldwide due to the overall aging of the human population. Vascular factors and mechanisms have emerged as an area of key importance. Accumulating evidence indicates that pre-fibrillar aggregates, specifically the low-molecular weight oligomers of Aβ peptide, are responsible for the synaptic dysfunction and neuronal loss that occur in AD pathology. But, these oligomeric forms implicated in the pathology are currently under debate. Our primary goal was to identify cerebral and vascular oligomeric signatures. Secondly, we try to interfere with these signatures in order to modify the evolution of AD. We realize qualitative analyses of cerebral and vascular oligomers Aβ by western-blot. Vascular and cerebral tissues were extracted from AD patients and from a transgenicmouse model of AD. We demonstrate that the same oligomer Aβ (17-18 kDa) is implicated in the cognitive impairment for patients and APP/PS1 mouse. A specific vascular signature of oligomer Aβ was detected in peripheral vessels and particularly in portal vein from liver of APP/PS1 mouse. Moreover, pharmacological treatment targeting clearance of soluble Aβ restored the control signature of oligomer Aβ in the brain of APP/PS1 mouse. This configurational change was associated with an increase of oligomer Aβ in portal vein from liver. These results show that cerebral and vascular oligomeric signatures were closely linked. Finally, our work emphasizes potential therapeutic strategies for AD by targeting cerebrals and vasculars oligomers Aβ.

Ce travail a pour objectif de générer des modèles vasculaires et de simuler des écoulements sanguins réalistes à l'intérieur de ces modèles. La première étape consiste à segmenter/reconstruire le volume 3D du réseau vasculaire. Une fois de tels volumes vasculaires segmentés et maillés, il est alors possible de simuler des écoulements sanguins à l'intérieur de ceux-ci. Pour la segmentation, nous utilisons une approche variationnelle. Nous proposons un premier modèle qui inclut un a priori de tubularité dans les modèles de débruitage ROF et TV-L1. Néanmoins, bien que ces modèles permettent de réhausser les vaisseaux, ils ne permettent pas de les segmenter. C'est pourquoi nous proposons un deuxième modèle amélioré qui inclut à la fois un a priori de tubularité et de direction dans le modèle de segmentation de Chan-Vese. Les résultats sont présentés sur des images synthétiques 2D, ainsi que sur des images rétiniennes. En ce qui concerne la simulation, nous nous intéressons d'abord au réseau veineux cérébral, encore peu étudié. Les équations de la dynamique des fluides qui régissent les écoulements sanguins dans notre géométrie sont alors les équations de Navier-Stokes. Pour résoudre ces équations, la méthode classique des caractéristiques est comparée avec un schéma d'ordre plus élevé. Ces deux schémas sont validés sur des solutions analytiques avant d'être appliqués aux cas réalistes du réseau veineux cérébral premièrement, puis du polygone artériel de Willis. / The aim of this work is to generate vascular models and simulate blood flows inside these models. A first step consists of segmenting/reconstructing the 3D volume of the vascular network. Once such volumes are segmented and meshed, it is then possible to simulate blood flows. For segmentation purposes, we use a variational approach. We first propose a model that embeds a vesselness prior in the denoising models ROF and TV-L1. Although these models can enhance vessels, they are not designed for segmentation. Then, we propose a second, improved model that includes both vesselness and direction priors in the Chan-Vese segmentation model. The results are presented on 2D synthetic images, as well as retinal images. In the second part, devoted to simulation, we first focus on the cerebral venous network, that has not been intensively studied. The equations governing blood flows inside our geometry are the Navier-Stokes equations. For their resolution, the classical method of characteristics is compared with a high-order scheme. Both schemes are validated on analytical solutions before their application on the realistic cases of the cerebral venous network, and the arterial polygon of Willis.

La composition, l’organisation et le fonctionnement de la marine de guerre vénitienne ont fait l’objet de nombreuses études pour l’époque médiévale et le XVIe siècle, mais les historiens ont largement négligé le XVIIe siècle. Pourtant, cette période joue un rôle crucial dans l’histoire maritime de la Sérénissime. Alors qu’à l’orée du XVIIe siècle, la marine vénitienne était exclusivement composée de galères, elle comprend cent ans plus tard une majorité de vaisseaux de ligne, tandis que les trirèmes vénitiennes, qui sont toujours utilisées en période de paix pour assurer la police de l’Adriatique et de la mer Ionienne, ne servent plus que de force d’appoint dans les moments de guerre.Le présent travail considère cette évolution, sous l'aspect soit opérationnel qui gestionnaire et d'organisation. À ce but, il a été réparti en deux tranches. En la première, on a parcouru les événements qui ont intéressé la marine vénitienne dans la période qui va de 1572 au 1699. Ici, jusqu'à 1635 environ, les principaux adversaires ne furent plus les Turcs, mais les force des Habsbourg, dans leur double déclinaison italique-espagnole et autrichienne, et seulement après le 1645 allèrent recommencer les conflits avec l'Empire Ottoman. Dans la seconde tranche du travail on a analysées les structures sur lesquels s’articulaient la marine vénitienne et ses hommes. En particulier on a distinguées les forces ordinaires de celles extraordinaires, en opérant une séparation nette entre les deux composants de la flotte et les correspondantes organisations. / The composition, the organization and the functioning of the Venetian Navy have been the subject of numerous studies for the medieval time and the XVIth century, but the historians have disregarded the XVIIth century. Yet, this period plays a crucial role in the maritime history of the Serenissima. Whereas to the verge of the XVIIth century, the Venetian Navy was composed exclusively of galleys, a hundred years later it consisted of a majority of ships-of-the-line, while the Venetian triremes, which were always used in period of peace to assure the police of the Adriatic and the sea Ionian, acted only by balancing force in the wars. The present work considers this evolution, under the aspect either operational then of administration and organization. To this purpose, it has been distributed in two sections. The first part looks at the events that interested the Venetian Navy in the period that go from 1572 to 1699. Here, until about 1635, the main adversaries were not anymore the Turks, but the Hapsburg forces, in their double Spanish-Italic and Austrian declination, and only after the 1645 the conflicts with the Ottoman empire were going to restart. The second part of the work analyses the structures on which were articulated the Venetian Navy and her tools and men. In particular it has distinguished the ordinary forces from those extraordinary, operating a clean separation between the two components of the fleet and the respective organizations.

Ce mémoire par article est une étude des différences hémodynamiques entre la dextro-transposition des gros vaisseaux (TGV) avec communication interventriculaire (CIV) et la TGV avec septum intact (SI) pendant la période fœtale et périopératoire. Il est à noter que SI fait référence au septum inter ventriculaire et non au septum inter auriculaire. La présence d’une communication inter auriculaire étant, comme nous le verrons dans ce travail, un élément important de la physiologie des fœtus/nouveau-nés porteur de TGV. Le document est divisé en deux parties importantes. La première partie est composée du chapitre 1 qui présente une revue de littérature détaillant les notions importantes à la compréhension de la problématique et du chapitre 2 qui décrit la méthodologie utilisée pour répondre à la question de recherche. On détaille d’abord les méthodes d’acquisition des échocardiographies fœtales ainsi que les principales mesures effectuées à partir de celles-ci. Ensuite, on y décrit les technologies de la spectroscopie proche infrarouge avancée et de la spectroscopie à corrélation diffuse (NIRS-DCS) permettant de recueillir les données hémodynamiques sur la microvascularisation cérébrale des nouveau-nés. La seconde partie est constituée du chapitre 3 qui est le manuscrit accepté au journal Ultrasound in Obstetric & Gynecology pour publication. Celui-ci décrit les différences hémodynamiques entre les patients ayant une TGV&CIV et les TGV&SI et présente les différences retrouvées en échocardiographie fœtale et en hémodynamie cérébrale périopératoire étudiée à l’aide de la NIRS avancée. Ensuite, nous présentons dans le chapitre 4 une discussion sur les principaux impacts cliniques et sur d’éventuelles améliorations. / This master’sthesis is composed of an article and a study. They present hemodynamic differences between patients with transposition of the great arteries (TGA) and ventricular septum defect (VSD), and TGA with intact ventricular septum (IVS) during fetal and perioperative periods. This document is divided into two principal sections. The first section includes Chapter 1 that presents a review of literature detailing important notions to understand the problematic, and Chapter 2, that describes the methodology used to answer our research question. First, we detailed acquisition data and measured parameters of the fetal echocardiography exams. Then, we describe advanced near infrared spectroscopy (NIRS-DCS) technology that allowed hemodynamic data acquisition on the cerebral microvascularization of neonates. The second section is composed of Chapter 3, the manuscript accepted in Ultrasound in Obstetric & Gynecology journal for publication. The aim of this article is to describe hemodynamic differences between patients with TGA&VSD and TGA&IVS. It describes fetal echocardiography and cerebral perioperative hemodynamic differences studied with advanced NIRS. Next, we present in Chapter 4 a more detailed discussion with principal impacts on the clinical field and future improvements.

Les capillaires cérébraux sont caractérisés par une structure et une organisation particulière au sein de l’unité neurovasculaire. Au travers de jonctions endothéliales particulièrement sélectives, la barrière hémato-encéphalique (BHE) orchestre les échanges de cellules, fluides, protéines et métabolites plasmatiques entre le sang et le compartiment cérébral. La VE-cadhérine, protéine transmembranaire des jonctions endothéliales, est particulièrement importante dans l’intégrité vasculaire puisque sa déstabilisation entraine un affaiblissement de la BHE et conduit à sa rupture dans certaines pathologies. Le glioblastome est une tumeur cérébrale extrêmement agressive et associée à un haut degré de vascularisation dont la perméabilité est anormalement élevée. Ceci contribue à la formation d’œdèmes vasculaires péri-tumoraux préjudiciables pour la santé du patient. Depuis la dernière décennie, un grand nombre d’études ont relié la présence d’une sous-population de cellules souches gliomateuses (CSG) à l’initiation, la récurrence et l’agressivité du glioblastome. De façon importante, ces CSG sont localisées dans un microenvironnement particulier, appelé niche vasculaire, dans lequel elles communiquent étroitement et échangent de manière bidirectionnelle avec l’endothélium cérébral. Sur la base d’un modèle de coculture entre CSG issues de patients, et cellules endothéliales cérébrales récapitulant les propriétés de la BHE, notre laboratoire a porté son attention sur la Sémaphorine 3A (Séma3A). Cette protéine est en effet sécrétée par les CSG et exerce, via son corécepteur Neuropiline-1 (Nrp-1), une action positive sur la perméabilité vasculaire par déstabilisation de la VE-cadhérine. Durant mes travaux de thèse, nous avons identifié et caractérisé la présence de la Séma3A à la membrane de vésicules extracellulaires (EV) produites par les CSG. Un nombre grandissant d’études met en exergue l’implication de ces vésicules dans la biologie tumorale. Dans ce sens, nous avons démontré que les EV des CSG peuvent pénétrer dans les cellules endothéliales, et moduler leurs propriétés intrinsèques. Au travers de modèles in vivo originaux et de la combinaison de stratégies génétiques (ARN interférent) et pharmacologiques (anticorps bloquant humanisés), nous avons d’une part montré que la Séma3A, portée par les EV, agit spécifiquement via la Nrp-1 exprimée par les cellules endothéliales afin d’augmenter leur perméabilité. D’autre part, dans un modèle de xénogreffe orthotopique de CSG, nous avons identifié une augmentation significative du taux de Séma3A dans la fraction de EV circulantes. De manière intéressante, des résultats similaires ont été obtenus à partir de prélèvements de patients glioblastome nouvellement diagnostiqués. La Séma3A de ces vésicules, apte à augmenter la perméabilité vasculaire à distance, in vitro et in vivo au travers de la Nrp-1, représenterait donc un bon candidat en tant que futur marqueur théranostique du glioblastome. / Brain microvessels are characterized by specific structure and organization within the neurovascular unit. Through highly selective endothelial junctions, the blood-brain barrier (BBB) controls exchanges of cells, fluids, plasmatic proteins and metabolites between blood and the cerebral compartment. VE-cadherin, a transmembrane protein of endothelial junctions, is of most importance in the vascular integrity. Indeed, its destabilization leads to BBB weakening and also breaking in some pathology. Glioblastoma is a highly aggressive brain tumour characterized by a high vascularization rate and abnormal vascular permeability. These properties promote in turn perivascular œdema, harmful for the patient. Since the last decade, a growing number of studies link glioblastoma stem-like cell (GSC) population to the initiation, recurrence and aggressiveness of such cancer. Interestingly, GSCs are located within the vascular niche, a specific microenvironment where they survive, communicate and exchange factors with the microvascular endothelium. On the base of a coculture model between patient-derived GSCs and brain microvascular endothelial cells which recapitulate BBB properties, our laboratory has focused on Semaphorin 3A (Sema3A). Sema3A is a GSC secreted protein and acts through its coreceptor Neuropilin-1 (Nrp-1) which in turn destabilizes VE-cadherin and promotes vascular permeability. During my thesis, we have identified and characterized Sema3A at the membrane of GSC secreted extracellular vesicles (EVs). A growing number of studies highlight EVs as important actors of tumour biology, in this way we have demonstrated that GSC-derived EVs can be uptake by endothelial cells and modulate their intrinsic properties. Through original in vivo models in combination with genetic (RNA interference) and pharmacologic strategies (humanised blocking antibodies), we have demonstrated that EV-carried Sema3A acts specifically through endothelial cells Nrp-1 to promote permeability. Furthermore, in orthotopic GSC xenograft we have identified a significant increase in the Sema3A EV-fraction collected from peripheral blood. Interestingly, similar results were obtained from newly diagnosed glioblastoma blood samples. Moreover, Sema3A from this fraction is a potent propermeability factor that can act at distance through Nrp-1 both in vitro and in vivo. Altogether, our results suggest that EV-carried Sema3A orchestrates loss of barrier integrity in glioblastoma and may be of interest for prognostic purposes.

Les capillaires cérébraux sont caractérisés par une structure et une organisation particulière au sein de l’unité neurovasculaire. Au travers de jonctions endothéliales particulièrement sélectives, la barrière hémato-encéphalique (BHE) orchestre les échanges de cellules, fluides, protéines et métabolites plasmatiques entre le sang et le compartiment cérébral. La VE-cadhérine, protéine transmembranaire des jonctions endothéliales, est particulièrement importante dans l’intégrité vasculaire puisque sa déstabilisation entraine un affaiblissement de la BHE et conduit à sa rupture dans certaines pathologies. Le glioblastome est une tumeur cérébrale extrêmement agressive et associée à un haut degré de vascularisation dont la perméabilité est anormalement élevée. Ceci contribue à la formation d’œdèmes vasculaires péri-tumoraux préjudiciables pour la santé du patient. Depuis la dernière décennie, un grand nombre d’études ont relié la présence d’une sous-population de cellules souches gliomateuses (CSG) à l’initiation, la récurrence et l’agressivité du glioblastome. De façon importante, ces CSG sont localisées dans un microenvironnement particulier, appelé niche vasculaire, dans lequel elles communiquent étroitement et échangent de manière bidirectionnelle avec l’endothélium cérébral. Sur la base d’un modèle de coculture entre CSG issues de patients, et cellules endothéliales cérébrales récapitulant les propriétés de la BHE, notre laboratoire a porté son attention sur la Sémaphorine 3A (Séma3A). Cette protéine est en effet sécrétée par les CSG et exerce, via son corécepteur Neuropiline-1 (Nrp-1), une action positive sur la perméabilité vasculaire par déstabilisation de la VE-cadhérine. Durant mes travaux de thèse, nous avons identifié et caractérisé la présence de la Séma3A à la membrane de vésicules extracellulaires (EV) produites par les CSG. Un nombre grandissant d’études met en exergue l’implication de ces vésicules dans la biologie tumorale. Dans ce sens, nous avons démontré que les EV des CSG peuvent pénétrer dans les cellules endothéliales, et moduler leurs propriétés intrinsèques. Au travers de modèles in vivo originaux et de la combinaison de stratégies génétiques (ARN interférent) et pharmacologiques (anticorps bloquant humanisés), nous avons d’une part montré que la Séma3A, portée par les EV, agit spécifiquement via la Nrp-1 exprimée par les cellules endothéliales afin d’augmenter leur perméabilité. D’autre part, dans un modèle de xénogreffe orthotopique de CSG, nous avons identifié une augmentation significative du taux de Séma3A dans la fraction de EV circulantes. De manière intéressante, des résultats similaires ont été obtenus à partir de prélèvements de patients glioblastome nouvellement diagnostiqués. La Séma3A de ces vésicules, apte à augmenter la perméabilité vasculaire à distance, in vitro et in vivo au travers de la Nrp-1, représenterait donc un bon candidat en tant que futur marqueur théranostique du glioblastome. / Brain microvessels are characterized by specific structure and organization within the neurovascular unit. Through highly selective endothelial junctions, the blood-brain barrier (BBB) controls exchanges of cells, fluids, plasmatic proteins and metabolites between blood and the cerebral compartment. VE-cadherin, a transmembrane protein of endothelial junctions, is of most importance in the vascular integrity. Indeed, its destabilization leads to BBB weakening and also breaking in some pathology. Glioblastoma is a highly aggressive brain tumour characterized by a high vascularization rate and abnormal vascular permeability. These properties promote in turn perivascular œdema, harmful for the patient. Since the last decade, a growing number of studies link glioblastoma stem-like cell (GSC) population to the initiation, recurrence and aggressiveness of such cancer. Interestingly, GSCs are located within the vascular niche, a specific microenvironment where they survive, communicate and exchange factors with the microvascular endothelium. On the base of a coculture model between patient-derived GSCs and brain microvascular endothelial cells which recapitulate BBB properties, our laboratory has focused on Semaphorin 3A (Sema3A). Sema3A is a GSC secreted protein and acts through its coreceptor Neuropilin-1 (Nrp-1) which in turn destabilizes VE-cadherin and promotes vascular permeability. During my thesis, we have identified and characterized Sema3A at the membrane of GSC secreted extracellular vesicles (EVs). A growing number of studies highlight EVs as important actors of tumour biology, in this way we have demonstrated that GSC-derived EVs can be uptake by endothelial cells and modulate their intrinsic properties. Through original in vivo models in combination with genetic (RNA interference) and pharmacologic strategies (humanised blocking antibodies), we have demonstrated that EV-carried Sema3A acts specifically through endothelial cells Nrp-1 to promote permeability. Furthermore, in orthotopic GSC xenograft we have identified a significant increase in the Sema3A EV-fraction collected from peripheral blood. Interestingly, similar results were obtained from newly diagnosed glioblastoma blood samples. Moreover, Sema3A from this fraction is a potent propermeability factor that can act at distance through Nrp-1 both in vitro and in vivo. Altogether, our results suggest that EV-carried Sema3A orchestrates loss of barrier integrity in glioblastoma and may be of interest for prognostic purposes.

Les rétinopathies ischémiques (RI) sont la cause majeure de cécité chez les personnes âgées de moins de 65 ans. Il existe deux types de RIs soit la rétinopathie du prématuré (ROP) ainsi que la rétinopathie diabétique (RD). Les RIs sont décrites en deux phases soit la phase de vasooblitération, marquée par une perte importante de vaisseaux sanguins, et une phase de néovascularisation secondaire à lʼischémie menant à une croissance pathologique de vaisseaux. Cette seconde phase peut générer des complications cliniques telles quʼun oedème dans lʼhumeur vitré ainsi que le détachement de la rétine chez les patients déjà atteints dʼune RI. Les traitements approuvés pour les RIs visent à réduire la formation des vaisseaux pathologiques ou lʼoedème; mais ceux-ci malheureusement ne règlent pas les problèmes sous-jacents tels que la perte vasculaire et lʼischémie. La rétine est un tissu hautement vascularisé qui contribue à lʼirrigation et à lʼhoméostasie des neurones. Lʼinteraction neurovasculaire, comprenant de neurones, vaisseaux et cellules gliales, contribue au maintien de cette homéostasie. Durant le développement, les neurones et les cellules gliales jouent un rôle important dans la vascularisation de la rétine en sécrétant des facteurs qui stimulent l'angiogenèse. Cependant, nos connaissances sur lʼinteraction neurovasculaire dans les RIs sont limitées. En identifiant les interactions importantes entre les cellules composant cette unité neurovasculaire dans la rétine, nous pourrons viser des cibles qui engendreront une revascularisation seine afin de diminuer les signes pathologiques chez les patients atteints dʼune RI. Les travaux présentés dans cette thèse visent à mieux expliquer cette interaction neurovasculaire en soulignant des concepts importants propres aux RIs. En utilisant un modèle de rétinopathie induite par lʼoxygène chez la souris, qui reproduit les caractéristiques importantes de la ROP (et en certaines instances, la RD), nous identifions quelques molécules clés jouant un rôle significatif dans les RIs soit la sémaphorine 3A (sema3A), lʼIL-1β, ainsi que le récepteur PAR2. Nos résultats démontrent que Sema3A, sécrétée par les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGRs) durant une ischémie, empêche la revascularisation normale et que cette expression est induite par lʼIL-1β provenant des microglies activées. En bloquant Sema3A directement ou via lʼinhibition de lʼIL- 1β, nous remarquons une revascularisation seine ainsi quʼune diminution importante des vaisseaux pathologiques. Cela nous indique que Sema3A est impliquée dans la guidance vasculaire et quʼelle contribue à la pathogenèse des RIs. Lʼactivation de façon exogène de PAR2, identifié aussi comme régulateur du récepteur de lʼIL-1β (IL- 1RI) sur les CGRs, se traduit par une diminution séquentielle de lʼIL-1RI et de Sema3A ce qui mène également à une revascularisation seine. En conclusion, ces travaux soulignent lʼimportance de lʼinteraction neurovasculaire ainsi que la guidance vasculaire dans les RIs. Ils renforcent lʼimportance de la communication entre neurone, vaisseau et microglie dans la pathogenèse des RIs. Finalement, nous identifions quelques molécules clés qui pourront servir comme cibles afin de lutter contre lʼischémie qui cause des problèmes vasculaires chez les patients atteints dʼune RI. / Ischemic retinopathies (IRs), namely, retinopathy of prematurity (ROP) and diabetic retinopathy (DR), are the major cause of blindness in persons under the age of 65. IRs are biphasic disorders described by an initial vasoobliterative phase marked by a persistent microvascular degeneration, which leads to ischemia. Retinal ischemia, secondary to vessel loss, incites a second neovascularization phase represented by an aberrant, misdirected neovessel formation into the vitreous, which can cause adverse clinical complications including vitreous hemorrhaging and tractional retinal detachment. While current treatments aim at reducing vitreous/retinal hemorrhaging and/or pathological pre-retinal neovascularization, these regimens fail to address the underlying problem; that is, microvascular decay and retinal ischemia. The retina is a highly metabolic tissue that requires a significant amount of nutrients and oxygen. This is supplied by an intricate and highly regulated vascular network required to maintain homeostasis and proper function. The intricate cellular interactions in the neurovascular unit – the consortium of vessel, neurons and support glia – are required for regulating and maintaining homeostasis under normal conditions. However, the understanding of how this unit functions under ischemic stress, that which is seen in patients suffering from IRs, is not well defined. The present work underlines several important concepts of neurovascular coupling in IRs in efforts to identify potential therapeutic agents that may help curb retinal ischemia by stimulating normal revascularization. Using a mouse model of oxygen-induced retinopathy (OIR), which reproduces the salient features of ROP (and in some instances DR), we identified key players involved in generating the pathophysiological signatures associated with IRs; namely, semaphorin3A (Sema3A), interleukin-1β (IL-1β) and protease-activated receptor 2 (PAR2). Our results show that neuronal-derived Sema3A, secreted by ischemic retinal ganglion cells (RGCs), acts as a potent vaso-repulsive molecules that impedes normal revascularization. Activated microglia contribute to this process by secreting IL-1β, which induces paracrine release of Sema3A expression contributing to microvascular decay as well as pathological pre-retinal neovascularization. Inhibition of Sema3A or IL-1β translates to rapid revascularization and, as a result, a significant reduction in pathological neovessel formation. These results demonstrate that Sema3A is directly involved in vascular guidance and precipitates the pathophysiological features associated with IRs. PAR2, found on RGCs, was also identified as a key regulatory mechanism involved in dampening IL-1β induced Sema3A mediated vascular decay by reducing IL-1 receptor (IL-1RI). Exogenous activation of neuronal PAR2 translates to a sequential reduction of both IL-1RI and Sema3A resulting in accelerated revascularization and consequentially pre-retinal neovascularization. In conclusion, these studies highlight the importance of neurovascular coupling associated with IRs. Herein, we demonstrate the consorted interaction between neuron, vessel and glia and its impact on shaping the retinal vasculature during disease. Moreover, we underscore the significant impact of neuronal guidance cues in manifesting the salient vascular features of IRs. Finally, we identify key players that may serve as potential therapeutic avenues in curbing retinal ischemia in efforts to reduce vascular complications associated with IRs.

Les capillaires cérébraux sont caractérisés par une structure et une organisation particulière au sein de l’unité neurovasculaire. Au travers de jonctions endothéliales particulièrement sélectives, la barrière hémato-encéphalique (BHE) orchestre les échanges de cellules, fluides, protéines et métabolites plasmatiques entre le sang et le compartiment cérébral. La VE-cadhérine, protéine transmembranaire des jonctions endothéliales, est particulièrement importante dans l’intégrité vasculaire puisque sa déstabilisation entraine un affaiblissement de la BHE et conduit à sa rupture dans certaines pathologies. Le glioblastome est une tumeur cérébrale extrêmement agressive et associée à un haut degré de vascularisation dont la perméabilité est anormalement élevée. Ceci contribue à la formation d’œdèmes vasculaires péri-tumoraux préjudiciables pour la santé du patient. Depuis la dernière décennie, un grand nombre d’études ont relié la présence d’une sous-population de cellules souches gliomateuses (CSG) à l’initiation, la récurrence et l’agressivité du glioblastome. De façon importante, ces CSG sont localisées dans un microenvironnement particulier, appelé niche vasculaire, dans lequel elles communiquent étroitement et échangent de manière bidirectionnelle avec l’endothélium cérébral. Sur la base d’un modèle de coculture entre CSG issues de patients, et cellules endothéliales cérébrales récapitulant les propriétés de la BHE, notre laboratoire a porté son attention sur la Sémaphorine 3A (Séma3A). Cette protéine est en effet sécrétée par les CSG et exerce, via son corécepteur Neuropiline-1 (Nrp-1), une action positive sur la perméabilité vasculaire par déstabilisation de la VE-cadhérine. Durant mes travaux de thèse, nous avons identifié et caractérisé la présence de la Séma3A à la membrane de vésicules extracellulaires (EV) produites par les CSG. Un nombre grandissant d’études met en exergue l’implication de ces vésicules dans la biologie tumorale. Dans ce sens, nous avons démontré que les EV des CSG peuvent pénétrer dans les cellules endothéliales, et moduler leurs propriétés intrinsèques. Au travers de modèles in vivo originaux et de la combinaison de stratégies génétiques (ARN interférent) et pharmacologiques (anticorps bloquant humanisés), nous avons d’une part montré que la Séma3A, portée par les EV, agit spécifiquement via la Nrp-1 exprimée par les cellules endothéliales afin d’augmenter leur perméabilité. D’autre part, dans un modèle de xénogreffe orthotopique de CSG, nous avons identifié une augmentation significative du taux de Séma3A dans la fraction de EV circulantes. De manière intéressante, des résultats similaires ont été obtenus à partir de prélèvements de patients glioblastome nouvellement diagnostiqués. La Séma3A de ces vésicules, apte à augmenter la perméabilité vasculaire à distance, in vitro et in vivo au travers de la Nrp-1, représenterait donc un bon candidat en tant que futur marqueur théranostique du glioblastome. / Brain microvessels are characterized by specific structure and organization within the neurovascular unit. Through highly selective endothelial junctions, the blood-brain barrier (BBB) controls exchanges of cells, fluids, plasmatic proteins and metabolites between blood and the cerebral compartment. VE-cadherin, a transmembrane protein of endothelial junctions, is of most importance in the vascular integrity. Indeed, its destabilization leads to BBB weakening and also breaking in some pathology. Glioblastoma is a highly aggressive brain tumour characterized by a high vascularization rate and abnormal vascular permeability. These properties promote in turn perivascular œdema, harmful for the patient. Since the last decade, a growing number of studies link glioblastoma stem-like cell (GSC) population to the initiation, recurrence and aggressiveness of such cancer. Interestingly, GSCs are located within the vascular niche, a specific microenvironment where they survive, communicate and exchange factors with the microvascular endothelium. On the base of a coculture model between patient-derived GSCs and brain microvascular endothelial cells which recapitulate BBB properties, our laboratory has focused on Semaphorin 3A (Sema3A). Sema3A is a GSC secreted protein and acts through its coreceptor Neuropilin-1 (Nrp-1) which in turn destabilizes VE-cadherin and promotes vascular permeability. During my thesis, we have identified and characterized Sema3A at the membrane of GSC secreted extracellular vesicles (EVs). A growing number of studies highlight EVs as important actors of tumour biology, in this way we have demonstrated that GSC-derived EVs can be uptake by endothelial cells and modulate their intrinsic properties. Through original in vivo models in combination with genetic (RNA interference) and pharmacologic strategies (humanised blocking antibodies), we have demonstrated that EV-carried Sema3A acts specifically through endothelial cells Nrp-1 to promote permeability. Furthermore, in orthotopic GSC xenograft we have identified a significant increase in the Sema3A EV-fraction collected from peripheral blood. Interestingly, similar results were obtained from newly diagnosed glioblastoma blood samples. Moreover, Sema3A from this fraction is a potent propermeability factor that can act at distance through Nrp-1 both in vitro and in vivo. Altogether, our results suggest that EV-carried Sema3A orchestrates loss of barrier integrity in glioblastoma and may be of interest for prognostic purposes.

Dans le cadre des simulations interactives, le manque de modèles géométriques reste une des limitations majeures des simulateurs. Actuellement, les simulateurs commerciaux ne proposent pas ou un tout cas, un nombre limité de cas. Un grand nombre des travaux abordent cependant ce sujet tout au long de ces deux dernières décennies. Malgré une vaste littérature, les méthodes ne sont pas adaptées à un contexte interactif, plus particulièrement quand il s'agit des réseaux vasculaires. Dans cette thèse, nous considérons le problème de la segmentation et la reconstruction des vaisseaux sanguins à partir de données patients en Angiographie Rotationnelle (RA) 3D. Pour ce faire, nous proposons deux nouveaux algorithmes, un pour la segmentation et un autre, pour la reconstruction. Tout d'abord, le réseau vasculaire est construit grâce à un algorithme de suivi de la ligne centrale des vaisseaux. De plus, notre procédure de suivi extrait des points à la surface des vaisseaux de manière robuste. Deuxièmement, ces points sont estimés par une surface implicite (un blobby model) qui est, à son tour, raffinée de façon itérative. Les résultats du suivi et de la reconstruction sont produit à partir de données synthétiques et réelles. Lors de la simulation de la navigation d'outils interventionnels, notre modèle géométrique remplit les exigences des simulations interactives: une prédiction et détection rapide des collisions, l'accès à l'information topologique, une surface lisse et la mise à disposition de quantités différentielles pour la résolution des contacts.

L'athérosclérose est la principale cause de maladies coronariennes, affectant les artères de grand et moyen calibre. C'est une maladie inflammatoire chronique caractérisée par des plaques situées dans la couche de l’intima, composées de cellules inflammatoires, de cellules musculaires lisses, de composants fibreux et de lipides. Qu'il provienne de source alimentaire ou hépatique, le cholestérol qui s'accumule dans les macrophages des tissus périphériques, comme la paroi artérielle, engendre une réaction inflammatoire et doit être conséquemment mobilisé à l'aide d’accepteurs de cholestérol comme les lipoprotéines de haute densité (HDL). Ce processus spécifique est appelé transport inverse du cholestérol (mRCT). Des études ont démontré que l'apolipoprotéine A-I (apoA-I) pourrait être un acteur clé dans la régulation du mRCT, exerçant des effets différents de ceux du HDL. Plus important encore, le système lymphatique a récemment été identifié comme un nouvel acteur essentiel dans l'élimination du cholestérol de la lésion athérosclérotique (Martel et al., JCI 2013). Il a été démontré que sans vaisseaux lymphatiques fonctionnels, la mobilisation du cholestérol hors de la plaque ne peut pas être réalisée correctement et aggrave la maladie. Le réseau lymphatique est parallèle au système sanguin et il est présent dans presque tous les tissus du corps. C'est un acteur essentiel dans le maintien de l'homéostase des fluides, dans le transport des cellules immunitaires de la périphérie vers les ganglions lymphatiques correspondants, ainsi que dans l’absorption des lipides alimentaires de l'intestin vers la circulation sanguine. Le système lymphatique comprend les vaisseaux lymphatiques (LVs) initiaux et collecteurs, ainsi que les ganglions lymphatiques, qui ont une anatomie spécifique et des rôles distincts. La lymphe, le liquide clair qui circule dans les LVs, se jette dans la circulation sanguine au niveau de la veine sous-clavière. Les plaquettes sont responsables de la régulation de cette séparation des vaisseaux sanguins et lymphatiques via la formation d’un thrombus formé lors de l’interaction de leur récepteur CLEC-2 avec la podoplanine présente sur les cellules endothéliales lymphatiques. Il a également été démontré que l’activité plaquettaire était nécessaire tout au long de la vie pour maintenir l’intégrité des jonctions des LVs. L'athérosclérose est également caractérisée par une activation cellulaire et une apoptose accrue. Par conséquent, ces activités cellulaires peuvent entraîner la formation de particules submicroniques appelées vésicules extracellulaires qui ont des effets variables, mais souvent néfastes, sur l'endothélium sanguin et l'évolution de la plaque. La maladie cardiovasculaire a été associée à une augmentation du nombre des vésicules extracellulaires (EVs) en circulation, et nous croyons que ces véhicules pourraient être impliqués dans le dysfonctionnement lymphatique lié à l'athérosclérose. D'après des données récentes publiées au cours de ma maîtrise, l'amélioration du transport lymphatique pourrait limiter la progression de l'athérosclérose et favoriser la régression de la plaque. Nous avons montré que le transport lymphatique est altéré chez les jeunes souris prédisposés à développer l'athérosclérose, même avant l'apparition de la plaque. Nous avons prouvé que cet effet est d’abord associé à un défaut au niveau des vaisseaux collecteurs et nous suggérons que l'amélioration de la liaison du VEGF-C/ VEGFR3 puisse supprimer ce défaut spécifique. L'objectif global de cette thèse était de poursuivre dans cette voie et de mieux définir le rôle de l’important facteur de croissance lymphatique, VEGF-C, et de la lipoprotéine apoA-I dans la maintenance de l’intégrité et la fonction des vaisseaux lymphatiques. En outre, une meilleure description des composants de la lymphe, en particulier des agents libérés par les cellules, a été jugée nécessaire. La première publication nous a permis de montrer que, lorsqu'elles étaient injectées avec un mutant du facteur de croissance VEGF-C ciblant spécifiquement le récepteur VEGFR-3 (VEGF-C 152s), avant l'administration d'une diète pro-athérogène, les souris Ldlr-/- étaient protégées contre l’accumulation excessive dans la plaque et celle-ci était plus stable à long terme. La capacité de contraction soutenue des vaisseaux lymphatiques collecteurs et l'expression accrue de VEGFR-3 et de FOXC2 observée chez ces souris traitées avec VEGF-C-152s ont contribué à la clairance des composants nocifs contenus dans les tissus périphériques tels que les macrophages et le cholestérol. La deuxième publication a montré que des souris Ldlr-/- athérosclérotiques traitées à faible dose avec de l’apoA-I, présentaient un transport lymphatique accru et une hyperperméabilité des vaisseaux lymphatiques collecteurs abrogée, possiblement par une modulation de l’activité plaquettaire. La troisième publication est la première à démontrer la présence de vésicules extracellulaires d'origines hétérogènes dans la lymphe des souris et que le nombre de différents sous-types augmente chez les souris athérosclérotiques. Collectivement, ces études confirment la présence d'un dysfonctionnement lymphatique chez la souris avant même l'apparition de la plaque, et il est intéressant de noter que ce dysfonctionnement est principalement associé à un défaut des vaisseaux lymphatiques collecteurs, limitant ainsi le transport de la lymphe des tissus périphériques vers le sang. Différents traitements avec des facteurs de croissance et des lipoprotéines peuvent potentiellement moduler l’apparition et la progression de la lésion en améliorant la fonction lymphatique à différents stades de la maladie athérosclérotique. Nos découvertes concernant la présence de EVs dans la lymphe représentent leur potentiel en tant que biomarqueurs, mais également une nouvelle cible pour mieux comprendre la dysfonction lymphatique. / Atherosclerosis is the principal cause of coronary artery disease (CAD), affecting large- and medium-sized arteries. It is a chronic inflammatory disease characterized by intimal plaques composed of inflammatory cells, smooth muscle cells, fibrous components and lipids. Cholesterol that accumulates within macrophages in peripheral tissues, like the arterial wall, whether from dietary or synthetic sources, promotes inflammatory responses and needs to be excreted with the help of the cholesterol acceptor high density lipoprotein (HDL). This specific process is termed macrophage reverse cholesterol transport (mRCT) and studies have demonstrated that lipid free apolipoprotein A-I (apoA-I) could be a key player in mRCT regulation, exuding different effects than HDL. More importantly, recently, the lymphatic system has been identified as a novel prerequisite player in the removal of cholesterol out of the atherosclerotic lesion (Martel et al., JCI 2013). It has been demonstrated that without functioning lymphatic vessels cholesterol mobilization from the plaque cannot be properly achieved and aggravates the disease. The lymphatic network runs in parallel to the blood vasculature and is present in almost all the tissues of the body. It is a crucial player in maintaining fluid homeostasis, trafficking immune cells from the periphery to corresponding lymph nodes, as well as transporting lipids from the intestine to the circulation. The lymphatic system comprises the initial and collecting lymphatic vessels (LVs), as well as lymph nodes, all with a specific anatomy and distinctive roles. Lymph, the clear fluid that circulates within LVs drains towards the bloodstream at the level of the subclavian vein. Platelets are responsible to regulate this blood/lymphatic vessel separation by forming a clog, upon the interaction of their C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) with podoplanin, present on lymphatic endothelial cells. Platelet activity has also been shown to be required throughout life in order to maintain LV junction integrity. Atherosclerosis is also characterized by increased cellular activation and apoptosis. Consequently, these cellular activities may result in the formation of submicron particles called extracellular vesicles (EVs) that have variable effects on the blood endothelium and subsequent plaque evolution. CAD has been associated with increased circulating EVs, and we suspect that these EVs might be involved in atherosclerosis-related lymphatic dysfunction. Based on recent data collected during my master’s degree, there is evidence that enhancing lymphatic transport could limit atherosclerosis progression and favour plaque regression. We showed that lymphatic transport is impaired in young, atherosclerosis-prone mice, even before atherosclerosis onset. We believe it to be potentially associated with a defect in the lymphatic pumping capacity, and we suggest that enhancing VEGF-C/VEGFR-3 binding can abolish this specific defect. The global objective of this thesis was to pursue along this path and better delineate the role of the important lymphatic-specific growth factor, VEGF-C and the lipoprotein apoA-I, on collecting LVs function. Furthermore, a better understanding of lymph components, especially cellular releasants was deemed necessary. The first publication allowed us to show that when injected with VEGF-C 152s, before the administration of a pro-atherogenic regimen, Ldlr-/- mice were protected from excessive plaque formation and long-term, had a more stable plaque. The sustained contraction capacity of the collecting lymphatic vessels and the enhanced expression of VEGFR-3 and FOXC2 observed in these VEGF-C-152s treated mice contributed to the clearance of harmful components contained in peripheral tissues such as the macrophages and cholesterol. The second publication showed that atherosclerotic Ldlr-/- mice treated with low-dose lipid-free apoA-I had enhanced lymphatic transport and abrogated collecting LV permeability possibly through modulation of platelet activity. The third publication is the first ever to demonstrate the presence of extracellular vesicles of heterogeneous origins in the lymph of mice, and that their levels differ in atherosclerosis. Collectively, these studies confirm that lymphatic dysfunction is present before the onset of atherosclerosis, and particularly of interest, that this dysfunction is primarily associated with a defect in the collecting vessels, thereby limiting the lymph transport from peripheral tissues to the blood. Different treatments with growth factors and lipoproteins have the potential to modulate the lesion onset and progression through the enhancement of lymphatic function, while our findings regarding the presence of EVs in lymph represents their potential as biomarkers, but also a new venue to better understand lymphatic dysfunction.