Thèse de doctorat : Bioingénierie : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Reproduction de : Thèse d' exercice : Médecine spécialisée : Nancy 1 : 2002. / Thèse : 2002NAN11144. Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse d' exercice : Médecine spécialisée : Nancy 1 : 2002. / Thèse : 2002NAN11086. Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Résumé en français ou en anglais. Bibliogr.: f. [101]-105. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse--Méd.--Reims, 1976. N°: N° 86. / Bibliogr. f. I-XIII.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 126-150, 182-184. Publié aussi en version électronique.

Au cours de ma thèse je me suis intéressé à deux aspects de l’immunité dans les pathologies pulmonaires chroniques : l’immunité innée et l’inflammation dans le développement de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) ; l’immunité adaptative et la réponse vaccinale antigrippale chez des patients atteint de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO).Ma première étude a porté sur l’implication de la voie de signalisation IL-1ß/IL-1R1/MyD88 dans le développement de l’HTAP, l’IL-1ß étant une cytokine majeure de l’immunité innée. Nos résultats montrent que le remodelage vasculaire pulmonaire et l'inflammation dans l’HTAP dépendent de la voie de signalisation IL-1R1/MyD88. L’IL-1R1 et MyD88 sont tout deux nettement surexprimés dans les vaisseaux pulmonaires de patients atteints d’HTAP idiopathique. Chez les souris exposées à une hypoxie chronique de 21 jours, l’augmentation de la production d'IL-1ß et de l'expression de IL-1R1 et MyD88 précèdent le développement de l’HTAP. Les souris IL-1R1-/- et MyD88-/- étant protégées similairement contre le développement de l’HTAP, nous avons pu identifier IL-1R1 comme un acteur majeur dans la pathogenèse de l’HTAP, affectant à la fois la prolifération des cellules musculaires lisses d’artères pulmonaires (CML-AP) et le recrutement des macrophages. La protection partielle contre la maladie des souris M.lys-Cre MyD88fl/fl indique que les effets de l’IL-1ß/IL-1R1 sur l’HTAP sont médiés en partie par l'activation des macrophages. De plus, l’anakinra (IL-1Ra) permet de reverser partiellement l’HTAP établie, chez les souris SM22-5HTT+ et chez les rats exposés à la monocrotaline.Ma seconde étude a porté sur l’efficacité de la réponse vaccinale antigrippale chez des patients atteints de BPCO. Sur une cohorte de 15 sujets atteints de BPCO et 15 sujets sains, nos résultats montrent une altération de la réponse humorale et de la réponse cellulaire au vaccin antigrippale où l’on observe une production d’anticorps anti-hémagglutinine affaiblie et une diminution de la production d’IFNγ par les lymphocytes T auxiliaires (CD4+). L’analyse des sous-populations lymphocytaires indique qu’il existe chez ces patients un défaut de différentiation des cellules B, où l’on observe un taux de cellules B naïves (CD21+CD27-) plus important et un taux de cellules B mémoires (CD21+CD27+) switchées moindre (CD27+IgD-) que chez les patients contrôles, pouvant expliquer l’altération de la réponse vaccinale. Enfin, nous avons observé que les sous-populations lymphocytaires, en particulier les cellules B naïves et mémoires, sont corrélées avec deux paramètres cliniques de la maladie, la DLCO et le score d’emphysème.Ces travaux de thèse montrent donc que les interventions pharmacologiques ciblant la voie IL-1ß/IL-1R1 peuvent être prometteuses pour le traitement de l'HTAP et que de nouvelles stratégies vaccinales antigrippales doivent être développées pour les patients atteints de BPCO afin d’augmenter l’efficacité du vaccin et de prévenir les exacerbations. / During my thesis, I was interested in two aspects of immunity in chronic lung diseases: innate immunity and inflammation in the development of pulmonary arterial hypertension (PAH); adaptive immunity and influenza vaccine response in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD).My first study was focused on the involvement of the IL-1ß/IL-1R1/MyD88 signaling pathway in the development of PAH; IL-1ß is a major cytokine in innate immunity. Our results show that the pulmonary vascular remodeling and inflammation in PAH depend on IL-1R1/MyD88 signaling pathway. IL-1R1 and MyD88 are both significantly overexpressed in pulmonary vessels of patients with idiopathic PAH. In mice exposed to chronic hypoxia during 21 days, the increase in production of IL-1ß and expression of IL-1R1 and MyD88 are involved in the development of PAH. Mice deleted with IL-1R1 and MyD88 were similarly protected against the development of PAH. We identified IL-1R1 as a major player in the pathogenesis of PAH, affecting both pulmonary arteries smooth muscle (PA-SMC) proliferation and recruitment of macrophages. The partial protection against the disease in mice M.lys-Cre MyD88fl/fl indicates that the effects of IL-1ß/IL-1R1 on PAH are mediated partially by activation of macrophages. In addition, anakinra (IL-1Ra) partially reverse established PAH in SM22-5HTT + mice and rats exposed to monocrotaline.My second study was focused on the efficacy of influenza vaccine response in patients with COPD. In a cohort of 15 subject with COPD and 15 healthy subjects, our results show that both the humoral and the cellular responses to influenza vaccination are impaired in patients with COPD, with a blunted antibody response and decreased INFγ production by helper T lymphocytes (CD4+). Analysis of lymphocyte subpopulations indicates an impairment of B cell differentiation in these patients: naive (CD21+ CD27-) B cell counts were higher and switched memory B-cell (CD27+ IgD-) counts were lower in COPD patients, which could explain the impairment of vaccine response. Interestingly, these changes in B cell subsets correlated with DLCO and the CT emphysema score.This thesis work thus shows that pharmacological interventions targeted towards IL-1ß/IL-1R1 may be promising for the treatment of PAH and new influenza vaccine strategies should be developed for COPD patients to increase vaccine efficacy and prevent exacerbations.

La barrière hémato-encéphalique (BHE), localisée au niveau des capillaires cérébraux, est une composante cruciale de l’unité neuro-glio-vasculaire car elle est responsable du maintien de l’homéostasie cérébrale. En limitant l’accès de nombreuses molécules au parenchyme cérébral, cette structure protège efficacement le système nerveux central (SNC) de composés toxiques, mais empêche ainsi de nombreux médicaments d’atteindre leur cible. La difficulté à étudier les caractéristiques et la perméabilité de la BHE in vivo a mené lesscientifiques à développer différents modèles in vitro de BHE. Notre modèle, qui consiste en une coculture decellules endothéliales de capillaires cérébraux et de cellules gliales, a été largement caractérisé : il exprime les caractéristiques de la BHE in vivo et s’est avéré utile dans l’étude des interactions cellulaires au sein de la BHEen conditions physiologiques et pathologiques. Le modèle de coculture initialement développé a été complété par l’addition de péricytes cérébraux afin de former des tricultures. En effet, les péricytes apparaissent aujourd’hui comme des acteurs importants de la BHE, mais sont souvent absents des modèles in vitro. Réunir les trois principales populations cellulaires formant la BHE (cellules endothéliales, cellules gliales et péricytes cérébraux) semble nécessaire afin de reproduire encore plus finement la configuration retrouvée in vivo, dans le but de comprendre les interactions cellulaires ayant cours au sein de la BHE en conditions physiologiques et pathologiques. Sur la base de notre coculture originelle, deux tricultures ont été mises en place : alors que dans la première les péricytes sont cultivés à distance des cellules endothéliales, ces deux types cellulaires sont étroitement associés dans le second. Les deux modèles ont été caractérisés en terme de morphologie et d’expression de marqueurs endothéliaux, de perméabilité paracellulaire et d’expression de pompes d’efflux, démontrant qu’ils représentent tous deux des modèles pertinents de BHE. Ils permettront d’étudier la contribution des péricytes au phénotype de BHE et à sa réponse en conditions pathologiques, prenant en considération la composante glio-vasculaire. Dans la majorité des cas, l’utilisation des modèles in vitro de BHE au cours des processus de découverte de médicaments vise à prédire si de potentielles molécules thérapeutiques à visée cérébrale peuvent atteindre le SNC, permettant leur effet pharmacologique au niveau de leur cible centrale. Cependant, ces modèles neprésentent généralement pas un débit suffisant pour évaluer rapidement la perméabilité du grand nombre de composés générés par l’industrie pharmaceutique lors des étapes précoces de la découverte de médicaments. / The blood-brain barrier (BBB), located at the level of brain capillaries, is a crucial component of the neurogliovascular unit where it is responsible for brain homeostasis maintenance. By limiting the access of molecules to the brain parenchyma, it effectively protects the central nervous system (CNS) from harmful substances, but at the same time represents a major hurdle for potential neuropharmaceuticals to reach their central target. The difficulty to study BBB features and permeability in vivo led to the development of different in vitro BBB models. Our model, consisting of a coculture of brain capillary endothelial cells and glial cells, has been extensively characterized: it provides a robust model exhibiting in vivo BBB characteristics and hasproved useful in elucidating the cellular interactions at the level of the BBB in physiological and pathological conditions.The initially developed coculture model was completed by the addition of brain pericytes to design threecell culture models. Indeed, pericytes now appear as important actors of BBB formation and maintenance, but are often absent of in vitro BBB models. Gathering the three major cell populations forming the BBB – endothelial cells, glial cells and pericytes – seems important to more accurately reproduce in vivo configuration, with the aim of understanding cellular interactions in physiological and pathological conditions. On the basis of our original coculture model, two different three-cell culture models were designed: while pericytes were cultured distant from endothelial cells in the first model, both were closely associated in the second one. Both models were characterized in terms of endothelial marker expression and morphology, paracellular permeability and expression of efflux pumps, demonstrating that they provide reliable in vitro BBB models. They maybe useful in deciphering the contribution of pericytes to the BBB phenotype and in the response of BBB to injury, taking into account the gliovascular component. In most cases, the intended use of in vitro BBB models in drug discovery is to predict whether investigational drugs are likely to achieve relevant CNS exposure to elicit the desired pharmacological effect. However, in vitro BBB models usually do not allow high enough through put to efficiently evaluate the large number of compounds generated by pharmaceutical companies in early drug discovery stages.

A l’heure où le diabète prend des proportions pandémiques, nous nous sommes intéressés dans le cadre de cette thèse à l’étude de l’impact du diabète de type 2 (TD2M) sur l’os. Il y a peu d’études documentant l’impact de T2DM sur les os maxillo-faciaux d’origine endomembranaire et leurs réparations. Après une introduction bibliographique sur l’os, le diabète et les modèles d’études animaux, nous exposerons nos résultats sur (i) l’étude de la réparation vasculaire et osseuse des défauts de calvaria de rats diabètiques ZDF; (ii) l’impact du T2DM sur la structure osseuse et vasculaire des fémurs de rats ZDF; et (iii) l’altération des propriétés angiogéniques et du sécrétome des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse (BMSC) par le T2DM. Ces études ont permis de mettre en évidence l’altération de la réparation osseuse dans les défauts de taille-critique et l’altération de la réparation vasculaire dans les défauts de tailles critique et sous-critique de la calvaria de rats T2DM. De même, la microarchitecture osseuse (corticale et trabéculaire) et la vascularisation se trouvent significativement altérées par le T2DM dans les fémurs de rats ZDF. Au niveau cellulaire, le sécrétome des BMSCs de rat ZDF présente un profil angiogénique différent de celui des rats ZL contrôles, ce qui peut apporter des éléments de réponses permettant la compréhension de la vascularisation paradoxale dans un contexte T2DM. Ces résultats devraient permettre d’améliorer la compréhension de l’effet du T2DM sur la cicatrisation osseuse, afin d’améliorer les stratégies thérapeutiques. / Now that diabetes reaches pandemic proportions, this thesis focuses on the effect of T2DM on bone. Very few studies document the effect of T2DM on maxillo-facial bone and their endomembraneous repair.After a short review on bone, diabetes and animal study models, we will showcase our results of the impact of T2DM on, (i) vascular and bone repair of calvarial defects in ZDF rats; (ii) the vascular and bone microarchitechture of ZDF rat’s femur; (iii) the secretome and angiogenic properties of zdf rat’s bone marrow stromal cells (BMSC). These studies showed an alteration of bone repair in critical size defects, and an impaired vascular repair in critical and subcritical T2DM defects. We also found evidences of bone and vascular microarchitechture impairement in ZDF femur. At a cellular level, T2DM BMSCs have an unique angiogenic profile. These findings may contribute to the better understanding of the adverse vascular healing in T2DM and provide successful bone healing therapies for patients with T2DM.

L’activateur tissulaire du plasminogène (tPA) est une protéase initialement découverte dans le sang pour son rôle fibrinolytique. C’est pour cette fonction que le tPA recombinant est utilisé pour traiter la phase aigüe de l’accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique, même s’il présente quelques limites. Le tPA exogène peut passer du compartiment vasculaire au parenchyme cérébral où il peut influencer des processus physiologiques, et participer au devenir neuronal, notamment aggraver la mort neuronale lors d’un AVC ischémique. Le laboratoire a montré que le tPA peut traverser la barrière-hémato-encéphalique (BHE), par transcytose au travers des cellules endothéliales de la BHE et cela sous le contrôle des récepteurs LRP1 (Low density lipoprotein receptor-related protein 1). D’autres barrières existent au sein du système nerveux central notamment la barrière sang-liquide cérébrospinal (BSLCS), formée par les plexus choroïdes (PCs). Les PCs sont une route de migration pour les cellules inflammatoires et le LCS peut véhiculer des solutés, via les espaces péri-artériels, vers le parenchyme cérébral. Ainsi, dans notre première étude, nous avons testé l’hypothèse d’un passage du tPA vasculaire par les PCs. Pour cela, nous avons produit un tPA traçable in vivo et in vitro. Nous avons commencé par étudier la distribution du tPA suite à une injection intraveineuse (IV) avec comme focus les PCs et le LCS. Nos résultats montrent que le tPA exogène, suite à une injection IV, est retrouvé de manière séquentielle dans les PCs puis dans le LCS. Le tPA est donc capable de traverser les PCs. Nous avons alors développé un modèle de culture primaire de cellules épithéliales de PCs (CPECs) de souris pour disséquer le(s) mécanisme(s) sous-jacents à l’internalisation du tPA par les CPECs. Ce modèle nous a permis de montrer que l’internalisation du tPA par les CPECs est un phénomène actif, médié par un membre de la famille des récepteurs LRP, mais qui n’est ni LRP1, ni LRP2. Nous avons également mis en évidence la nécessité du domaine Finger du tPA pour son internalisation par les CPECs. Une étude préliminaire dans un modèle d’AVC suggère que l’ischémie modifie la cinétique de passage du tPA, puisqu’il y a plus de tPA dans les PCs des souris ischémiées que les souris non ischémiées.Dans une deuxième étude nous nous sommes intéressés à l’effet du tPA endogène sur les PCs. Nous montrons que l’absence de tPA endogène n’influence ni la morphologie des PCs, ni la diffusion du LCS. De plus, nous montrons que cette absence de tPA n’influence pas le nombre de macrophages et de lymphocytes T dans les PCs en conditions basales. / Tissue-type plasminogen activator (tPA) is a protease initially discovered in the blood for its fibrinolytic role. Accordingly, recombinant tPA has become the gold standard to treat the acute phase of ischemic stroke, despite some limitations. Exogenous tPA can switch from the vascular compartment to the brain parenchyma, where it can influence physiological processes, and participate in neuronal fate, including a worsening of neuronal death during ischemic stroke. In the team, it has been shown that tPA can cross the blood-brain barrier (BBB), by a transcytosis through BBB endothelial cells, under the control of LRP1 receptors (Low density lipoprotein receptor-related protein 1). The central nervous system has other barriers, including the blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB), that relies on choroid plexuses (CPs). CPs are a migration route for inflammatory cells and a major source of CSF, which carries solutes to the cerebral parenchyma, via peri-arterial spaces. Thus, in a first study, we tested the hypothesis of a passage of vascular tPA through CPs. We thus produced a fluorescent tPA that can be tracked in vivo and in vitro. We first studied the distribution of tPA following intravenous (IV) injection, focusing on CPs and CSF. We show that after an IV injection, exogenous tPA is sequentially found in the CPs and then in the CSF. tPA is therefore able to cross the CPs. We then developed a model of primary culture of mouse choroid plexus epithelial cells (CPECs) to dissect the mechanism (s) underlying the internalization of tPA. This model allowed us to demonstrate that the internalization of tPA by CPECs is an active phenomenon, mediated by a member of the family of LRP receptors, but which is neither LRP1 nor LRP2. We also highlight the requirement for the Finger domain of tPA for its internalization by CPECs. A preliminary study in a murine stroke model suggests that ischemia alters the tPA passage kinetics, since there is more tPA in ischemic CPs than non-ischemic CPs.In a second study, we investigated the effect of endogenous tPA on CPs. We show that the absence of endogenous tPA influences neither CPs morphology nor CSF diffusion . Moreover we show that the absence of tPA does not influence the number of macrophages and T cells in the stroma of PCs under basal conditions.