Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Choroidal neovascularization (CNV) is the vision-threatening characteristic of wet age-related macular degeneration (AMD), a major cause of blindness affecting almost 2 million elderly Americans. The current approved treatments target the dominant angiogenic mediator, vascular endothelial growth factor (VEGF). However, repeated injections of anti-VEGF drugs can cause ocular and systemic side effects, and about 30% of wet AMD patients are non-responsive. There is thus an unmet need to develop VEGF-independent antiangiogenic molecules to complement or combine with existing medications. I studied SH-11037, a novel homoisoflavonoid with potent and selective antiangiogenic activity against human retinal endothelial cells. Intravitreal SH- 11037 dose-dependently suppressed angiogenesis in the laser-induced CNV (LCNV) mouse model. These effects were prominent as early as 7 days post-laser treatment as measured by a novel ellipsoid quantification method of optical coherence tomography images in vivo. A supratherapeutic dose of 100 μM SH- 11037 was not associated with signs of murine ocular toxicity, and did not interfere with pre-existing retinal vasculature or retinal function. SH-11037 synergized with anti-VEGF therapy in vitro and in vivo, suggesting a VEGFindependent mechanism. By photoaffinity pulldown, I identified soluble epoxide hydrolase (sEH) as an SH-11037-binding target. sEH is a key enzyme in ω-3 and ω-6 fatty acid metabolism. sEH levels were dramatically upregulated in retinal sections from L-CNV mice and a specific sEH inhibitor, t-AUCB, significantly suppressed L-CNV lesion volume. Additionally, SH-11037 inhibited sEH enzymatic activity in vitro and in vivo in L-CNV mice. Given the role of sEH in the metabolism of docosahexaenoic acids (DHA), inhibition of sEH using small molecules like SH-11037 would enhance ocular DHA levels, with beneficial antiangiogenic and anti-inflammatory effects. SH-11037 is thus a novel sEH inhibitor, which could make it an alternative or additive therapy to existing anti- VEGF drugs for treatment of neovascular diseases in the eye and other tissues.

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Las enfermedades neurodegenerativas cursan con la degeneración y muerte de las neuronas las cuales son incapaces de suplir su propia muerte. Debido a esta característica enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson o el Glaucoma no tienen cura en la actualidad. La retina es una proyección del sistema nervioso central (SNC) encapsulada en el globo ocular y aislada del resto del SNC, lo que la hace fácilmente accesible a la manipulación experimental. En este trabajo estudiamos las alteraciones funcionales de la retina con el electrorretinograma de campo completo (ERG), técnica basada en el registro de la respuesta eléctrica retiniana tras la presentación de un estímulo de luz homogéneo. Así hemos estudiado los efectos de la sección del nervio, del aumento de presión intraocular y de la fototoxicidad, dichas lesiones afectan selectivamente a determinadas poblaciones neuronales retinianas e imitan enfermedades neurodegenerativas como el Glaucoma o la Degeneración Macular Asociada a la Edad. / Neurodegenerative diseases are characterized by degeneration and death of neurons which are unable to recover after a given insult, thus impairing functional recuperation. Because of this, there is no cure for diseases such as Alzheimer, Parkinson or Glaucoma. The retina is a projection of the central nervous system (CNS) located in the eye and therefore, isolated from the rest of the CNS. This makes the retina a very good model for experimental manipulation. In this work we have studied the functional changes in the retina by full field electroretinograme (ERG). This technique records the electric response of the retina after presentation of homogeneous light stimuli. We have studied the effects that optic nerve sections, increase of the intraocular pressure and phototoxicity have on ERG recordings. These lesions impair selectively certain retinal neuronal populations and imitate neurodegenerative diseases as Glaucoma or Age-related Macular Degeneration.

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Le cholestérol est le principal stérol présent dans la rétine. Dans sa forme libre, le cholestérol est distribué dans toutes les couches cellulaires de la rétine, alors que le cholestérol estérifié s’accumule essentiellement à la base de l’épithélium pigmentaire rétinien. La capacité intrinsèque de la rétine à synthétiser le cholestérol paraît limitée, ce qui implique nécessairement que des voies extra-rétiniennes participent activement à suppléer la rétine en cholestérol. Les cellules gliales de Müller contribueraient à l’apport de cholestérol aux neurones de la rétine, en particulier pour la formation des synapses. Les conséquences délétères d’une accumulation ou à l’inverse d’un déficit en cholestérol dans les neurones sur leur survie souligne l’importance de maintenir l’équilibre entre l’apport et la néosynthèse du cholestérol d’une part et son élimination d’autre part. Pour cela, la rétine neurale a en particulier la capacité de convertir, pour l’éliminer, le cholestérol en 24S-hydroxycholestérol. En effet, le transport du 24S-hydroxycholestérol au travers des membranes est facilité par la présence d’un groupe hydroxyle supplémentaire, lui conférant une polarité plus importante par rapport au cholestérol. L’enzyme qui catalyse cette réaction est la cholestérol-24S-hydroxylase (CYP46A1). Des liens ont été établis entre CYP46A1, 24S-hydroxycholestérol et processus neurodégénératifs dans le cerveau, suggérant un rôle potentiel dans certaines pathologies comme la maladie d’Alzheimer. CYP46A1 est exprimée dans la rétine neurale, et plus particulièrement dans les cellules ganglionnaires de la rétine. Le rôle de CYP46A1 dans la rétine reste pour l’instant inconnu. Cependant, par analogie avec le cerveau, nous pouvons supposer une fonction dans le contrôle de l’homéostasie du cholestérol dans les neurones et envisager une association avec des pathologies dégénératives de la rétine comme la Dégénérescence Maculaire Liée à l’Âge (DMLA) ou le glaucome. Dans ce contexte, l’objectif de nos travaux a consisté à évaluer le rôle de la cholestérol-24S-hydroxylase dans la rétine en conditions physiologiques et pathologiques. Par une approche clinique, nous avons trouvé qu’un polymorphisme génétique dans CYP46A1 était un facteur de risque de glaucome (Risque relatif=1,26, intervalle de confiance à 95%=1,006-1,574, p<0,05) (Fourgeux et al. 2009, Invest Ophthalmol Vis Sci 50:5712-7). Par contre, ce polymorphisme génétique n’a pas été retrouvé, en tant que tel, comme facteur de risque chez des patients DMLA, mais pourrait l’être chez les patients non porteurs d’allèles à risque dans les gènes CFH et LOC388715 (Fourgeux et al. 2012, Invest Ophthalmol Vis Sci 53:7026-33). Deux approches expérimentales nous ont permis de suggérer qu’il existe un lien entre le stress des cellules de la rétine et le 24S-hydroxycholestérol. En effet, dans une étude in vivo faite chez le rat, après avoir reproduit une caractéristique principale du glaucome par l’augmentation de la pression intraoculaire, nous avons suggéré le rôle crucial de la glie dans le maintien de l’expression de CYP46A1 au cours de la neurodégénérescence de la rétine (Fourgeux et al. 2012, Acta Ophthalmol, Sep 23 ; doi: 10.1111/j.1755-3768.2012.02490.x.). Enfin, l’inhibition pharmacologique de l’activité CYP46A1 dans la rétine par le voriconazole injecté in vivo chez le rat nous a permis de mettre en évidence que la diminution du contenu en 24S-hydroxycholestérol de la rétine était associée à une dysfonction des cellules ganglionnaires, évaluée par électrorétinographie. En parallèle, nous avons observé une activation gliale, dont l’amplitude était amplifiée par l’inhibition de l’activation microgliale induite par la minocycline [...] / Cholesterol is the major sterol found in the retina. In its free form, cholesterol is present in all cell layers of the retina, whereas cholesteryl esters mainly accumulate at the basement of the retinal pigment epithelium. The intrinsic capacity of the retina to synthetize cholesterol appears limited. Some extra-retinal pathways actively participate to cholesterol uptake to the retina. Müller glial cells may contribute to cholesterol supply to retinal neurons, especially for synaptic formation. Cholesterol accumulation or conversely deficiency have deleterious consequences on neuron survival. Maintaining the equilibrium between cholesterol supply and neosynthesis in the one hand and cholesterol elimination in the other hand is crucial. For that purpose, the inner retina converts cholesterol into 24S-hydroxycholesterol. The transport of 24S-hydroxycholesterol across membranes is facilitated by the addition of the hydroxyle group to cholesterol at position 24 of carbon chain since it renders cholesterol more hydrophilic. CYP46A1 (cholesterol 24S-hydroxylase) is the enzyme which catalyzes this reaction. Some links between CYP46A1, 24S-hydroxycholesterol and neurodegenerative processes have been reported in the brain, suggesting a potential role in several pathologies such as Alzheimer’s disease. CYP46A1 is expressed in the neural retina and specifically in retinal ganglion cells. The contribution of CYP46A1 in the retina remains unknown. Moreover by analogy with the brain, we can suggest a function for CYP46A1 in the regulation of cholesterol homeostasis in retinal neurons. Possible associations between CYP46A1 and Age-related Macular Degeneration (AMD) and glaucoma were suspected. In this context, we aimed to evaluate the role of CYP46A1 in the retina in physiological and pathological conditions. Through a clinical approach, we found that a genetic polymorphism in CYP46A1 was a risk factor for glaucoma (Odd Ratio = 1.26 ; 95% CI=1.006-1.574, p<0.05) (Fourgeux et al. 2009, Invest Ophthalmol Vis Sci 50:5712-7). By contrast, this genetic polymorphism was not found as a risk factor in AMD patients, but may become an additional risk factor in patients who do not carry risk allele in CFH and LOC387715 genes (Fourgeux et al. 2012, Invest Ophthalmol Vis Sci 53:7026-33). Two experimental approaches suggested that a link between retinal stress and 24S-hydroxycholesterol does exist. Indeed, in a rat model of glaucoma of elevated intraocular pressure, we suggested the crucial role of CYP46A1 in maintaining CYP46A1 expression in the course of retinal neurodegeneration (Fourgeux et al. 2012, Acta Ophthalmol, Sep 23; doi: 10.1111/j.1755-3768.2012.02490.x.). Pharmacological inhibition of CYP46A1 activity in the retina by voriconazole administered in vivo in the rat highlighted that the decrease in retinal 24S-hydroxycholesterol levels was associated with RGC dysfunction evaluated by electroretinography. In parallel, we observed glial activation in which magnitude was exacerbated when microglia activation was inhibited by minocycline at the same time.In conclusion, by a dual clinical and experimental approach, our works suggest a crucial role for CYP46A1 in maintaining cholesterol homeostasis in the retina in physiological and pathological conditions. Müller glial cell intervention in this process may be suspected especially in pathological conditions of glaucoma

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) est la première cause de cécité dans les pays industrialisés. C’est une maladie complexe et multifactorielle ayant des conséquences majeures sur la qualité de vie des personnes atteintes. De nombreux facteurs de risque, génétiques et non génétiques, jouent un rôle important dans la pathogénèse des stades avancés de la DMLA. Les modèles de prédiction développés à ce jour reposent sur un nombre limité de ces facteurs, et sont encore peu utilisés dans la pratique clinique.Ce travail de thèse avait pour premier objectif d’identifier de nouveaux biomarqueurs circulants du risque de DMLA. Ainsi, à partir d’une étude post-mortem basée sur une approche de lipidomique, nous avons identifié les composés lipidiques sanguins les plus prédictifs des concentrations rétiniennes en acides gras polyinsaturés omégas 3 (AGPI w-3). Nous avons développé un modèle de prédiction basé sur 7 espèces de lipides des esters de cholestérol. Ce modèle, obtenu en combinant pénalisation et réduction de la dimension, a ensuite été validé dans des études cas-témoins de DMLA et dans un essai clinique randomisé de supplémentation en AGPI w-3. Ces biomarqueurs pourraient être utiles pour l’identification des personnes à haut risque de DMLA, qui pourraient ainsi bénéficier d’une supplémentation en AGPI w-3.Le deuxième objectif de cette thèse était de développer un modèle de prédiction du risque de progression vers une DMLA avancée à partir de facteurs de risque génétiques, phénotypiques et environnementaux. Une originalité de notre travail a été d’utiliser une méthode de régression pénalisée – un algorithme d’apprentissage automatique – dans un cadre de survie afin de tenir compte de la multicollinéarité entre les facteurs de risque. Nous avons également pris en compte la censure par intervalle et le risque compétitif du décès via un modèle à 3 états sain-malade-mort. Nous avons ensuite validé ce modèle sur une étude indépendante en population générale.Il serait intéressant de valider ce modèle de prédiction dans d’autres études indépendantes en y incluant les biomarqueurs circulants identifiés à partir de l’étude de lipidomique effectuée dans le cadre de cette thèse. Le but final serait d’intégrer cet outil prédictif dans la pratique clinique afin de rendre la médecine de précision une réalité pour les patients atteints de DMLA dans le futur proche. / Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of blindness in industrialized countries. AMD is a complex and multifactorial disease with major consequences on the quality of life. Numerous genetic and non-genetic risk factors play an important role in the pathogenesis of the advanced stages of AMD. Existing prediction models rely on a restricted set of risk factors and are still not widely used in the clinical routine.The first objective of this work was to identify new circulating biomarkers of AMD’s risk using a lipidomics approach. Based on a post-mortem study, we identified the most predictive circulating lipids of retinal content in omega-3 polyunsaturated fatty acids (w-3 PUFAs). We combined penalization and dimension reduction to establish a prediction model based on plasma concentration of 7 cholesteryl ester species. We further validated this model on case-control and interventional studies. These biomarkers could help identify individuals at high risk of AMD who could be supplemented with w-3 PUFAs.The second objective of this thesis was to develop a prediction model for advanced AMD. This model incorporated a wide set of phenotypic, genotypic and lifestyle risk factors. An originality of our work was to use a penalized regression method – a machine learning algorithm – in a survival framework to handle multicollinearities among the risk factors. We also accounted for interval censoring and the competing risk of death by using an illness-death model. Our model was then validated on an independent population-based cohort.It would be interesting to integrate the circulating biomarkers identified in the lipidomics study to our prediction model and to further validate it on other external cohorts. This prediction model can be used for patient selection in clinical trials to increase their efficiency and paves the way towards making precision medicine for AMD patients a reality in the near future.

Vision impairment and blindness are in industrialized countries primarily caused by the degeneration of the retina, the light sensing tissue inside the eye. The degeneration, occurring in diseases like age-related macular degeneration (AMD) or retinitis pigmentosa (RP), can be caused by environmental factors as well as genetic defects and thus shows diverse pathologies. In all conditions, the light detecting photoreceptors (rods and/or cones) are dying caused by either direct photoreceptor damage or as a secondary effect following degeneration of supporting cells. Although promising treatment approaches are currently under investigation, up to date it is not possible to cure these diseases. Amongst these therapeutic strategies, pre-clinical studies evaluating the replacement of degenerated cells by transplantation of new photoreceptors demonstrated promising results. First studies conducted the specific enrichment and transplantation of primary photoreceptors derived from postnatal mice and their sufficient integration and differentiation into mature photoreceptors in wild-type as well as degenerated mouse retinae. Recent experiments additionally proved the recovery of some dim-light vision after transplantation in mice lacking night sight. The in vitro differentiation of whole eye cups containing photoreceptors, out of human or mouse ES or iPS cells, peaked in the transplantation of ES-derived photoreceptors into wild-type as well as degenerated mice and the integration and maturation of these cells. These observations are encouraging, but prior to a save implementation of this strategy into a clinical routine, several further hurdles need to be challenged. Collection of photoreceptors out of whole retinal tissues prior to transplantation was shown to be an important step to reach high integration rates. Additionally, transplantation of photoreceptors derived from stem cells comprises the risk of tumor formation after transplantation and thus also requires depletion of inadvertent cells. Therefore, we established the enrichment of photoreceptors using the cell surface marker dependent method magnetic-activated cell sorting (MACS). For identification of suitable target-specific surface markers, we characterized young transplantable mouse photoreceptors using microarray analysis and screened their transcriptome. Amongst others, ecto-5´nucleotidase (Nt5e, termed CD73) was identified being a rod photoreceptor specific cell surface protein. Thus, we enriched young photoreceptors with CD73-dependent MACS with sufficient purity and transplanted these cells into the subretinal space of wild-type mice. In contrast to unsorted retinal cells, enriched photoreceptors integrated in significantly higher number into the host retina, proving that MACS is a suitable alternative for specific photoreceptor enrichment. Testing other proteins, identified as photoreceptor specific, for MACS suitability and the translation of this approach to photoreceptors, derived from mouse as well as human iPS or ES cells, should be the focus of consecutive investigations. The integration of grafted cells into the retina is a complex process dependent on a variety of influencing factors. Transplantation experiments in aging wild-type mice and a rod-depleted mouse model, containing a retina composed of cone and cone-like photoreceptors, indicated that the activation of Müller glia cells facilitates integration of transplanted photoreceptors. Besides that, reduced outer limiting membrane (OLM) integrity, increased subretinal graft distribution or reduced retinal cell density are further suggested as potential cell engraftment enhancers. These factors might open up important possibilities of host retina manipulation to increase cell integration rates. Although retinal transplantation experiments were in addition to mice also performed using pigs or rats as hosts, the transplantation of enriched single photoreceptors, following the protocols successfully established in mice, has not been performed in other species. Nevertheless, transferring this technique is important and would allow better predictions for future application in human patients. Therefore, we transferred our protocol, using CD73 based MACS, to the rat and successfully enriched rat photoreceptors with sufficient purity. We subsequently transplanted these cells into the subretinal space of rats as well as mice and observed limited integration capacity of grafted cells. Only few transplanted rat photoreceptors were localized in the rat retina, lacking proper photoreceptor morphology. Especially regarding a perspective clinical application in humans, these data are remarkable. They imply the question, whether low integration in rat represents a general problem and might thus also be relevant for treatment in humans, or whether the rat retina forms just an exception. Thus, further detailed analysis of the cellular and molecular mechanisms underlying the integration process of transplanted photoreceptors represent an essential prerequisite for the development of a safe and efficient therapy, aiming to treat retinal degenerative diseases characterized by photoreceptor loss. / Degenerationserkrankungen der Netzhaut (Retina) sind in Industrieländern die Hauptursache für verminderte Sehfähigkeit und Blindheit. Sowohl Umweltfaktoren als auch vererbte Mutationen können Defekte wie altersbedingte Makuladegeneration (AMD) oder Retinitis pigmentosa (RP) auslösen und führen zu einem sehr variablen Krankheitsbild. Eine Gemeinsamkeit aller Formen ist das Absterben der lichtdetektierenden Fotorezeptoren (Stäbchen und/oder Zapfen). Dieses kann entweder durch direkte Schädigung, oder als Sekundäreffekt nach Degeneration der unterstützenden Zellen erfolgen. Obwohl im Moment vielversprechende Behandlungsansätze untersucht werden, ist es zurzeit nicht möglich, retinale Degenerationserkrankungen dieser Art zu heilen. Ein erfolgversprechender Ansatz könnte jedoch der Ersatz der degenerierten Zellen durch transplantierte Fotorezeptoren sein. Erste Studien demonstrierten die spezifische Anreicherung von primären Fotorezeptoren aus der Netzhaut neugeborener Mäuse und deren subretinale Transplantation in Wildtyp-Mäuse und Mausmodelle mit retinaler Degeneration. Die transplantierten Zellen integrierten in die Empfängernetzhaut und entwickelten sich in ausgereifte Fotorezeptoren und konnten unter anderem bei nachtblinden Mäusen die Sehfähigkeit bei Dunkelheit verbessern. Die Differenzierung von humanen oder murinen ES- und iPS-Zellen in vitro in vollständige Retinae und die Transplantation daraus gewonnener Fotorezeptoren in Mäuse, bilden vorläufig den Höhepunkt dieser Entwicklung. Obwohl die Fortschritte der jüngsten Vergangenheit beeindruckend sind, sollten vor der sicheren und effektiven Anwendung einer retinalen Zellersatztherapie als therapeutische Maßnahme beim Menschen noch einige wissenschaftliche Fragestellungen beantwortet werden. Studien zeigen, dass Zellpopulationen, die direkt aus der Spendernetzhaut entnommen und transplantiert wurden, auf Grund ihrer Heterogenität in geringeren Zahlen in die Empfängerretina einwandern als angereicherte Fotorezeptoren. Zusätzlich besteht bei unsortierten Zellen, die aus Stammzellpopulationen gewonnen wurden, das Risiko einer Tumorbildung. Daher haben wir die magnetisch-aktivierte Zellsortierung (MACS) zur Anreicherung junger Fotorezeptoren etabliert. Die dabei benötigten, für Fotorezeptoren spezifischen, Oberflächenproteine wurden mit Hilfe von Microarray-Analysen des Transkriptoms junger Stäbchen von Mäusen identifiziert. Dabei wurde unter anderem die 5\'-Nukleotidase (Nt5e, CD73) entdeckt, die uns die erfolgreiche Anreicherung junger Mausfotorezeptoren mit Hilfe von CD73-vermitteltem MACS erlaubte. Die Transplantation dieser angereicherten Zellpopulation in die Netzhaut von Empfängertieren resultierte in einer signifikant erhöhten Integrationsrate im Vergleich zu nicht-angereicherten retinalen Zellen. Die Überprüfung der Nutzbarkeit weiterer identifizierter Oberflächenproteine zur Zellanreicherung bzw. die Übertragung der etablierten Protokolle zur Zellsortierung und Transplantation auf Fotorezeptoren aus ES- und iPS-Zellkulturen, sollten im Fokus nachfolgender Experimente stehen. Die Integration transplantierter Zellen in die Empfängernetzhaut ist ein komplexer Prozess und von unterschiedlichen Einflussfaktoren abhängig. Durch Transplantationsexperimente in alternden Wildtyp-Mäusen und einem Mausmodell, dessen Fotorezeptorschicht keine Stäbchen und stattdessen nur Zapfen und zapfenähnlichen Fotorezeptoren aufweist, konnte gezeigt werden, dass vor allem die Aktivierung von Müllerzellen die Integrationsrate der Fotorezeptoren erhöht. Neben dieser sogenannten Gliose werden weitere Faktoren, wie die reduzierte Stabilität der äußeren Grenzmembran, die flächenmäßig größere Verteilung der transplantierten Zellen im subretinalen Raum oder die reduzierte Dichte der Zellen in der äußeren Körnerschicht, als potentielle integrationsfördernde Komponenten in Betracht gezogen. Diese bilden interessante Schwerpunkte für weitere Forschungen, um eine ausreichende Zellintegration durch Manipulation der Empfängernetzhaut, auch in der klinischen Anwendung, zu erreichen. Obwohl Transplantationsexperimente zusätzlich zur Maus auch in anderen Empfängerspezies, wie Ratten und Schweinen, durchgeführt wurden, liegen bis jetzt keine Studien vor, die die in der Maus erfolgreich etablierten Protokolle der Zellanreicherung und Transplantation von Fotorezeptor-Suspensionen in diesen Spezies reproduzierte. Der Transfer dieser Technik und eine Generalisierung der Anwendbarkeit eines Fotorezeptorersatzes durch Transplantation in verschiedenen Säugetierarten geben jedoch wichtige Hinweise für eine mögliche Translation dieser Technologie für klinische Anwendungen. Deshalb haben wir unser bereits an der Maus getestetes Protokoll auf die Ratte übertragen und erfolgreich Fotorezeptoren der Ratte mit Hilfe von CD73-vermitteltem MACS angereichert. Nach deren Transplantation in die Netzhaut von Ratten und Mäusen zeigten die Rattenfotorezeptoren aber eine stark verminderte Integrationsfähigkeit und das Fehlen einer reifen Fotorezeptormorphologie. Speziell in Hinsicht auf eine zukünftige klinische Anwendung sind diese Ergebnisse relevant, da sie die Frage aufwerfen, ob die mangelnde Integration in der Ratte ein generelles Problem darstellt und daher auch beim Menschen zu erwarten ist, oder ob sie nur eine Ausnahme im Rattenmodell bildet. Aus diesem Grund bildet die weitere Erforschung der zellulären und molekularen Mechanismen der Integration transplantierter Fotorezeptoren eine wichtige Grundlage für die Entwicklung einer sicheren und effizienten Therapie mit dem Ziel, degenerative Netzhauterkrankungen zu heilen.

La dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est la cause la plus fréquente de déficience visuelle centrale irréversible chez les personnes de plus de 50 ans dans les pays industrialisés, avec des impacts sociétaux et financiers majeurs. La DMLA est une maladie à multiples facettes provoquée par des interactions entre les facteurs de risque et les antécédents génétiques et l'inflammation joue un rôle important. Les effets pro-inflammatoires provoquent une perturbation de l'environnement sousrétinien physiologiquement immunosuppresseur. L'accumulation de phagocytes mononucléaires (PM) dans l'espace sous-rétinien qui s'ensuit est au coeur de l'étiologie des formes atrophiques et humides de la DMLA. Après l’usage de tabac, l'obésité est l'un des facteurs de risque modifiables les plus importants. Nous avons démontré que les régimes riches en graisses exacerbent la néovascularisation choroïdienne (NVC) en modifiant le microbiote intestinal. La dysbiose intestinale entraîne une perméabilité intestinale accrue, une inflammation chronique de bas grade, une augmentation des PM sur le site de l'angiogenèse pathologique dans l'oeil et exacerbe finalement la NVC. La modification du microbiote peut réduire l'inflammation et atténuer la NVC et peut ainsi fournir des traitements peu intrusifs et rentables pour prévenir ou retarder la DMLA exsudative. Une autre option thérapeutique qui pourrait réduire la NVC par modulation inflammatoire consiste à piéger localement les ligands de NRP1 avec un piège dérivé de NRP1. Les ligands de NRP1 sont élevés dans le vitré des patients atteints de DMLA. Nous avons constaté que les PM exprimant NRP1 favorisaient la NVC en atténuant la production de facteurs inflammatoires et en favorisant l'activation alternative, donnant aux PM un caractère pro-angiogénique. Les PM moins inflammatoires et plus de type M2 qui sont enrichis avec l'âge et exacerbent la NVC peuvent être modulés et devenir moins nuisibles en empêchant l'activation de NRP1. Cette thèse explore deux angles dans lesquels la régulation de l'inflammation peut influencer la formation de NVC et jette les bases du développement futur de nouveaux traitements préventifs primaires et secondaires efficaces dans le contexte de la DMLA. / Age related macular degeneration (AMD) is the most common cause of irreversible central vision impairment in people over 50 in industrialized countries, with major societal and financial impacts. AMD is a multifaceted disease provoked by interactions among environmental risk factors and genetic backgrounds in which inflammation plays an important role. Proinflammatory effects cause a disruption of the physiologically immunosuppressive subretinal environment. The ensuing accumulation of mononuclear phagocytes in the subretinal space is central to the etiology of both atrophic and wet forms of AMD. After smoking, obesity is one of the most important modifiable risk factors. We demonstrate that high-fat diets exacerbate choroidal neovascularisation (CNV) by altering gut microbiota. Gut dysbiosis leads to heightened intestinal permeability and chronic low-grade inflammation, increases recruitment of microglia and macrophages to the site of pathological angiogenesis in the eye and ultimately exacerbates CNV. Modifying microbiota can reduce systemic and local choroidal inflammation and attenuate pathological neovascularization and may thus provide minimally intrusive and cost-effective paradigms to prevent or delay exudative AMD. Another therapeutic option that could reduce CNV through inflammatory modulation is locally trapping ligands of NRP1 with a NRP1-derived trap. Ligands for NRP1 are elevated in the vitreous of patients with AMD at times of active CNV. We found that NRP1-expressing MPs promote CNV by mitigating production of inflammatory factors and promoting alternative activation, giving the MPs a pro-angiogenic character. The less inflammatory and more M2-like MPs that are enriched with age and exacerbate CNV can be rendered less detrimental by hindering NRP1 activation. This thesis explores two angles wherein regulation of inflammation can influence the formation of CNV and lays the groundwork for future development of novel effective primary and secondary preventive treatments for AMD.

L'épithélium pigmentaire rétinien (EPR) est une monocouche formée de cellules hautement spécialisées et uniques dont les nombreuses fonctions servent à maintenir une vision adéquate. En revanche, ces fonctions spécifiques rendent les cellules de l’EPR particulièrement vulnérables au stress oxydant. Avec le vieillissement, les cellules de l’EPR peuvent dégénérer et devenir non-fonctionnelles, donnant lieu à plusieurs maladies telles que la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA). Dans les pays occidentaux, la DMLA est la principale cause de cécité et de déficience visuelle chez les personnes âgées. En fait, environ 90 % des patients atteints de la DMLA souffrent de la forme sèche, pour laquelle il n'existe aucun traitement. Des années de recherche ont établi que le stress oxydant est un contributeur majeur à la pathogenèse de la DMLA sèche. De nombreuses études ont montré que le stress oxydant induit les cellules de l’EPR à libérer des vésicules extracellulaires (VEs). Nos propres travaux ont démontré que les VEs peuvent induire le stress oxydant et la sénescence chez les cellules de l’EPR. Comme d'autres, nous avons constaté que les VEs étaient enrichis en microARNs. Grâce au séquençage d’ARN, nous avons identifié le let-7f comme étant l'un des microARNs les plus abondants contenus dans ces vésicules. L'objectif de ce mémoire a été l’exploration entre la relation let-7f et la dégénérescence des cellules de l’EPR. Nos résultats ont démontré une régulation et une augmentation de l’expression du let-7f dans les cellules de l’EPR sous stress oxydant, in vitro et in vivo. De plus, la surexpression du let-7f a généré un stress oxydant, le dysfonctionnement et la sénescence des cellules humaines de l’EPR (ARPE-19). De plus, l’inhibition du let-7f à protéger ces cellules contre les conséquences néfastes induites par l’iodate de sodium. En somme, les résultats de ce travail suggèrent fortement que le let-7f est impliqué dans la dégénérescence des cellules de l’EPR et pourraient aider à la découverte de nouveaux processus pertinents dans la pathogenèse de la DMLA sèche. / The retinal pigment epithelium (RPE) is a highly specialized and unique monolayer of cells whose many functions are vital for maintaining proper vision. In turn, these specific functions render RPE cells particularly vulnerable to oxidative injury. With age, RPE cells can degenerate and become dysfunctional, giving rise to various disorders such as age-related macular degeneration (AMD). In western countries, AMD is the primary cause of blindness and visual impairments in the elderly. In fact, approximately 90% of all AMD patients suffer from the dry form of the disease, for which there exist no approved treatment. Decades of research have established that chronic oxidative stress is a major contributor to the pathogenesis of dry AMD. Numerous studies have shown that oxidative stress induces RPE cells to release extracellular vesicles (EVs) which participate in cell-to-cell communication. Our recent work has demonstrated that EVs alone were sufficient in inducing oxidative stress and senescence in RPE cells. Consistent with others, we found that EVs released by RPE cells were enriched in microRNAs. RNA-sequencing identified let-7f as one of the most abundant miRNAs contained in these vesicles. Despite being one of the first miRNAs to be discovered, the role of let-7f in RPE cells has remained essentially unexplored. The aim of this dissertation was to investigate the relationship between let-7f and RPE cells in regards to their degeneration and dysfunction. Our results revealed that the expression of let-7f increased and was regulated by oxidative stress in RPE cells, in vitro and in vivo. In addition, let-7f overexpression promoted oxidative stress, cellular dysfunction and senescence in human RPE (ARPE-19) cells. Finally, inhibition of let-7f exhibited protective effects against sodium iodate-induced oxidative injury. Overall, the findings in this work provide strong evidence that let-7f is implicated in the degeneration of RPE cells and further mechanistic investigation may help to uncover novel insights into the genesis of dry AMD.

L’obésité est en croissance rapide à l’échelle mondiale et représente un facteur de risque important pour plusieurs pathologies, dont la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Dans l’obésité, le tissu adipeux blanc (WAT) subi un remodelage pathologique caractérisé par le recrutement de macrophages pro-inflammatoires facilitant l’établissement de l’inflammation stérile systémique. Contrairement au WAT, les tissus adipeux brun (BAT) et beige (BgAT) participent à la thermogénèse, un processus qui libère de la chaleur en métabolisant les lipides. En raison de leurs potentiels effets physiologiques bénéfiques, le recrutement d’adipocytes et l’activation de ces types spécifiques de tissu adipeux (AT) ont fait l’objet de multiples recherches et débats. Malgré les avancées considérables dans le domaine, les mécanismes impliqués dans l’activation du BAT et du BgAT ainsi que les mécanismes impliqués dans le développement de l’obésité et leur contribution à des maladies comme la DMLA, restent mal définis. Dans un premier temps, nous avons développé le protocole RELi pour permettre une extraction et une quantification fiable des protéines du AT murin saturé en lipides. Notre protocole élimine les lipides contaminants en excès, réduit la variabilité du chargement de protéines pour le western blot et l’usage de gènes de ménage standards (Article #1). Ensuite, nous avons étudié l’inflammation au niveau du BAT dans un modèle d’obésité induite par l’alimentation. La délétion de la Neuropiline 1 (NRP1) chez les macrophages résidents du tissu adipeux (ATMs) a provoqué une diminution des densités de la vasculature et de l’innervation. De plus ces souris sont devenues plus sensibles à l’exposition au froid suggérant un rôle des ATMs-Nrp1+ dans la régulation de l’homéostasie du BAT et de la température corporelle (Article #2). Finalement, nous avons exploré l’axe BgAT-DMLA; plus spécifiquement son impact potentiel sur la néovascularization choroïdienne (CNV) en utilisant des approches in vivo et in vitro. Nous avons démontré que la délétion génétique de PRD1-BF1-RIZ1 homologous domain containing 16 (PRDM16), un gène impliqué dans la thermogénèse, conduit à une réduction de la CNV, et que la réintroduction d’AT-PRDM16+ exacerbe la formation de CNV pathologique. Le traitement d’explants de choroïde avec du milieu conditionné par des adipocytes-PRDM16+ augmente la croissance des vaisseaux sanguins. Ensemble, les données suggèrent un rôle sécrétoire potentiel pour le BgAT-PRDM16+ capable d’influencer la formation distale de CNV qui pourrait être pertinente pour la DMLA (Article #3). Les travaux présentés dans cette thèse établissent les bases d’un protocole permettant l’obtention de résultats reproductibles dans l’étude du AT, soulignent l’importance des ATMs- Nrp1+ dans la régulation de l’homéostasie du BAT et explorent pour la première fois l’implication du BgAT-PRDM16+ chez la DMLA neovasculaire. Ce travail établit les bases de la compréhension des mécanismes moléculaires reliant la régulation du AT thermogénique et les pathologies caractérisées par un excès de gras. Ce travail souligne également l’importance d’évaluer l’activation du BgAT chez les patients atteints de la DMLA. / Obesity is rapidly growing worldwide and represents a significant risk factor to several pathologies, including age-related macular degeneration (AMD). In obesity, the white adipose tissue (WAT) undergoes a strong remodeling characterized by the recruitment of pro- inflammatory macrophages, facilitating low-grade chronic inflammation. Unlike WAT, brown (BAT) and beige (BgAT) adipose tissues participate in thermogenesis, a process that releases heat by metabolizing lipids. Due to the likely beneficial physiological effects of BAT and BgAT, the recruitment of adipocytes and activation of these specific types of adipose tissue (AT) has been the subject of much research and debate. Despite considerable advances in the field, the mechanisms involved in BAT- and BgAT-activation as well as mechanisms involved in the development of obesity and their contribution to diseases such as AMD, remain ill-defined. First, we developed the RELi protocol to allow a reliable extraction and quantification of proteins from murine AT saturated with lipids. Our protocol eliminates excess contaminating lipids, reduces the variability of protein loading in Western blot and stabilizes expression of housekeeping genes (Article #1). Next, we investigated the inflammatory component of BAT in a diet-induced obesity model. The deletion of NRP1 in resident adipose tissue macrophages (ATMs) led to the expansion of the BAT and affected the densities of the vasculature and the innervation. Moreover, these mice became more sensitive to cold exposure, suggesting a role of ATMs-Nrp1+ in the regulation of BAT homeostasis and body temperature (Article #2). Lastly, we explored the axis of BgAT and AMD; more specifically, its potential impact on choroidal neovascularization (CNV) using in vivo and in vitro approaches. We demonstrated that the genetic deletion in BgAT of PRD1-BF1-RIZ1 homologous domain containing 16 (PRDM16), a gene involved in thermogenesis, leads to a reduction of CNV, and that the reintroduction of BgAT-PRDM16+ via AT transplantation exacerbates the formation of pathological CNV. Treatment of choroid explants with PRDM16+-adipocyte-conditioned medium augmented blood vessel growth. Altogether, the data suggest a potential secretory role for BgAT-PRDM16+ to influence distal CNV formation that could be relevant to AMD (Article #3). The work presented in this thesis establishes the basis of a protocol allowing reproducible results in the study of AT, underlines the importance of ATMs-Nrp1+ in the regulation of BAT homeostasis and explores, for the first time, the involvement of BgAT-PRDM16+ in neovascular AMD. This work sets the basis for the understanding of the molecular mechanisms linking the regulation of thermogenic AT and pathologies characterized by an excess of fat. This work also highlights the importance of assessing the activation of BgAT in patients with AMD.