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La physiopathologie artérielle comprend différentes pathologies telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hyperplasie intimale qui sont caractérisées par un remodelage artériel en réponse à différents stress environnementaux. Mon travail de thèse s'est intéressé à décrire les mécanismes cellulaires et moléculaires mis en jeu en réponse à un stress artériel dans des modèles murins et de proposer de nouvelles approches thérapeutiques dans la prévention des dommages artériels. Ainsi, nous nous sommes intéressés au rôle d'une isoforme particulière de la famille des phosphoinositide 3-kinase, la PI3Ky. Cette protéine est largement exprimée dans le compartiment hématopoïétique, où son activité catalytique intervient dans l'inflammation de la paroi artérielle, mais elle est également présente à de plus faible niveau dans les CML et les CE. Associée à son rôle catalytique largement impliqué dans la migration et la libération de facteurs inflammatoires, la PI3Ky a été décrite comme ayant des fonctions non-catalytiques, dite " d'ancrage ", activant des phosphodiestérases (PDE). Ainsi, en utilisant deux modèles murins génétiquement modifiés pour la PI3Ky, l'un délété pour la PI3Ky (PI3KyKO pour knockout) et l'autre exprimant une forme inactive de la PI3Ky (PI3KyKD pour kinase dead) nous avons pu évaluer le rôle des 2 fonctions dans des modèles murins de lésions artérielle. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle non-catalytique de la PI3Ky dans les CML. A partir d'un modèle murin de remodelage artériel induit par un stress hypertenseur nous avons observé que l'hyperplasie médiale des CML est dépendante de la PI3Ky, mais indépendante de son activité catalytique. In vitro à partir de cultures primaires de CML de souris nous avons démontré que la PI3Ky régule l'activité des PDE indépendamment de son activité, limitant les taux intracellulaires d'AMPc qui est un puissant frein de la prolifération des CML. Ces modèles nous ont aussi permis de tester une stratégie thérapeutique originale utilisant un peptide perméant inhibant l'interaction PI3Ky/PDE. Ce peptide est capable de prévenir à la fois la prolifération des CML in vitro mais aussi l'hyperplasie médiale in vivo. Dans un deuxième temps, nous avons étudié comment l'activité PI3Ky inflammatoire, inhibe la cicatrisation endothéliale suite à une lésion endovasculaire. A l'aide de différents modèles in vivo et ex vivo de réendothélialisation chez la souris, nous avons pu observer que suite à une lésion vasculaire l'activité de PI3Ky des lymphocytes T induit la sécrétion d'IFNy, entrainant une production locale de CXCL10 par les CML. Cette chimiokine va directement inhiber la cicatrisation endothéliale, indépendamment du compartiment immun. Ces travaux ont permis d'une part de démontrer que l'inhibition de la PI3Ky représentait une stratégie thérapeutique envisageable dans les complications de l'angioplastie mais ont également permis de montrer les mécanismes d'interactions cellulaires complexes mis en jeu lors d'une agression artérielle. Ils ont notamment permis de démontrer un rôle central de la CML agissant comme un relai entre l'inflammation adventitielle et l'endothélium. L'ensemble de ces données a pu mettre en avant une double fonction de la PI3Ky dans les processus de réponse à un stress inflammatoire ou hémodynamique. D'une part, son rôle pro-inflammatoire contrôlé par son activité catalytique, responsable d'une inhibition de la cicatrisation endothéliale via l'activation des CML. D'autre part, son rôle non-catalytique dans les CML, modulant leur prolifération via la signalisation de l'AMPc. Ces travaux permettent d'envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques visant d'une part à inhiber son activité en utilisant des inhibiteurs hautement spécifiques pour cette isoforme et d'autre part des peptides capables de bloquer le rôle non catalytique de la PI3Ky. / Cardiovascular diseases represent the first cause of death worldwide and a large part of them concerns different arterial disorders as hypertension, atherosclerosis, intimal hyperplasia and aneurism. All of these diseases are characterized by arterial remodeling resulting in a complex collaboration between environment and arterial physiology participants: Blood flow, endothelial cells (EC), smooth muscle cells (SMC) and arterial inflammation. In this context, this thesis project is interested in y-isoform of phosphoinositide 3-kinase (PI3Ky). PI3Ky is largely expressed in hematopoietic compartment where its catalytic activity drives arterial wall inflammation, but it is also lower expressed in cardiovascular system such as SMC and EC. Moreover, in addition to catalytic function implicated in chemoattraction and release of inflammatory mediators, PI3Ky has been described to activate phosphodiesterases (PDE) activity, through a non-catalytic "docking" function. At first, this work studied studied non-catalytic docking function of PI3Ky in SMC. Using hypertension-induced arterial remodeling in mice showed that SMC hyperplasia was dependent of PI3Ky protein expression but independent of its activity. Further, in vitro exploration with primary-SMC from mice aorta highlighted that PI3Ky activates PDE independently of its catalytic function, which promotes SMC proliferation by hydrolysis of an anti-mitotic second messenger: the cyclic-AMP. In the same approach, we tested original therapeutic strategy using a permeant-peptide which inhibits PI3Ky/PDE interaction. This permeant-peptide showed good efficiency to prevent both in vitro SMC proliferation and in vivo arterial SMC hyperplasia. The second part of this work how PI3Ky activity in inflammatory cells modulates endothelial healing following endovascular injury. Using in vivo and ex vivo models of arterial de-endothelialization in mouse, we observed a cellular cross talk in arterial wall between T-cells, SMC and EC. PI3Ky activity in T-cells promotes IFNy secretion following arterial injury which indirectly decreases re-endothelialization through a local secretion of CXCL10 by SMC. Indeed, CXCL10 directly inhibits endothelial healing independently of immune compartment. Our findings provide a new promising target to promote endothelial repair and therefore prevent cardiovascular events following endovascular intervention.Altogether, these works unravel an interesting dual function of PI3Ky in arterial stress response. In one hand, catalytic function of PI3Ky drives inflammatory-induced inhibition of endothelial healing, and in other hand, non-catalytic function controls SMC proliferation via inhibition of cyclic-AMP pathway.

Depuis près de 20 ans, l’ingénierie vasculaire est en plein essor, tentant d’apporter des solutions durables dans le traitement de pathologies cardio-vasculaires dont l’incidence est croissante. Utilisés pour le remplacement ou le pontage de vaisseaux obstrués voire lésés, les substituts vasculaires de petit calibre présentent encore des limites importantes, induisant, à plus ou moins court terme, le développement d’hyperplasie intimale ou de thrombose. Les multiples exemples de substituts vasculaires issus de l’ingénierie tissulaire décrits dans la littérature témoignent des difficultés rencontrées pour obtenir une prothèse qui réunirait à la fois des propriétés mécaniques adaptées au site d’implantation et des propriétés biologiques optimales pour assurer la fonction vasculaire. C’est dans cette problématique que se situe cette étude dont l’objectif est de définir la composante matricielle et la composante cellulaire idéales pour un substitut vasculaire de petit calibre. Pour cela, nous nous sommes intéressés aux hydrogels physiques de chitosane, dont les propriétés d’hémocompatibilité et de biorésorption sont reconnues. La composition physico- chimique adéquate d’un point de vue biologique et mécanique a été déterminée afin d’élaborer des tubes qui ont été par la suite endothélialisés. Par ailleurs, le mécanisme d’alignement cellulaire en réponse à un flux laminaire de type artériel, a été particulièrement étudié car il constitue un phénomène d’adaptation des CEs aux contraintes mécaniques perçues in vivo par l’endothélium. Cette caractérisation a permis de mettre en évidence le rôle essentiel d’IQGAP1 dans ce processus et d’initier une seconde étude visant la compréhension du mécanisme d’adhésion des CEs sur le chitosane. Finalement, en alliant recherche fondamentale et recherche appliquée nous avons élaboré un substitut vasculaire cellularisable in vitro et implantable in vivo. / Abstract

La maladie rénale chronique (MRC) par ses conséquences organiques et psychologiques représente unenjeu majeur de santé publique. Sa physiopathologie reste mal connue, mais il est établi que toute atteinte rénale,quelle qu’en soit la cause, aboutit à une réduction du nombre de néphrons fonctionnels. Cette réductionnéphronique est responsable de processus adaptatifs complexes des néphrons sains restants pour maintenir unefonction rénale satisfaisante. Si la perte néphronique est suffisamment importante, le parenchyme rénal vas’altérer progressivement aboutissant au remplacement des néphrons sains par un tissu fibreux puis au déclin dela fonction rénale. Les mécanismes moléculaires impliqués, tant dans l’adaptation à la réduction néphronique,que dans la dégradation progressive du parenchyme rénal sont mal connus et les possibilités d’interventionsthérapeutiques limitées.La voie AKT/mTOR est une voie de signalisation intracellulaire ubiquitaire, très conservée, jouant unrôle central dans l’homéostasie cellulaire par sa fonction de régulation de la croissance, de l’apoptose et du cyclecellulaire. L’extraordinaire complexité de son mode de recrutement témoigne du rôle de carrefour de cette voie.Elle intègre des signaux multiples et très variés (facteurs de croissance, acides-aminés, niveau énergétiquecellulaire, disponibilité de l’oxygène) modulant l’anabolisme cellulaire. Notre compréhension du rôle de cettevoie dans la progression de la MRC est encore très limitée et les données sont peu nombreuses et controversées.Mon travail de thèse a consisté à évaluer, en utilisant un modèle expérimental de réduction néphroniquechez la souris, le rôle de la voie AKT/mTORC au cours de la progression des MRC.Nous résultats démontrent que AKT, et plus précisément AKT2, est une molécule essentielle àl’adaptation podocytaire aux contraintes imposées par la réduction néphronique. En appliquant plusieursmodèles de réduction néphronique à des souris génétiquement modifiées, nous avons pu établir la fonctioncruciale de cette isoforme. En effet, l’inactivation d’Akt2, soit systémique soit conditionnelle dans le podocyte,est responsable d’une hyporéactivité de la voie AKT podocytaire, d’un remodelage du cytosquelette, d’uneaugmentation de l’apoptose glomérulaire avec raréfaction podocytaire et de lésions de glomérulosclérose.Transposant nos données à la pathologie humaine, nous avons mis en évidence une activation podocytaired’AKT2 après transplantation rénale chez les patients présentant une altération importante de la fonction rénale.De façon marquante, la survenue d’une protéinurie en réponse à un traitement par sirolimus s’associait à uneperte de cette activation et à une augmentation de l’apoptose glomérulaire.Parallèlement, nous avons évalué le rôle de cette voie chez l’homme au cours d’une MRC trèsparticulière secondaire à la présence d’anticorps antiphospholipides. Cette néphropathie est caractérisée par laprésence de lésions vasculaires sévères prolifératives, hypertrophiques et progressivement obstructivesaboutissant à la destruction du parenchyme rénal. Jusqu'à maintenant, aucun lien formel n’avait été établi entre laprésence de ces anticorps et le développement des lésions vasculaires, et aucune thérapeutique n’était disponible.Nos résultats indiquent que ces anticorps sont directement pathogènes pour l’endothélium induisant l’activationde la voie AKT/mTORC. L’activation de cette voie stimule la prolifération des cellules endothéliales mais aussi .... / Pas de résumé en anglais

L’identification fréquente de mutations des protéines régulatrices du complément suggère que les lésions endothéliales du syndrome hémolytique et urémique atypique (SHUa) résultent d’une activation incontrôlée de la voie alterne du complément. Les mutations, en soi, ne constituent cependant que des facteurs de susceptibilité et les mécanismes menant de l’anomalie de régulation du complément au développement de lésions de microangiopathie thrombotique rénale restent mal compris. L’objectif de ce projet était donc d'étudier certains mécanismes de l’activation du complément à la surface des cellules endothéliales dans le SHUa et les conséquences de cette activation pour l’endothélium. Dans ce but, ce travail s’est initialement concentré sur la mutation C3R139W, dont nous avons réalisé la caractérisation phénotypique et fonctionnelle et qui a constitué un modèle d’étude des conséquences d’un complément dérégulé sur l’endothélium. Cette mutation a été identifiée de façon sporadique chez 4% des patients de la cohorte française de SHUa. Son étude phénotypique a mis en avant une évolution fonctionnelle rénale souvent sévère mais inhomogène ainsi qu’une fréquence non négligeable d’événements cardio-vasculaires. Sa caractérisation fonctionnelle a révélé une augmentation de son affinité pour le facteur B, à l’origine de la formation d’une « hyper C3 convertase », échappant également en partie aux systèmes de contrôle (diminution de liaison avec la MCP). L’étude de ses conséquences endothéliales a montré, à la surface de cellules pré-activées, une augmentation des produits d’activation du complément et de l’expression membranaire de facteur tissulaire, faisant le lien avec l’acquisition d’un phénotype endothélial prothrombotique. Nous rapportons également, sous l’effet de sérum porteur de cette mutation, une majoration de la perméabilité et du détachement cellulaire, susceptibles de traduire une souffrance endothéliale. Dans la deuxième partie et en vue de préciser les liens entre anomalie du complément et activation des cellules endothéliales, nous nous sommes intéressés au rôle de l’hémolyse, dénominateur commun des SHU. Nous avons ainsi montré que l’hème libre activait la voie alterne du complément dans le sérum et à la surface des cellules endothéliales et ce, de façon exacerbé, en cas de dysrégulation sous-jacente du complément. Nous avons identifié plusieurs mécanismes d’action par lesquels l’hème peut activer le complément : il favorise les interactions C3/C3 et ainsi la formation d’une hyper C3/C5 convertase, déclenche une mobilisation des corps de Weibel-Palade à l’origine de l’expression membranaire de P-selectine, qui est capable d’activer la voie alterne du complément et induit une diminution de l’expression membranaire des régulateurs MCP et DAF. Par ces travaux, nous avons précisé les liens entre activation du complément et acquisition d’un phénotype endothélial prothrombotique dans le SHUa. Nous avons notamment identifié l’hémolyse comme un acteur potentiel de l’amplification des lésions endothéliales complément-dépendantes. Son contrôle pourrait ainsi constituer une nouvelle voie thérapeutique dans le SHU. / Pas de résumé en anglais

Les microvésicules (MVs) sont des petites vésicules membranaires libérées par les cellules, ayant des effets bénéfiques et/ou délétères dans le sepsis. Nous avons déjà démontré que la délétion de l’isoforme non musculaire de la kinase de la chaîne légère de la myosine (MLCKnm) protège les souris contre le choc endotoxique en réduisant l'inflammation. Ici, nous avons évalué les conséquences de la délétion de MLCKnm sur le phénotype et les effets inflammatoires des MVs au cours du choc endotoxique. La délétion de MLCKnm augmente le taux circulant des MVs et ceux dérivées des cellules progénitrices. Les souris MLCKnm-/- présentent une augmentation du nombre des plaquettes, mais leurs capacité à libérer les MVs est réduite et une diminution du nombre des leucocytes et des MVs leucocytaires. Une diminution du relâchement de l’aorte a été observé chez les souris injectées avec des MVs dérivées des souris MLCKnm+/+ (MVsMLCKnm+/+), mais pas les MVs dérivées des souris MLCKnm-/- (MVsMLCKnm-/-). En présence de lipopolysaccharide (LPS), MVsMLCKnm+/+ augmentent la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires par les cellules endothéliales de l’aorte de souris alors que les MVsMLCKnm-/- induisent la libération des cytokines anti-inflammatoires. L’injection des MVsMLCKnm-/-, prévient partiellement l'augmentation du stress oxydatif, nitrosatif, et la dysfonction endothéliale induites au niveau des souris par le LPS. Ces résultats montrent que MLCKnm joue un rôle important dans l'activation cellulaire, la libération des MVs, ainsi que le nombre des cellules circulantes. La délétion de MLCKnm permet de générer des MVs circulantes moins inflammatoires avec un potentiel protecteur. / Microvesicles (MVs), small membrane vesicles released from cells, have beneficial and/or deleterious effects in sepsis. We previously reported that non-muscle myosin light chain kinase (nmMLCK) deletion protects mice against endotoxic shock by reducing inflammation. Here, we evaluated the consequences of nmMLCK deletion on the phenotype and inflammatory effects of cell-derived MVs during endotoxic shock. nmMLCK deletion increased circulating levels of MVs. In nmMLCK-/- mice, platelet count was increased but the platelet ability to release MVs was reduced, and both leukocyte-derived MVs and leukocyte count were reduced. Endothelium-dependent relaxation of aorta was reduced in mice injected with MVs from nmMLCK+/+ (MVsnmMLCK+/+) but not from nmMLCK-/- mice (MVsnmMLCK-/-). In presence of lipopolysaccharide, MVsnmMLCK+/+ increased pro-inflammatory cytokine release by mouse aortic endothelial cells whereas MVsnmMLCK-/- enhanced anti-inflammatory secretome. Injection of MVsnmMLCK-/-, but not MVsnmMLCK+/+, prevented the increase of oxidative and nitrative stresses and reduced endothelial dysfunction in aorta from lipopolysaccharide-treated mice. Altogether, nmMLCK plays an important role in cellular activation and release of circulating MVs. Moreover, nmMLCK deletion generates MVs with low inflammatory properties and high protective effects.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 janvier 2024) / La dystrophie endothéliale cornéenne de Fuchs (FECD) est une pathologie qui touche la couche postérieure de la cornée, l'endothélium cornéen. Ce dernier fait office de barrière physique entre l'humeur aqueuse et le reste de la cornée. De ce fait, lorsqu'il est défectueux, une accumulation de l'humeur aqueuse dans le stroma entraîne l'apparition d'un œdème stromal et de bulles épithéliales. Il s'en suit une opacification cornéenne menant à une perte de vision irréversible. Cliniquement, la pathologie est associée à l'épaississement de la membrane de Descemet (DM) dû à un dépôt accru de matrice extracellulaire (MEC), entraînant la formation d'excroissances, appelées guttae. Puis, une perte de densité des cellules endothéliales cornéennes (CECs) se produit contribuant aux difficultés de maintenir la déturgescence du stroma. En Amérique du Nord, la FECD est la principale cause de transplantation de cornées qui représente son seul traitement. De nouveaux traitements sont à l'étude mais nécessitent une bonne compréhension de la maladie et des dérégulations de l'endothélium cornéen. La FECD étant une pathologie multifactorielle, son étiologie reste difficile à déterminer. La recherche a mené à la proposition de différentes hypothèses d'explications au développement de la maladie. Parmi elles, la transition endothélio-mésenchymateuse ou épithélio-mésenchymateuse (TEM). Ce processus cellulaire consiste au passage d'un phénotype endothélial ou épithélial vers un phénotype mésenchymateux. Malgré quelques mises en évidence de la TEM dans la FECD, des signes clés de cette transition manquent dans la maladie, tels que le passage à une morphologie fibroblastique et un changement de cadhérines. C'est pourquoi notre laboratoire a décidé de clarifier la présence de la TEM dans la FECD. L'objectif de ce projet est de comprendre comment la TEM est activée dans la FECD et son impact sur les CECs. De ce fait, notre laboratoire a étudié la TEM à un niveau intracellulaire et extracellulaire en utilisant aussi bien des CECs primaires que des modèles tissulaires. Notre attention s'est d'abord portée sur l'étude des protéines impliquées dans les voies TGF-β/Smad et Wnt/β-caténine (connues pour activer la TEM) dans les CECs *ex vivo* et *in vitro*. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressées au dépôt anormal de MEC, un des signes d'une TEM. En effet, nous avons proposé que les protéines matricielles anormalement déposées seraient impliquées dans la perte cellulaire endothéliale dans la FECD. Nous avons donc étudié l'expression de protéines matricielles dans les stades précoces et avancés de la FECD et leur influence sur l'adhésion et la migration des CECs en culture. Pour répondre au premier objectif, des données transcriptomiques et l'expression des protéines liées à la TEM ont été étudiées *ex vivo*. Les protéines d'intérêt ont également été étudiées *in vitro* avec ou sans irradiation chronique d'UVA. Nos travaux en *ex vivo* FECD ont révélé l'absence de l'activité des voies Wnt/β-caténine et TGF-β/Smad. *In vitro*, ces deux voies de signalisations étaient actives et une augmentation de TGF-β2 a également été observée. Néanmoins, l'exposition aux UVA n'a pas modifié le profil d'expression des protéines. Pour le deuxième objectif, les données transcriptomiques du matrisome de CECs *ex vivo* et *in vitro* ont été analysées. Nous avons ensuite étudié la morphométrie des guttae en *ex vivo* et l'expression de nos protéines d'intérêt en *ex vivo* et sur les endothélia cornéens reconstruits sains et pathologiques. Des tests d'adhésion et de migration ont ensuite été réalisés. Les gènes *SPP1* (Ostéopontine), *FN1* (Fibronectine) et *TNC* (Ténascine-C) étaient régulés à la hausse en *ex vivo* et SPP1 était régulé à la hausse aussi bien *ex vivo* qu'*in vitro*. La fibronectine (FN), ténascine-C (TN-C), ostéopontine (OPN) et le collagène de type XIV (COL XIV) étaient exprimés dans les DM FECD mais seules la TN-C et la FN se retrouvaient dans les endothélia reconstruits FECD. La FN et la TN-C n'ont pas modifié l'adhésion des CECs mais l'OPN l'a diminuée. La FN et la combinaison de FN et TN-C ont augmenté significativement la migration des CECs. Les travaux de cette thèse permettent d'apporter plus de connaissances sur l'activation de la TEM dans la FECD et mettent en évidence une chronologie du dépôt de MEC anormale dans la pathologie ainsi que la façon dont les CECs y réagissent. Une meilleure compréhension du développement de la FECD pourrait apporter des clés pour la conception de nouveaux traitements. / Fuchs corneal endothelial dystrophy (FECD) is a pathology that affects the posterior layer of the cornea, the corneal endothelium. The endothelium acts as a physical barrier between the aqueous humor and the rest of the cornea, so when it is defective, an accumulation of aqueous humor in the stroma leads to stromal edema and epithelial bullae. This leads to corneal opacification and irreversible vision loss. Clinically, the pathology is associated with thickening of Descemet's membrane (DM) due to an increase of extracellular matrix (ECM), leading to the formation of outgrowths known as guttae. This is followed by a loss of corneal endothelial cell (CEC) density, making it difficult to maintain stromal deturgescence. In North America, FECD is the leading cause of corneal transplantation, which is its only treatment. New treatments are under study but require a good understanding of the disease and corneal endothelium dysregulation. As FECD is a multifactorial pathology, its etiology remains difficult to determine. Research has led to the proposal of various hypothesis to explain the development of the disease. One of these is endothelial to mesenchymal or epithelial to mesenchymal transition (EMT). This cellular process is characterized by the transition from an endothelial or epithelial phenotype to a mesenchymal one. Despite some evidence of EMT in FECD, key signs of this transition are missing in the disease, such as the transition to a fibroblastic morphology or the cadherins switch. Therefore, our laboratory decided to clarify the presence of EMT in FECD. The aim of this project is to understand how EMT is activated in FECD and its impact on CECs. Accordingly, our laboratory has studied EMT at both intracellular and extracellular levels, using both primary CECs and tissue models. Our first focus was on the study of proteins involved in the TGF-β/Smad and Wnt/β-catenin pathways (known to activate EMT) in *ex vivo* and *in vitro* CECs. In a second step, we focused on abnormal ECM deposition, one of the key signs of EMT. Indeed, we proposed that abnormally deposited matrix proteins would be involved in endothelial cell loss in FECD. We therefore studied the expression of matrix proteins in the early and late stages of FECD and their influence on the adhesion and migration of cultured CECs. To address the first objective, transcriptomic data and the expression of EMT-related proteins were studied *ex vivo*. Proteins of interest were also studied *in vitro* with or without chronic UVA irradiation. Our *ex vivo* FECD work revealed the absence of Wnt/β-catenin and TGF-β/Smad pathway activity. *In vitro*, both signaling pathways were active, and an increase in TGF-β2 was also observed. Nevertheless, UVA exposure did not alter the protein expression profile. For the second objective, transcriptomic data from the *ex vivo* and *in vitro* matrisome were analyzed. We then studied guttae morphometry in *ex vivo* specimens and the expression of our proteins of interest in *ex vivo* specimens and on healthy and pathological tissue engineered corneal endothelia. Adhesion and migration assays were then performed. *SPP1* (Osteopontin), *FN1* (Fibronectin) and *TNC* (Tenascin-C) genes were up-regulated *ex vivo*, and *SPP1* was up-regulated both *ex vivo* and *in vitro*. Fibronectin (FN), tenascin-C (TN-C), osteopontin (OPN) and collagen type XIV (COL XIV) were expressed in FECD DMs, but only TN-C and FN were found in reconstructed FECD endothelia. FN and TN-C had no impact on CEC adhesion, but OPN did. FN and the combination of FN and TN-C significantly increased CEC migration. The studies of this thesis provide further insight into the activation of EMT in FECD, highlight the chronological abnormal ECM deposition in the pathology and how CECs respond to it. A better understanding of the FECD development could bring keys to design new treatments.

L'endothélium cornéen est une monocouche de cellules endothéliales cornéennes (CECs) situé sur la face postérieure de la cornée. Il crée une barrière perméable, en partie grâce aux jonctions intercellulaires. Une atteinte à cette monocouche mène à un œdème cornéen et à une perte de vision. Le seul traitement est la greffe de cornée provenant de donneur. Une alternative serait de multiplier les CECs en culture et recréer un endothélium cornéen sur un biomatériau biocompatible. Cela permettrait de traiter plusieurs patients à partir des cellules d'une seule cornée. Par contre, la formation des jonctions intercellulaires de CECs en culture doit être améliorée afin d'assurer la fonctionnalité de l'endothélium reconstruit. *In vivo*, les CECs reposent sur la membrane de Descemet ayant une rigidité entre 20 et 80 kPa. L'objectif 1 a pour but de déterminer comment la culture de CECs sur un substrat de rigidité physiologique influence la formation de jonctions intercellulaires. Pour ce faire, deux types d'hydrogels à rigidité physiologique ont été utilisés. Nos résultats ont démontré que les hydrogels de polyacrylamide sont un meilleur candidat que les hydrogels « CytoSoft » pour la culture à long terme de CECs. Par la suite, la culture a été optimisée pour la formation de jonctions intercellulaires et les résultats ont favorisé un recouvrement de collagène IV, un milieu de maturation avec 5% de sérum de veau fœtal et TGF-β2 et une rigidité de 50 kPa. Ces conditions optimales ont été utilisées pour comparer la culture sur hydrogel à la culture sur verre (70 GPa). Nos résultats ont démontré que la rigidité physiologique ne peut pas rétablir un phénotype endothélial et que la culture de CECs conditionnées à la rigidité physiologique sur hydrogel permet une meilleure formation des jonctions intercellulaires que lors de la culture sur verre. Pour terminer, l'expansion de CECs fraichement isolées sur hydrogel a été évaluée et s'est trouvée impossible à exécuter en raison d'une absence de prolifération. L'objectif 2 évalue la formation d'un endothélium cornéen sur un hydrogel biocompatible composé de courts peptides mimant le collagène (CLP) lié, ou non, au polyéthylène glycol (PEG). Les résultats ont démontré qu'un recouvrement de laminine 511 est nécessaire à l'adhésion des cellules aux hydrogels CLP, mais pas CLP-PEG, mais qu'il n'est tout de même pas possible de reformer une monocouche, en raison d'un décollement précoce des cellules ou de l'hydrogel. Le motif IKVAV de la laminine a été réticulé aux hydrogels pour éviter le décollement des cellules, mais n'a pas permis de reformer une monocouche confluente. Ce mémoire démontre que la rigidité du substrat influence la formation de jonctions intercellulaires et ouvre des pistes sur l'optimisation d'un biomatériau pouvant éventuellement servir de support à la culture de CECs. / The corneal endothelium is a monolayer of corneal endothelial cells (CECs) located on the posterior part of the cornea. It creates a permeable barrier, in part due to intercellular junctions. Damage to this monolayer leads to corneal edema and vision loss. The only treatment available is a corneal graft from a donor. An alternative would be to multiply CECs in culture and recreate a corneal endothelium onto a biocompatible biomaterial. This could allow to graft several patients using the cells of a single cornea. On the other hand, intercellular junction formation of CECs in culture must be enhanced in order to ensure the reconstructed endothelium's functionality. *In vivo*, CECs rest on the Descemet's membrane, which has an average stiffness in between 20 and 80 kPa. Objective 1 aims to determine how culturing CECs on a substrate of physiological stiffness influences the formation of intercellular junctions. To do so, two types of substrates with physiological stiffnesses were used. Our results demonstrate that polyacrylamide hydrogels are a better candidate than "CytoSoft" hydrogels for long-term culture of CECs. Thereafter, cell culture was optimized for intercellular junction formation. The optimal culture conditions included a type IV collagen coating, a maturation media with 5% fetal bovine serum and TGF-β2, and a stiffness of 50 kPa. Those conditions were then used to compare the culture on hydrogels to the culture on glass (70 GPa). Our results demonstrated that physiological stiffness can't restore endothelial phenotype and that culture of physiological-stiffness-conditioned CECs on hydrogel led to better intercellular junction formation than culture on glass. Finally, freshly isolated CEC expansion on hydrogel was evaluated and was found to be impossible to execute due to lack of proliferation. Objective 2 evaluates the formation of a corneal endothelium on a biocompatible hydrogel composed of collagen-like peptides (CLP), linked or not to polyethylene glycol (PEG). The results demonstrated that a laminin 511 coating is necessary for cell adhesion on CLP, but not CLP-PEG hydrogels, and that it is still not possible to reform a monolayer because of early detachment of the cells or the hydrogel. The IKVAV laminin motif was crosslinked to the hydrogels to avoid cell detachment, but could not reform a confluent monolayer. This master thesis demonstrates that substrate stiffness has an impact on intercellular junction formation and opens avenues to optimize a biomaterial that could be used as a support to cultivate CECs.

**Contexte :** La dystrophie endothéliale cornéenne de Fuchs (DECF) est une pathologie de l'endothélium cornéen (EC), la couche interne de la cornée. La protéine SLC4A11 est connue pour être mutée dans certaines formes de la DECF et la troisième boucle extracellulaire (EL3) de cette protéine est connue pour être en mesure de se lier à certaines protéines de la membrane basale de l'EC, la membrane de Descemet. **Objectif :** L'objectif de ce projet est d'analyser le rôle des intégrines et d'EL3 dans l'adhésion des cellules endothéliales cornéennes (CECs) à la membrane de Descemet. **Méthode :** Des CECs ont été mises en culture à partir de cornées natives. Leur profil d'expression d'intégrines a été étudié en exploitant la technique d'immunofluorescence indirecte. Des essais d'adhésion en présence d'anticorps anti-intégrines (α1 et α2β1; α3 et β1) ou d'un peptide bloquant (RGD) ont été réalisés sur des membranes de Descemet dévitalisées avec des CECs. Puisque l'expression de SLC4A11 est perdue en culture, les CECs ont dû être transfectées avec un plasmide d'EL3 avant les essais d'adhésion. L'efficacité de transfection a été déterminée par immunofluorescence. Des tests d'adhésions sur membrane de Descemet dévitalisées ont ensuite été réalisés avec les CECs. **Résultats :** Les CECs en culture primaire expriment les sous-unités d'intégrines α1, α2, α3, αv, β1 et β5. L'utilisation d'anticorps spécifiques aux sous-unités d'intégrines α3 et β1 a résulté en une diminution de 58% de l'adhésion tandis que les essais avec α1 et α2β1 ainsi que le peptide RGD n'ont pas diminué leur adhésion à la membrane de Descemet. La transfection d'EL3 a permis son expression membranaire chez les CECs. La surexpression d'EL3 n'a pas augmenté l'adhésion des CECs à la membrane de Descemet. **Conclusion :** Les résultats suggèrent que les intégrines α3 et β1 sont importantes pour l'adhésion des CECs en culture primaire. En présence des intégrines, la boucle EL3 ne semble pas avoir un rôle majeur à jouer dans l'adhésion des CECs à la membrane de Descemet. Ces résultats remettent en question l'impact de mutations de la protéine SLC4A11 dans la perte d'adhésion des CECs à la membrane de Descemet. / **Context:** Fuchs endothelial corneal dystrophy is a corneal endothelium (CE) pathology, which can be caused by mutations of SLC4A11 proteins. The third extracellular loop (EL3) of SLC4A11 is already known to bind proteins present in the Descemet membrane (DM), which is the basal membrane of the CE. **Objective:** This project aims to analyze the role of integrins and EL3 in the adhesion of corneal endothelial cells (CECs) to the DM. **Method:** CECs were isolated from native corneas and cultured *in vitro*. Their integrin expression profile was determined using immunofluorescence staining. Adhesion assays using anti-integrin antibodies (α1 and α2β1; α3 and β1) or a blocking peptide (RGD) were done on decellularized DMs with CECs. Because of the loss of SLC4A11 expression in culture, EL3 was transfected in CECs before conducting adhesion assays. Efficiency of transfection was checked using immunostaining. Adhesion assays were done using transfected cells. **Results:** CECs in culture expressed the integrin subunits α1, α2, α3, αv, β1 and β5. Blocking the adhesion of α3 and β1 subunits decreased adhesion of CECs by 58%. Blocking α1 subunits and α2β1integrin with antibodies or the RGD sequence did not change CEC adhesion to the DM. Transfection of EL3 increased its expression at the cell membrane. However, it did not change the adhesion of CECs to DM. **Conclusion:** Our results suggest that integrin subunits α3 and β1 are important for adhesion of CECs to the DM. In the presence of integrins, EL3 does not seem to play a major role in CECs adhesion to the DM. These results question the impact of mutations in the SLC4A11 protein in the loss of adhesion of CECs to the DM.

Thèse en cotutelle pour un Doctorat en génie des matériaux et de la métallurgie, Université Laval, Québec, Canada et l'Université de Haute-Alsace, Mulhouse, France / L’absence de croissance en monocouche des cellules endothéliales sur la paroi des prothèses vasculaires est une des causes d’échec de leur implantation chez l’humain. Des études précédentes ont montré que le recouvrement de ces prothèses par un échafaudage de nanofibres d’acide polylactique (PLA), fabriqué par un système de filage par jet d’air innovant, peut être utilisé pour promouvoir la croissance des cellules endothéliales de façon adéquate. Ainsi, le caractère dégradable d’un matériau comme le PLA permettrait son remplacement graduel par la matrice extra-cellulaire produite par les cellules. D’autre part, la réussite d’une transition entre les nanofibres dégradables et la matrice extra-cellulaire nécessite un remplacement contrôlé et approprié. Or, la dégradation des nanofibres de PLA, dépendant de ses séquences stéréochimiques, est généralement trop longue et peut induire une cytotoxicité relative pendant sa dégradation. Dans ce contexte, les études de cette thèse ont pour objectifs de mieux comprendre la formation des fibres lors du filage, d’optimiser la fabrication des échafaudages permettant ainsi la création de nanofibres d’autres polymères, puis, de concevoir des nanofibres provenant d’un polymère mieux adapté à nos besoins, d’évaluer leur mécanisme de dégradation et sa cytotoxicité durant sa dégradation. Les travaux d’optimisation du système de filage ont démontré que la concentration avec un effet prépondérant. Ainsi, la mesure de la viscosité permet de trouver les paramètres adéquats pour le filage de polymère. Ensuite, un poly(L-lactide) semi-cristallin (PLLA) et un terpolymère de poly(lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) dédié pour des applications vasculaires ont été synthétisés et filés par jet d’air. Ces échantillons ont été dégradés en solution aqueuse et caractérisés par des méthodes physico-chimiques afin de mieux comprendre leurs mécanismes de dégradation et mis en présence de cellules endothéliales pour évaluer leur cytotoxicité. La comparaison entre les échafaudages des deux polymères a montré des comportements singuliers en dégradation, dépendants des caractéristiques thermiques des polymères. De plus, ces mécanismes de dégradation des nanofibres ont une influence directe sur la sensibilité des cellules endothéliales face aux produits de dégradation. En conclusion, ces travaux de doctorat présentent une solution prometteuse pour améliorer les prothèses vasculaires et qui pourrait être appliquée pour résoudre plusieurs problématiques en médecine régénératrice. / The absence of neo-endothelium on the intimal surface of vascular substitutes is known to be one cause of failure upon implantation of these prostheses in humans. Previous studies have shown that the coating of these substitutes with a nanofiber scaffold, made with an innovative air spinning device, can be used to promote a suitable endothelial cells growth. On one hand, the degradable feature of material as PLA enable the progressive replacement of the scaffold by the extracellular matrix of cells. On the other hand, the success of this replacement between degradable nanofibers and the extracellular matrix requires to be appropriate and controlled. Yet, the PLA nanofiber degradation process, which depends on its stereosequences, is generally too long for this application and could involve cell sensitivity during the degradation. In this context, studies from this thesis aim to understand the fibers formation during spinning, optimizing the scaffold fabrication as well as to promote the making of novel polymer scaffolds, then, design solution to polymeric nanofiber scaffolds for vascular application, evaluate its degradation mechanism and cytotoxicity during degradation process. The work on spinning device optimisation has demonstrated that the concentration had a dominant effect. Thus, viscosity measurements enable to find suitable parameters for polymer spinning. Then, a semi-cristalline poly(L-lactide) (PLLA) and a poly(lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) terpolymer specifically made for vascular application have been synthesized and air-spun. These samples were degraded in aqueous solution and characterized by physical and chemical methods to better understand their degradation mechanisms and seeded with endothelial cells to evaluate their cytotoxicity. The comparison between the two polymers scaffolds have shown surprising degradation behaviors depending on thermal properties of polymers. Moreover, these nanofiber degradation mechanisms have a direct influence on endothelial cells sensitivity with degradation by-products. To conclude, these works of doctorate display a promising solution to improve vascular prostheses and which could be applied to solve several issues in regenerative medicine field.